DE10161673A1

DE10161673A1 - Verfahren zur Datenübertagung und Sende bzw. Empfangseinrichtung in einem verteilten System

Info

Publication number: DE10161673A1
Application number: DE10161673A
Authority: DE
Inventors: Andreas Junger; Rainer Moritz; Uwe Lueders; Jochen Schomacker; Berthold Elbracht; Jens Haensel; Wolfgang Kostorz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-12-14
Filing date: 2001-12-14
Publication date: 2003-06-26
Also published as: US20040037220A1; KR20030051291A

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Sende- bzw. Empfangseinrichtung zur Datenübertragung in einem verteilten System vorgeschlagen, bei welchem eine zentrale Steuereinheit im Rahmen eines Broadcastmodus Daten gleichzeitig an alle dezentralen Steuereinheiten sendet. Das bevorzugte Anwendungsgebiet ist ein dezentrales System für die Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeugs.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung sowie eine Sende- bzw. Empfangseinrichtung in einem verteilten System.
Dezentrale Systeme mit mehreren dezentralen Steuereinheiten sowie wenigstens einem Zentralsteuergerät sind auf vielen Gebieten der Technik bekannt. 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 Nahbereichssensoren wie z. B. Radarsensorsysteme. Es besteht in einem solchen modularen Steuergerätekonzept Bedarf an einer effektiven, ressourcensparenden Datenkommunikation.

