CN102132528B - 通信系统及通信系统的接口装置 - Google Patents
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Abstract
介绍展示了通信系统，具有至少两个外围装置(2a，2b，2c，2d)，每个外围装置(2a，2b，2c，2d)有至少一个I/O接口(3a，3b，3c，3d)，外围装置(2a，2b，2c，2d)经至少一个数据总线(4)相互连接且通过通信关系(KV)经数据总线(4)交换数据，本发明的任务是提供一种通信系统，利用其能至少部分解决现有技术中的问题。该任务根据本发明通过以下方式实现：设置具有外围装置接口(6a，6b，6c)和数据总线接口(7a，7b，7c)的至少一个接口装置(5a，5b，5c)，接口装置(5a，5b，5c)经其外围装置接口(6a，6b，6c)与外围装置(2a，2b，2c)之一经该外围装置的I/O接口(3a，3b，3c)相连且接口装置(5a，5b，5c)经其数据总线接口(7a，7b，7c)与数据总线(4)相连且通信关系(KV)能预给定给接口装置(5a，5b，5c)。
Description
技术领域
本发明涉及一种通信系统，具有至少两个外围装置，其中每个外围装置具有至少一个I/O接口，外围装置经由至少一个数据总线相互连接并且通过通信关系()经由该数据总线交换数据。此外，本发明还涉及一种用于将具有I/O接口的至少一个外围装置连接到数据总线的接口装置。
背景技术
前述类型的通信系统早已公知，并且还经常用于控制装置开发和使用控制装置的通信系统的开发。其中，不变的控制装置硬件上控制装置功能的开发也应被理解为控制装置开发。尤其是在汽车领域中，参与的作为外围装置的控制装置、传感器和执行器的数量以及由硬件实现的功能快速升高，并且这样的通信系统的复杂性也随之显著增大。所述通信系统才使得能够实现：多个外围装置能相互通信，即能以预定的(和能预定的)方式交换数据，并且因此能够控制和实现分布式系统中大规模的和联网的任务。
如上所述，外围装置可以具有非常不同的复杂性。因此，外围装置在简单的情形下可以是一个简单的传感器，其采集测量值并且将其经由数据总线进行传输，或者外围装置可以是一个执行器，其将经由数据总线所获得的数据(调节参数)转换为相应的输出值。更复杂的外围装置可以是控制装置(例如微型计算机)，其独立地处理复杂的自动化任务，并且经由过程接口(可能间接地经由其他传感器和/或执行器)与要影响的过程连接。此外，外围装置可以是所述装置的任意组合。为了这些外围装置能通过其I/O接口经由数据总线进行连接，强制地要求：I/O接口全体对应于数据总线所基于的标准。
对于多种自动化应用，数据总线是特性()的现场总线，这些特性大多对应于按照国际标准IEC 61158“用于测量与控制的数字数据通信-用于工业控制系统的现场总线”的串行数据传输；这取决于符合该标准，但是以下情形是重要的，即所有参与的外围装置必须对应于统一的标准，从而经由数据总线和外围装置的I/O接口可以进行通信以交换数据。在汽车领域中，典型的现场总线标准例如是CAN(控制器局域网络)，但是越来越多地还使用时间确定性的串行总线协议，如TTP(时间触发协议)或FlexRay。
尤其是在汽车系统的开发以及随之而来的测试中，面临着开发一系列其中在实践中不可能(或者只有在开销巨大的情况下才可能)使用通信系统或适配现有的通信系统的应用情形。例如发生以下情形：在超过一段很长的时间的自动化问题调节方案开发期间不能以最后在批量生产方案()中所使用的外围装置工作，而是以仅仅具有批量生产的外围装置部分装备(尤其不具有数据总线接口)的开发外围装置工作。该情形例如在汽车问题提出领域中是已知的，其中使用不具有后来在批量生产的方案中应当使用的I/O接口或者不具有适于直接耦接到数据总线以与其他外围装置通信的I/O接口的开发控制装置。
