CN105579318A - 控制设备在诊断总线和外部的以太网连接之间的模式转换 - Google Patents

控制设备在诊断总线和外部的以太网连接之间的模式转换 Download PDF

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Abstract

本发明涉及车辆中的数据传输。尤其是本发明涉及给车辆的控制设备传输高的数据量。描述一种用于将数据从外部的发送器(250)传输给车辆的控制设备(221)的方法(300)。控制设备(221)通过车辆的以太网网络(110)并且通过车辆的诊断总线(120、130、140)与外部的发送器(250)连接。所述方法(300)包括配置(301、302)控制设备(221)，以用于通过以太网网络(110)交换数据，并且包括从外部的发送器(250)通过以太网网络(110)发送(303)数据给控制设备(221)。

Description

控制设备在诊断总线和外部的以太网连接之间的模式转换
技术领域
本发明涉及在车辆中的数据传输。尤其是本发明涉及在车辆的控制设备上的高的数据量的传输。
背景技术
车辆(例如单辙的或双辙的车辆)具有通信网络，通过所述通信网络，能够实现在车辆不同的控制设备之间的数据交换。通过这些车辆内部的通信网络可以传输的数据量典型地限定于相对低的带宽。
另一方面为了升级和/或测试目的，经常需要交换相对高的数据量。尤其是可能需要的是，将高的数据量(例如用于软件升级)从外部的发送器(即关于车辆在外部)传输到车辆的控制设备上。这可能基于车辆内部的通信网络的带宽限制而要求多个时间。
发明内容
在本文献中说明一种方法和一种相应的装置，其能够实现在短的时间内将高的数据量从外部的发送器(例如测试器)传输到车辆的控制设备上。
按照一个方面，尤其是说明一种用于将数据从外部的发送器(例如测试器或测试仪)传输到车辆(例如机动车或汽车)的控制设备上的方法。控制设备典型地设置用于控制车辆的功能。为此目的，控制设备可以通过车辆的通信网络与车辆的其他控制设备交换数据。所述数据交换典型地通过通信网络的中央网关进行。中央网关此外提供接口(例如车载诊断(OnBoardDiagnostics)、OBD、接口)，以用于连接外部的发送器。借助OBD接口，可以提供多个不同的接口。尤其是车辆可以提供法律规定的CAN接口。此外车辆可以具有以太网接口，通过所述以太网接口，外部的发送器可以直接与车辆的一个或多个控制设备通信。
典型地(例如在ISO中规定的方法的范围内)，外部的发送器可以通过车辆访问端(例如通过OBD接口)达到车辆的控制设备。在此数据通过车辆访问端发送给控制设备。如果车辆具有中央网关，则中央网关将数据发送给控制设备。所述控制设备可以在此通过MOST、CAN、以太网和/或FlexRay总线连接在中央网关上。在网关和控制设备之间的该连接也称为诊断总线(或默认总线)。
附加于诊断总线，控制设备可以具有包括中央网关的以太网连接。在此可以涉及间接的连接，即一个或多个交换机节点可以处于控制设备和中央网关之间。对于以太网连接，网关可以具有以太网交换机，所述以太网交换机能够实现，直接在外部的发送器和控制设备之间交换数据，而不用在此要求网关的协议转换器功能和/或数据路由功能。尤其是可以通过该以太网连接能够实现，外部的发送器直接对车辆的控制设备通过控制设备的IP地址寻址。
如已经在以上陈述的，外部的发送器可以通过车辆的OBD接口连接在车辆的中央网关上。以太网网络和所述一个或多个诊断总线同样可以连接在中央网关上。
所述方法包括配置控制设备，以用于通过以太网网络交换数据(即通过外部的发送器和控制设备之间的纯以太网连接)。控制设备的该模式可以称为以太网通信模式或以太网接收模式。在以太网通信模式中，控制设备可以直接通过控制设备的IP地址被外部的发送器寻址。所述配置可以包括将配置指令发送给控制设备。所述配置指令可以是汽车的诊断指令，例如按照ISO14229标准的诊断指令。