Vorteile der Erfindung

Durch das nachfolgend beschriebene Broadcastverfahren zur Datenübertragung von der zentralen Steuereinheit zu den dezentralen Steuereinheiten wird für eine Punkt-Zu-Punkt- Schnittstelle eine Reduzierung des Datenaufkommens auf Senderseite sowie eine Reduzierung der Laufzeit der Sendersoftware bereitgestellt. Besonders vorteilhafte Effekte ergeben sich bei der Anwendung auf ein verteiltes System zur Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeugs, bei welchem neben der Broadcastfunktion auch die Möglichkeit besteht, dezentrale Steuereinheiten durch entsprechende Befehle gezielt anzusprechen. Auf diese Weise wird eine definierte Ansteuerung dezentraler Steuereinheiten ermöglicht, was insbesondere in der Anwendung von Nahbereichssensoren (z. B. Radarsensoren) zu einer deutlichen Reduzierung der gegenseitigen Störeinflüsse führt. Besonders vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist auch die Möglichkeit, alle dezentrale Steuereinheiten zu synchronisieren, da die Broadcastfunktion die gleichzeitige Übermittlung von Information an alle dezentralen Steuereinheiten erlaubt.
Besonders vorteilhaft ist, dass die abzusendenden Daten mittels eines einzigen Befehls von der Sendersteuereinheit gleichzeitig an alle oder an eine Gruppe ausgewählter dezentralen Steuereinheiten gesendet werden können. Dabei besteht ferner die Möglichkeit, durch andere Befehle einzelne dezentrale Einheiten mit Informationen zu versorgen.
Besonders vorteilhaft ist eine Sendeeinrichtung, vorzugsweise ein ASIC-Baustein, der in der zentralen Steuereinheit angeordnet ist, und mit dessen Hilfe die oben geschilderten Funktionen realisiert werden. In besonders vorteilhafter Weise stellt dieser Baustein auch einen Empfangsbaustein für Informationen von dezentralen Steuereinheiten dar, übernimmt somit gleichzeitig Funktionen bezüglich der Datenübertragung von einer dezentralen Steuereinheit zur zentralen Steuereinheit.
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. Dabei zeigt Fig. 1 ein Übersichtsbild eines dezentralen Steuersystems am Beispiel des bevorzugten Anwendungsfalles eines Umfeldsensoriksystems, beispielsweise Nahbereichssensoren (z. B. Radarsensorik). In Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung der Schnittstelle zwischen der zentralen Steuereinheit und dezentralen Steuereinheiten dargestellt, wobei eine bevorzugte Ausgestaltung des Schnittstellenbausteins der zentralen Steuereinheit näher dargestellt 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 detailliertere Darstellung der schnittstellenspezifischen Teile der zentralen Steuereinheit 10 und einer ausgewählten dezentralen Steuereinheit 12 dargestellt. Ferner sind Schnittstellen 26, 28, 30 zu weiteren dezentralen Steuereinheiten angedeutet.
Die zentrale Steuereinheit 10 besteht im wesentlichen aus einem Rechnerkern 101 sowie einem Schnittstellenbaustein 102 (ASIC1), während die dezentrale Steuereinheit einen Schnittstellenbaustein 120 (ASIC2) sowie einen Rechnerkern 122 aufweist. Zwischen den beiden Schnittstellenbausteinen ist eine vorzugsweise als strombasierte 2-Draht Schnittstelle realisierte Schnittstelle 24. Entsprechend sind Schnittstellen zwischen der zentralen Steuereinheit, dort dem Schnittstellenbaustein 102 und weiteren dezentralen Steuereinheiten vorgesehen, die jeweils einen dem Baustein 120 entsprechenden Baustein als Empfänger bzw. Sender aufweisen.
Der Rechnerkern 101 der zentralen Steuereinheit 10 umfasst einen Rechner 1010 sowie eine SPI-Schnittstelle 1012. Dieser ist über eine Datenleitung 1014 mit eine SPI-Schnittstelle 1020 des Schnittstellenbausteins 102 verbunden. Für die Senderichtung weist der Schnittstellenbaustein 102 Senderspeicher 1022, 1024, 1026 und 1028 auf, die jeweils mit der strombasierten 2-Draht Schnittstelle (PAS1 bis PAS4) 1030, 1032, 1034 und 1036 verbunden sind. Die zu sendenden Daten werden dabei vom Mikrocomputer 1010 als Befehl über die SPI- Schnittstelle an den Baustein 102 abgegeben und in den betroffenen Senderspeicher zwischengespeichert. Im Befehl ist dabei gekennzeichnet, ob die Daten an alle dezentrale Einheiten, eine Gruppe von diesen oder an eine einzelne Einheit gesendet werden soll. Entsprechend werden die Speicher beschrieben. Aus diesen Speichern wird dann über die jeweilige Schnittstelle die gespeicherten Daten an die dezentrale Steuereinheit gesendet, sowie deren Empfangsspeicher frei sind. In Empfangsrichtung werden von dem Schnittstellenbaustein 102 Daten von einer dezentralen Steuereinheit empfangen, welche in wenigstens einem Empfangsspeicher E1, E2 (pro Empfangskanal) abgespeichert werden. Aus diesem wenigstens einem Speicher wird dann über einen Multiplexer MUX und die SPI-Schnittstelle die empfangenen Daten vom Rechner ausgelesen. Dazu wird vom Schnittstellenbaustein dem Rechner über die Verbindungsleitung 1038 das Vorhandensein von abzuholenden Daten signalisiert.
