DE102016209370A1 - Control device and method for transmitting data packets between an Ethernet network and a timed bus network, in particular in a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen (17) zwischen einem Ethernet-Netzwerk (14) und einem zeitgesteuerten Bus-Netzwerk (15) mittels einer Steuervorrichtung (16), wobei mehrere Warteschlangen (25) zum Zwischenspeichern der Datenpakete (17) bereitgestellt werden und die Warteschlangen (25) über ein jeweilige steuerbares Sperrgatter (26) mit dem Ethernet-Netzwerk (14) gekoppelt werden und die Sperrgatter (26) gemäß einer zyklisch durchlaufenen Kontrollliste (28) geöffnet werden. Die Erfindung sieht vor, dass die Datenpakete (17) in dem Bus-Netzwerk (15) gemäß einem vorbestimmten Sendeplan übertragen werden, so dass ein jeweiliger relativer Zeitabstand (35) zwischen den Datenpaketen (17) vorgegeben ist, und durch eine Auswahleinheit (32) zu jedem der Datenpakete (17) eine der Warteschlangen (25) ausgewählt wird und das Datenpaket (17) in der ausgewählten Warteschlage (25) zwischengespeichert wird und in der Steuervorrichtung (16) die Kontrollliste (26) derart eingestellt wird, dass beim Übertragen der Datenpakete der jeweilige relative Zeitabstand (35) der Datenpakete (35) erhalten bleibt.The invention relates to a method for transmitting data packets (17) between an Ethernet network (14) and a timed bus network (15) by means of a control device (16), wherein a plurality of queues (25) for buffering the data packets (17) provided and the queues (25) are coupled to the Ethernet network (14) via a respective controllable inhibit gate (26) and the inhibit gates (26) are opened according to a cyclically-passed checklist (28). The invention provides that the data packets (17) are transmitted in the bus network (15) according to a predetermined transmission schedule, so that a respective relative time interval (35) between the data packets (17) is predetermined, and by a selection unit (32 ) one of the queues (25) is selected for each of the data packets (17) and the data packet (17) is temporarily stored in the selected queue (25) and the control list (26) is set in the control device (16) such that upon transmission the data packets of the respective relative time interval (35) of the data packets (35) is maintained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen zwischen einem Ethernet-Netzwerk und einem zeitgesteuerten Bus-Netzwerk, zum Beispiel einem FlexRay-Cluster oder FlexRay-Netzwerk. Zum Senden und/oder Empfangen der Datenpakete über das Ethernet-Netzwerk werden Warteschlangen oder Queues verwendet, zwischen denen mittels einer Kontrollliste umgeschaltet wird. Dies kann beispielsweise gemäß dem Standard IEEE 802.1Qbv realisiert sein. Zu der Erfindung gehört auch eine Steuervorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren wird bevorzugt in einem Kraftfahrzeug durchgeführt. Entsprechend gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung. The invention relates to a method for transmitting data packets between an Ethernet network and a timed bus network, for example a FlexRay cluster or FlexRay network. To send and / or receive the data packets over the Ethernet network, queues or queues are used, which are switched by means of a checklist. This can, for example, according to the Standard IEEE 802.1Qbv be realized. The invention also includes a control device for carrying out the method according to the invention. The method is preferably carried out in a motor vehicle. Accordingly, the invention also includes a motor vehicle with the control device according to the invention.

Der Standard Ethernet findet gerade Einzug in die Bordnetze oder Kommunikationsnetzwerke von Kraftfahrzeugen. Mit dem Ethernet kann es ermöglicht werden, sicherheitsunkritische Multimediadaten zusammen mit sicherheitskritischen Daten sowie Steuerdaten in einem gemeinsamen Kommunikationsnetzwerk zu transportieren oder zu übertragen. The standard Ethernet is currently being used in the on-board systems or communication networks of motor vehicles. With the Ethernet, it is possible to transport or transmit non-safety-critical multimedia data together with safety-critical data and control data in a common communication network.

Hierbei muss für den Transport oder die Übertragung von sicherheitskritischen Daten, beispielsweise zum Steuern eines Antiblockiersystems, die Dienstgüte der Übertragung sichergestellt werden. Die Dienstgüte beschreibt in einem Bordnetz Kommunikationsparameter, wie zum Beispiel die Aufstartzeit, die Latenz, die Antwortzeit und/oder die Verfügbarkeit des Netzwerks. Nur bei ausreichender Dienstgüte ist sichergestellt, dass zum Beispiel ein Fahrerassistenzsystem rechtzeitig auf eine durch Sensoren erkannte Gefahr reagiert. In this case, the quality of service of the transmission must be ensured for the transport or transmission of safety-critical data, for example for controlling an antilock braking system. The quality of service describes in a vehicle electrical system communication parameters, such as the start-up time, the latency, the response time and / or the availability of the network. Only with sufficient quality of service is it ensured that, for example, a driver assistance system reacts in good time to a danger detected by sensors.

Allerdings handelt es sich bei dem Ethernet um ein sogenanntes geswitchtes Netzwerk, das nicht mit festen Übertragungsgarantien arbeitet. Deshalb hat man bisher auf Bus-Netzwerke gesetzt, wie zum Beispiel das MOST (Media Oriented Systems Transport) oder ein FlexRay-Netzwerk. Denn ein Bus-Netzwerk weist den Vorteil auf, dass es zeitgesteuert ist und damit Datenpakete gemäß einem vorgebbaren Sendeplan garantiert übertragen werden. However, the Ethernet is a so-called switched network, which does not work with fixed transmission guarantees. Therefore, so far one has relied on bus networks, such as the MOST (Media Oriented Systems Transport) or a FlexRay network. Because a bus network has the advantage that it is time-controlled and thus data packets are guaranteed transmitted according to a predetermined schedule.

In einer Übergangsphase ist damit zu rechnen, dass in einem Kraftfahrzeug sowohl ein Ethernet-Netzwerk als auch ein Bus-Netzwerk, wie zum Beispiel ein FlexRay-Netzwerk oder ein CAN, verwendet werden und zwischen diesen beiden Netzwerken Datenpakete übertragen werden müssen. Die Umsetzung kann über ein sogenanntes Gateway erfolgen, also eine Steuervorrichtung, an die sowohl das Ethernet-Netzwerk als auch das Bus-Netzwerk angeschlossen sein kann. Hierzu weist eine solche Steuervorrichtung die jeweilige physikalische Schnittstelle oder Anbindung sowie den jeweils benötigten Protokollstapel für die Kommunikation oder den Datenaustausch über das jeweilige Netzwerk auf. In a transitional phase, it is to be expected that both an Ethernet network and a bus network, such as a FlexRay network or a CAN, will be used in a motor vehicle and data packets must be transmitted between these two networks. The implementation can take place via a so-called gateway, ie a control device to which both the Ethernet network and the bus network can be connected. For this purpose, such a control device on the respective physical interface or connection and the respective required protocol stack for communication or data exchange over the respective network.

Eine bisher noch ungelöste und nicht ausreichend adressierte Herausforderung bei der Entwicklung einer solchen Steuervorrichtung besteht darin, die relativen Zeitabstände, wie sie sich durch den Sendeplan (Schedule) eines zeitgesteuerten Bus-Netzwerks zwischen den Datenpaketen ergeben, auch innerhalb eines Ethernet-Netzwerks zu erhalten. One hitherto unresolved and insufficiently addressed challenge in the development of such a control device is to maintain the relative time intervals, as provided by the schedule of a timed bus network between the data packets, even within an Ethernet network.

Eine Lösung zum Rekonstruieren der relativen Zeitabstände nach einer Übertragung über ein Ethernet-Netzwerk ist aus der DE 10 2012 223 308 A1 bekannt. One solution for reconstructing the relative time intervals after transmission over an Ethernet network is the DE 10 2012 223 308 A1 known.

Der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Kommunikationsnetzwerk mit einem Ethernet-Netzwerk und einem zeitgesteuerten Bus-Netzwerk die Dienstgüte des Bus-Netzwerks beim Transport von Datenpaketen über das Ethernet-Netzwerk zu erhalten. The invention has for its object to obtain in a communication network with an Ethernet network and a timed bus network, the quality of service of the bus network in the transport of data packets over the Ethernet network.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben. The object is solved by the subject matters of the independent claims. Advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description and the figures.

Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen zwischen einem Ethernet-Netzwerk und einem zeitgesteuerten Bus-Netzwerk bereitgestellt. Das Verfahren wird mittels einer Steuervorrichtung durchgeführt, welche als so genanntes Gateway das Ethernet-Netzwerk mit dem Bus-Netzwerk verbinden kann. Die Datenpakete können zum Beispiel Sensordaten von einer Sensoreinrichtung eines Kraftfahrzeugs und/oder Steuerdaten für Aktuatoren des Kraftfahrzeugs umfassen. Als zeitgesteuertes Bus-Netzwerk kann zum Beispiel ein FlexRay-Netzwerk betrieben werden. Es kann sich bei dem Bus-Netzwerk auch um ein CAN handeln. The invention provides a method for transmitting data packets between an Ethernet network and a timed bus network. The method is carried out by means of a control device which, as a so-called gateway, can connect the Ethernet network to the bus network. The data packets may include, for example, sensor data from a sensor device of a motor vehicle and / or control data for actuators of the motor vehicle. As a time-controlled bus network, for example, a FlexRay network can be operated. The bus network can also be a CAN.

In Bezug auf das Senden und/oder Empfangen der Datenpakete über das Ethernet-Netzwerk sieht das Verfahren vor, dass durch die Steuervorrichtung mehrere Warteschlangen zum Zwischenspeichern der Datenpakete bereitgestellt werden. Eine andere Bezeichnung für eine solche Warteschlange ist Queue. Die Warteschlangen sind über ein jeweiliges steuerbares Sperrgatter oder Gate mit dem Ethernet-Netzwerk gekoppelt. Die Sperrgatter werden zum Durchlassen von Datenpaketen zwischen der jeweiligen Warteschlange einerseits und dem Ethernet-Netzwerk andererseits gemäß einer zyklisch durchlaufenen Kontrollliste geöffnet, also durchlässig geschaltet. Ansonsten bleiben sie geschlossen, also sperrend geschaltet. Ein Sperrgatter kann also zwischen einem geöffneten Zustand und einem blockierenden Zustand umgeschaltet werden. Im geöffneten Zustand kann ein in einer Warteschlange zwischengespeichertes Datenpaket an das Ethernet-Netzwerk ausgegeben werden oder ein von dort empfangenes Datenpaket in die Warteschlange übertragen werden. Im blockierenden Zustand ist der Austausch eines Datenpakets zwischen Warteschlange und Ethernet-Netzwerk blockiert. Die Übertragung zwischen einer Warteschlange mit geöffnetem Sperrgatter einerseits und dem Ethernet-Netzwerk andererseits kann beispielsweise durch einen Scheduler erfolgen. Um das Ethernet-Netzwerk mit Warteschlangen und Sperrgattern zu betreiben, ist insbesondere vorgesehen, dass das Ethernet-Netzwerk gemäß einem TSN-Standard (TSM – time sensitive networking) gesteuert wird. Insbesondere ist der Standard IEEE 802.1Qbv vorgesehen. Ein Sperrgatter kann mittels eines Softwaremoduls realisiert werden. With regard to the transmission and / or reception of the data packets via the Ethernet network, the method provides that the control device provides several queues for buffering the data packets. Another name for such a queue is Queue. The queues are coupled to the Ethernet network via a respective controllable gate or gate. The blocking gates are opened for passing data packets between the respective queue on the one hand and the Ethernet network on the other hand, according to a cyclically checked checklist, so switched permeable. Otherwise they stay closed, so switched off. A blocking gate can thus be switched between an open state and a blocking state. In the opened state, a queued data packet can be output to the Ethernet network or a data packet received from there can be queued. In the blocking state, the exchange of a data packet between the queue and the Ethernet network is blocked. The transmission between a queue with an open blocking gate on the one hand and the Ethernet network on the other hand can be done for example by a scheduler. In order to operate the Ethernet network with queues and blocking gates, provision is made in particular for the Ethernet network to be controlled in accordance with a TSN standard (TSM). In particular, the Standard IEEE 802.1Qbv intended. A blocking gate can be realized by means of a software module.

Um mit diesem Ethernet-Netzwerk Datenpakete eines zeitgesteuerten Bus-Netzwerks mit der Dienstgüte des Bus-Netzwerks zu übertragen, sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen. Das Verfahren geht davon aus, dass die Datenpakete in dem Bus-Netzwerk gemäß einem vorbestimmten Sendeplan (Schedule) übertragen werden, sodass sich ein jeweiliger relativer Zeitabstand zwischen den Datenpaketen ergibt oder dieser vorgegeben ist. In der Steuervorrichtung wird durch eine Auswahleinheit oder einen Paket-Parser zu jedem der Datenpakete, die in der Steuervorrichtung eintreffen können, eine der Warteschlangen gemäß einem bereitgestellten Verteilerplan ausgewählt. Um welches Datenpaket es sich handelt, kann zum Beispiel anhand eines Zeitpunkts des Eintreffens und/oder anhand einer Sender-ID und/oder einer Nachrichten-ID und/oder eines Nachrichten-Typs des Datenpakets ermittelt werden. Das Datenpaket wird dann für die Übertragung zwischen dem Ethernet-Netzwerk und dem Bus-Netzwerk in der ausgewählten Warteschlage zwischengespeichert. Das Verfahren ist für beide Übertragungsrichtungen geeignet. Mit anderen Worten kann ein über das Bus-Netzwerk eintreffendes Datenpaket zunächst in der ausgewählten Warteschlage zwischengespeichert werden und anschließend durch Öffnen des zugehörigen Sperrgatters an das Ethernet-Netzwerk weitergeleitet werden. Umgekehrt kann ein über das Ethernet-Netzwerk eintreffendes Datenpaket durch Öffnen des Sperrgatters in die ausgewählte Warteschlange weitergeleitet werden und dann von dort durch die Auswahleinheit entnommen und in das Bus-Netzwerk gemäß dem Sendeplan ausgesendet oder weitergeleitet werden. In der Steuervorrichtung wird entsprechend die Kontrollliste derart eingestellt, dass beim Übertragen der Datenpakete der jeweilige relative Zeitabstand der Datenpakete erhalten bleibt. In order to transmit data packets of a time-controlled bus network with the quality of service of the bus network with this Ethernet network, the following method steps are provided. The method assumes that the data packets in the bus network are transmitted according to a predetermined schedule, so that a respective relative time interval between the data packets results or is predetermined. In the control device, one of the queues is selected by a selection unit or a packet parser for each of the data packets that may arrive in the control device according to a distribution plan provided. Which data packet is concerned can be determined, for example, on the basis of a time of arrival and / or on the basis of a sender ID and / or a message ID and / or a message type of the data packet. The data packet is then cached for transmission between the Ethernet network and the bus network in the selected queue. The method is suitable for both directions of transmission. In other words, a data packet arriving via the bus network can first be temporarily stored in the selected queue and then forwarded to the Ethernet network by opening the associated blocking gate. Conversely, an incoming via the Ethernet network data packet can be forwarded by opening the blocking gate in the selected queue and then removed from there by the selection unit and sent out or forwarded to the bus network according to the transmission schedule. In the control device, the control list is accordingly set in such a way that the respective relative time interval of the data packets is retained when transmitting the data packets.