在其他应用情形中，外围装置虽然具有可以生成与数据总线的连接的I/O接口，但是该I/O接口已被使用，并且不能进一步用于附加的任务。经常地，现有的通信系统也应该尽可能不被改变，外围装置之间的通信关系不应当被改变，或者这还是不可能的，因为不存在相应的开发工具。
发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种通信系统，利用该通信系统可以至少部分地解决现有技术中的上述问题情形。
解决前述任务的根据本发明的通信系统首先并且主要特征在于，设置具有外围装置接口且具有数据总线接口的至少一个接口装置，该接口装置经由其外围装置接口与外围装置之一经该外围装置的I/O接口相连，并且该接口装置经由其数据总线接口与数据总线相连，并且能为该接口装置预先规定通信关系。
利用根据本发明的通信系统可能实现：经由所设置的接口装置将外围装置接入通信系统中，该外围装置的I/O接口暂时完全不被考虑并且因此不被构造为用于建立与数据总线的连接；该任务由一方面使得能够经由其外围装置接口经外围装置的I/O接口与外围装置交换数据并且另一方面经由其数据总线接口允许实现与数据总线的通信连接的接口装置来完成。与这样的接口装置一起工作的通信系统能非常灵活地使用，因为这里全新地或补充地通过接口装置提供不存在的或已经被占用的用于经由数据总线进行通信的功能。总是假设：相应的外围装置还具有仍可使用的且未被另外占用的I/O接口；但是这在实践中经常是这样的情况。
根据本发明的通信系统的一种优选实施方式的特征在于：还设置具有数据总线接口的配置装置，并且该配置装置被设置为使得可以利用其将通信关系经由数据总线接口和数据总线传输到接口装置。通过将配置装置经由数据接口连接到数据总线并且经由数据总线经过接口装置的数据总线接口连接到接口装置，另一用于对接口装置进行编程的接口成为多余的。配置装置优选不仅用于传输通信关系到相应的用户或接口装置。相反，其优选还具有显示整个通信系统的硬件配置(完全如软件组件形式的利用该硬件要总体转换的功能性那样)并且使得能够实现这些硬件组件与软件组件相互对应的软件工具。在另一实施例中，通信关系被构造为按照AUTOSAR(汽车开放系统架构：AUTomotive Open SystemArchitecture)的K矩阵。
根据本发明的另一实施方式，相关的通信关系(KV)附加地或替代地可以从所连接的外围装置经由外围装置接口传输到接口装置或可以由接口装置从外围装置获取，从而对于接口装置可以很容易地加载例如替代地存储在外围装置中的通信关系或者还在接口装置上还更新例如通过升级新到达外围装置上的通信关系。
根据本发明的另一实施方式，配置后的接口装置保证外围装置之间的数据交换，而且尤其是在不需要进一步中间连接或接通配置装置的情况下。在这种情况下，存储在相应接口装置中的通信关系包括所有对于针对目的地的(zielgerichtet)数据交换所必需的信息。其例如可以是经由外围接口连接的外围装置的应从中读取数据和/或向其中写入数据的至少一个存储位置。对经由数据总线接口连接的由其应经由数据总线获取数据和/或数据经由数据总线应发送到其的外围装置的说明可以属于通信关系。如果外围装置上的存储位置属于通信关系，则通信关系还可以涉及存储位置的符号标记并且在可能的情况下还涉及存储区，说明不应局限性地理解为存储器内的绝对地址。
在本发明的一种可选的优选实施方案中，配置装置具有数据总线接口，其中配置装置根据预给定的且存储在配置装置本身上的通信关系经由数据总线经接口装置向外围装置查询数据，并且该数据和/或所计算的数据根据预给定的通信关系经由数据总线输出到外围装置。所读出的数据不必与所输出的数据是相同的，而是在配置装置中还可以基于所读出的数据进行计算，例如在调节算法的范围内进行计算，其中该计算的结果值被输出。通过这种方式，例如可以还实现功能旁路(Funktions-Bypassing)。在这种情形下，配置装置实际上被用作通信中心，在接口装置中实现的通信关系例如可以限于涉及外围装置(例如包括在该外围装置中应从中读取数据或在该外围装置上数据应写入的存储位置)的说明。