In analoger Weise ist die jeweilige dezentrale Steuereinheit aufgebaut. Der dort vorgesehene Rechnerkern 122 umfasst ebenfalls einen Mikrocomputer 1220 sowie eine SPI- Schnittstelle 1222. Diese ist über eine Datenleitung 1224 mit der entsprechenden Schnittstelle 1200 des Schnittstellenbausteins 120 verbunden. Auch hier ist für die Senderichtung ein Senderspeicher 1202 vorgesehen. Die vom Mikrocomputer über die SPI-Schnittstelle in den Speicher 1202 eingelesenen Daten werden dann über eine strombasierte 2-Draht Schnittstelle 1204 an die zentrale Steuereinheit übertragen, sofern deren Empfangsspeicher frei sind. Empfangsseitig ist die strombasierte 2-Draht-Schnittstelle 1204 mit wenigstens einem Empfangsspeicher 1206, 1208 verbunden, in den die empfangenen Daten eingespeichert werden. Über die SPI- Schnittstelle werden die empfangenen, zwischengespeicherten Daten vom Mikrocomputer 1220 abgeholt. Dazu erhält der Mikrocomputer 1200 vom Baustein 120 über die Datenverbindung 1226 eine entsprechende Information.
Die anderen dezentralen Steuereinheiten sind entsprechend dieser Darstellung aufgebaut, insbesondere hinsichtlich des Schnittstellenbausteins 120.
Die obengenannten Elemente sind dabei Hardwareelemente, deren Realisierung an sich bekannt ist. Größe und Anzahl der Speicher wird je nach Anwendungsfall gewählt. In einem Anwendungsbeispiel hat sich jeweils ein Sendespeicher und zwei Empfangsspeicher mit Längen 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 nachfolgend beschriebene Ablauf in den Bausteinen 102 bzw. 120 ist dabei in den Bausteinen fest verdrahtet.
Zur Datenübertragung zwischen zentraler Steuereinheit und dezentralen Steuereinheiten ist ein sogenannter Broadcastmodus zur Verfügung gestellt, mit dem der Mikrocomputer 1010 der zentralen Steuereinheit 10 Daten versehen mit der Kennzeichnung "Sende an alle" über seine SPI-Schnittstelle an den Schnittstellenbaustein 102 abgibt. Dieser lädt diese Daten in alle Sendespeicher aller Schnittstellen und überträgt die Daten dann über die Schnittstelle an alle Steuereinheiten gleichzeitig. Damit kann der Mikrocomputer des zentralen Steuergeräts durch einen SPI-Befehl alle Schnittstellen zu den dezentralen Steuereinheiten gleichzeitig mit einem Datensatz belegen. Das Absenden der Daten erfolgt gleichzeitig. Aus dieser Gleichzeitigkeit lassen sich beispielsweise Synchronisierungsmaßnahmen der verteilten Systeme ableiten, da die Gleichzeitigkeit des Sendevorgangs den verteilten Einheiten eine Zeitbasis vermitteln.
Anstelle des Befehls "sende an alle" ist in einem anderen Beispiel ein Befehlt "Sende an Gruppe 1" oder "Sende an Gruppe 2" vorgesehen, so dass die Daten in Sendespeicher ausgewählter voreingestellter Gruppen geschrieben wird.
Ferner besteht die Möglichkeit eines Befehls, mit dem der Mikrocomputer Daten an eine einzige ausgewählte dezentrale Steuereinheit senden kann, so dass im Schnittstellenbaustein 102 die entsprechenden Daten lediglich in den für diese dezentrale Steuereinheit vorgesehenen Senderegister abgelegt und nur an diese dezentrale Steuereinheit abgesendet werden. Damit ist eine definierte Ansteuerung einzelner dezentraler Steuereinheiten möglich, beispielsweise kann eine Reihenfolge von Ansteuerungen oder Aktivierungen festgelegt werden.
Die Befehle sehen dabei in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel so aus, dass den gesendeten Daten eine Kennung hinzugefügt ist, die den Sendemodus beschreibt.
Der Empfang von Daten durch die zentrale Steuereinheit erfolgt derart, dass die über die Schnittstelle von der jeweiligen dezentralen Steuereinheit empfangenen Daten in dem jeweils zugeordneten, wenigstens einen Empfangsregister abgelegt werden und dann vom Mikrocomputer über den SPI- Schnittstelle mittels des Multiplexers nacheinander ausgelesen werden. Zu diesem Zweck erhält der Mikrocomputer vom Baustein 102 die Information, dass eingegangene Daten in einem der Empfangsregister vorhanden sind.
Die Möglichkeit des Rechners des zentralen Steuergeräts, Daten mit dem Befehl "Sende an alle" oder "Sende an Gruppe x" zu versenden, führt zu einer deutlichen Reduzierung des Datenaufkommens in der Schnittstelle sowie eine Reduzierung der Laufzeit seiner Software.
Die bevorzugte Anwendung der dargestellten Vorgehensweise ist in Verbindung mit einer Umfeldsensorik, insbesondere Nahbereichssenoren wie z. B. einer 24 Gigahertz Radarplattform für multifunktionale Anwendungen, wobei zwischen zentraler Steuereinheit und den dezentralen Steuereinheiten im Rahmen einer sternförmig verdrahteten seriellen Punkt-Zu- Punkt-Schnittstelle eine strombasierte 2-Draht Schnittstelle vorgesehen ist.
Die beschriebene Vorgehensweise wird mit den aufgezeigten Vorteilen auch in anderen Anwendungsfällen eingesetzt, in denen für verteilte Systeme eine Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung besteht.

Claims

1. Verfahren für Datenübertragung in einem dezentralen System, wobei wenigstens eine zentrale Steuereinheit und wenigstens zwei dezentrale Steuereinheiten vorgesehen sind, die miteinander über eine Datenschnittstelle verbunden sind, wobei Daten von der zentralen Steuereinheit zu allen dezentralen Steuereinheiten übermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die zentrale Steuereinheit und die dezentralen Steuereinheiten mittels einer Punktzu-Punkt-Verdrahtung verbunden sind, wobei eines Befehls Daten von der zentralen Steuereinheit gleichzeitig an alle oder an eine vorgegebenen Gruppe von dezentralen Steuereinheiten gesendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehl ein SPI-Befehl ist.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Senden von Daten an alle dezentralen Steuereinheiten oder eine Gruppe von dezentralen Steuereinheiten ein Datenblock mittels Befehl in die den jeweiligen Empfänger zugeordneten Sendespeicher zwischengespeichert wird und gleichzeitig übertragen an alle Empfänger übertragen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zwischen zentraler und dezentraler Steuereinheit eine strombasierte 2-Draht Schnittstelle ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von einer dezentralen Steuereinheit empfangene Daten in wenigstens einem Empfangsspeicher zwischengespeichert wird, und über einen Multiplexer ausgelesen werden.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einem Befehl zur Sendung an einen einzelnen Empfänger bezeichneter Datenblock in den entsprechenden Sendespeicher abgelegt und übertragen wird.

7. Sende- bzw. Empfangseinrichtung in einem verteilten System, wobei die Sende- bzw. Empfangseinrichtung Teil einer zentralen Steuereinheit des verteilten Systems ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung mit einer ersten Schnittstelle mit einem Mikrocomputer der zentralen Steuereinheit verbunden ist, ferner mit einer vorgegebenen Anzahl von Schnittstellen mit den dezentralen Steuereinheiten verbunden ist, wobei jeder dezentrale Einheit wenigstens ein Sendespeicher zugeordnet ist und mittels eines Befehls Daten in alle oder eine vorgegebene Anzahl von Sendespeichern zum gleichzeitigen Versenden geladen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle zum Mikrocomputer eine SPI- Schnittstelle ist, die Schnittstelle zu den dezentralen Steuereinheiten eine strombasierte 2-Draht Schnittstelle.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein Schnittstellenbaustein ist, der für jeden Empfangskanal von den dezentralen Steuereinheiten wenigstens einen Empfangsspeicher aufweist, in dem empfangene Daten zwischengespeichert werden, wobei der Schnittstellenbaustein ferner einen Multiplexer aufweist, über den auszulesende Daten an den Mikrocomputer der zentralen Steuereinheit übergeben werden.

10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System ein verteiltes System zur Umfeldsensorik eines Kraftfahrzeuges ist.

11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein ASIC ist.

12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Befehl als Kennung der zu sendenden Daten angefügt ist.