DE10125421A1 - Verfahren zur automatischen Konfiguration bei Datenbussen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur automatischen Konfiguration bei Datenbussen, bei dem zunächst die bei der vorliegenden Zusammenstellung des Datenbussystems und den angeschlossenen Steuergeräten zugelassenen Signaltypen in einem Steuergerät erfasst werden, eine Nachricht aus einzelnen Signalen der zugelassenen Signaltypen zusammengesetzt und jeder Nachricht eine Nachrichtenpriorität vergeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenpriorität (ID) entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus (A) vergeben wird, um bei gleichzeitigem Zugriff von Nachrichten auf den Datenbus festzulegen, welche Nachricht bei der Übertragung zuerst über den Datenbus übermittelt werden soll, und wobei die Nachrichtenpriorität (ID) ein Zahlenwert ist, der nach einem Algorithmus berechnet wird, bei dem eine Steuergerätekennung bei der Berechnung der Nachrichtenpriorität (ID) berücksichtigt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Konfiguration bei Datenbussen, bei dem zunächst die bei der vorliegenden Zusammenstellung des Datenbussystems und den angeschlossenen Steuergeräten zugelassenen Signaltypen in einem Steuergerät erfasst werden, eine Nachricht aus einzelnen Signalen der zugelassenen Signaltypen zusammengesetzt und an jede Nachricht eine Nachrichtenpriorität vergeben wird.
• In der ISO 11519-2: 1994(E) ist ein Datenformat für ein Controller Area Network (CAN) definiert. Dieses Datenformat wird verwendet, um Nachrichten von einem Steuergerät eines Datenbusses zu einem anderen Steuergerät zu übertragen. Ein Datenformat besteht aus mehreren Datenfeldern, die dann zusammen über den Datenbus, entweder zyklisch oder bei Bedarf übertragen werden. Gemäß Standard besteht ein Datenformat zumindest aus folgenden Datenfeldern: "start of frame", "arbitration field", "control field", "data field", "CRC field", "end of frame". "Start of frame" markiert den Beginn eines neuen Datenformates und besteht bspw. aus einem gesetzten Bit. Ein Bestandteil des "arbitration field" ist die Nachrichtenidentifikationsnummer, die an jede Nachricht vergeben wird, so dass diese bspw. als Öltemperatur-Signal identifiziert werden kann. Eine Nachricht kann aus mehreren einzelnen Signalen bestehen. Ein Signal kann bspw. eine Steuerinformation oder ein Ergebniswert eines Sensors, bspw. eine Temperatur oder Raddrehzahl sein. Im "control field" ist unter anderem die Anzahl der Bytes codiert, die für die Übertragung der eigentlichen Nachricht benötigt wird. Es folgt das data field mit der Nachricht, bspw. ein Öltemperaturwert. Nach dem "data field" folgt das "CRC field", d. h. das cyclic redundancy code field, wobei der darin übertragenen Wert zur Erkennung von Übertragungsfehlern und zur Fehlerbehandlung geeignet ist. Neben weiteren Datenfeldern wird das Datenformat durch ein "end of frame" abgeschlossen.
• Zur Gewährleistung einer optimalen Datenübertragung auf einem Datenbus, wird jedem Nachrichttyp eine Priorität zugeordnet, um bei auf dem Datenbus gleichzeitig auftretenden Nachrichten, die wichtigere zuerst zu übertragen. Bisher werden dazu bei der Herstellung eines technischen Produkts, insbesondere eines Verkehrsmittels, die Datenfelder festgesetzt und in Form von Datenformaten in der Kommunikationssoftware in den Steuergeräten und den dazugehörenden Übertragungsschnittstellen (CAN-Controllern u. a.) abgelegt.
• Für jedes mit dem Datenbus verbundene Steuergerät muss schon bei der Herstellung des Verkehrsmittels feststehen, welche Nachrichtentypen gesendet und empfangen werden sollen, welche Priorität, Länge, Sendeart und welchen Sendezyklus jede Nachricht hat. In jedem Steuergerät muss zusätzlich gespeichert werden, welche Nachrichten es empfangen und senden soll. Dazu muss jeder über den Datenbus übertragbaren Nachricht die bereits beschriebene Nachrichtenidentifikationsnummer zugeordnet werden, die den Nachrichtentyp und die Dringlichkeit der Nachricht beschreibt.
