CN104718532A - 用于在冗余运行的机动车控制程序之间交换数据的接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制和/或调节至少一个机动车系统的电子控制单元(30)，包括至少一个集成的微控制器系统(34)，微控制器系统用于运行软件并具有至少两个微控制器单元(1、1')，每个微控制器单元运行至少一个独立的操作系统(5、5')，其中，设有至少一个接口(2)以用于在微控制器单元(1、1')之间交换信息，其特征在于，第一微控制器单元(1)这样设计，使得其对第一机动车系统、特别是机动车制动系统进行控制和/或调节，第二微控制器单元(1')这样设计，使得其能够借助于接口(2)为第一微控制器单元(1)提供用于控制和/或调节第一机动车系统的规定值。本发明还包括该电子控制单元的应用。

Description

用于在冗余运行的机动车控制程序之间交换数据的接口
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电子控制单元以及该电子控制单元的应用。
背景技术
特别随着可在驾驶员驾驶车辆期间减轻驾驶员负担的辅助功能的越来越多的集成，现代化机动车中系统的复杂程度也提高。为了实现这些功能需要更多的组件、例如传感器，这整体上引起了在车辆内部和/或外部的提高的信息量以及范围广泛的相互联系。由此引起的问题在于，例如在系统复杂程度提高时要确保防故障安全性、增加的系统成本和集成化成本、要满足的质量要求、提高的产品导入时间以及每个车辆的生产时间。为此通常使用现代化的多核微控制器系统，该系统采用主从式通信方案。在此，主机-实体包括CPU系统、直接存储器存取(DMA)模块和智能外围模块，如FlexRay、以太网和Inter-Prozessor Link(处理器间链接)。常见的外围资源在此用作从机-实体。
EP 1 456 720 B1描述了一种多核的冗余的控制计算机系统，用于安全临界的应用，该控制计算机系统包括多个计算机群组，其中，每个计算机群组又具有一个包括至少两个控制计算机的多核的冗余的控制计算机系统。控制计算机相应配备有一个计算机核，该计算机核具有部分或完全冗余的外围元件、以及部分或完全冗余的存储器元件，并与仲裁单元连接，该仲裁单元监控控制计算机的功能故障并可以通过为此目的设置的通信控制器使得该控制计算机与车辆数据总线耦合或解耦。
在DE 10 2011 007 467 A1中描述了一种多核的集成的微处理器电路，其具有主处理器结构和副处理器结构，其中，至少主处理器结构构造成核冗余的并且通过该主处理器结构基本上仅运行安全临界的程序，而副处理器结构基本上运行非安全临界的程序。主处理器结构检查副处理器结构是否正常运转。两个处理器结构在此访问相应专门分配的存储器区域，其中，数据交换可借助于一共享-存储器区域实现。此外在两个处理器结构上运行独立的和本身不同的操作系统。
在现代化的机动车控制器中，通常特别通过机动车制造商提供的或对于该机动车制造商而言为个性化的软件模块具有增加的资源需求。因此范围更广泛的软件模块的集成也变得更不经济，因为这必须和例如由供应商所提供的基础软件相结合。整个软件与新的或扩展的硬件的适配相应地成本高。
发明内容
本发明的目的是，提供一种机动车控制器，其中，特别当存在用于未来的机动车系统的高资源需求时可以有利地和高效地实现软件模块的集成。
该目的通过一种根据权利要求1的电子控制单元实现。
本发明描述了一种用于控制和/或调节至少一个机动车系统的电子控制单元，该电子控制单元包括至少一个集成的微控制器系统，该微控制器系统用于运行软件并具有至少两个微控制器单元，每个所述微控制器单元相应运行至少一个独立的操作系统，其中，设有至少一个接口以用于在微控制器单元之间交换信息，其特征在于，第一微控制器单元这样设计，使得该第一微控制器单元对第一机动车系统、特别是机动车制动系统进行控制和/或调节，第二微控制器单元这样设计，使得该第二微控制器单元能够借助于接口为第一微控制器单元提供用于控制和/或调节第一机动车系统的规定值/预设值。
在本说明书的上下文中，微控制器也被理解为微处理器以及其它此类型的集成电路，该集成电路具有至少一个处理器并能够通过外围功能或外围接口获取以及输出信号。在本发明上下文中的微控制器在此还可以包括电子存储器，例如寄存器、混合信号电路以及其它的能够以有利的方式用于运行机动车系统的功能组件。
用于操控第一机动车系统的基础功能因此以有利的方式通过第一微控制器单元实施，由此能够满足相应于预先规定的安全水平的提高的可用性要求。此外可以借助于第二微控制器单元有利地提供可用于执行计算量大的任务的资源。由此获得的性能提升例如能够实现使用未来的、消耗资源多的辅助系统(该辅助系统用于改进交通参与者的安全性)。
