DE10161672A1 - Verfahren zur Datenübertragung und Sender und/oder Empfangseinrichtung dazu - Google Patents

Verfahren zur Datenübertragung und Sender und/oder Empfangseinrichtung dazu

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Datenübertragung sowie eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung vorgeschlagen, wobei die Datenübertragung über Zwischenspeicher erfolgt, ohne dass der Sender direkte Rückmeldungen über den Erfolg der Datenübertragung vom Empfänger erhält. Ferner wird wenigstens eine Sende- und/oder Empfangseinrichtung vorgeschlagen, welche eine Schnittstelle zwischen wenigstens zwei Steuereinheiten bildet und Zwischenspeicher aufweist.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung sowie eine Sender- und/oder Empfangseinrichtung dazu.
  • Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 101 10 042.6 vom 02. März 2001 ist ein verteiltes Steuer- bzw. Auswertungssystem in einem Kraftfahrzeug bekannt. Dabei sind dezentrale Steuereinheiten (z. B. Sensoren mit entsprechenden Elektronikeinheiten zur Steuerung und/oder Auswertung) mit einer zentralen Steuereinheit mit einer Punkt-Zu- Punkt-Verbindung zum Datenaustausch verbunden. Von der zentralen Steuereinheit zu jeder dezentralen ist jeweils eine Datenleitung geführt. Dabei sind sowohl die dezentralen Steuereinheiten als auch die zentrale Steuereinheit zum Senden und zum Empfangen von Signalen (Daten) ausgelegt. Eine geeignete Ausgestaltung der Sende- bzw. Empfangseinrichtung sowie ein geeignetes Verfahren zur Datenübertragung zwischen diesen Komponenten wird bei der bekannten Lösung nicht dargestellt. Die bevorzugte Anwendung bezieht sich auf das Themengebiet der Umfeldsensorik von Kraftfahrzeugen, insbesondere Radarsensorsysteme.
    • Vorteile der Erfindung
  • In vorteilhafter Weise werden zu sendende Daten im Bereich der Schnittstelle zwischen Zentrale und dezentralem Element zwischengespeichert bis zur Abholung durch die empfangende Steuereinheit. Besonders vorteilhaft sind dabei mehrere Zwischenspeicher, durch die zusendenden Daten im Sinne eines FIFO-Speichers mit jeder Abholung weitergeschoben werden. Auf diese Weise wird die Belastung der Schnittstelle, insbesondere der sendenden Steuereinheit verringert.
  • Vorteilhaft ist, dass kein erneutes Senden von Daten notwendig ist, wenn die Daten nicht abgeholt werden bzw. wenn ein Übertragungsfehler vorliegt. Die Zwischenspeicher der Schnittstelle werden nacheinander gefüllt, bis kein weiterer Speicherplatz mehr zur Verfügung steht. Die Belastung des Senders ist somit reduziert.
  • Ferner erhält die sendende Steuereinheit keine direkte Rückmeldung, ob die gesendeten Daten von der empfangenden Steuereinheit abgeholt wurden oder nicht. Eine fehlgeschlagene Übertragung wird an einem Rückstau der gesendeten Daten erkannt. Die sendende Steuereinheit kann in diesem Fall keine weitere Datensendung mehr vornehmen. Dies hat den Vorteil, dass auf Rückmeldungen vom Empfänger zum Sender verzichtet werden kann, somit die Belastung der Schnittstelle und der beteiligten Komponenten reduziert wird. Dennoch erhält der Sender eine Rückmeldung im Falle einer fehlgeschlagenen Übermittlung. Durch diese indirekte Hand-shake Funktion erkennt der Sender indirekt, ob der Empfänger Daten abholt oder nicht.