Durch den Verteilerplan, der durch die Auswahleinheit umgesetzt wird, ist also klar, in welcher Warteschlange sich welches der Datenpakete liegt. Durch Steuern der Sperrgatter mittels der Kontrollliste werden die Datenpakete dann gemäß den gewünschten Zeitabständen weitergeleitet. Somit weisen die Datenpakete beim Aussenden in das Ethernet-Netzwerk die korrekten Zeitabstände auf. Beim Empfangen aus dem Ethernet-Netzwerk werden die Datenpakete in der vorgesehenen Warteschlange zwischengespeichert, damit sie rechtzeitig und in der richtigen Warteschlange bereitstehen, wenn die Datenpakete in das Bus-Netzwerk weitergeleitet werden müssen. The distribution plan implemented by the selection unit therefore makes it clear in which queue which of the data packets lies. By controlling the blocking gates by means of the checklist, the data packets are then forwarded according to the desired time intervals. Thus, the data packets have the correct time intervals when they are sent to the Ethernet network. When receiving from the Ethernet network, the data packets are cached in the designated queue so that they are ready in time and in the correct queue when the data packets need to be forwarded to the bus network.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass auch innerhalb des Ethernet-Netzwerks die relativen Zeitabstände zwischen den Datenpaketen in der Weise eingestellt werden, wie es durch den Sendeplan des Bus-Netzwerks vorgegeben ist. Damit verhält sich das Ethernet-Netzwerk trotz der Tatsache, dass es sich nicht um ein zeitgesteuertes Bus-Netzwerk handelt, dennoch bei der Übertragung der Datenpakete wie ein solches zeitgesteuertes Bus-Netzwerk. Damit kann auch mittels des Ethernet-Netzwerks die Dienstgüte eines zeitgesteuerten Bus-Netzwerks bereitgestellt werden. Im Zusammenhang mit der Erfindung werden nur relative Zeitabstände genannt, da die Übertragung durch die Steuervorrichtung einen Zeitversatz verursachen kann, der aber für alle Datenpakete (bis auf einen vorbestimmbaren, insbesondere insignifikanten, Jitter) gleich ist. The advantage of the method according to the invention is that the relative time intervals between the data packets within the Ethernet network are also set in the manner specified by the transmission schedule of the bus network. Despite the fact that this is not a time-controlled bus network, the Ethernet network behaves like a time-controlled bus network when transmitting the data packets. Thus, the quality of service of a timed bus network can also be provided by means of the Ethernet network. In the context of the invention, only relative time intervals are mentioned, since the transmission by the control device can cause a time offset, but is the same for all data packets (except for a predeterminable, in particular insignificant, jitter).

Zu der Erfindung gehören auch vorteilhafte Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben. The invention also includes advantageous developments, the characteristics of which provide additional advantages.

Zum Ermitteln des Verteilerplans und der Kontrollliste wird bevorzugt der Sendeplan des Bus-Netzwerks zugrunde gelegt oder empfangen, damit aus dem Sendeplan ein jeweiliger Sendezeitpunkt jedes der Datenpakete ermittelt wird. Die besagte zyklisch durchlaufene Kontrollliste für die Sperrgatter benötigt für einen Durchlauf eine sogenannte Zyklusdauer. Die Zyklusdauer wird bevorzugt derart eingestellt, dass sie einer Gesamtdauer zumindest eines zyklisch wiederholten Basiszyklus des Bus-Netzwerks entspricht. Bei dem besagten FlexRay-Netzwerk sind zum Beispiel 64 Basiszyklen vorgesehen, die sich voneinander unterscheiden können. Danach wird wieder bei dem ersten Basiszyklus begonnen. Damit weist also in diesem Fall die Zyklusdauer der Kontrollliste das 64-fache der Dauer des Basiszyklus des FlexRay-Netzwerks auf. Jeder Basiszyklus weist Zeitslots auf, in denen jeweils eines der Datenpakete in dem Bus-Netzwerk gesendet werden kann. Der Sendeplan legt fest, in welchem Zeitslot welches Datenpaket zu senden ist. Für zumindest einen dieser Zeitslots, insbesondere für einige oder alle Zeitslots, wird eine korrespondierende Kombination aus einer freien Warteschlange zum Zwischenspeichern des Datenpakets in der Steuervorrichtung und einem Gatesteuerzeitpunkt für das Sperrgatter der freien Warteschlange ermittelt. Es wird also überprüft, ob immer dann, wenn ein Datenpaket in seinem Zeitslot in der Steuervorrichtung eintrifft, eine Warteschlange bereitsteht, in welcher das Datenpaket derart abgespeichert werden kann, dass es danach durch Einstellen eines Gatesteuerzeitpunkts zum richtigen Zeitpunkt in das Ethernet-Netzwerk ausgesendet werden kann, sodass die besagten Zeitabstände der Datenpakete erhalten bleiben. Ein Datenpaket muss dabei nicht sofort weitergeleitet oder in das Ethernet-Netzwerk ausgesendet werden. Es reicht, wenn sich insgesamt für alle Datenpakete der besagte konstante Zeitversatz ergibt. In order to determine the distribution plan and the check list, the transmission schedule of the bus network is preferably used or assumed, so that a respective transmission time of each of the data packets is determined from the transmission schedule. The said cyclically checked check list for the blocking gates requires a so-called cycle duration for a pass. The cycle duration is preferably set such that it corresponds to a total duration of at least one cyclically repeated base cycle of the bus network. For example, the said FlexRay network has 64 basic cycles which may differ from one another. Thereafter, the first base cycle is started again. Thus, in this case, the cycle time of the control list is 64 times the duration of the basic cycle of the FlexRay network. Each basic cycle has time slots in each of which one of the data packets in the bus network can be sent. The transmission schedule determines in which time slot which data packet is to be sent. For at least one of these timeslots, especially for some or all timeslots, a corresponding combination of a free queue for caching the data packet in the controller and a gate control time for the free-queue bar gate is determined. It is therefore checked whether whenever a data packet arrives in its time slot in the control device, a queue is ready in which the data packet can be stored in such a way that it is sent out by setting a gate control time at the right time in the Ethernet network can, so that the said intervals of the data packets are preserved. A data packet does not have to be forwarded immediately or sent out to the Ethernet network. It suffices if the said constant time offset results overall for all data packets.

Für die ermittelte freie Warteschlange wird dann bevorzugt ein Eintrag in dem Verteilerplan erzeugt. Für den Gatesteuerzeitpunkt wird entsprechend ein Eintrag in der Kontrollliste erzeugt, durch welchen das Sperrgatter geöffnet wird. Hierdurch werden dann in vorteilhafter Weise alle Datenpakete, die zyklisch in dem zumindest einen Basiszyklus des Bus-Netzwerks zu übertragen sind, automatisiert auf der Grundlage des Verteilerplans und der Kontrollliste auch in dem Ethernet-Netzwerk gemäß dem Sendeplan übertragen. An entry in the distribution plan is then preferably generated for the determined free queue. For the gate control time, an entry is accordingly generated in the checklist, by which the blocking gate is opened. In this way, all data packets which are to be transmitted cyclically in the at least one basic cycle of the bus network are then automatically transmitted on the basis of the distribution plan and the check list also in the Ethernet network according to the transmission schedule.

Eine besonders bevorzugte Quelle zum Ermitteln des Sendeplans ist ein Fibex-Datensatz, aus welchem mit geringem technischen Aufwand der Verteilerplan und die Kontrollliste erzeugt werden können. A particularly preferred source for determining the transmission schedule is a Fibex data set from which the distribution plan and the checklist can be generated with little technical effort.

Ein Ethernet-Netzwerk kann mehrere Netzwerkzweige aufweisen, die über zumindest eine Switcheinheit zum Weiterleiten der Datenpakete zwischen den Netzwerkzweigen vorgesehen sind. Unter einer Switcheinheit ist hier insbesondere ein sogenannter Switch oder eine sogenannte Bridge zu verstehen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass auch innerhalb des Ethernet-Netzwerks bei Übertragung über zumindest eine Switcheinheit die vorgegebenen Zeitabstände zwischen den Datenpaketen erhalten bleiben. In jeder Switcheinheit werden bevorzugt ebenfalls Warteschlangen und jeweils eine Kontrollliste für deren Sperrgatter bereitgestellt. Hierbei ist dann vorgesehen, dass die Kontrollliste jeder Switcheinheit in Abhängigkeit von der Kontrollliste der Steuervorrichtung derart eingestellt wird, dass der relative Zeitabstand der Datenpakete innerhalb des Ethernet-Netzwerks erhalten bleibt. Hierzu kann beispielsweise ausgehend von der Steuervorrichtung und gemäß dem Schaltplan des Ethernet-Netzwerks die nächste oder nachgeschaltete Switcheinheit ermittelt werden und in dieser die Kontrollliste an die Kontrollliste der Steuervorrichtung angepasst werden. Dann kann ausgehend von dieser Switcheinheit die nächstliegende oder nachgeschaltete Switcheinheit ermittelt und deren Kontrollliste angepasst werden. Somit ergibt sich eine rekursive oder iterative Anpassung der Kontrolllisten in dem Ethernet-Netzwerk. An Ethernet network can have a plurality of network branches, which are provided via at least one switch unit for forwarding the data packets between the network branches. Under a switch unit is here in particular a so-called switch or a so-called bridge to understand. It is preferably provided that the predetermined time intervals between the data packets also remain within the Ethernet network when transmitted via at least one switch unit. In each switch unit are preferably also provided queues and each a checklist for the blocking gate. It is then provided that the checklist of each switch unit is set in dependence on the control list of the control device such that the relative time interval of the data packets within the Ethernet network is maintained. For this purpose, for example, starting from the control device and according to the circuit diagram of the Ethernet network, the next or downstream switch unit can be determined and in this the control list can be adapted to the control list of the control device. Then, starting from this switch unit, the nearest or downstream switch unit can be determined and its checklist adjusted. This results in a recursive or iterative adaptation of the checklists in the Ethernet network.