• Die DE 100 09 366 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Konfiguration einer Schnittstelle zu einem CAN-Datenbussystem, um eine nachträgliche Neukonfiguration zu ermöglichen. Dabei werden in einer ersten Signaltabelle die Daten zur Beschreibung sämtlicher möglicher Nachrichten eingetragen. In einer zweiten Signaltabelle werden die aktuell verwendeten Nachrichten beschrieben, um Informationen zur Nachrichtenübertragung auf dem Datenbus zur Verfügung zu stellen. Jedoch erfolgt die Konfiguration nicht automatisch durch den Datenbus oder ein Steuergerät, sondern die Nachrichtenprioritäten müssen bei jeder Änderung von Hand und von extern in den Datenbus neu eingelesen werden.
• Da bisher die Konfiguration der Steuergeräte und der zugeordneten Nachrichten bspw. am Ende des Einbauverfahrens des Datenbusses bei der Fahrzeugherstellung manuell erfolgt, führt die starke Zunahme der über Datenbusse zu übertragenden Nachrichten zu einem erheblichen Aufwand bei der Konfiguration. Außerdem ist bei der Anpassung oder Erweiterung von Datenbus-Systemen mittels weiterer Steuergeräte jedes Mal ein neuer Konfigurationsaufwand erforderlich, der eine zügige und flexible Adaption der Datenbussysteme erschwert.
• Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Konfiguration der Datenbussysteme anzugeben, welches eine flexible Anpassung bei Austausch oder Erneuerung von Komponenten zulässt. Ferner soll die Konfiguration automatisch durchführbar sein.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Konfiguration gemäß Anspruch 1 gelöst. Danach wird die Nachrichtenpriorität entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus vergeben, um bei gleichzeitigem Zugriff von Nachrichten auf den Datenbus festzulegen, welche Nachricht bei der Übertragung zuerst über den Datenbus übermittelt werden soll, und wobei die Nachrichtenpriorität ein Zahlenwert ist, der nach einem Algorithmus berechnet wird, bei dem eine Steuergerätekennung bei der Berechnung der Nachrichtenpriorität berücksichtigt wird.
• Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht die automatische Vergabe von Nachrichtenprioritäten für zu übertragende Nachrichten. Bei dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung wird jeder Nachricht automatisch eine Nachrichtenpriorität nach einem bestimmten Algorithmus zugewiesen. Dadurch ist einerseits gewährleistet, dass bei neuer Festlegung von zu übertragenden Nachrichten automatisch neue Nachrichtenprioritäten durch das System vergeben werden und anderseits die Nachrichtenprioritäten entsprechend der Priorität der Signale vergeben werden. Für jedes Steuergerät wird ein entsprechendes Fenster zur Vergabe der Nachrichtenpriorität zur Verfügung gestellt, wobei zunächst die oberen und unteren Grenzen im Speicherbereich für die zu vergebenden Nachrichtenprioritäten festgelegt werden, die jedoch auch zukünftig noch angepasst werden können. Dadurch kann das Datenbussystem quasi beliebig erweitert werden, indem zunächst freie Prioritätsstufen belegt werden, später die Grenzen im Prioritäts-Speicherbereich verschoben werden und in die Signalliste neu eingetragen werden. Diese Signalliste oder die Grenzen der Speicherung der Prioritäten werden dann innerhalb des Datenbusses und automatisch als Information zur Konfiguration an alle beteiligten Komponenten verteilt.
• Der Algorithmus läuft bei jedem Steuergerät automatisch ab, bspw. bei Neukonfiguration oder beim Hochfahren des Datenbusses. Voraussetzung zur automatisch Durchführung des Verfahrens ist die Festlegung der maximalen Anzahl von Nachrichtenprioritäten und die maximale Anzahl der zu vergebenden Prioritätsstufen sowie die maximale Anzahl der am Datenbus zu betreibenden Steuergeräte. Ein Konfigurationsmittel erfasst dabei die maximale Anzahl der am Datenbus ankoppelbaren Steuergeräte und die Anzahl der an die Nachrichten zu vergebenden Nachrichtenprioritäten und berechnet für jede Nachricht eine Nachrichtenpriorität.
• Ein weiterer erfindungsgemäßer Vorteil ist, dass der Algorithmus aufgrund von lokalen im Steuergerät vorhandenen Informationen arbeitet, und dadurch das System beliebig erweiterbar wird. Bei herkömmlichen Systemen kann das System nur auf umständliche Weise erweitert werden, da die Nachrichtenprioritäten vorab, fest für die Nachrichtentypen vergeben werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nun unter Verwendung der Steuergerätekennung und unter Freihaltung von Prioritätsstufen, die Möglichkeit gegeben auch später noch weitere Steuergeräte einzufügen mit neuen Signaltypen mit weiteren Prioritätsvorgaben.