特别有利地，根据本发明的通信系统可以在接口装置的外围装置接口对应于控制装置的调试接口时使用，因为很多用作外围装置的控制装置具有这样的调试接口用于开发目的。这样的调试接口不被考虑用于建立与数据总线的连接，但是它们根据本发明被用于通过接口装置对外围装置进行访问。已知的典型调试接口包括JTAG、DAP、AUD或Nexus。
调试接口具有有利的特性：由于外围装置的存储区可以经由调试接口被读出或被写入，所以能经由调试接口访问的计算机系统(外围装置)经由调试接口可以在实践中无影响地被观察并且被影响；不需要外围装置的任何单独的软件配置。很多用作外围装置的控制装置在开发版本中不具有后来在批量生产的控制装置中设置的作为I/O接口的数据总线接口，但是它们经常总是具有作为I/O接口的调试接口，因为该接口正是为了开发的目的、因此对于试生产特别有利并且对于故障查找是必须的，因此具有名称“调试”接口。
在本发明的另一实施方式中，接口装置的外围装置构造为使得其使用外围装置的I/O接口来使得能够实现对控制装置的内部数据总线的直接访问。这样的接口例如通过直接与外围装置的微控制器或处理器的地址和数据总线连接的双端口存储器(DPMEM)在外围装置侧实现。与使用调试接口不同，在这种变体中，外围装置的软件配置是必需的，从而感兴趣的数据也实际上可以经由双端口存储器与接口装置交换并且在那里被存储。
在本发明的另一优选实施方式中，在通信系统中使用的接口装置替代地具有或附加地还具有传感器接口和/或执行器接口，由此经由接口装置还可以将存储器和/或执行器集成到数据总线通信中，例如如果传感器或执行器具有标准传感器接口/执行器接口作为I/O接口的话。
在本发明的一特别优选的实施方案中，外围装置(至少部分)还以已知方式通过标准现场总线接口经由标准现场总线直接相互连接，因此不需要中间连接的接口装置。经由标准现场总线接口，因此外围装置存在与可能在原来的状态中要保留并且在进一步开发范围中暂时不应进一步改变的通信关系中。在这种情况下，经由外围装置的另一I/O接口并且经由根据本发明设置的接口装置可以在外围装置之间建立附加的通信连接，从而并行于(原来的)通信系统经由标准现场总线接口和标准现场总线产生借助于根据本发明的接口装置实现的通信系统。由此能以非常简单通用的方式方法产生外围装置之间通信可能性的扩展，这极大地简化了这样的系统的(进一步)开发。
本发明要解决的技术问题按照本发明的另一独立的教导通过用于将具有I/O接口的至少一个外围装置连接到数据总线上的接口装置来解决，其中接口装置具有外围装置接口和数据总线接口，接口装置被设计为使得接口装置能经由其外围装置接口经外围装置的I/O接口与至少一个外围装置相连，并且可以与外围装置交换数据，并且接口装置能经由其数据总线接口与数据总线连接，可以经由数据总线发送和/或接收数据，并且在接口装置中能实现至少一个通信关系。
具有上述特性的接口装置主要适于建立和运行前面所描述的通信系统。通过根据本发明的接口装置，可以容易地为现有的外围装置补充以总线功能，而对外围装置本身的改变不是必需的，而对外围装置本身的改变要求很大的工作量、需要高的花费并且还是容易发生故障的。根据本发明的接口装置使得能够以轻松的方式方法经由数据总线连接分布式的外围装置，只要这些外围装置至少具有I/O接口。
优选地，接口装置的外围装置接口被构造为使得该外围装置接口可以访问控制装置的调试接口，其中控制装置的调试接口可以被理解为外围装置的I/O接口。替代地或附加地，外围装置接口被设置为使得其可以访问控制装置的内部数据总线，其中被构造为控制装置的外围装置的I/O接口例如可以存在于双端口存储器中。
根据本发明的一特别优选的实施方案，接口装置的数据总线接口被构造为标准的现场总线接口，这使得特别容易在其他部件同样具有标准的现场总线接口时经由接口装置将这些其他部件与外围装置连接。
优选的接口装置的特征在于：存储在接口装置中的通信关系至少通过以下信息之一说明：经由外围装置接口连接的外围装置的应从中读取数据和/或应向其中写入数据的至少一个存储位置、和/或应由其经由数据总线获得数据和/或应经由数据总线向其发送数据的至少一个经由数据总线接口连接的外围装置。存储作为通信关系的数据的类型和范围可以还取决于数据总线接口如何构造以及其遵循什么通信标准(协议)。