Das Abbilden eines Sendeplans eines Bus-Netzwerks auf ein Ethernet-Netzwerk setzt voraus, dass in dem Ethernet-Netzwerk die Sendezeitpunkte für die Datenpakete ausreichend flexibel festgelegt werden können. Bevorzugt wird deshalb verifiziert, ob sich für die gemäß dem Sendeplan versendeten Datenpakete in Kombination mit einem jeweiligen Datenvolumen der Datenpakete, d.h. deren Datenmenge, eine Datenrate ergibt, die kleiner oder gleich einer maximalen Datenrate des Ethernet-Netzwerks ist. Mit anderen Worten wird die Gesamtdatenmenge ermittelt, die sich aus der Anzahl der Datenpakete multipliziert mit ihrem Datenvolumen oder ihrer Größe ergibt. Zusammen mit dem Sendezeitplan ergibt sich die benötigte Datenrate. Ist die benötigte Datenrate größer als die durch das Ethernet-Netzwerk bereitgestellte maximale Datenrate, so wird ein Fehlersignal erzeugt. Hierdurch wird signalisiert, dass es unmöglich ist, mittels des Ethernet-Netzwerks den Sendeplan des Bus-Netzwerks abzubilden oder umzusetzen. The mapping of a transmission schedule of a bus network to an Ethernet network requires that the transmission times for the data packets can be set sufficiently flexibly in the Ethernet network. Preferably, therefore, it is verified whether the data packets sent according to the transmission schedule, in combination with a respective data volume of the data packets, i. whose amount of data results in a data rate that is less than or equal to a maximum data rate of the Ethernet network. In other words, the total amount of data resulting from the number of data packets multiplied by their data volume or size is determined. Together with the transmission schedule results in the required data rate. If the required data rate is greater than the maximum data rate provided by the Ethernet network, an error signal is generated. This signals that it is impossible to map or implement the transmission schedule of the bus network using the Ethernet network.

Um das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen, ist durch die Erfindung eine Steuervorrichtung zum Koppeln zumindest eines Ethernet-Netzwerks mit einem Bus-Netzwerk bereitgestellt. Die Steuervorrichtung stellt also ein so genanntes Gateway dar. Die Steuervorrichtung weist eine Prozessoreinrichtung mit Programmcode auf, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein. Zum Ausführen des Programmcodes kann die Prozessoreinrichtung zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. In order to carry out the method according to the invention, the invention provides a control device for coupling at least one Ethernet network to a bus network. The control device thus constitutes a so-called gateway. The control device has a processor device with program code which is set up to execute an embodiment of the method according to the invention when executed by the processor device. The program code may be stored in a data memory of the processor device. To execute the program code, the processor device may have at least one microprocessor and / or at least one microcontroller.

Zu der Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Ethernet-Netzwerk und mit zumindest einem Bus-Netzwerk. Das zumindest eine Ethernet-Netzwerk und das zumindest eine Bus-Netzwerk sind über eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung gekoppelt oder verschaltet. The invention also includes a motor vehicle with at least one Ethernet network and with at least one bus network. The at least one Ethernet network and the at least one bus network are coupled or interconnected via an embodiment of the control device according to the invention.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass über die Netzwerke insgesamt zumindest eine Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs mit zumindest einem Aktuator des Kraftfahrzeugs gekoppelt ist, wobei dann die besagten Datenpakete Sensordaten und/oder Steuerdaten für Aktuatoren enthalten oder umfassen. It is preferably provided that at least one sensor device of the motor vehicle is coupled to at least one actuator of the motor vehicle via the networks, in which case said data packets contain or include sensor data and / or control data for actuators.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen ausgestaltet. The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck.

Im Folgenden ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt: In the following an embodiment of the invention is described. This shows:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; 1 a schematic representation of an embodiment of the motor vehicle according to the invention;

2 eine schematische Darstellung einer Steuervorrichtung des Kraftfahrzeugs von 1; 2 a schematic representation of a control device of the motor vehicle of 1 ;

3 eine schematische Darstellung von Warteschlangen und einer Kontrollliste, die in der Steuervorrichtung von 2 bereitgestellt sein können; 3 a schematic representation of queues and a checklist that in the control device of 2 can be provided;

4 eine schematische Darstellung einer Übertragung von Datenpaketen aus einem Bus-Netzwerk in ein Ethernet-Netzwerk mittels der Steuervorrichtung; 4 a schematic representation of a transmission of data packets from a bus network in an Ethernet network by means of the control device;

5 ein Flussschaudiagramm zur Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; 5 a Flußschaudiagramm illustrating an embodiment of the method according to the invention;

6 ein Flussschaudiagramm zu einem Verfahrensschritt aus dem Flussschaudiagramm von 5; und 6 a flowchart of a process step from the flowchart of 5 ; and

7 ein Flussschaudiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. 7 a Flussschaudiagramm to illustrate a further embodiment of the method according to the invention.

Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar. The exemplary embodiment explained below is a preferred embodiment of the invention. In the exemplary embodiment, the described components of the embodiment each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another, which also each independently further develop the invention and thus also individually or in a different combination than the one shown as part of the invention. Furthermore, the described embodiment can also be supplemented by further features of the invention already described.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen. In the figures, functionally identical elements are each provided with the same reference numerals.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10, bei dem es sich beispielsweise um einen Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 10 können Fahrzeugkomponenten 11, 12 über ein Kommunikationsnetzwerk 13 zum Austauschen von Datenpaketen 17 miteinander gekoppelt sein. Das Kommunikationsnetzwerk 13 kann ein Ethernet-Netzwerk 14 und ein Bus-Netzwerk 15 umfassen. Es können auch mehrere Ethernet-Netzwerke und/oder Bus-Netzwerke in den Kommunikationsnetzwerk 13 vorgesehen sein. Das Ethernet-Netzwerk 14 kann zum Beispiel gemäß dem Standard Ethernet-TSN betrieben sein. Das Bus-Netzwerk 15 kann beispielsweise auf der Grundlage des Standards FlexRay betrieben sein. 1 shows a motor vehicle 10 , which may be, for example, a passenger car or a truck. In the motor vehicle 10 can vehicle components 11 . 12 over a communication network 13 for exchanging data packets 17 be coupled with each other. The communication network 13 can be an ethernet network 14 and a bus network 15 include. There may also be multiple Ethernet networks and / or bus networks in the communication network 13 be provided. The Ethernet network 14 For example, it may be operated according to the standard Ethernet TSN. The bus network 15 For example, it may be based on the FlexRay standard.

Bei den Fahrzeugkomponenten 11, 12 kann es sich zum Beispiel jeweils um eine Sensoreinheit oder einen Aktuator handeln. Beispielsweise können die Fahrzeugkomponenten 11 jeweils einen Sensor oder eine Sensoreinheit darstellen, z. B. einen Radar oder eine Kamera, und die Fahrzeugkomponenten 12 jeweils einen Aktuator, z. B. eine Bremse. Bei den Fahrzeugkomponenten 11, 12 kann es sich zum Beispiel um Elemente eines Fahrerassistenzsystems handeln. In the vehicle components 11 . 12 For example, each may be a sensor unit or an actuator. For example, the vehicle components 11 each represent a sensor or a sensor unit, for. As a radar or a camera, and the vehicle components 12 one actuator each, z. B. a brake. In the vehicle components 11 . 12 For example, they can be elements of a driver assistance system.

Die Netzwerke 14, 15 können über eine Steuervorrichtung 16 miteinander gekoppelt sein, über welche Datenpakete 17 zwischen den Netzwerken 14, 15 übertragen werden können. The networks 14 . 15 can via a control device 16 coupled with each other over which data packets 17 between the networks 14 . 15 can be transmitted.