• Das Verfahren wird bevorzugt im Zusammenhang mit Verkehrsmitteln verwendet, bspw. bei Pkw und Lastkraftwagen. Jedoch kann das Verfahren auch bei Datenbussystemen bei Produktionsstätten, Werkzeugmaschinen oder Haushaltsgeräten usw. eingesetzt werden.
• Bei einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, ist zusätzlich vorgesehen, dass Signale eines Steuergerätes mit ähnlicher Priorität automatisch zu einer gemeinsamen Nachricht zusammengepackt werden, die dann in einem Datenformat über den Datenbus übertragen werden.
• Bei dem Verfahren zur Gruppierung der Signale bei einer Datenübertragung werden mehrere Signale innerhalb eines Datenformats gruppiert zu einer einzigen Nachricht übertragen, wobei jedes Signal durch eine eigene Signalpriorität (FKS_PRIO) bezeichnet ist und wobei die Signale derart gruppiert sind, dass bei einer Nachricht nur Signale mit im Wesentlichen gleicher Signalpriorität (FKS_PRIO) übertragen werden, so dass sich die Gesamtzahl der Nachrichten bei gleicher Signalanzahl auf dem Datenbus reduziert.
• Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die Parameter der Nachrichten direkt in jedem Steuergerät abgespeichert werden, ohne den Speicherbedarf wesentlich zu erhöhen. Dadurch ist kein Parameterdownload am Bandende mehr notwendig und der Entwicklungsaufwand reduziert sich. Ferner wird die Flexibilität hinsichtlich der Netzwerkarchitektur erhöht, insbesondere wenn nachträglich Steuergeräte mit neuen Nachrichtentypen im System zugelassen werden müssen.
• Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die untergeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung zum Verfahren zu verweisen. Das Verfahren wird in Zusammenhang mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung,
• Fig. 1 eine in einem Speicher eines Steuergeräts abgespeicherte Signaltabelle mit den Parametern zu jeder Nachricht,
• Fig. 2 fünf Datenformate mit aus der Signaltabelle in Fig. 1 gebildeten zusammengesetzten Nachrichten und
• Fig. 3 eine Darstellung zur automatischen Aufteilung der zur Verfügung stehenden Nachrichtenpriorität, auf die zur Übertragung festgelegten Nachrichtentypen.
• In einem Speichermittel jedes Steuergerätes ist eine flexibel erweiterbare Signaltabelle abgelegt, wobei dort jeder Signaltyp, der von dem Steuergerät empfangen oder gesendet werden soll, mit seinen Parametern definiert wird. In der Signaltabelle in Fig. 1 ist jeder Signaltyp (Nr. 1-7) mit den Parametern Rx/tx, FKS_ID, FKS_Len, FKS_Cyc, FKS_SA und FKS_PRIO definiert. Mit dem Parameter Rx/Tx wird eine Signal als Sendesignal bzw. Empfangssignal ausgewiesen. Jede Nachricht kann aus einem oder mehreren Steuer- oder Sensorsignalen ähnlicher Priorität bestehen. Jedem Signal wird über die Identifikationsnummer FKS_ID eine eindeutige Identifikationsnummer zugewiesen. FKS_Len gibt die Länge der Signale, insbesondere eine Anzahl von Bits oder Bytes, an. Über den Parameter FKS_Cyc wird der Wiederholungszyklus des Signals angegeben, bspw. 50 ms, 200 ms usw. FKS_SA gibt die Sendeart des Signals an, d. h. spontan oder zyklisch. Im Gegensatz zur bisher beim CAN-Bus manuell vergebenen Nachrichtenpriorität wird nun die Signalpriorität bestimmt und in einem Steuergerät abgelegt, aus der dann über den erfindungsgemäßen Algorithmus automatisch die Nachrichtenpriorität berechnet wird.
• Das Verfahren wird in einem CAN-Datenbus folgendermaßen durchgeführt: Zunächst erfolgt eine Sortierung der in der Signaltabelle gespeicherten Sendesignale nach ihren Eigenschaften in der Reihenfolge Priorität, Sendeart, Zykluszeit und Signal-Identifikationsnummer. Anschließend werden die Signale mit gleichen Eigenschaften zu einer Nachricht gruppiert und in einem Datenformat angeordnet.