所述配置指令可以通过车辆的所述一个或多个诊断总线之一发送。由此变得可能的是，改变控制设备的通信模式，即使控制设备处于默认通信模式中(用于通过诊断总线交换数据)。控制设备可以设置用于，可以以相互排除的方式或者通过以太网网络(即在以太网通信模式中)或者通过诊断总线(即在默认通信模式中)交换数据。换句话说，控制设备可以处于默认通信模式或以太网通信模式中。用于以太网通信模式的配置因此也可以包括停用控制设备的用于诊断总线的发送/接收功能，即包括停用默认通信模式。
所述方法此外可以包括从外部的发送器通过以太网网络发送数据(尤其是发送一个或多个以太网消息)给控制设备。在此所述数据可以从外部的发送器直接寻址到控制设备的IP地址上，即数据的发送可以包括发送数据到控制设备的IP地址上。在OBD接口和网关之间的以太网交换机可以将数据直接通过车辆的以太网网络传送给控制设备，而不用通过网关处理(例如路由和/或协议转换)。基于使用以太网网络而可以实现较高的数据传输率。这能够实现快速地传输高的数据量给控制设备(例如用于升级)。
按照另一个方面，说明一种用于车辆的控制设备。所述控制设备设置用于，通过车辆的以太网网络并且通过车辆的其它总线系统与车辆的中央网关和/或与外部的发送器(其连接在中央网关上)通信。所述其它总线系统尤其是可以涉及控制设备的诊断总线。尤其是所述控制设备可以设置用于，符合标准(即按照默认)地通过控制设备的诊断总线与外部的发送器通信。通过诊断总线的通信典型地包括结合车辆的中央网关。
此外所述控制设备可以设置用于，在通过诊断总线的通信(例如默认通信模式)和通过以太网网络的通信(例如以太网通信模式)之间来回切换。为此目的，控制设备可以设置用于，接收配置指令并且接着能够实现通过以太网网络与外部的发送器交换数据。在此，通过以太网网络与外部的发送器交换数据可以在使用控制设备的IP地址和/或外部的发送器的IP地址的情况下进行。尤其是，数据可以从外部的发送器直接发送给控制设备的IP地址。此外可以在通过以太网网络直接交换数据时绕过网关的(用于协议转换器和/或路由功能的)处理单元。
因此控制设备可以设置用于，通过以太网网络从外部的发送器接收数据(当控制设备在以太网通信模式中时)。控制设备为此可以具有IP地址并且通过以太网网络接收的数据可以寻址到控制设备的IP地址上。此外控制设备可以设置用于，将按照用于通过诊断总线传输的数据格式的诊断消息打包成用于通过以太网网络传输的以太网消息(当控制设备在以太网通信模式中时)。另一方面，当控制设备在默认通信模式中时，控制设备可以将来自外部的发送器的数据通过诊断总线(并且通过中央网关的协议转换器功能和/或数据路由功能)从外部的发送器接收。在默认通信模式中，数据从外部的发送器典型地发送给网关的IP地址。网关然后基于接收的数据确定如下控制设备，数据通过诊断总线应传送给所述控制设备。该确定可以包括协议转换和/或路由，并且由此限定默认通信模式中的传输速率。
通过不仅可以通过车辆的其它总线系统(例如FlexRay、CAN、MOST)而且可以通过车辆的以太网网络通信的控制设备来确保，一方面提供用于运行控制设备的总线系统如FlexRay、CAN、MOST的连续性和安全，但另一方面也与控制设备通过以太网网络可以交换高的数据量(例如用于升级或用于测试目的)。
在通过以太网网络交换数据时，可以绕过中央网关、尤其是中央网关的协议转换器功能和/或路由功能。由此可以避免通过中央网关传送而对交换的数据量的限制。如在本文献中陈述的，车辆为此可以具有以太网交换机(例如作为网关的部分和/或在OBD接口和网关之间设置)，其中以太网交换机通过车辆的以太网网络能够实现在外部的发送器和控制设备之间的直接的数据交换，而不用结合中央网关的路由/协议转换器功能。换句话说，数据通过量可以通过如下方式提高，即，绕过网关并且数据从外部的发送器直接寻址到控制设备的IP地址上并且不像在通过默认总线(或诊断总线)发送中那样发送给中央网关的IP地址(并且从那里传送给控制设备)。