2 zeigt die Steuervorrichtung 16 in Alleinstellung. Die Steuervorrichtung 16 kann zum Beispiel als ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs 10 ausgestaltet sein. 2 veranschaulicht hierbei eine Übertragung eines Datenpakets 17 aus dem Bus-Netzwerk 15 in das Ethernet-Netzwerk 14. In an sich bekannter Weise ist jedes der Netzwerke 14, 15 über eine jeweilige physikalische Anbindung oder Schnittstelle 18, 19 der Steuervorrichtung 16 an diese angeschlossen. Eine Empfangseinrichtung 20 kann das Datenpaket 17 aus der physikalischen Schnittstelle 19 empfangen. Das Datenpaket 17 kann zum Beispiel Bestandteil einer Bus-Nachricht 21 sein, welche zusätzlich zu dem Datenpaket 17, also den eigentlichen Nutzdaten, noch zusätzliche Protokolldaten umfasst. Eine Gatewayeinheit GW kann das Datenpaket 17 aus der Bus-Nachricht 21 in bekannter Weise extrahieren. Dies wird deshalb im Weiteren nicht genauer betrachtet. 2 shows the control device 16 in isolation. The control device 16 can, for example, as a control unit of the motor vehicle 10 be designed. 2 illustrates a transmission of a data packet 17 from the bus network 15 into the ethernet network 14 , In a manner known per se, each of the networks 14 . 15 via a respective physical connection or interface 18 . 19 the control device 16 connected to this. A receiving device 20 can the data package 17 from the physical interface 19 receive. The data package 17 can for example be part of a bus message 21 which is in addition to the data packet 17 , So the actual payload, even more log data includes. A gateway unit GW may be the data packet 17 from the bus message 21 Extract in a known manner. Therefore, this will not be considered in more detail below.

Das Datenpaket 17 kann durch die Empfangseinrichtung 20 in einem Datenspeicher 22 gespeichert oder gepuffert werden. Aus dem Datenspeicher 22 kann das Datenpaket 17 durch eine Ausgabeeinrichtung 23 ausgelesen und über die physikalische Schnittstelle 18 des Ethernet-Netzwerks 14 in dieses ausgesendet werden. Die Empfangseinrichtung 20 und die Ausgabeeinrichtung 23 können hierbei zum Beispiel jeweils als Programmmodule eines Programmcodes für eine Prozessoreinrichtung 24 der Steuervorrichtung 16 realisiert sein. The data package 17 can through the receiving device 20 in a data store 22 saved or buffered. From the data store 22 can the data package 17 through an output device 23 read out and via the physical interface 18 of the Ethernet network 14 be sent out in this. The receiving device 20 and the output device 23 For example, these may each be used as program modules of a program code for a processor device 24 the control device 16 be realized.

Eine Zeitgebereinheit TimeUnit kann die Systemzeiten in den unterschiedlichen Netzwerken synchronisieren. A timer unit TimeUnit can synchronize the system times in the different networks.

Anhand von 2 und 3 ist im Folgenden erläutert, wie Sendezeitpunkte zum Aussenden des Datenpakets 17 und weiterer Datenpakete 17 durch die Empfangseinrichtung 20 und die Ausgabeeinrichtung 23 festgelegt werden. Based on 2 and 3 is explained below, as transmission times for sending the data packet 17 and other data packets 17 through the receiving device 20 and the output device 23 be determined.

Die Ausgabeeinrichtung 23 kann Warteschlangen 25 zum getrennten oder unabhängigen Speichern von Datenpaketen 17 aufweisen. Die Warteschlangen 25 können über ein jeweiliges Sperrgatter 26 mit einer Sendeeinheit 27 gekoppelt sein. Die Sendeeinheit 27 kann zum Beispiel ein Scheduler sein. Die Warteschlangen 25 und die Sperrgatter 26 können durch einen so genannten Qbv-Shaper S gemäß dem Standard IEEE 802.1Qbv gebildet sein. The output device 23 can queues 25 for the separate or independent storage of data packets 17 exhibit. The queues 25 can have a respective blocking gate 26 with a transmitting unit 27 be coupled. The transmitting unit 27 may be a scheduler, for example. The queues 25 and the locking gates 26 can by a so-called Qbv-Shaper S according to the Standard IEEE 802.1Qbv be formed.

Die Sperrgatter 26 werden in Abhängigkeit von einer Kontrollliste 28 geschaltet, die mehrere Sendeschritte 29 umfassen kann, für die jeweils ein Gatesteuerbefehl 30 (C-geschlossen, blockiert, closed; o-geöffnet, open) vorgesehen ist. Die Kontrollliste 28 wird zyklisch durchlaufen, wobei die Gesamtdauer der Sendeschritte 29 eine Zyklusdauer 31 der Kontrollliste 28 ergeben kann. Durch Schalten der Sperrgatter 26 kann jeweils ein Datenpaket, dass in einer Warteschlange 25 zwischengespeichert ist, deren Sperrgatter 26 geöffnet ist, zu der Sendeeinheit 27 gelangen oder übertragen werden und von dieser in das Ethernet-Netzwerk 14 ausgesendet werden. The barrier gates 26 are dependent on a checklist 28 switched, the several transmission steps 29 may include, for each of which a gate control command 30 (C-closed, blocked, closed; O-open, open) is provided. The checklist 28 is cycled, the total duration of the transmission steps 29 a cycle time 31 the checklist 28 can result. By switching the blocking gate 26 can each have a packet of data that is in a queue 25 is cached, whose blocking gate 26 is open, to the transmitting unit 27 arrive or be transferred and from this into the Ethernet network 14 to be sent out.

In dem in 3 veranschaulichten Beispiel sei angenommen, dass das Datenpaket 17 in der dritten Warteschlange von links gespeichert wird. Damit wird das Datenpaket in dem Sendeschritt 29 mit der in 3 angegebenen Bezeichnung T002 weitergeleitet (Gatesteuerbefehl o). In the in 3 For example, assume that the data packet 17 stored in the third queue from the left. Thus, the data packet in the sending step 29 with the in 3 specified designation T002 forwarded (gate control command o).

Hierzu muss das Datenpaket 17 zusätzlich noch zunächst in der richtigen Warteschlange (in dem Beispiel in der dritten Warteschlange von links) gespeichert werden. Dies wird durch die Empfangseinrichtung 20 mittels einer Auswahleinheit 32 festgelegt, die auf der Grundlage eines Verteilerplans 33 jedes Datenpaket 17 einer der Warteschlangen 25 zugeordnet. For this the data package must 17 In addition, first in the correct queue (in the example in the third queue from the left) are stored. This is done by the receiving device 20 by means of a selection unit 32 set based on a distribution plan 33 every data packet 17 one of the queues 25 assigned.

Der Verteilerplan 33 und die Kontrollliste 28 sind dabei aufeinander abgestimmt. Der Verteilerplan 33 und die Kontrollliste 28 können auf der Grundlage einer Fibex-Datei 34 erzeugt werden, welche einen Sendeplan oder Schedule des Bus-Netzwerks 15 beschreibt. The distribution plan 33 and the checklist 28 are coordinated with each other. The distribution plan 33 and the checklist 28 can be based on a fibex file 34 which is a broadcast schedule or schedule of the bus network 15 describes.

4 veranschaulicht, wie für Datenpakete 17 des Bus-Netzwerks 15 durch den Qbv-Shaper S mittels der Kontrollliste 28 sichergestellt werden kann, dass Datenpakete 17, die über das Bus-Netzwerk 15 in vorbestimmten Zeitabständen 35 gemäß dem Sendeplan eintreffen auch auf den Ethernet-Netzwerk 14 mit diesen Zeitabständen 35 ausgesendet werden, obwohl weitere Datenpakete 17‘ eines anderen Netzwerks BE ebenfalls über das Ethernet-Netzwerk 14 ausgesendet werden. Das andere Netzwerk BE wird dann nach dem Prinzip Best-Effort (Bester Versuch) behandelt. 4 illustrates how to use data packets 17 of the bus network 15 through the Qbv Shaper S using the checklist 28 it can be ensured that data packets 17 that are over the bus network 15 at predetermined intervals 35 according to the transmission schedule also arrive on the ethernet network 14 with these intervals 35 be sent out, although more data packets 17 ' another network BE also over the Ethernet network 14 to be sent out. The other network BE is then treated according to the Best Effort principle.