• Aufgrund der jedem Signal in der Signaltabelle zugeordneten Parameter werden dann automatisch über einen Algorithmus die Nachrichtenprioritäten für jede Nachricht aus den Parametern berechnet. Die Berechnung erfolgt über eine in jedem Steuergerät auf dem Speichermittel vorhandenen Berechnungssoftware oder auch über eine logische Hardwareschaltung. Bei der Berechnung mittels des Algorithmus wird zur Signalpriorität FKS_PRIO der Quotient aus einem Wert für die Steuergerätekennung SG_ID durch die maximale Anzahl der am Datenbus angeschlossenen Steuergeräte SG_MAX addiert. Der Wertebereich wird dann mittels eines Quotienten aus der maximalen Anzahl der zur Verfügung stehenden Nachrichtenprioritäten CAN_MAX durch die maximal zur Verfügung stehenden Prioritäten normiert.
• Über den erfindungsgemäßen Algorithmus ist sichergestellt, das die Nachrichtenprioritäten der Nachrichten automatisch entsprechend der erforderlichen Priorität vergeben werden. Über den aus der maximalen Anzahl der Steuergeräte gebildeten Quotienten SG_ID/SG_MAX ist gewährleistet, dass weitere Steuergeräte bis zur maximalen Anzahl nachgerüstet werden können und dennoch automatisch eine Nachrichtenpriorität vergeben werden kann.
• Ein Algorithmus zur automatischen Bestimmung der Nachrichtenpriorität ist folgendermaßen definiert:
  
  
  wobei ID die zu bestimmende Nachrichtenpriorität, CAN_MAX die maximale Anzahl der zur Verfügung stehenden Nachrichtenprioritäten, PRIO_MAX die Anzahl der maximal zur Verfügung stehenden Prioritäten, FKS_PRIO die Signalpriorität, SG_ID die Steuergerätekennung und SG_MAX die maximale Anzahl der am Datenbus angeschlossenen Steuergeräte ist. Der Algorithmus definiert eine lineare Aufteilung der zur Verfügung stehenden Nachrichtenprioritäten. Diese Berechnung der Nachrichtenprioritäten gewährleistet eine eindeutige Vergabe an bestehende und auch an noch später hinzukommende Nachrichten auf dem Datenbus. Bevorzugt ist ID ein ganzzahliger Wert.
• Übersteigt die Gesamtlänge aller zu einem Nachrichtentyp gruppierten Signaltypen die maximal zulässige Länge einer Nachricht (bspw. beim CAN-Bus 64 Bit), so sind entsprechend mehrere Nachrichten zu bilden, wobei für die weiteren Nachrichten die nächsthöhere ID im entsprechenden Prioritätsbereich des Steuergeräts zu wählen ist.
• In Fig. 1 ist eine Signaltabelle mit verschiedenen zur Datenübertragung zugelassenen Nachrichtentypen dargestellt. Jedem Signal ist mit FKS_PRIO eine Sendepriorität zugeteilt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Signale zuerst entsprechend der Sendepriorität und innerhalb gleicher Priorität hinsichtlich gleicher Zykluszeit und innerhalb gleicher Priorität und Zykluszeit noch hinsichtlich der Signalidentifikationsnummer durch einen Sortieralgorithmus automatisch sortiert. Nach der Sortierung sind zum Beispiel Signale mit gleicher Priorität FKS_PRIO = 1 und Zykluszeit FKS_SA = 1 in aufsteigender Reihenfolge bzgl. der Signal- Identifikationsnummer sortiert, woran sich zunächst die Signale mit höheren Zykluszeiten und dann Signale mit der Priorität FKS_PRIO = 2 und Zykluszeit FKS_SA = 1 anschließen.
• Jeder auf diese Weise sortierten Nachricht wird gemäß dem beschriebene Algorithmus eine Nachrichtenpriorität zugewiesen, wobei eine zahlenmäßig kleine Nachrichtenpriorität zum Beispiel auf eine hohe Nachrichtenpriorität hinweist. Infolge dieser Zuordnung von Nachrichtenprioritäten ist auch bei späterer Zusatzbeschaltung mit Steuergeräten, die zusätzliche Nachrichten versenden, gewährleistet, dass das Datenbussystem nicht komplett umprogrammiert werden muss, sondern dass Nachrichten mit hoher Nachrichtenpriorität noch einen entsprechenden Identifier gemäß dem Algorithmus zugewiesen erhalten können. Aufgrund der Nachrichtenpriorität wird dann später bei Datenkollision bestimmt, welche Nachricht dringender ist und sich deswegen durchsetzt.