  • Durch den Verzicht von Rückmeldungen und durch den Verzicht von erneutem Senden von Daten wird eine deutliche Reduzierung des Datenaufkommens auf der Schnittstelle erreicht. Da die sendende bzw. empfangende Steuereinheit lediglich Sende- bzw. Empfangsvorgänge bewältigen muss, findet eine erhebliche Reduzierung der Programmlaufzeit in der jeweiligen Komponente statt, insbesondere beim Aufrufen der Subroutine zum Zugriff auf die Schnittstelle. Auch auf diese Weise wird die Schnittstellenbelastung und damit die Belastung der beteiligten Komponenten deutlich reduziert.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Verfahren zur Datenübertragung bzw. die Einrichtung zum Senden bzw. zum Empfangen in Verbindung mit einem System zu Umfeldsensierung eines Kraftfahrzeugs eingesetzt, bei dem an eine zentrale Steuereinheit eine vorgegebene Anzahl dezentraler Steuereinheiten (z. B. Sensoren mit Auswerte- und Steuerelektronik) angegliedert sind. Die beschriebene Vorgehensweise eignet sich insbesondere für eine Punkt-Zu-Punkt- Verdrahtung, da sie auf einfache Weise eine Vielzahl von Schnittstellen zwischen einem zentralen und mehreren dezentralen Steuereinheiten bereitstellen kann.
  • Die Schnittstelle ist aber mit den oben aufgezeigten Vorteilen ebenso geeignet als Schnittstelle zwischen zwei einzelnen Steuereinheiten.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die Vorteile bei Kommunikationsvorgängen zwischen Steuereinheiten in beiden Richtungen auftreten.
  • In vorteilhafter Weise wird die beschriebene Vorgehensweise mit dem Vorteil der Reduzierung der Belastungen der Schnittstelle und der beteiligten Komponenten auch in anderen Datenkommunikationsschnittstellen, sowohl in anderen Kraftfahrzeuganwendungen als auch in Anwendungen außerhalb des Kraftfahrzeugs angewendet.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.
    • Zeichnung
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Fig. 1 zeigt dabei Übersichtsbild eines dezentralen Steuersystems im Beispiel des bevorzugten Anwendungsfalles eines Umfeldsensierungssystems, basierend beispielsweise auf Radarsensorik. In Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung der Schnittstelle zwischen der zentralen Steuereinheiten und einer der dezentralen Steuereinheiten dargestellt, während in Fig. 3 das Verhalten der Schnittstelle bei einem Datenrückstau beschrieben ist.
    • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Fig. 1 zeigt ein Übersichtsbild eines dezentralen Steuersystems, mit einer zentralen Steuereinheit 10, die über ein Datenkommunikationssystem 12 ggf. mit anderen Steuereinheiten verbunden ist. An die zentrale Steuereinheit 10 sind im Rahmen einer Punkt-Zu-Punkt-Verbindung im gezeigten Beispiel insgesamt sechs dezentrale Steuereinheiten 12, 14, 16, 18, 20, 22 angebunden. Zwischen der zentralen Steuereinheit und jeder dezentralen Steuereinheit ist eine bidirektional betriebene Schnittstelle 24, 26, 28, 30, 32, 34 vorgesehen, im bevorzugten Ausführungsbeispiel eine strombasierte Zweidrahtschnittstelle. Zwischen der zentralen Steuereinheit und den dezentralen Steuereinheiten findet über die jeweilige Schnittstelle ein Datenaustausch statt, wobei vorzugsweise die zentrale Steuereinheit sowohl Daten zu den dezentralen Steuereinheiten sendet als auch von diesen empfängt bzw. jede dezentrale Steuereinheit Daten an die zentrale Steuereinheit sendet oder welche von dieser empfängt.
  • Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet stellt der Bereich der Umfeldsensierung eines Kraftfahrzeugs dar, beispielsweise mit Radarsensoren, Infrarot- oder Ultraschallsensoren, Lasern, Videokameras. Diese Sensoren und damit die dezentralen Steuereinheiten befinden sich an der Fahrzeugaussenseite, z. B. in den Stossstangen, an der Fahrzeugseite, während die zentrale Steuereinheit an einem zentralerem Ort (z. B. Innenraum) angebracht ist. Es handelt sich also um ein System mit verteilten, intelligenten, d. h. mit wenigstens einem Prozessor versehenen Komponenten. Dabei können je nach Anwendungsfall mehr oder weniger dezentrale Steuereinheiten vorgesehen sein. Darüber hinaus ist die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise jedoch auch bei jeder anderen Schnittstelle zwischen zwei Steuereinheiten anzuwenden, bei denen Daten mit möglichst geringer Belastung der Schnittstelle und der beteiligten Komponenten ausgetauscht werden sollen. Dabei ist die Anwendung nicht auf den Bereich der Umfeldsensierung von Kraftfahrzeugen beschränkt, sondern kann auch in anderen dezentralen Systemen von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Bremssystemen, Motorsteuersystemen, etc., oder in Systemen außerhalb von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.