4 zeigt hierzu, wie zwei Warteschlangen 25 benutzt werden können, die in 4 als Q1, Q2 bezeichnet werden. Die Warteschlange Q1 wird zum Zwischenspeichern der Datenpakete 17 verwendet. Die Warteschlange Q2 wird dann für die Datenpakete 17‘ verwendet. Durch entsprechende Gatesteuerbefehle 30 zum Öffnen und Schließen der Sperrgatter 26 in den einzelnen Sendeschritte 29 ergibt sich eine Sendereihenfolge der Datenpakete 17, 17‘, durch welche die Zeitabstände 35 eingehalten werden. In 4 sind die Sendeschritte 29 durch die Bezeichnung Cycle 2 bis n unterschieden. Zu jedem Sendeschritt 29 ergibt sich ein Sendevorgang 36, die hier mit der Bezeichnung Output Cycle 1 bis n unterschieden sind. 4 shows, like two queues 25 can be used in 4 are referred to as Q1, Q2. The queue Q1 is used to buffer the data packets 17 used. The queue Q2 is then used for the data packets 17 ' used. By appropriate gate control commands 30 for opening and closing the blocking gate 26 in the individual transmission steps 29 this results in a transmission order of the data packets 17 . 17 ' through which the time intervals 35 be respected. In 4 are the transmission steps 29 by the name Cycle 2 distinguished up to n. To every transmission step 29 results in a send process 36 , which are distinguished here by the term Output Cycle 1 to n.

Um die Zeitabstände 35 korrekt einzustellen, sind zwei Aspekte zu berücksichtigen. Zum einen muss durch die Auswahleinheit 32 zu jedem Datenpaket 17 die korrekte oder richtige Warteschlange 25, also zum Beispiel Q1, festgelegt werden, in welche dann das Datenpaket 17 zwischengespeichert wird. Zum anderen muss zum richtigen Sendezeitpunkt, d.h. im richtigen Sendeschritt 29, ein Gatesteuerbefehl 30 zum Öffnen des Sperrgatters 26 für diese Warteschlange 25 bereitgestellt sein. Mit anderen Worten müssen also der Verteilerplan 33 und die Kontrollliste 28 auf den Sendeplan des Bus-Netzwerks 15 abgestimmt sein. To the intervals 35 to adjust correctly, two aspects have to be considered. Firstly, it must be through the selection unit 32 to every data package 17 the correct or correct queue 25 , So for example, Q1, are set, in which then the data packet 17 is cached. On the other hand, at the right time of transmission, ie in the correct transmission step 29 , a gate tax command 30 for opening the blocking gate 26 for this queue 25 be provided. In other words, so must the distribution plan 33 and the checklist 28 on the schedule of the bus network 15 be coordinated.

5 veranschaulicht hierzu ein Verfahren, mittels welchem der Verteilerplan 33 und die Kontrollliste 28 entsprechend erzeugt werden können. 5 illustrates a method by which the distribution plan 33 and the checklist 28 can be generated accordingly.

In einem Prozessschritt P1 können aus der Fibex-Datei 34 Bus-Fibex-Parameter ausgelesen werden, zum Beispiel die Anzahl der in dem Bus-Netzwerk 15 bereitgestellten Kanäle und/oder eine Zykluszeit. Insbesondere werden FlexRay-Parameter ausgelesen. In a process step P1 can from the Fibex file 34 Bus Fibex parameters are read, for example, the number of bus network 15 provided channels and / or a cycle time. In particular, FlexRay parameters are read out.

In einem Prozessschritt P2 kann auf Grundlage dieser Parameterwerte eine benötigte Bandbreite oder Datenrate BW berechnet werden, indem für jeden Kanal ermittelt wird, wie groß dessen Zykluszeit ist und wie viele Basiszyklen vorgesehen sind. Hierbei können unbelegte Basiszyklen subtrahiert werden. Dann wird überprüft, ob die Datenrate BW kleiner oder gleich der maximalen Datenrate BWmax des Ethernet-Netzwerks 14 ist. Ist dies nicht der Fall (symbolisiert durch –), so kann in einem Prozessschritt P3 ein Fehlersignal 37 erzeugt werden. Mit anderen Worten wird signalisiert, dass die Zeitabstände 35 in dem Ethernet-Netzwerk 14 nicht garantiert werden können. Ist die benötigte Datenrate BW kleiner oder gleich der maximalen Datenrate BWmax (symbolisiert durch +), so kann der Prozessschritt P4 durchgeführt werden, der im Folgenden anhand von 6 genauer erläutert wird. In a process step P2, on the basis of these parameter values, a required bandwidth or data rate BW can be calculated by determining for each channel how large its cycle time is and how many base cycles are provided. Here, unoccupied basic cycles can be subtracted. It is then checked whether the data rate BW is less than or equal to the maximum data rate BWmax of the Ethernet network 14 is. If this is not the case (symbolized by -), then in a process step P3 an error signal 37 be generated. In other words, it signals that the time intervals 35 in the ethernet network 14 not guaranteed can be. If the required data rate BW is less than or equal to the maximum data rate BWmax (symbolized by +), then the process step P4 can be carried out, which in the following is based on 6 will be explained in more detail.

In 6 wird hierbei eine Pseudocode-Notation (from...to... – For-Schleife) verwendet. In einem Prozessschritt P41 werden zum Beispiel aus der Fibex-Datei 34 Beschreibungsdaten des Bus-Netzwerks 15 ausgelesen, die angeben, wie viele Basiszyklen Slot-Base-Cycle und wie viele Zeitslots SlotId_max Pro Basiszyklus Slot-Base-Cycle vorgesehen sind. In 6 Here, a pseudocode notation (from ... to ... - For loop) is used. In a process step P41, for example, from the Fibex file 34 Description data of the bus network 15 which specifies how many slot-base-cycle base cycles and how many timeslots SlotId_max Pro base cycle slot-base-cycle are provided.

In einem Prozessschritt P42 werden dann alle Basiszyklen durchiteriert. Hierbei wird in einem Prozessschritt P43 jeder Zeitslot SlotId pro Basiszyklus Slot-Base-Cycle durchiteriert. Für jeden Zeitslot SlotId kann in einem Prozessschritt P44 für das darin zu sendete Datenpaket 17 überprüft werden, ob es eine freie Warteschlange Q in den Warteschlangen 25 gibt, in welcher das Datenpaket zwischengespeichert werden kann. In einem Prozessschritt P45 kann dann zu der freien Warteschlange ein passender Gatesteuerzeitpunkt T zum Öffnen des zugehörigen Sperrgatters 26 und damit zum Weiterleiten des Datenpakets 17 ermittelt werden. In a process step P42, all basic cycles are then iterated. In this case, in a process step P43, each time slot SlotId is iterated per basic cycle slot-base cycle. For each slot SlotId can in a process step P44 for the data packet to be sent therein 17 Check if there is a free queue Q in the queues 25 gives in which the data packet can be cached. In a process step P45, a suitable gate control time T for opening the associated blocking gate can then be added to the free queue 26 and thus for forwarding the data packet 17 be determined.

Falls keine entsprechende Kombination aus einer freien Warteschlange Q und einem Gatesteuerzeitpunkt T ermittelt werden kann (in 6 durch – symbolisiert), wird dies in einem Prozessschritt P46 erkannt und in einem Prozessschritt P47 das Fehlersignal 37 (ERR) erzeugt. Damit ist signalisiert, dass die Zeitabstände 35 in dem Ethernet-Netzwerk 14 nicht eingehalten werden können. In einem Prozessschritt P48 kann das Verfahren abgebrochen werden. If no corresponding combination of a free queue Q and a gate control time T can be determined (in 6 symbolized by), this is detected in a process step P46 and in a process step P47 the error signal 37 (ERR) generated. This signals that the time intervals 35 in the ethernet network 14 can not be met. In a process step P48, the method can be aborted.

Falls eine Kombination aus freier Warteschlange Q und passendem Gatesteuerzeitpunkt T ermittelt werden kann (in 6 durch + symbolisiert), so kann in einem Prozessschritt P49 ein Eintrag 38 mit einem Gatesteuerbefehl 30 zum Öffnen des Sperrgatters 26 zum Gatesteuerzeitpunkt T in der Kontrollliste 28 gespeichert werden. In dem Verteilerplan 33 kann ein Eintrag 39 zum Identifizieren des entsprechenden Datenpakets 17 vorgenommen und die freie, zu verwendende Warteschlange Q identifiziert werden. If a combination of free queue Q and matching gate control time T can be determined (in 6 symbolized by +), an entry can be made in a process step P49 38 with a gate control command 30 for opening the blocking gate 26 to the gate control time T in the checklist 28 get saved. In the distribution plan 33 can be an entry 39 for identifying the corresponding data packet 17 and identify the free queue Q to use.