根据一个有利的实施方式，第一微控制器单元和/或第二微控制器单元还可以用作专用硬件的基础，该硬件例如是个性化的电路部分或用于传感器、执行器和/或总线的电子设备。
根据本发明的一个特别优选的实施方式，在微控制器单元上执行的软件通过以下方式被封闭，使得能够在微控制器单元中的至少一个上对该软件做出修改，而不必在相应另外的微控制器单元上对该软件做出修改。
以有利的方式通过这样实现的封闭特别提高了安全性非常严格的机动车系统的防故障安全性，并且这可以实现将软件模块组合在一起、或与相应其它微控制器单元以及在其上执行的软件无关地适配/定制微控制器单元的现有的软件。通过硬件和软件的模块化方案还减少了研发时间，因为研发过程变得更简单直接，这是由于系统的独立以及封闭性和因此往其它硬件上的可移植性都得到改进。
优选地，至少第一操作系统和第二操作系统彼此不同。第一操作系统优选地满足操作系统标准、特别是OSEK-OS，第二操作系统优选地基于标准化的软件体系结构、特别是AUTOSAR。
以有利的方式，第二操作系统的软件模块例如由车辆制造商提供帮助，而面向安全的软件可以特别在满足高安全水平的操作系统标准上提供。
优选地，第二微控制器单元这样设计，使得该第二微控制器单元对至少一个另外的机动车系统进行控制和/或调节。
第一机动车系统的控制或调节仅保留用于第一微控制器单元，而第二微控制器单元可以有利地配置用于至少另一个机动车系统的控制或调节，这特别成为根据本发明的基本思想的基础，并可实现提供全面的计算资源。
根据本发明的一个有利的实施方式，微控制器系统设计为多核处理器、特别是四核处理器，其中，微控制器单元被安置在一共同的基板上。特别优选地，每个微控制器单元都具有至少两个冗余的处理器。
由此可以有利地提高微处理器系统的可用性并满足对于相应的安全水平的要求。
根据一个特别优选的实施方式，微控制器系统通过以下方式设计，使得分开的存储器资源和/或外围资源被分配给第一微控制器单元或第二微控制器单元或两个微控制器单元。
因此以有利的方式实现了改进的微控制器单元的封闭。
特别优选地，存储器资源和/或外围资源的分配借助于基于硬件的、用于访问控制的保护方案实现。
过大数目的或过于精细的粒化(Granulierung)的存储器保护规则的执行由此得到避免，这同样也对硬件的性能产生有利影响。以有利的方式可以实现在位于微处理器系统中的主机-实体或微控制器单元之间的外围资源和/或存储器的精细的分区。
因此还实现以下可能性，将各个硬件资源、例如寄存器组有利地与多个微控制器单元共同使用，这使得为了在不同的微控制器单元的软件组件之间进行区分而多次运行外围模块的做法变得多余。
根据本发明的一个优选的改进方案，基于硬件的保护方案这样设计，使得每个微控制器单元都分配有至少一个、特别是静态的识别码，微控制器系统为了实现访问控制对微控制器单元进行验证。
优选地，微控制器系统具有至少一个电子的存储器和/或存储器区域，该存储器区域包括相应分配给微控制器单元的存储器区域。
此外优选地，接口是由微控制器单元共同使用的存储器区域和/或点对点连接。
根据电子控制单元的一个优选的改进方案，电子控制单元包括至少一个域控制器并这样设计，使得提供至少一个机动车网络的域控制器功能。
根据一个优选的实施方式，电子控制单元包括至少一个网关控制器和/或这样设计，使得能够提供用于不同机动车网络之间的通信的网关功能。
此外，本发明包括前述电子控制单元的至少一个实施方式在机动车制动系统中的应用。
附图说明
从下面根据附图对实施例的说明得出其它优选的实施方式。
在原理图中示出：
图1示出示例性的微控制器系统，
图2示出示例性的微控制器系统，包括四核微控制器，和
图3示出根据本发明的电子控制单元的一个实施方式，其中，该电子控制单元设置为用于车辆网络的域控制器。
为了实现对实施例的简洁和简单的说明，相同的元件具有相同的附图标记并且相应仅说明对于本发明重要的细节。
具体实施方式
为了首先特别说明功能关系，图1示出用于操控至少一个机动车系统、例如机动车制动系统的电子控制单元的微控制器系统34。该微控制器系统在此包括第一双核的微控制器单元1，其中，该微控制器单元的处理器设计为冗余的。
微控制器单元1例如操控机动车制动系统并包括为此所需的操控软件和用于连接外围设备(例如模拟数字转换器、PWM、计时器、FlexRay、CAN)的接口4，其中，微控制器单元1所包括的操作系统5可以通过接口4与相应的外围设备通信。操作系统5符合汽车领域中嵌入式实时操作系统的标准、例如操作系统标准OSEK-OS。根据示例，例如功能-抽象层8、系统-抽象层9、硬件-抽象层10以及车辆-集成-层11被区分。