  • In Fig. 2 ist eine Detaildarstellung der Schnittstelle zwischen einer ersten und einer zweiten Steuereinheit im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung dargestellt. In Fig. 2 ist dabei die zentrale Steuereinheit mit 100, eine ausgewählte dezentrale mit 120, die Schnittstelle zwischen beiden mit 110 bezeichnet. Die jeweilige Steuereinheiten umfassen dabei wenigstens einen Prozessor 1000, der unter anderem über eine SPI-Schnittstelle 1002 verfügt. Über diese Schnittstelle kommuniziert der Prozessor 1000 mit einem Sende- und/oder Empfangsbaustein 1004. Dieser Baustein weist daher als Schnittstelle zum Prozessor 1000 ebenfalls eine SPI- Schnittstelle 1006 auf. Ferner weist der Schnittstellenbaustein wenigstens einen Sendespeicher 1008 sowie eine strombasierte Zweidrahtschnittstelle PAS (1010) auf. Die genannten Elemente sind dabei Hardwareelemente, deren Realisierung an sich bekannt ist. Größe und Anzahl der Sendespeicher wird je nach Anwendungsfall gewählt. In einem Anwendungsbeispiel hat sich ein Sendespeicher mit einer Länge von einem Byte als geeignet erwiesen. Es ist anzumerken, das die SPI- Schnittstelle und/oder die PAS-Schnittstelle in einer Ausführung eigene Zwischenspeicher aufweisen.
  • Der Empfänger 1020 auf Seiten der dezentralen Einheit besteht im wesentlichen aus einem Sende-/Empfängerbaustein 1200, der zur Kommunikation mit dem Sende-/Empfängerbaustein 1004 der zentralen Einheit ebenfalls eine strombasierte Zweidrahtschnittstelle PAS 1202 aufweist, ferner aus wenigstens einem Empfangsspeicher 1204, 1206 sowie eine SPI- Schnittstelle 1208, über die der Baustein mit einer SPI- Schnittstelle 1210 eines Prozessors 1212 verbunden ist. Die genannten Elemente sind dabei Hardwareelemente, deren Realisierung an sich bekannt ist. Größe und Anzahl der Empfangsspeicher wird je nach Anwendungsfall gewählt. In einem Anwendungsbeispiel haben sich zwei Empfangsspeicher mit Längen von jeweils einem Byte als geeignet erwiesen. Es ist anzumerken, das die SPI-Schnittstelle und/oder die PAS- Schnittstelle in einer Ausführung eigene Zwischenspeicher aufweisen.
  • Nicht dargestellt in Fig. 2 aus Übersichtlichkeitsgründen ist die Empfangsseite des Bausteins 1004 und die Sendeseite des Bausteins 1200. Der Baustein 1004 besteht zum Empfangen von Nachrichten aus wenigstens einem Empfangsspeicher (analog zu 1204, 1206), der eingangsseitig mit der Schnittstelle 1010, ausgangsseitig mit der SPI-Schnittstelle 1006verbunden ist. Auch hier ist Größe und Anzahl der Empfangsspeicher je nach Anwendungsfall gewählt. In einem Anwendungsbeispiel haben sich zwei Empfangsspeicher mit Längen von jeweils einem Byte als geeignet erwiesen, wobei in einer Ausführung die SPI-Schnittstelle und die PAS-Schnittstelle zum Empfang eigene Zwischenspeicher aufweisen. Der Baustein 1200 besteht zum Senden von Nachrichten aus wenigstens einem Sendespeicher (analog zu 1008), der eingangsseitig mit der Schnittstelle 1208, ausgangsseitig mit der Schnittstelle 1202 verbunden ist. Auch hier ist Größe und Anzahl der Sendespeicher je nach Anwendungsfall gewählt. In einem Anwendungsbeispiel hat sich ein Sendespeicher mit einer Länge von jeweils einem Byte als geeignet erwiesen, wobei in einer Ausführung die SPI-Schnittstelle und/oder die PAS-Schnittstelle zum Senden eigene Zwischenspeicher aufweisen.
  • Ferner ist jeweils zwischen Baustein 1004 bzw. 1200 und Prozessor 1000 bzw. 1212 eine Datenverbindung 1012, 1214 vorgesehen, über die der Prozessor vom Baustein jeweils eine Information über empfangene und abzuholende Daten erhält.