按照另一方面，描述一种用于车辆的通信网络的(中央的)网关。中央网关包括以太网交换机，以便将以太网消息从外部的发送器通过车辆的以太网网络发送给车辆的控制设备。通过以太网交换机，可以绕过网关的协议转换器功能和/或路由功能(其例如在网关的处理单元中实现)。以太网交换机可以在车辆的OBD接口和网关的协议转换器功能和/或路由功能(例如处理单元)之间设置。所述控制设备可以通过车辆的以太网网络和通过车辆的其它总线系统与中央网关连接。尤其是控制设备可以通过诊断总线(例如FlexRay、CAN、MOST或以太网)与中央网关连接，并且这样通过网关与外部的发送器通信。此外，控制设备可以直接通过车辆的以太网网络与外部的发送器连接(例如通过网关的以太网交换机或通过在网关上游的以太网交换机)。控制设备可以具有IP地址，利用所述IP地址，外部的发送器可以对数据寻址，所述数据应直接发送给控制设备。此外网关可以具有IP地址，利用所述IP地址，外部的发送器可以对数据寻址，所述数据应通过诊断总线发送给控制设备。
网关可以设置用于确定，控制设备是处于用于通过以太网网络接收数据的以太网接收模式还是用于通过诊断总线接收数据的默认接收模式中。此外网关可以设置用于，将来自外部的发送器的以太网消息转化成按照诊断总线的数据格式，以便当控制设备处于默认接收模式中时将以太网消息通过诊断总线发送给控制设备。换句话说，网关可以具有协议转换器功能和/或数据路由功能(例如处理单元)，以用于通过诊断总线传输以太网消息。此外网关可以设置用于，当控制设备处于以太网接收模式(并且在此绕过网关的协议转换器功能和/或数据路由功能)中时将以太网消息通过以太网交换机发送给控制设备。
因此中央网关能够实现构建快速的以太网连接，以用于在外部的测试器(即外部的仪器)和车辆的控制设备之间交换高的数据量(例如用于升级)。另一方面中央网关也能够实现通过诊断总线(例如用于正常的运行)的通信。
按照一方面，描述一种软件(SW)程序。所述SW程序可以设置用于在处理器上执行，并且以便由此执行在本文献中所述的方法。
按照另一方面，描述一种存储介质。所述存储介质可以包括SW程序，所述SW程序设置用于在处理器上实施，并且以便由此实施在本文献中所述的方法。
要注意，在本文献中所述的方法、装置和系统不仅可以单独而且可以结合其他在本文献中所述的方法、装置和系统使用。此外在本文献中所述的方法、装置和系统的任意方面可以以多样化的方式相互组合。尤其是权利要求的特征可以以多样化的方式相互组合。
附图说明
此外，借助实施例进一步说明本发明。图中：
图1示出包括多个不同的总线系统的车辆的示例性的通信系统；
图2示出包括控制设备的车辆的示例性的通信系统，所述控制设备可以通过多个不同的总线系统通信；以及
图3示出用于将数据传输给车辆的控制设备的示例性的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出用于车辆(例如机动车或汽车)的示例性的通信系统100。系统100具有中央网关(ZGW)或中央的控制设备(ZSG)101，在所述中央的控制设备上连接有不同的总线系统120、130、140。总线系统120例如是同步的FlexRay总线系统，总线系统130例如是异步的CAN(控制器局域网络(ControllerAreaNetwork))总线系统并且总线系统140例如是同步的MOST(面向媒体的系统传输(MediaOrientedSystemsTransport))总线系统。车辆的不同组件(例如传感器、促动器和/或控制设备(英语ElectronicControlUnits、ECU))连接到相应的总线系统上。这样，组件121连接到总线系统120的总线122上，组件131连接到总线系统130的总线132上并且组件141连接到总线系统140的总线142上。
各个组件(例如车辆的各个控制设备、SG)可以按照相应的总线系统的协议作为发送器将数据给出到总线上或作为接收器从总线收取数据。如在图1中示出的，在此在FlexRay总线系统120、CAN总线系统130和MOST总线系统140的情况中使用各一个共同的总线122、132、142，所述总线的传输容量必须由所有连接到总线122、132、142上的组件121、131、141共享(teilen)。这具有缺点，即，对于每个单独的组件121、131、141供使用的传输容量随着组件121、131、141的数量上升而减少。