附图说明
现在具体地存在不同的可能性来构造和进一步扩展根据本发明的通信系统和根据本发明的接口装置。为此参考后面所附权利要求书中的权利要求1和11并且参考结合附图对优选实施例的描述。在附图中：
图1显示了根据本发明的具有根据本发明的接口装置的通信系统的第一实施例；
图2显示了根据本发明的具有根据本发明的接口装置的通信系统的另一实施例；
图3显示了根据本发明的具有接口装置和配置装置的通信系统的另一实施例；
图4显示了根据本发明的具有并行的传统通信系统的通信系统的另一实施例。
具体实施方式
在图1至4中分别显示了具有多个外围装置2a、2b、2c、2d的通信系统1，其中每个外围装置2a、2b、2c、2d具有至少一个I/O接口3a、3b、3c、3d。外围装置2a、2b、2c、2d经由数据总线4相互连接，并且可以根据预给定的通信关系KV经由数据总线4交换数据。如在图2中通过外围装置2b以及在图3中通过外围装置2d能看出的那样，外围装置2b或2d可以经由I/O接口3b或3d直接与数据总线4进行数据交换。这是已知的，并且是外围装置2b、2d在数据总线4上的传统通信。在这种情况下，外围装置2b、2d的I/O接口3b、3d已经被构造为用于数据总线4的数据总线接口。
在图1至4中所示出的通信系统1的特征在于：设置具有外围装置接口6a、6b、6c且具有数据总线接口7a、7b、7c的至少一个接口装置5a、5b、5c，接口装置5a、5b、5c经由其外围装置接口6a、6b、6c与外围装置2a、2b、2c之一经该外围装置的I/O接口3a、3b、3c相连，接口装置5a、5b、5c经由其数据总线接口7a、7b、7c与数据总线4相连，在接口装置5a、5b、5c中能预给定通信关系KV。
外围装置2a、2b是控制装置，图3中所示的外围装置2c、2d是执行器和传感器。
所示通信系统1的优点在于：外围装置2a、2b、2c本身不必具有特定于数据总线4的I/O接口，而是仅仅具有借助于任意I/O接口3a、3b、3c实现的通道。向或从数据总线4传输来自外围装置2a、2b、2c的数据的功能单独地存在于接口装置5a、5b、5c中。这使得能够实现具有数据总线4上分布式的不具有适于数据总线4的I/O接口的外围装置2a、2b、2c、2d的通信系统1。
在图1中可以看出，涉及控制装置的两个外围装置2a、2b分别经由接口装置5a、5b与数据总线4相连。但是，如借助于图2能看出的那样，根据本发明的通信系统1还只具有一个接口装置5a，其只将外围装置2a与数据总线4相连。在图2中所示的实施例中，外围装置2b同样是控制装置，但是其具有I/O接口3b，经由该I/O接口可以建立与数据总线4的直接连接。
根据图3的通信系统1包括具有数据总线接口9的配置装置8，其中配置装置8被构造为使得利用该配置装置，通信关系KV可以经由数据总线接口9和数据总线4传输到接口装置5a、5b、5c中。存储在各个接口装置5a、5b、5c中的通信关系KV包含对于想要的经由数据总线4的通信所必需的所有数据，只要存储在接口装置5a、5b、5c中的通信关系KV相互不同，因为它们必须分别描述涉及与相应接口装置5a、5b、5c相连的外围装置2a、2b、2c的单独的通信。
在图1、图2和图4中所示的通信系统1具有的接口装置5a、5b配置为使得确保外围装置2a、2b之间的数据交换而不需要进一步中间连接或接通配置装置8；因此在图1、2和4中没有示出配置装置。在这种情形下，通信关系KV包括关于其内容要从外围装置2a、2b中读出的数据或者外围装置2a、2b中应将数据写入到的外围装置2a、2b内的存储位置的信息。此外，通信关系KV还包括这些数据经由数据总线4应被进一步发送到的那些外围装置2a、2b。关于应由哪个外围装置2a、2b、2c、2d从数据总线4接收数据的信息是否也是重要的取决于所支持的总线协议，或者可以用于通信监视；当前，该信息不包括在通信关系KV中。