根据该实施例，为根据本发明的控制单元30设有至少一个带有独立的第二操作系统5'的第二多核微控制器单元1'，该第二多核微控制器单元包括配属于它的接口，用于连接外围设备4'。第二微控制器单元1'在此表面上具有运行面向安全的软件模块6'的任务，该软件模块例如由车辆制造商提供。通过微控制器单元1'提供资源——该资源可被用于执行计算量大的任务，例如用于行驶和动力功能，而制动系统的基础软件和基础功能通过第一微控制器单元1执行。由此可以特别为车辆制造商基本上全面地提供资源，其中，还通过微控制器单元1、1'的核冗余的实施方式对相应的ASIL等级(ASIL-D)的要求的满足提供了帮助。作为操作系统5'，优选地设有标准化的软件体系结构、特别是AUTOSAR，其中，在图1中示意性地示出不同的AUTOSAR软件抽象层。应用层在此包括软件模块6'，该软件模块可以借助于接口4'与相应的外围设备通信。
微控制器单元1、1'通过接口2、特别是借助于点对点连接和在使用相应的驱动器或软件7、7'的情况下通信。以这种方式可以由软件模块6'通过规定的硬件和软件接口将预设值或指令发送给第一操作系统5或微控制器单元1，该第一操作系统或微控制器单元随后借助于所述预设值或指令对制动系统进行实际控制。微控制器单元彼此间的通信以及与外围设备的通信优选地通过检查数据来保护/确保。
图2示出微控制器系统34的一个实施例，其中，这个或这些微控制器单元1、1'根据关于图1的说明在一个共同的集成的壳体中实现，该壳体具有相应至少四个处理器3、3'(四核处理器)。基本上已经说明的组件在图2中用和图1相同的附图标记表示。
根据该实施方式，在多核硬件体系结构上实现了多处理器软件方案，其中，设有至少一个冗余设计的电子存储器21，该电子存储器包括对于第二操作系统5'来说是隔断的第一存储器区域22和配属于第二操作系统5'的第二存储器区域23。存储器区域22配属于第一操作系统5并且对于该第一操作系统来说是开启的，而第二存储器区域23对于第一操作系统5来说是隔断的。此外，设有用于第一和第二操作系统的共同使用的存储器区域24，该存储器区域实现图1中所述的接口2并且通过其实现了操作系统5、5'或微控制器单元1、1'相互间的通信。存储器区域22、23、24在此不必是同一物理存储器的一部分，如在图2中所示，而是也可以在分开的物理存储器上实现。四核微控制器系统包括未示出的配置寄存器，以便确保微控制器单元1、1'的分离。
根据另一个优选的实施方式，微控制器单元1、1'然而也可以设置在两个分开的、具有独立的集成电路壳体的微控制器或微处理器中。
微控制器单元1、1'的处理器3、3'根据所述实施方式相应设计为冗余的并且优选地在具有冗余监控的锁步(Lockstep)-模式中工作。根据对于相应的微控制器单元1、1'的可用性或待满足的安全等级的要求，也可以放弃冗余，其中，另一个处理器可以设计为额外的计算机资源或者被取消。微处理器系统34或冗余的处理器3、3'的硬件和/或软件还可以多样化地设计。
微控制器系统34的软件在不同的微控制器单元1、1'上并因此在不同的主机-实体上运行。为了确保在这些独立的软件组件之间的相互作用自由度，使得不同主机-实体对存储器资源和外围设备资源的访问分开。如果仅在微控制器单元1、1'之间给完整的外围模块分区，则分离优选地借助于自身已知的方法、例如在核或存储器总线层上的存储器管理单元(MMU)和/或外围总线层上的可信来源实现。
微控制器单元1、1'可以——对于微处理器系统34的不同实施方式来说——优选可变地、根据项目针对性地被分配外围资源。因此，用于微控制器系统34的外围资源不必多重地设计。前述的工作方式然而对于由两个微控制器单元1、1'共同使用的外围资源来说是不充足的，因为可能要执行过大数目的或过于精细的粒化的存储器保护规则，这可能对于硬件的性能产生不利影响。因此额外设置用于访问外围资源的基于硬件的保护方案，该方案可以实现在位于微处理器系统34中的主机-实体或微控制器单元1、1'之间的外围资源的精细的分区。
相应的硬件组件、例如外围模块4、4'或存储器22、23、24借助于软件静态地配置，微控制器单元1、1'的验证借助于配属于各个单独主机的识别码进行。对于外围资源的访问仅被执行用于为此开启的微控制器单元1、1'或主机，在其它情况下则闭锁。分离在此可以一直进行，直到配属于微控制器单元1、1'的整个寄存器和/或寄存器部分的等级。通过由此获得的可能性，即能够共同使用各个硬件资源和多个微控制器单元1、1'，避免了为了在不同的微控制器单元1、1'的软件组件之间进行区分而多次运行外围模块4、4'的做法。