以太网网络110也连接到网关101上。以太网网络110同样具有多个组件111，所述组件通过总线112相互连接。然而在以太网网络110的情况中，一些或所有所述组件111通常包括交换机(通过加阴影线的框示出)，其能够实现，将数据针对性地从一个发送的组件111引导至一个接收的组件111，从而这些数据通常不在所有总线112上传输，而是只在如下总线112上传输，所述总线处于发送的组件111和接收的组件111之间的传输路径上。使用交换机导致对于任意单独的组件111可用的传输容量提高。
所述组件(例如控制设备)111、121、131、141从车辆外典型地地只通过车辆中的中央的访问控制设备101可达到。在外部的测试器(未示出)和所述的组件之间因此至少设置所述中央的访问控制设备101作为中央的路由器，其将消息从测试器或车辆中的其他组件放置到所述的组件的总线上，所述组件挂在所述总线上。网关101的路由功能和/或协议转换器功能可以在网关101的处理单元102中实现。
因此在测试器和所述控制设备之间的通信速度通过中央的访问控制设备(即中央网关)101的速度所限定。中央网关101必须为车辆中的各个总线编辑测试器的消息，以便可以发送消息。由此在测试器和所述控制设备之间的通信限定于相对低的通过量值。例如当所述控制设备是内部的以太网控制设备时，通过量例如限定于最大1MBit/s。即，即使作为在网关101和控制设备111之间的诊断总线使用以太网总线112作为诊断总线，也典型地发生通过量的限制。在这里，问题是中央网关101，所述中央网关将所有消息从测试器通过导线(以网关101的相同的IP地址)接收。这些消息然后按照网关101的路由表借助消息中的诊断地址通过相应的诊断总线112、122、132、142传送给相应的控制设备111、121、131、141。为此需要的协议转换器功能和/或路由功能可以通过网关101的处理单元102提供。
通过提高处理单元102的计算和/或存储容量，可以提高网关101的数据通过量。然而通过网关101对消息的传送构成对于在外部的测试器和车辆的控制设备111之间的通信的瓶颈。此外，处理单元102的计算和/或存储容量的提高导致较高的费用，这显得不适当，因为提高的容量在正常的车辆运行中典型地不是需要的。
在本文献中提出，构建在测试器和控制设备之间的直接的以太网连接，从而以太网消息在外部的测试器和车辆中的控制设备之间不必通过中央的访问控制设备101来路由。换句话说，描述了“旁路”的使用，通过所述旁路可以绕过中央的访问控制设备101的网关或协议转换器功能(在处理单元102中)，以用于构建快速的以太网连接。由此能够实现在外部的测试器和车辆的控制设备111、121、131、141之间的直接的以太网连接。尤其是能够实现，外部的测试器将消息直接发送给控制设备111、121、131、141的IP地址，并且由此绕过网关101的处理单元102。
图2示出用于车辆的示例性的通信网络200，所述通信网络能够实现构建外部的测试器250和车辆的控制设备之间的快速的以太网连接。中央网关201为此具有以太网交换机202(通过加阴影线的区块示出)，所述以太网交换机设置用于，将以太网消息从测试器250直接传送给车辆的以太网网络110(基于控制设备的IP地址，以太网消息应该发送给该IP地址)。测试器250典型地通过OBD(车载诊断)接口与通信网络200连接。为此OBD接口的一个或多个导线/触点可以用于传输以太网消息。中央的访问控制设备201的以太网交换机202因此为测试器250的以太网消息构成中央的访问控制设备201的协议转换器功能和/或路由功能的旁路。换句话说，以太网交换机202构成网关201的处理单元102的旁路。