对于根据图3的通信系统1，配置装置8具有数据总线接口9，其中配置装置8根据预给定的通信关系KV经由数据总线4通过接口装置5a、5b、5c向外围装置2a、2b、2c查询数据，并且这些数据根据预给定的通信关系KV经由数据总线4输出到相应的外围装置2a、2b、2c和2d。存储在接口装置5a、5b、5c中的通信关系KV现在限于外围装置2a、2b、2c中应从其中读取数据或向其中写入数据的存储位置；关于通信伙伴的信息在这里不被存储，因为配置装置8具有该信息。
图1至4中所示的所有通信系统的特征在于：数据总线4是标准现场总线，因此特别容易地能够将具有这样的标准现场总线接口的其他外围装置集成到该通信系统1中。这例如在图2中适于构造为控制装置的外围装置2b，在图3中适于构造为执行器的外围装置2d。在所示实施例中，标准现场总线是在其上借助于XCP协议(通用测量和校准协议)进行数据交换的基于以太网标准的现场总线。
在图1至4中，外围装置2a和2b-正如已经提到的那样-是控制装置，其中在这里I/O接口3a、3b是对应于Nexus标准的调试接口。相应地，外围装置6a、6b是允许与外围装置2a、2b通信的对应调试接口。该通信系统1是特别有意义的，因为控制装置形式的外围装置2a、2b在开发阶段中虽然经常具有调试接口，但是不具有标准数据总线接口。因此通过使用本来不考虑用于实现通用总线接口的调试接口仍然可以建立标准数据总线4上的通信系统1。
在图4中示出了通信系统1的一种特别有意思的应用情形，其中外围装置2a和2b经由附加的标准现场总线接口10a、10b经标准现场总线11相互出于传统的通信关系中。在这种情况下涉及已经“发展成熟的”在批量生产配置中存在的、现在应在现有的通信关系不应被改变(这可能具有各种开发技术理由)的条件下装备其他功能的通信系统。在这种情况下，根据本发明的由接口装置5a和5b以及附加的数据总线4构成的通信系统可以叠加于传统的通信系统，其中满足前提条件：外围装置2a和2b具有附加的I/O接口3a和3b。
图3中的接口装置5c将传感器2c与数据总线4相连，接口装置5c具有传感器接口作为外围装置接口6c；在所示情形下涉及标准化的传感器接口。
从前面的描述可以得出，所示的接口装置5a、5b和5c用于分别将具有I/O接口3a、3b、3c的外围装置2a、2b和2c连接到数据总线4。接口装置5a、5b、5c分别具有外围装置接口接口装置6a、6b、6c和数据总线接口7a、7b、7c，其中接口装置5a、5b、5c分别被构造为使得接口装置5a、5b、5c能经由其外围装置接口6a、6b、6c与外围装置2a、2b、2c通过该外围装置的I/O接口3a、3b、3c相连并且可以与外围装置2a、2b、2c交换数据。此外，接口装置5a、5b、5c能经由其数据总线接口7a、7b、7c与数据总线4相连并且可以经由数据总线4发送和/或接收数据，其中在接口装置5a、5b、5c中为了该目的能实现通信关系KV。
在图1至图4中，外围装置接口6a、6b被设计为使得其可以访问被构造为控制装置的外围装置2a、2b的被构造为调试接口的I/O接口3a、3h。
Claims (11)
1.一种通信系统，具有至少两个外围装置(2a，2b，2c，2d)，其中每个外围装置(2a，2b，2c，2d)具有至少一个I/O接口(3a，3b，3c，3d)，所述外围装置(2a，2b，2c，2d)经由至少一个数据总线(4)相互连接并且通过通信关系(KV)经由所述数据总线(4)交换数据，其特征在于，设置具有外围装置接口(6a，6b，6c)且具有数据总线接口(7a，7b，7c)的至少一个接口装置(5a，5b，5c)，所述接口装置(5a，5b，5c)经由其外围装置接口(6a，6b，6c)与所述外围装置(2a，2b，2c)之一经这个外围装置的I/O接口(3a，3b，3c)相连，并且所述接口装置(5a，5b，5c)经由其数据总线接口(7a，7b，7c)与所述数据总线(4)相连，并且所述通信关系(KV)能预给定给所述接口装置(5a，5b，5c)，其中，所述通信关系(KV)至少包括所连接的外围装置(2a，2b，2c)的要从中读取数据和/或向其中写入数据的至少一个存储位置以及应经由所述数据总线(4)从其获取数据和/或应经由所述数据总线(4)向其发送数据的至少一个经由所述数据总线接口(7a，7b，7c)连接的外围装置(2a，2b，2c)，以及在不进一步中间连接或接通配置装置(8)的情况下，所配置的接口装置(5a，5b，5c)通过所述通信关系(KV)确保所述外围装置(2a，2b，2c，2d)之间的数据交换。