  • In Fig. 2 ist die Schnittstelle zwischen der zentralen Steuereinheit 100 und einer ausgewählten dezentralen Steuereinheit 120 dargestellt. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind mehrere dezentrale Steuereinheiten vorgesehen, so dass jede der dezentralen Steuereinheiten einen Baustein wie den Baustein 1200 umfasst und jeweils eine vorzugsweise strombasierte Schnittstelle zum Baustein 1004 aufweist. Dieser Baustein umfasst entsprechend der Anzahl der zu bedienenden dezentralen Steuereinheiten strombasierte Schnittstellen, Sendespeicher, Empfangsspeicher, etc., jedoch nur eine SPI- Schnittstelle zum Prozessor 1000.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Bausteine 1004 und 1200 ASICs, die wenigstens die dargestellten Elemente umfassen und deren nachfolgend dargestellter Funktionsablauf fest verdrahtet vorgegeben ist. Die Anzahl der Sende- bzw. Empfangsspeicher ist dabei je nach Anwendung verschieden, so dass beispielsweise drei Empfangsspeicher und zwei Sendespeicher, ein Empfangsspeicher und zwei Sendespeicher, etc. pro Kanal vorgesehen sein können. Die Breite der Pufferspeicher hängt ab von der Breite der zu übertragenden Daten. Diese ist je nach Ausführungsbeispiel ein Byte oder länger.
  • Fig. 3 zeigt an einem Beispiel einen Sendevorgang von der zentralen Steuereinheit zur einer dezentralen Steuereinheit, bei welchem ein Datenrückstau auftritt, weil die dezentrale Steuereinheit die gesendeten Daten nicht abholt. Dargestellt ist der Ablauf in den Bausteinen 1004 und 1200 für einen solchen Sendevorgang. Das Handling ist dabei in den Bausteinen fest verdrahtet.
  • Zum Zeitpunkt T1 sendet der Prozessor 1000 über seine SPI- Schnittstelle zum Baustein 1004 die Daten X1. Der Baustein 1004 lädt diese Daten, da seine Speicher frei sind, über die PAS-Schnittstelle zum Baustein 1200, der wegen seinen freien Speicher die Daten im Empfangsspeicher 1206 ablegt. Gleichzeitig übermittelt der Baustein dem Rechner 1212 die Information, dass Daten zum Abholen vorliegt. Der Speicher wird erst dann geleert, wenn der Prozessor 1212 diese abholt. Zum nächsten Taktzeitpunkt T2 sendet der Prozessor 1000 auf dem gleichen Wege weitere Daten X2. Unter der Voraussetzung der Prozessor 1212 die Daten X1 nicht abgeholt hat, bleiben die Daten X2 im Empfangsspeicher 1204 stehen. Sie werden erst dann weitergeleitet, wenn der nachfolgende Speicher frei ist. Da dies nicht der Fall ist, werden die Daten nicht weitergeleitet. Zum Zeitpunkt T3 werden die nächsten Daten X3 vom Prozessor 100 über die Schnittstelle geschickt. Diese werden im Speicher der PAS-Schnittstelle 1202 des Bausteins 1200 abgelegt. Nunmehr sind wegen der fehlenden Datenabholung drei Speicher besetzt. Ein Weiterleiten der Daten X3 erfolgt wegen der fehlenden Abholung der Daten X2 und X1 durch den Prozessor 1212 nicht.
  • Zum Zeitpunkt T4 sendet der Prozessor 1000 Daten X4. Diese bleiben, da alle Empfangsspeicher des Bausteines 1200 besetzt sind, in einem Sendespeicher der PAS-Schnittstelle 1010 des Bausteins 1004 hängen. Dabei meldet der Baustein 1200 dem Baustein 1004, dass alle Speicher voll sind. Der Baustein 1004 speichert die Daten daher in seinen Speichern. Zum Zeitpunkt T5 sendet der Prozessor 1000 Daten X5, die im Sendespeicher 1008 des Bausteins 1004 verbleiben. Er wird erst dann geleert, wenn der PAS-Speicher frei ist. Zum Zeitpunkt T6 erhält der Prozessor 1000 vom Baustein 1004 die Meldung, dass alle Speicher voll sind, so dass ein Sendevorgang unmöglich ist. Infolge dessen erkennt der Mikrocomputer 1000, dass die Datenübertragung fehlerbehaftet ist und die Übertragung der Daten X6 später wiederholt werden muss.