此外车辆具有组件(尤其是控制设备)221、233、243，所述组件可以通过通信网络200的不同的下级网络110、120、130、140与中央网关201通信。例如组件221可以通过FlexRay总线122并且通过以太网总线112、212与中央网关201通信。此外通信网络200的一个或多个所述组件可以装备有以太网交换机(依赖于使用的总线拓扑结构)，以便能够实现在(尤其是具有太网交换机202的)中央网关201和车辆的有以太网能力的组件之间直接的以太网连接。例如组件221包括以太网交换机(通过加阴影线的框示出)，所述以太网交换机能够实现传送以太网消息给组件233和243。
通过在图2中示出的网络结构能够实现，外部的测试器250将以太网消息通过中央网关201的以太网交换机202直接发送给车辆的有以太网能力的组件(例如控制设备)221、233、243。在此不要求中央网关201的协议转换器功能(即处理单元102)。对于可以通过多个不同的总线112、122、132、142与中央网关201通信的组件221、233、243，就这点而言说明用于转换这些组件的通信模式的方法。尤其是提出，改变这些组件221、233、243的配置，以便在通过默认总线、即通过诊断总线的通信(用于通过中央网关201的协议转换器功能的通信、ZSG)和与测试器250直接的以太网通信(通过以太网交换机202)之间来回切换。
图3示出示例性的方法300的流程图，以用于将数据从外部的发送器250(例如外部的测试器)传输给车辆的控制设备221。控制设备221通过车辆的以太网网络110并且通过车辆的诊断总线系统(例如通过FlexRay120、CAN130，和/或MOST140网络、必要时也通过以太网网络110)与外部的发送器250连接。通过诊断总线的通信在此通过网关201的处理单元102进行，其中，控制设备221典型地通过网关201的IP地址寻址。通过以太网网络的通信与此相反通过以太网交换机201并且不通过网关201的处理单元102进行，其中，控制设备221典型地直接通过控制设备221的IP地址寻址。
所述方法300包括配置301、302控制设备221，以用于通过以太网网络110交换数据。用于配置控制设备221，配置指令可以从外部的发送器250发送给控制设备221(步骤301)。此外可以停用控制设备221的用于车辆的诊断总线120、130、140的发送/接收功能(步骤302)。这可以是有利的，以便避免传输路径的相交和错误通信。所述方法300此外包括从外部的发送器250通过以太网网络110发送303数据给控制设备221。如以上陈述的，在此数据通过以太网交换机202在网关201的处理单元102旁边经过，并且直接传送给车辆的以太网网络110。所述数据的寻址典型地在使用控制设备221的IP地址的情况下进行。
如以上陈述的，所述组件(例如控制设备)221、233、243的配置可以通过所谓的配置指令进行。配置指令可以是UDS(通用诊断服务(UniversalDiagnosticsServices))诊断指令，其例如按照ISO14229：1998标准。配置指令例如可以从测试器250通过车辆的OBD(车载诊断)接口发送。可以通过不同的总线112、122、132、142与中央网关201通信的组件221、233、243例如可以符合标准地使用不同的总线112、122、132、142之一用于通信(例如将所述总线112、122、132、142之一作为默认总线或作为诊断总线)。测试器250可以设置用于，将一个或多个配置指令发送给要配置的组件221、233、243(例如通过默认总线)。通过所述一个或多个配置指令，可以改变要配置的组件221、233、243的通信模式。尤其是组件221、233、243可以配置用于，与测试器250直接通过以太网网络110交换数据。例如组件221、233、243可以配置用于，将寻址到组件221、233、243的IP地址上的数据通过以太网网络110接收。
通过在中央网关201中或上游使用以太网交换机202并且通过控制设备的合适的配置，可以构造测试器250和车辆的控制设备之间的直接的以太网连接。由此可达到的数据通过量然后只还通过测试器250发送消息给车辆的速度和通过车辆的以太网网络110的导线来限制。例如可以通过在本文献中所述的措施构建在测试器和控制设备之间的100MBit/s连接。由此可以在短的时间内将高的数据量传输给控制设备(例如用于升级控制设备的软件)。