Das Ethernet-Netzwerk 14 kann zumindest einen Switch SW aufweisen, über welchen Netzwerkzweige 14‘, 14‘‘ des Ethernet-Netzwerks 14 verbunden sein können. The Ethernet network 14 can have at least one switch SW, via which network branches 14 ' . 14 '' of the Ethernet network 14 can be connected.

In 7 ist veranschaulicht, wie auch für jeden Switch SW des Ethernet-Netzwerks 14 eine entsprechende Kontrollliste 28‘ erzeugt werden kann, um auch bei einer Übertragung der Datenpakete 17 innerhalb des Ethernet-Netzwerks 14 über einen Switch SW hinweg die Zeitabstände 35 beizubehalten. Auch 7 nutzt die Pseudocode-Notation. In einem Prozessschritt P5 können nacheinander alle Switches SW, die entlang eines Übertragungspfads für die Datenpakete 17 liegen, ausgewählt werden. Es wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der Switches SWmax beträgt. Für jeden Switch kann in einem Prozessschritt P6 ein jeweiliger Anschlussport oder kurz Port, der bei der Übertragung beteiligt ist, ausgewählt werden. In 7 wird davon ausgegangen, dass insgesamt in einem Switch eine Anzahl Portmax auszuwählen ist. In 7 is illustrated as well as for each switch SW of the Ethernet network 14 a corresponding checklist 28 ' can be generated to even with a transmission of the data packets 17 within the Ethernet network 14 across a switch SW, the time intervals 35 maintain. Also 7 uses the pseudocode notation. In a process step P5, all switches SW, which are along a transmission path for the data packets, can successively be selected 17 lie, be selected. It is assumed that the number of switches is SWmax. For each switch, in a process step P6, a respective connection port or port, which is involved in the transmission, can be selected. In 7 It is assumed that a total of a number of Portmax is to be selected in a switch.

Für jeden Port kann in einem Prozessschritt P7 zunächst überprüft werden, ob seine Zeitschwankung oder sein ΔT kleiner oder gleich einem Höchstwert T0 ist. Ist dies nicht der Fall (durch – symbolisiert), so kann in einem Prozessschritt P8 das Fehlersignal 37 erzeugt werden, um zu signalisieren, dass die Zeitabstände 35 nicht eingehalten werden können. Ist dagegen der Jitter ΔT kleiner als oder gleich T0 (symbolisiert durch +), so können in einem Prozess Schritt P9 für den Switch eine Kontrollliste und optional ein Verteilerplan erzeugt werden. Dies kann für den Switch analog zu dem Prozessschritt P4 durchgeführt werden. Hierbei wird dann anstelle des Bus-Netzwerks 15 das Sendeverhalten der vorgeschalteten Steuervorrichtung 16 oder des vorgeschalteten Switches zugrunde gelegt. For each port, it can first be checked in a process step P7 whether its time fluctuation or ΔT is less than or equal to a maximum value T0. If this is not the case (symbolized by), then in a process step P8 the error signal 37 be generated to signal that the time intervals 35 can not be met. If, on the other hand, the jitter ΔT is less than or equal to T0 (symbolized by +), a checklist and optionally a distribution plan can be generated for the switch in a process step P9. This can be done for the switch analogous to the process step P4. This is then used instead of the bus network 15 the transmission behavior of the upstream control device 16 or the upstream switch.

Mittels der Steuervorrichtung 16 kann somit eine Dienstgüte, d.h. insbesondere das Einhalten von relativen Zeitabständen 35 oder Sendezeitpunkten über ein heterogenes Kommunikationsnetzwerk 13 hinweg sichergestellt werden. Hierdurch kann insbesondere ein Ethernet-Netzwerk 14 gemäß dem Standard IEEE 802.1Qbv mit einem Bus-Netzwerk 15, insbesondere einem FlexRay-Netzwerk, kombiniert werden. Als Grundlage wird die zeitgesteuerte Kommunikation des Bus-Netzwerks 15 auf den Standard IEEE 802.1Qbv übertragen, indem die Warteschlangen 25 zeitgesteuert gesperrt und geöffnet werden. By means of the control device 16 can thus a quality of service, ie in particular the maintenance of relative time intervals 35 or transmission times over a heterogeneous communication network 13 be ensured. This allows in particular an Ethernet network 14 according to the Standard IEEE 802.1Qbv with a bus network 15 , in particular a FlexRay network. The basis for this is the time-controlled communication of the bus network 15 on the Standard IEEE 802.1Qbv transferred by the queues 25 timed locked and opened.

Hiermit ist es möglich, einen FlexRay-Zyklus zwischen 128 Mikrosekunden und 128 Millisekunden pro Basiszyklus mit insgesamt 64 solcher Basiszyklen auf ein Ethernet-Netzwerk 14 zu übertragen. This allows a FlexRay cycle between 128 microseconds and 128 milliseconds per base cycle with a total of 64 such basic cycles on an Ethernet network 14 transferred to.

Die Steuervorrichtung 16 kann hierbei als Steuergerät mit integriertem Ethernet-Switch oder als Steuergerät mit Ethernet-Schnittstelle ausgestaltet sein. Sie kann auch als Steuergerät für echtzeitkritische Daten verwendet werden oder als Gateway oder als Steuergerät für die Fahrdynamik. Mittels des Steuergeräts 16 ist eine Sensorfunktion möglich, indem Sensordaten in gewünschter Reihenfolge und mit gewünschten Zeitabständen 35 zur Ansteuerung von Aktoren bereitgestellt werden können. The control device 16 can be designed as a control unit with an integrated Ethernet switch or as a control unit with an Ethernet interface. It can also be used as a controller for real-time critical data or as a gateway or as a control unit for vehicle dynamics. By means of the control unit 16 is a sensor function possible by providing sensor data in the desired order and at desired intervals 35 can be provided to drive actuators.

Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur Übertragung der Dienstgüte von FlexRay auf Ethernet-TSN (Time Sensitive Networking) bereitgestellt werden kann. Overall, the example shows how the invention can provide a method for transmitting the quality of service from FlexRay to Ethernet TSN (Time Sensitive Networking).

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

10 10
Kraftfahrzeug motor vehicle
11 11
Fahrzeugkomponenten vehicle components
12 12
Fahrzeugkomponenten vehicle components
13 13
Kommunikationsnetzwerk Communication network
14 14
Ethernet-Netzwerk Ethernet network
15 15
Bus-Netzwerk Bus network
16 16
Steuervorrichtung control device
17 17
Datenpaket data packet
17‘ 17 '
Datenpaket data packet
18 18
Schnittstelle interface
19 19
Anbindung connection
20 20
Empfangseinrichtung receiver
21 21
Bus-Nachricht Bus message
22 22
Datenspeicher data storage
23 23
Ausgabeeinrichtung output device
24 24
Prozessoreinrichtung processor means
25 25
Warteschlange queue
26 26
Gateschalter gate switch
27 27
Sendeeinheit transmission unit
28 28
Kontrollliste checklist
29 29
Sendeschritt sending step
30 30
Gatesteuerbefehl Gate control command
31 31
Zyklusdauer cycle time
32 32
Auswahleinheit selector
33 33
Verteilerplan distribution plan
34 34
Fibex-Datei Fibex file
35 35
Zeitabstände intervals
36 36
Sendevorgang sending
37 37
Fehlersignal error signal
38 38
Eintrag entry
39 39
Eintrag entry

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012223308 A1 [0007] DE 102012223308 A1 [0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Standard IEEE 802.1Qbv [0001] Standard IEEE 802.1Qbv [0001]
  • Standard IEEE 802.1Qbv [0011] Standard IEEE 802.1Qbv [0011]
  • Standard IEEE 802.1Qbv [0042] Standard IEEE 802.1Qbv [0042]
  • Standard IEEE 802.1Qbv [0060] Standard IEEE 802.1Qbv [0060]
  • Standard IEEE 802.1Qbv [0060] Standard IEEE 802.1Qbv [0060]

Claims (10)