  • Dieses Rückstauverhalten zeigt somit ein indirektes Handshaking der Datenübertragung, bei dem bei funktionierender Datenübertragung keine Rückmeldung zum Sender erfolgt, bei mißlungener Datenübertragung nach einer bestimmten Anzahl von Übertragungen eine Rückmeldung stattfindet.
  • Liste der Prozessor die Daten X1 aus, so werden die Daten X2 bis X5 einen Speicherplatz weiter geschoben, so dass das Senden der Daten X6 wieder möglich ist. Der Prozessor 1000 wird darüber durch Rücksetzen der Meldung "alle Speicher voll" informiert. Normalerweise werden nicht alle Speicher belegt. Die gesendete Daten werden in der Wirkungsrichtung in den letzten freien Speicher eingetragen und bei Freiwerden des nächsten weiter geschoben, bis der empfangende Prozessor diese ausliegt.
  • Das Senden von Daten von der dezentralen Steuereinheit zur zentralen erfolgt entsprechend.

Claims (15)

1. Verfahren zur Datenübertragung, zwischen einer ersten und einer zweiten Einheit, wobei Daten von der ersten zur zweiten Steuereinheit gesendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass die sendende Einheit eine Rückmeldung über eine nicht erfolgreiche Datenübertragung zum Empfänger nach Senden einer bestimmter Anzahl von Daten dadurch erhält, dass ein weiteres Senden von Daten nicht mehr möglich ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und in der zweiten Einheit Speicher in der Übertragungsstrecke vorgesehen sind, in denen übertragene Daten abgelegt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiteres Senden von Daten nicht mehr möglich ist, wenn alle Speicher der Übertragungsstrecke mit übertragenen Daten belegt sind.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die im letzten Speicher der Übertragungsstrecke abgelegten Daten vom der empfangenden zweiten Einheit ausgelesen werden, die im zweitletzten Speicher abgelegten Daten dann in den letzten Speicher geladen werden, wenn dieser frei ist, die vom drittletzten in den zweitletzten.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Neubelegung des letzten Speichers ein Prozessor der empfangenden Einheit eine Information über die abzuholende Daten erhält.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Speicher sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite vorhanden sind.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger an den Sender eine Meldung sendet, dass seine Speicher belegt sind.
8. Sende- und/oder Empfangseinrichtung für Daten, welche wenigstens eine Schnittstelle zur wenigstens einer weiteren Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung aufweist, über die Daten gesendet und/oder empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung wenigstens einen Sendespeicher und/oder Empfangsspeicher aufweist, in dem gesendete und/oder empfangene Daten abgelegt werden, bis der Sendekanal frei ist bzw. die empfangenen Daten abgeholt werden.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als ASIC ausgestaltet ist, welcher Teil einer Steuereinheit mit einem Mikroprozessor ist.
10. Einrichtung nach einem Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung eine strombasierte Zweidrahtschnittstelle sowie eine SPI-Schnittstelle aufweist, die die Einrichtung mit einem Prozessor einer Steuereinheit verbindet.
11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mehrere strombasierte Zweidrahtschnittstellen aufweist.
12. Einrichtung nach einem Ansprüche 8 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung bei einem Empfang von Daten dem zugeordneten Prozessor eine Meldung über die abzuholenden Daten übermittelt.
13. Einrichtung nach einem Ansprüche 8 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung bei einer Belegung aller ihrer Speicher eine Meldung die sendende Einheit übermittelt, dass alle Speicher voll sind.
14. Sende- und/oder Empfangseinrichtung für Daten, welche wenigstens eine Schnittstelle zur wenigstens zwei weiteren Empfangs- und/oder Sendeeinrichtung aufweist, über die Daten gesendet und/oder empfangen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen wenigstens einen Schnittstellenbaustein und wenigstens einen Mikroprozessor aufweisen, dass sie über eine Punkt-Zu-Punkt-Verdrahtung miteinander verbunden sind und dass sie ein verteiltes Steuer-/Auswertesystem darstellen.
15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das System zur Umfeldsensierung eines Kraftfahrzeugs dient, insbesondere mit Hilfe von Radarsensoren.
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