本发明不限制于示出的实施例。尤其是要注意，说明书和附图只应该示意说明所提出的方法、装置和系统的原理。

Claims (12)

1.用于将数据从外部的发送器(250)传输到车辆的控制设备(221)的方法(300)，其中，控制设备(221)通过车辆的以太网网络(110)并且通过车辆的诊断总线(120、130、140)与外部的发送器(250)连接，其中，所述方法(300)包括
-配置(301、302)控制设备(221)，以用于通过以太网网络(110)交换数据；以及
-从外部的发送器(250)通过以太网网络(110)发送(303)数据给控制设备(221)。
2.按照权利要求1所述的方法(300)，其特征在于，所述配置(301、302)包括发送(301)配置指令给控制设备(221)。
3.按照权利要求2所述的方法(300)，其特征在于，所述配置指令通过车辆的诊断总线(120、130、140)发送。
4.按照权利要求2至3之一所述的方法(300)，其特征在于，所述配置指令是汽车的诊断指令，例如按照ISO14229标准的诊断指令。
5.按照上述权利要求任一项所述的方法(300)，其特征在于，所述配置(301、302)包括停用(302)控制设备(221)的用于车辆的诊断总线(120、130、140)的发送/接收功能。
6.按照上述权利要求任一项所述的方法(300)，其特征在于，所述车辆的诊断总线(120、130、140)具有MOST、CAN和/或FlexRay总线。
7.按照上述权利要求任一项所述的方法(300)，其特征在于，发送(303)数据包括发送到控制设备(221)的IP地址上。
8.用于车辆的控制设备(221)，其特征在于，所述控制设备(221)设置用于，
-通过车辆的以太网网络(110)并且通过车辆的诊断总线(120、130、140)与外部的发送器(250)通信；
-接收配置指令并且接着能够实现通过以太网网络(110)与外部的发送器(250)交换数据；以及
-从外部的发送器(250)通过以太网网络(110)接收数据。
9.按照权利要求8所述的控制设备(221)，其特征在于，所述控制设备(221)设置用于，
-符合标准地通过车辆的诊断总线(120、130、140)与外部的发送器(250)通信；和/或
-在通过诊断总线(120、130、140)的通信和通过以太网网络(110)的通信之间来回切换。
10.按照权利要求8至9之一所述的控制设备(221)，其特征在于，所述控制设备(221)设置用于，将按照用于通过诊断总线(120、130、140)传输的数据格式的诊断消息打包成用于通过以太网网络(110)传输的以太网消息。
11.按照权利要求8至10之一所述的控制设备(221)，其特征在于，
-控制设备(221)具有IP地址；并且
-通过以太网网络接收的数据寻址到控制设备(221)的IP地址上。
12.用于车辆的通信网络(200)的网关(201)，其特征在于，中央网关(201)
-包括以太网交换机(202)，以便将以太网消息从外部的发送器(250)通过车辆的以太网网络(110)发送给控制设备(221)；
-设置用于确定，通过车辆的以太网网络(110)并且通过车辆的诊断总线(120、130、140)与中央网关(201)连接的控制设备(221)是在用于通过以太网网络(110)接收数据的以太网接收模式中还是在用于通过其它总线系统(120、130、140)接收数据的默认接收模式中；
-设置用于，将来自外部的发送器(250)的以太网消息转化成按照诊断总线(120、130、140)的数据格式，以便当控制设备(221)在默认接收模式中时将以太网消息通过诊断总线(120、130、140)发送给控制设备(221)；
-设置用于，当控制设备(221)在以太网接收模式中时将以太网消息通过以太网交换机(202)发送给控制设备(221)。
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