Verfahren zum Übertragen von Datenpaketen (17) zwischen einem Ethernet-Netzwerk (14) und einem zeitgesteuerten Bus-Netzwerk (15) mittels einer Steuervorrichtung (16), wobei durch die Steuervorrichtung (16) zum Senden und/oder Empfangen der Datenpakete (17) über das Ethernet-Netzwerk (14) mehrere Warteschlangen (25) zum Zwischenspeichern der Datenpakete (17) bereitgestellt werden und die Warteschlangen (25) über ein jeweiliges steuerbares Sperrgatter (26) mit dem Ethernet-Netzwerk (14) gekoppelt werden und die Sperrgatter (26) zum Durchlassen von Datenpaketen (17) zwischen der jeweiligen Warteschlange (25) einerseits und dem Ethernet-Netzwerk (14) andererseits gemäß einer zyklisch durchlaufenen Kontrollliste (28) geöffnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenpakete (17) in dem Bus-Netzwerk (15) gemäß einem vorbestimmten Sendeplan übertragen werden, so dass ein jeweiliger relativer Zeitabstand (35) zwischen den Datenpaketen (17) vorgegeben ist, und durch eine Auswahleinheit (32) der Steuervorrichtung (16) zu jedem der Datenpakete (17) eine der Warteschlangen (25) gemäß einem bereitgestellten Verteilerplan (33) ausgewählt wird und das Datenpaket (17) für die Übertragung zwischen dem Ethernet-Netzwerk (14) und dem Bus-Netzwerk (15) in der ausgewählten Warteschlage (25) zwischengespeichert wird und in der Steuervorrichtung (16) die Kontrollliste (26) derart eingestellt wird, dass beim Übertragen der Datenpakete der jeweilige relative Zeitabstand (35) der Datenpakete (35) erhalten bleibt. Method for transmitting data packets ( 17 ) between an Ethernet network ( 14 ) and a timed bus network ( 15 ) by means of a control device ( 16 ), whereby the control device ( 16 ) for sending and / or receiving the data packets ( 17 ) over the Ethernet network ( 14 ) several queues ( 25 ) for temporarily storing the data packets ( 17 ) and the queues ( 25 ) via a respective controllable blocking gate ( 26 ) with the Ethernet network ( 14 ) and the blocking gates ( 26 ) for passing data packets ( 17 ) between the respective queue ( 25 ) on the one hand and the Ethernet network ( 14 ) on the other hand, according to a cyclically checked checklist ( 28 ), characterized in that the data packets ( 17 ) in the bus network ( 15 ) are transmitted according to a predetermined schedule, so that a respective relative time interval ( 35 ) between the data packets ( 17 ) and by a selection unit ( 32 ) of the control device ( 16 ) to each of the data packets ( 17 ) one of the queues ( 25 ) according to a distribution plan ( 33 ) and the data packet ( 17 ) for transmission between the Ethernet network ( 14 ) and the bus network ( 15 ) in the selected queue ( 25 ) and stored in the control device ( 16 ) the checklist ( 26 ) is set such that when transmitting the data packets the respective relative time interval ( 35 ) of the data packets ( 35 ) preserved. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zum Ermitteln des Verteilerplans (33) und der Kontrollliste (28) der Sendeplan des Bus-Netzwerks (15) empfangen wird und aus dem Sendeplan ein jeweiliger Sendezeitpunkt jedes der Datenpakete (17) ermittelt wird und die zyklisch durchlaufene Kontrollliste (28) für die Sperrgatter (26) auf eine Zyklusdauer (31) eingestellt wird, die einer Gesamtdauer zumindest eines zyklisch wiederholten Basiszyklus des Bus-Netzwerks (15) entspricht, und für zumindest einen Zeitslot, der in dem zumindest einen Basiszyklus zum Senden eines der Datenpakete (17) vorgesehenen ist, eine korrespondierende Kombination aus einer freien Warteschlange (Q) zum Zwischenspeichern des Datenpakets (17) und einem Gatesteuerzeitpunkt (T) für das Sperrgatter (26) der freien Warteschlange (Q) ermittelt wird. Method according to claim 1, wherein for determining the distribution plan ( 33 ) and the checklist ( 28 ) the transmission schedule of the bus network ( 15 ) and from the transmission schedule a respective transmission time of each of the data packets ( 17 ) and the cyclically checked checklist ( 28 ) for the blocking gates ( 26 ) to one cycle duration ( 31 ), which corresponds to a total duration of at least one cyclically repeated base cycle of the bus network ( 15 ), and for at least one time slot included in the at least one base cycle for transmitting one of the data packets ( 17 ), a corresponding combination of a free queue (Q) for buffering the data packet ( 17 ) and a gate control time (T) for the blocking gate ( 26 ) of the free queue (Q) is determined. Verfahren nach Anspruch 2, wobei für die ermittelte freie Warteschlange (Q) ein Eintrag (39) in dem Verteilerplan (33) und für den Gatesteuerzeitpunkt (T) ein Eintrag (38) in der Kontrollliste (28) erzeugt wird. Method according to claim 2, wherein for the determined free queue (Q) an entry ( 39 ) in the distribution plan ( 33 ) and for the gate control point (T) an entry ( 38 ) in the checklist ( 28 ) is produced. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sendeplan aus einem Fibex-Datensatz (34) ausgelesen wird. The method of claim 2 or 3, wherein the broadcast schedule is from a Fibex record ( 34 ) is read out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Ethernet-Netzwerks (14) zumindest eine Switcheinheit (SW) zum Weiterleiten der Datenpakete (17) zwischen jeweils zumindest zwei Netzwerkzweigen (14‘, 14‘‘) vorgesehen ist und in jeder Switcheinheit (SW) ebenfalls jeweilige Warteschlangen und eine jeweilige Kontrollliste (28‘) bereitgestellt werden und die Kontrollliste (28‘) jeder Switcheinheit (SW) in Abhängigkeit von der Kontrollliste (28) der Steuervorrichtung (16) derart eingestellt wird, dass der relative Zeitabstand (35) der Datenpakete (17) innerhalb des Ethernet-Netzwerks (14) erhalten bleibt. Method according to one of the preceding claims, wherein within the Ethernet network ( 14 ) at least one switch unit (SW) for forwarding the data packets ( 17 ) between at least two network branches ( 14 ' . 14 '' ) and in each switch unit (SW) also respective queues and a respective checklist ( 28 ' ) and the checklist ( 28 ' ) each switch unit (SW) depending on the checklist ( 28 ) of the control device ( 16 ) is set such that the relative time interval ( 35 ) of the data packets ( 17 ) within the Ethernet network ( 14 ) preserved. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ethernet-Netzwerk (14) gemäß einem TSN-Standard, insbesondere dem Standard IEEE 802.1Qbv, gesteuert wird. Method according to one of the preceding claims, wherein the Ethernet network ( 14 ) according to a TSN standard, in particular the IEEE 802.1Qbv standard. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei als das zeitgesteuerte Bus-Netzwerk (15) ein FlexRay-Netzwerk verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, wherein as the time-controlled bus network ( 15 ) a FlexRay network is used. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei verifiziert wird, ob sich für die gemäß dem Sendeplan versendeten Datenpakete (15) in Kombination mit einem jeweiligen Datenvolumen der Datenpakte (15) eine Datenrate ergibt, die kleiner oder gleich einer maximalen Datenrate des Ethernet-Netzwerks (14) ist, und andernfalls ein Fehlersignal (37) erzeugt wird. Method according to one of the preceding claims, wherein it is verified whether the data packets sent according to the transmission schedule ( 15 ) in combination with a respective data volume of the data packets ( 15 ) yields a data rate that is less than or equal to a maximum data rate of the Ethernet network ( 14 ), and otherwise an error signal ( 37 ) is produced. Steuervorrichtung (16) zum Koppeln zumindest eines Ethernet-Netzwerks (14) mit zumindest einem Bus-Netzwerk (15), daduch gekennzeichnet, dass die Steuervorrichtung (16) eine Prozessoreinrichtung (24) mit einem Programmcode aufweist, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung (24) ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen. Control device ( 16 ) for coupling at least one Ethernet network ( 14 ) with at least one bus network ( 15 ), characterized in that the control device ( 16 ) a processor device ( 24 ) having a program code which is set up, when executed by the processor device ( 24 ) to carry out a method according to any one of the preceding claims. Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einem Ethernet-Netzwerk (14) und mit zumindest einem Bus-Netzwerk (15), dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Ethernet-Netzwerk (14) und das zumindest eine Bus-Netzwerk (15) über eine Steuervorrichtung (16) nach Anspruch 9 gekoppelt sind. Motor vehicle ( 10 ) with at least one Ethernet network ( 14 ) and at least one bus network ( 15 ), characterized in that the at least one Ethernet network ( 14 ) and the at least one bus network ( 15 ) via a control device ( 16 ) are coupled according to claim 9.
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