PASARELA PARA LA TRANSFERENCIA DE DATOS ENTRE BUSES EN SERIE.

Pasarela para transferencia de datos entre buses en serie (3) con:

(a) una pluralidad de módulos de comunicaciones (2), provistos para la respectiva conexión de un bus en serie (3) y que ejecutan una conversión entre paquetes de datos (DP) y palabras de datos (DW);

(b) un bus maestro (8) que controla mediante un bus interno de control (5) una transferencia de datos palabra por palabra, a través de un bus interno de datos (4) entre dos módulos de comunicaciones (2),

en donde el bus maestro (8) aplica una dirección fuente (SA) a través de un bus de dirección fuente (6) sobre un primer módulo de comunicaciones de emisión interna (2-1) y una dirección de destino (DA) a través de un bus separado de dirección de destino (7) sobre un segundo módulo de comunicaciones de recepción interna (2-2);

(c) en donde, los datos recibidos en paquetes de datos (DP) por el primer módulo de comunicaciones (2-1) a través de un bus en serie (3-1) conectado a él, son transferidos palabra por palabra, directamente y sin un almacenamiento en memoria intermedia, a través de un bus de datos interno (4) y en una o una pluralidad de palabras de datos, del primer módulo de comunicaciones (3-1) al segundo módulo de comunicaciones (2-2), que envía dichos datos transferidos en paquetes de datos (DP) a través de un segundo bus en serie (3-2) conectado al segundo módulo de comunicaciones (2-2)

Pasarela para la transferencia de datos entre buses en serie.

La presente invención comprende una pasarela (gateway) para la transferencia de datos entre buses en serie, especialmente, entre buses de campo.

La conexión en red de unidades de control, sensores y actuadores que utilizan una red o sistema de comunicaciones que consiste en un enlace de comunicaciones, especialmente, un bus y sus correspondientes módulos de comunicaciones, se ha incrementado drásticamente en los últimos años en la construcción de vehículos modernos o también en la construcción de maquinaria, especialmente en el área de las máquinas-herramientas, es decir, también en la automatización. Se pueden obtener, de este modo, efectos de sinergia a través de la distribución de funciones en una pluralidad de participantes, especialmente, unidades de control. Se habla entonces de sistemas distribuidos. Dichos sistemas o redes distribuidas se componen, entonces, por los participantes y el sistema de bus que conecta estos participantes o una pluralidad de sistemas de buses conectores. Las comunicaciones entre dos estaciones o participantes diferentes se realizan, cada vez más, a través de un sistema de comunicaciones, sistema de buses o red, a través de los cuales se transmiten en mensajes los datos a transmitir. Dicho tráfico de comunicaciones en el sistema de buses, las unidades de acceso y recepción, así como la gestión de errores, son regulados a través de un protocolo correspondiente, asimismo, el nombre del protocolo respectivo a menudo, y también en este caso, se utiliza como sinónimo de la red o del sistema de buses.

Por ejemplo, en el área de los automóviles está establecido como protocolo el bus CAN (Controller Area Network). Éste es un protocolo basado en eventos, es decir, las actividades del protocolo, como la emisión de un mensaje, son iniciados por eventos que tienen su origen fuera del sistema de comunicaciones. El acceso unívoco al sistema de comunicaciones, o al sistema de buses, se resuelve gracias a una arbitración de los bits basada en prioridades. Un requisito para ello es que a cada dato por transmitir, y con ello, a cada mensaje se le asigne una prioridad. El protocolo CAN es muy flexible; por ello es posible agregar otros participantes y mensajes sin dificultades, mientras haya prioridades (message identifier) libres. La colección de todos los mensajes por enviar en la red, con prioridades y sus participantes de emisión o recepción, así como los correspondientes módulos de comunicaciones, son almacenados en una lista, la denominada matriz de comunicaciones.

Una aproximación alternativa a una comunicación espontánea, activada por eventos, es la aproximación mediante tiempos. Todas las actividades de comunicaciones en el bus son estrictamente periódicas. Las actividades del protocolo, como la emisión de un mensaje, se activan sólo a través del transcurso de un tiempo válido para el sistema de buses. El acceso a dicho medio se basa en la distribución en áreas de tiempos en las cuales un emisor posee un derecho de emisión exclusivo. En ese caso, se debe determinar el orden de los mensajes, en general, ya antes del inicio. Es decir, se elabora un plan que debe satisfacer los requerimientos de los mensajes respecto de la tasa de repetición, la redundancia, el tiempo límite, etc. Se habla en este caso de de la denominada "bus schedule" (programación de tiempos de bus). Un sistema de buses de este tipo es, por ejemplo, el TTP/C.