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，相关的通信关系(KV)能从所连接的外围装置(2a，2b，2c)经由所述外围装置接口(6a，6b，6c)传输到所述接口装置(5a，5b，5c)中。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述数据总线(4)是标准现场总线或基于以太网的现场总线。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述外围装置接口(6a，6b)是调试接口，该调试接口允许与控制装置形式的外围装置(2a，2b)通信。
5.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述外围装置接口(6a，6b)能够访问被构造为控制装置的外围装置(2a，2b)的被构造为调试接口的I/O接口(3a，3b)。
6.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述外围装置(2a，2b)至少部分地经由附加的标准现场总线接口(10a，10b)在标准现场总线(11)上相互处于另一通信关系中。
7.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述接口装置(5c)具有传感器接口和/或执行器接口作为外围装置接口(6c)。
8.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，使用通用测量和校准协议来通信。
9.根据权利要求4所述的通信系统，其特征在于，所述调试接口是JTAG接口、DAP接口、AUD接口或Nexus接口。
10.一种接口装置(5a，5b，5c)，用于将具有I/O接口(3a，3b，3c)的至少一个外围装置(2a，2b，2c)连接到数据总线(4)，其中所述接口装置(5a，5b，5c)具有外围装置接口(6a，6b，6c)和数据总线接口(7a，7b，7c)，其中所述接口装置(5a，5b，5c)构造为使得所述接口装置(5a，5b，5c)能经由其外围装置接口(6a，6b，6c)与所述至少一个外围装置(2a，2b，2c)通过该外围装置的I/O接口(3a，3b，3c)相连并且能够与所述外围装置(2a，2b，2c)交换数据，并且所述接口装置(5a，5b，5c)能经由其数据总线接口(7a，7b，7c)与所述数据总线(4)相连，能够经由所述数据总线(4)发送和/或接收数据，并且至少一个通信关系(KV)能预给定给所述接口装置(5a，5b，5c)，其中，所述通信关系(KV)至少包括所连接的外围装置(2a，2b，2c)的要从中读取数据和/或向其中写入数据的至少一个存储位置以及应经由所述数据总线(4)从其获取数据和/或应经由所述数据总线(4)向其发送数据的至少一个经由所述数据总线接口(7a，7b，7c)连接的外围装置(2a，2b，2c)，以及在不进一步中间连接或接通配置装置(8)的情况下，所配置的接口装置(5a，5b，5c)通过所述通信关系(KV)确保所述外围装置(2a，2b，2c，2d)之间的数据交换。
11.根据权利要求10所述的接口装置，其特征在于，所述数据总线接口(7a，7b，7c)是标准现场总线接口。
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