图3示出根据本发明的用于机动车的制动控制器的控制单元30的一个实施例。控制单元30在此包括根据本发明的微控制器系统34。根据一个特别优选的实施方式，控制单元30和/或微控制器系统34在机动车的网络或总线系统31、37中执行域控制器功能35。域控制器35在此对网关功能36提供帮助，因此如果不同类型的协议构成基础，能够实现不同总线系统31和37的通信。为该域控制器分配有例如执行器、传感器和/或用于另外的系统33的控制器。直接与网络31连接的传感器、执行器和/或控制器通过框32表明。其它域控制器以及配属的组件通过框30'和33'表示。

Claims (15)

1.一种用于控制和/或调节至少一个机动车系统的电子控制单元(30)，该电子控制单元包括至少一个集成的微控制器系统(34)，该微控制器系统用于运行软件并具有至少两个微控制器单元(1、1')，每个所述微控制器单元相应运行至少一个独立的操作系统(5、5')，其中，设有至少一个接口(2)用于在微控制器单元(1、1')之间交换信息，
其特征在于，
第一微控制器单元(1)这样设计，使得该第一微控制器单元对第一机动车系统、特别是机动车制动系统进行控制和/或调节，第二微控制器单元(1')这样设计，使得该第二微控制器单元能够借助于接口(2)为第一微控制器单元(1)提供用于控制和/或调节第一机动车系统的规定值。
2.根据权利要求1所述的电子控制单元，其特征在于，在微控制器单元(1、1')上执行的软件通过以下方式被封闭，使得能够在微控制器单元(1、1')中的至少一个上对该软件做出修改，而不必在相应另外的微控制器单元(1、1')上对该软件做出修改。
3.根据权利要求1或2所述的电子控制单元，其特征在于，至少第一操作系统(5)和第二操作系统(5')彼此不同。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述第二微控制器单元(1')这样设计，使得该第二微控制器单元对至少一个另外的机动车系统进行控制和/或调节。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述微控制器系统(34)设计为多核处理器、特别是四核处理器，其中，微控制器单元(1、1')被安置在一共同的基板上。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，每个微控制器单元(1、1')都具有至少两个冗余的处理器(3、3')。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述微控制器系统通过以下方式设计，使得分开的存储器资源和/或外围资源(4、4'、22、23、24)被分配给第一微控制器单元(1)或第二微控制器单元(1')或两个微控制器单元(1、1')。
8.根据权利要求7所述的电子控制单元，其特征在于，将所述存储器资源和/或外围资源(4、4'、22、23、24)分配给微控制器单元(1、1')借助于基于硬件的、用于访问控制的保护方案实现。
9.根据权利要求8所述的电子控制单元，其特征在于，所述基于硬件的保护方案这样设计，使得每个微控制器单元(1、1')都分配有至少一个、特别是静态的识别码，且微控制器系统(34)为了实现访问控制对微控制器单元(1、1')进行验证。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述微控制器系统(34)具有至少一个电子的存储器和/或存储器区域(21)，所述存储器区域包括相应分配给微控制器单元(1、1')的存储器区域(22、23)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述接口(2)是由微控制器单元(1、1')共同使用的存储器区域(24)和/或点对点连接(2)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述第一操作系统(5)满足操作系统标准、特别是OSEK-OS，所述第二操作系统(5')基于标准化的软件体系结构、特别是AUTOSAR。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述电子控制单元和/或微处理器系统(34)包括至少一个域控制器(35)和/或这样设计，使得提供至少一个机动车网络(31)的域控制器功能(35)。
14.根据前述权利要求中任一项所述的电子控制单元，其特征在于，所述电子控制单元和/或微处理器系统(34)包括至少一个网关控制器(36)和/或这样设计，使得能够提供用于在不同机动车网络(31、37)之间进行通信的网关功能(36)。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的电子控制单元(30)在机动车制动系统中的应用。
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