• Durch die Sortierung der Signale in den Signaltabellen kann bei einer Übertragung mehrerer Signale eine Gruppierung erfolgen. In Fig. 2 ist dargestellt, dass die Nachrichten mit der FKS_ID = 5 und 31 wegen ihrer hohen Priorität FKS_PRIO = 1 und der übereinstimmenden Zykluszeit FKS_Cyc = 0 innerhalb eines Datenformates übertragen werden können. Diese werden dann im Datenfeld sequentiell angeordnet und innerhalb eines Datenformats übertragen. Die Signale mit FKS_ID = 8, 9 und 23 besitzen die FKS_PRIO = 2 und eine übereinstimmende Zykluszeit, so dass diese ebenfalls gemeinsam gruppiert und innerhalb eines Datenformats übertragen werden können. Lediglich die Signale mit der Kennung FKS_ID = 10 kann wegen ihrer unterscheidenden Zykluszeit nicht mit den anderen Signalen übertragen werden. Durch die gebündelte Übertragung innerhalb eines Datenformats wird die Problematik mit gehäuft auftretenden Nachrichtenkollisionen beim Datenbus verringert, nämlich dann, wenn mehrere Signale gleichzeitig übertragen werden sollen.
• Nach Beendigung des Selbstkonfigurationsalgorithmus in jedem Steuergerät des Datenbusses werden die den Nachrichtentypen in der Signaltabelle innerhalb eines Steuergerätes zugeordneten Parameter an die anderen Steuergeräte weitergeleitet und dort angepasst und dann in jedem Steuergerät hinterlegt.
• Auch wenn die Erfindung in Zusammenhang mit dem CAN-Datenbus beschrieben wurde, ist die Art der automatischen Konfiguration des Datenbussystems und der gruppierten Nachrichtenübertragung, die durch das erfindungsgemäße Sortierungsverfahren unterstützt wird, auch im Zusammenhang mit anderen Datenbussen durchführbar.

Claims (8)

1. Verfahren zur automatischen Konfiguration bei Datenbussen, bei dem zunächst die bei der vorliegenden Zusammenstellung des Datenbussystems und den angeschlossenen Steuergeräten zugelassenen Signaltypen in einem Steuergerät erfasst werden, eine Nachricht aus einzelnen Signalen der zugelassenen Signaltypen zusammengesetzt und jeder Nachricht eine Nachrichtenpriorität vergeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenpriorität (ID) entsprechend einem vorgegebenen Algorithmus (A) vergeben wird, um bei gleichzeitigem Zugriff von Nachrichten auf den Datenbus festzulegen, welche Nachricht bei der Übertragung zuerst über den Datenbus übermittelt werden soll, und wobei die Nachrichtenpriorität (ID) ein Zahlenwert ist, der nach einem Algorithmus berechnet wird, bei dem eine Steuergerätekennung bei der Berechnung der Nachrichtenpriorität (ID) berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Nachrichtenpriorität (ID) durch den Algorithmus (A) der Quotient aus einem Wert für die Steuergerätekennung (SG_ID) durch die maximale Anzahl der am Datenbus maximal angeschlossenen Steuergeräte (SG_MAX) gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Nachrichtenpriorität (ID) durch den Algorithmus (A) der Quotient (SG_ ID/SG_MAX) zur Signalpriorität (FKS_PRIO) addiert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachrichtenpriorität (ID) von einem Steuergerät zumindest an ein weiteres Steuergerät am Datenbus verteilt wird.

5. Verfahren zur Gruppierung von Signalen bei einer Datenübertragung, bei dem ein Signal in einem Datenformat über einen Datenbus übertragen wird, wobei jedes Datenformat zumindest eine Startkennung (SOF), ein Datenfeld (DATA) zur Aufnahme des Signals und ein Endekennung (EOF) aufweist und wobei einzelne Signale innerhalb eines Datenfeldes (DATA) im Datenformat übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Signale innerhalb eines Datenformats gruppiert zu einer einzigen Nachricht übertragen werden, wobei jedes Signal durch eine eigene Signalpriorität (FKS_PRIO) bezeichnet ist und die Signale derart gruppiert sind, dass bei einer Nachricht nur Signale mit im Wesentlichen gleicher Signalpriorität (FKS_PRIO) übertragen werden, so dass sich die Gesamtzahl der Nachrichten bei gleicher Signalanzahl auf dem Datenbus reduziert.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Signale mit im wesentlichen übereinstimmender Zykluszeit (FKS_CYC) sequentiell innerhalb eines Datenfeldes (DATA) einer Nachricht angeordnet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Signale mit einer Signalpriorität (FKS_PRIO) kleiner oder gleich der Nachrichtenpriorität der Gesamtnachricht gruppiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Nachricht einen physikalischen Wert eines Sensors, Aktors oder eine einzelne Steuergröße abbildet.