Una combinación de las ventajas de ambos tipos de bus mencionados se lleva a cabo mediante la solución de un CAN activado mediante tiempos, el denominado TTCAN (Time Triggered Controller Area Network). El mismo cumple con los requerimientos enunciados anteriormente, respecto de comunicaciones activadas mediante tiempos, así como con los requerimientos acordes a cierta medida de flexibilidad. El TTCAN cumple estos requerimientos gracias a la construcción del ciclo de comunicaciones en las denominadas ranuras de tiempo exclusivas, para mensajes periódicos de determinados participantes de la comunicación, y en las denominadas ranuras de tiempo para la arbitración de mensajes espontáneos de una pluralidad de participantes de la comunicación. El TTCAN se basa esencialmente, a su vez, en una comunicación periódica activada mediante tiempos, que se periodiza a través de un participante o módulo de comunicaciones con la función de un patrón de tiempo, el denominado tiempo maestro, mediante un mensaje de referencia de tiempo.

El FlexRay ofrece otra posibilidad de combinar diferentes modos de transmisión, por lo que se describe un sistema de bus rápido, determinista y tolerante a fallos, especialmente para la aplicación en un vehículo. Dicho protocolo trabaja según el procedimiento del acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, por sus siglas en inglés), asimismo, a los participantes, o a los mensajes a ser transmitidos, les son asignadas ranuras de tiempo fijas, en las que tienen un acceso exclusivo al enlace de comunicaciones, el bus. Las ranuras de tiempo se repiten, a su vez, en un ciclo predeterminado, de modo que el momento en el que el mensaje se transmite a través del bus puede predecirse con exactitud, y el acceso al bus se lleva a cabo de modo determinista. Para aprovechar de manera óptima el ancho de banda para la transmisión de mensajes, el FlexRay subdivide el ciclo en una parte estática y en una parte dinámica. Las ranuras de tiempo fijas se encuentran, a su vez, en la parte estática en el inicio de un ciclo de bus. En la parte dinámica las ranuras de tiempo se asignan dinámicamente. Posibilitando en cada caso, sólo por un tiempo breve, un acceso exclusivo al bus. Si no se lleva a cabo ningún acceso, se libera el acceso para el siguiente participante. Este lapso de tiempo se denomina minislot (mini-ranura), en él se espera el acceso del primer participante.

Como ya se ha descrito, existe una gran cantidad de tecnologías de transmisión y, con ello, de tipos de sistemas de buses o redes. A menudo deben combinarse una pluralidad de sistemas de buses del mismo tipo o de diferente tipo. Para ello se utiliza una unidad de interfaz de bus, la denominada pasarela. Una pasarela es entonces una interfaz entre dos buses diferentes que pueden ser del mismo tipo o diferentes, asimismo, la pasarela transfiere los mensajes de un bus a uno o más buses. Las pasarelas conocidas consisten en una pluralidad de módulos de comunicaciones independientes, asimismo, el intercambio de mensajes se lleva a cabo a través de la interfaz del procesador (interfaz de CPU) del respectivo participante o del correspondiente módulo de interfaz del respectivo módulo de comunicaciones. A su vez, dicha interfaz de CPU está cargada por dicho intercambio de datos adicionalmente al mensaje a transmitir al participante mismo, por lo que junto con la estructura de transmisión resultante, se produce una velocidad de transmisión de datos relativamente baja. Además, existen controladores integrados de comunicaciones o módulos integrados de comunicaciones que comparten una memoria común de mensajes, la denominada RAM de mensajes.

En la memoria WO9853404 se publica un sistema de buses para el intercambio de datos entre nodos de comunicaciones, en donde una unidad maestra controla la transmisión de datos al bus.

La Figura 1 muestra una pasarela acorde al estado de la técnica. La pasarela contiene una pluralidad de módulos de comunicaciones o communication controller CC, provistos para la respectiva conexión de un bus en serie. A través de los buses en serie se transmiten los datos por paquetes. La pasarela contiene un bus interno de sistema para la transferencia interna de datos, asimismo, el bus interno de sistema comprende un bus de datos DB, un bus de control SB y un bus de dirección AB. En el bus de sistema, además de los diferentes módulos de comunicaciones CC están conectadas una unidad de procesamiento de datos CPU, una memoria de datos RAM y demás componentes opcionales. La CPU configura, controla y regula los módulos de comunicaciones CC individuales. En el bus de datos interno DB los datos se transfieren palabra por palabra entre las diferentes unidades. La cantidad de bits de datos transmitidos en una palabra de datos corresponde al ancho de bus del bus de datos DB. En el caso de la pasarela convencional, como la representada en la figura 1, la CPU lee los mensajes recibidos, los procesa y genera nuevos mensajes. LA CPU también procura el envío de los mensajes. En el caso de las operaciones simples de la pasarela, los datos recibidos son leídos en un módulo de comunicaciones CC e inscritos en otro u otros múltiples módulos de comunicaciones CC para el envío. Si no se utiliza ningún...

1. Pasarela para transferencia de datos entre buses en serie (3) con: