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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung bei einem modularisierten
System mit dezentralisierten und Funktionen ausführenden Modulen, wobei ein
Modul mit dazu gehörender
Uhr zur Durchführung
einer Zeitstempelung von mit dem System verknüpften Ereignissen und unter
diesen ausgewählten
Referenzereignissen angeordnet ist.
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Steuersysteme
und Überwachungssysteme sind
als Echtzeitsysteme ausgeführt.
Bei solchen Systemen ist es wesentlich, einen zeitlichen Bezug der
detektierten Ereignisse zueinander herstellen zu können. Bei
zentralen Systemen lassen sich diese Anforderungen durch einen Bezug
auf eine Zentraluhr einfach erfüllen.
Bei verteilten Systemen ist das Problem größer, da die physische Verbindung
mit einer gemeinsamen Uhr entweder besondere Uhrverbindungen und
Hardware oder die Anwendung lokaler Uhren erfordert. Für die Alternative
mit lokalen Uhren sind zwei Lösungen
angegeben, die als Stand der Technik betrachtet werden können:
- 1. Synchronisierung lokaler Uhren mit einer
Masteruhr.
In SE 466 123 ist
beschrieben, wie lokale Uhren durch die Nutzung von Signalen auf
einer gemeinsamen Busverbindung mit einer ausgewählten Referenzuhr synchronisiert
werden können.
- 2. Umrechnung lokaler Zeiten
In EP 0570 557 ist beschrieben, wie lokale
Uhren durch die Nutzung von Signalen auf einer gemeinsamen Busverbindung
ihre lokale Zeit in lokale Zeiten anderer Uhren und umgekehrt umrechnen können.
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Beide
Lösungen
erfordern, dass die Module teils an eine gemeinsame Verbindung angeschlossen
sind, teils ein gemeinsames Protokoll für Zeitnachrichten benutzen.
Dies schränkt
einem Systemgestalter die Auswahl an Modulen ein. Viele Systeme bestehen
aus Teilsystemen, die über
Gateways miteinander verschaltet werden. Dies bereitet dem Systemgestalter
Schwierigkeiten, wenn die Teilsysteme in Echtzeit zusammenwirken
müssen,
da die Teilsysteme nicht über
eine gemeinsame Verbindung miteinander verschaltet sind. Eine besondere
Kategorie von Überwachungssystemen
stellen Analysetools dar. Die eigentliche Analysesoftware wird meistens unter
einem Betriebssystem ausgeführt,
das keine Echtzeiteigenschaften besitzt, wie Windows oder Linux.
In der Industrie kommt es gewöhnlich
vor, dass die Analyse mehrere, zusammenwirkende Teilsysteme umfasst.
In der Autoindustrie sind CAN- und LIN-Systeme sowie CAN High Speed
und CAN Low Speed üblich.
Jedes System wird über
einen oder mehrere Anschlüsse
zum jeweiligen Teilsystem über an
das Analysetool angepasste Hardware, die eine gemeinsame Uhrfunktion
für Zeitstempelung
umfasst, analysiert. Das Produkt "Sync Box XL" von Vektor Informatik GmbH ist ein
Beispiel für
den Stand der Technik. Hier dient eine besondere Synchronisationsleitung
zur Erzeugung der Synchronisationsimpulse. Beim Empfang einer High-Low-Flanke
auf dieser Leitung wird jeder angeschlossenen Einheit ein Zeitstempel
zugewiesen. Abgesehen davon, dass diese Lösung eine spezielle Hardwareanordnung
erfordert, muss auch sichergestellt sein, dass keine elektromagnetische
Störungen
falsche Zeitangaben bewirken. Somit besteht ein Bedarf, auf Systemebene
bei verschiedenen Modulen ohne ein gemeinsames Protokoll für Zeitsynchronisation
ein Zusammenwirken innerhalb vorgegebener Zeitrahmen erhalten zu
können,
und ein Bedarf, von verschiedenen Modulen mit zeitlich gegenseitigem
Bezug Information ohne besondere Hardware oder Verbindungen für Verarbeitung
in einem Rechner ohne Echtzeit-Betriebssystem erhalten zu können. Die
vorgeschlagene Lösung
erfüllt
beide Bedarfe.
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Es
besteht auch ein Bedarf, Anordnungen zur Synchronisation lokaler
Uhren mit anderen Uhren eliminieren zu können, d. h. ein Bedarf an einer
Anordnung zur Eliminierung eines Synchronisationsbedarfs einer Uhr
in einem Modul mit einer Uhr in einem anderen Modul. Außerdem bestehen
Wünsche
in Bezug auf eine gesteigerte Individualisierung und auf erweiterte
Möglichkeiten
zur Bezugszuweisung bei Zeitpunkten und Ereignissen. Verbindungen
müssen gemeinsam
für Referenzereignisse
und verschiedene Uhren genutzt werden können. Außerdem bestehen Wünsche in
Bezug auf eine erweiterte Handlungsfrei heit und auf die Erstellung
unterschiedlicher Lösungen
aktueller Probleme. Globale Zeit muss genutzt werden können, ebenso
unabhängig
arbeitende Uhren. Es sei auch darauf hingewiesen, dass während der
Dauer einer Justierung von Uhren die Systemfunktion nicht genutzt
werden kann.
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Die
Identifikation von innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne von zwei
oder mehr Modulen detektierten Ereignissen auf Systemebene und die Nutzung
einer Zeitstempelung dieser Ereignisse, um in einer oder mehreren
Umrechnungseinheiten die lokale Zeitdomäne des jeweiligen Moduls in
eine für die
Funktion des Systems geeignete Zeitdomäne für eine Koordination oder Überwachung
von Ereignissen oder Gruppen von Ereignissen umzurechnen, kann als
hauptsächlich
kennzeichnend für
die Erfindung betrachtet werden. In PCT/SE2003/001736 ist u. a.
beschrieben, wie eine solche Analyse durchgeführt werden kann. Die Information über das
Zeitverhältnis
zwischen dem identifizierten Ereignis oder den identifizierten Ereignissen
sowie die Möglichkeiten
der detektierenden Einheiten, Zeitinformation hinzuzufügen, wird
von einem Zeitumsetzer benutzt, um durch Berechnung und Information über die
Eigenschaften und der empfangenden Einheiten Zeitinformation von
einer Einheit auf eine andere oder auf eine oder mehrere empfangende
Einheiten umzusetzen. Die Zeitinformation kann sowohl direkt in
Form von Zeitstempelung von Nachrichten oder Ereignissen als auch
indirekt in Form von Einstellinformation an Einheiten mit anpassbaren
lokalen Uhren vorliegen. Der Zeitumsetzer kann die Qualität der Zeitangaben
von angeschlossenen Einheiten kontinuierlich überwachen. Ein kennzeichnendes
Merkmal besteht somit darin, dass der Prozess asymmetrisch ist.
Zusammenwirkende Module müssen
keine direkte Verbindung miteinander und kein gemeinsames Protokoll
für die
Zeitsynchronisation haben, damit das System in Echtzeit arbeiten
oder ein überwachendes System
einen Zeitbezug zwischen Ereignissen im System und einer für die Überwachung
geeigneten Zeitbasis setzen kann.
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Konkreter
ausgedrückt
ist die Erfindung u. a. dadurch gekennzeichnet, dass das Modul Speicherorgane
zur Speicherung von Zeitstempelungen des Moduls umfasst, die sich
auf die vom Modul erfassten Ereignisse und die unter diesen ausgewählten Referenzereignisse
beziehen, und dass das Modul einen Mikroprozessor umfasst, der die
Nachrichten erzeugt, die sich auf die gespeicherten Zeitstempelungen
des Moduls beziehen. Das Modul ist außerdem so angeordnet, das es
die jeweiligen erzeugten Nachrichten über eine oder mehrere Verbindungen an
eine Zeitumrechnungseinheit sendet. Die Zeitumrechnungseinheit ist
gemäß der Erfindung
so angeordnet, dass sie nach etwaiger Zwischenspeicherung einen
Bezug des jeweils erfassten Referenzereignisses und der durchgeführten Zeitstempelung
zu einem Referenzereignis oder einer Zeitstempelung herstellt, die
in der Einheit außerdem
eingeführt
oder vorhanden sind.
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Weiterentwicklungen
des Erfindungsgedankens gehen aus den nachstehenden unabhängigen Ansprüchen hervor.
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Nachstehend
folgt eine Beschreibung einer gegenwärtig vorgeschlagenen Ausführungsform
einer Anordnung mit den die Erfindung kennzeichnenden Merkmalen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen; darin zeigen
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1 in
schematischer Darstellung die prinzipielle Gestaltung eines Überwachungssystems
in Form einer Analysetoolanordnung;
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2 in
Prinzipdarstellung ein System mit Modulen;
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3 in
ausführlicherer
Prinzipdarstellung ein System, bei dem das USB-Protokoll SOF-Paket als
Referenzereignisse für
Zeitbezüge
benutzt wird;
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4 als
Blockschema ein Beispiel einer Zeitumsetzungseinheit, wobei das
Modul Ethernet für die
Kommunikation benutzt; und
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5 als
Blockschema den Aufbau mit Modulen, Uhrfunktionen, Captureregister
und Ereignisdetektor.
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1 zeigt
ein Überwachungssystem
in Form einer Analysetoolanordnung VI, die die Systeme S1 und S2
sowie deren Zusammenwirken analysieren soll. Das Tool bzw. die Toolanordnung
besteht aus einer Anzahl von Modulen oder Einheiten, die schematisch
in 1 dargestellt sind, wobei Einheit 100,
die Grundeinheit, eine für
Kommunikation mit Mensch und Peripherieausrüstung geeignete Einheit umfasst
und mit einem USB-Masterport, beispielsweise einem PC konventioneller
Art oder einem PDA mit USB OTG (On The Go) ausgerüstet ist.
An die Einheit 100 ist, oder bei einer Ausführungsform
wird eine Einheit 101 angeschlossen, die aus einem USB-Hub
besteht. In vielen Fällen
ist ein solcher mit dem PC zusammengebaut. Der Anschluss ist ausgeführt über einen
Anschluss 102 von der gängigen Ausführung für USB. Die
Einheit 101 har eine Anzahl von Kanälen, gewöhnlich vier oder sieben, über die die
Bandbreite des USB-Kanals des PC verteilt wird. An jeden Kanal kann
eine Schnittstelleneinheit angeschlossen werden, die an die Kommunikationsverbindung
des Zielsystems angeschlossen werden kann. Diese Einheit umfasst
einen Mikroprozessor mit erforderlicher Peripherieausrüstung, um
gemäß dem Protokoll
der Verbindung Nachrichten von der Kommunikationsverbindung empfangen
bzw. Nachrichten an die Kommunikationsverbindung senden zu können. Die
Figur zeigt schematisch zwei Zielsysteme, S1 und S2, die miteinander
verbunden sind über die
Einheit G1, die ein Zusammenwirken der Systeme gestattet, beispielsweise
einem Gateway oder einer Mastereinheit. S1 arbeitet mit dem Protokoll
P1 und S2 mit dem Protokoll S2, zum Beispiel LIN bzw. CAN mit dazu
gehörendem
HLP (Higher Layer Protocol). Der PC ist angeschlossen an S1 über die
Verbindung 102, die Protokollumsetzeinheit USB an/von P1 103 und
den Anschluss 103' an
den Systemverbindungsbus B1, und an S2 über die Verbindung 102, den
Protokollumsetzer USB an/von P2 104 und den Anschluss 104' an den Systemverbindungsbus
B2. Weitere Einheiten von besonderer Art für die Zufuhr von Information,
die nicht an den Zielsystemen verfügbar ist, können angeschlossen werden.
Dies ist beispielhaft dargestellt durch die Einheit 105,
die GPS-Information empfangen kann. Die Grundeinheit 100 enthält eine
diesem Zweck zugeordnete Datenbank 106, eine mit dieser
arbeitende Anwendung 107 sowie eine Anwendungsschnittstelle
(API) mit erforderlichen DLL, die gegen die Einheiten 101, 103, 104 und 105 arbeitet.
Mit dem Datenbankeditier-/einstellprogramm 106 kann
der Anwender die Datenbank editieren und angeben, wie die darin
enthaltenen Werte interpretiert und auf dem Bildschirm des Tools angezeigt
werden sowie wie die einzelnen Schnittstelleneinheiten einzustellen
sind. Die Eingabe von Interpretationsdaten kann direkt über die
PC-Tastatur oder
durch eine Konfigurationsdatei erfolgen. Ein Beispiel für einen
Datenbankeditor ist der „Navigator Database
Editor" und für ein Einstellprogramm
der „Kvaser
Configurator" von
Kvaser AB, Schweden. Die Anwendung ist in einer gewöhnlich vorkommenden
Sprache geschrieben, z. B. Delphi, C++ oder Visual Basic. Ein Beispiel
einer Anwendung ist der Kvaser Navigator und einer API ist CANIib
von Kvaser AB. Der Aufbau ist schematisch in 108 gezeigt.
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In
der vorstehend beschriebenen Aufstellung wird USB zur Beschreibung
der Erfindung herangezogen. Bei einer USB-Aufschaltung an mehrere
Kanäle über einen
Hub wird eine „Start-Of-Frame"-Bitsequenz vom USB
des PC erzeugt, die sich durch den Hub zu den angeschlossenen Einheiten fortpflanzt
und von diesen detektiert wird. Diese wird als ein Referenzereignis
ausgenutzt. Ein SOF-Paket wird
normal gesendet und hat eine Sequenznummer, was eine korrekte Zuordnung
des Zeitstempels zum Referenzereignis erleichtert. Die USB-Pakete
propagieren in ein USB auf eine definierte Weise, und ein USB-Host
(Wirt) kann als Referenzereignisgenerator in einer eigenen Zeitdomäne, getrennt
von anderen Zeitdomänen,
betrachtet werden, zum Beispiel die Domäne, in der eine Anwendung unter
Windows läuft,
und zwar im gleichen PC, in dem der USB-Host arbeitet. Die Referenzereignisse
können
an alle Teilnehmer der gleichen USB-Anordnung gesendet werden, d.
h. alle Einheiten können
gleichzeitig das gleiche SOF-Paket abhören. Mit gleichzeitig ist hierin max.
50–100
ns Jitter in der Detektierung bei sämtlichen Einheiten zuzüglich einiger
Hundert ns für
konstante Verzögerungen
gemeint. Bei einer USB-HS- (High Speed) -Konfiguration können maximal
26 ns im Kabel, 4 ns in „Hub
trace", 36-hs-Bits
in der Hubelekt ronik auf max. 5 Ebenen zuzüglich 30 ns für das Einschalten
der letzten Einheit, also insgesamt 530 ns, vorkommen.
Der durch das UBS-Protokoll bedingte Zeitjitter für SOF in
einer HS-Verbindung kann maximal 5-hs-Bits je Hub betragen, und
es können max.
5 Hubs in einem Baum angeschlossen werden, was eine maximale Unsicherheit
von 25 ns-Bits ergibt, entsprechend ca. 50 ns Zeitungenauigkeit
für die
Ausbreitung eines SOF durch einen USB-Baum.
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Die
jeweilige an
101 angeschlossene Einheit ist mit einer lokalen
Uhr,
103',
104',
105', ausgerüstet, und
der Zeitpunkt der Detektierung des SOF wird registriert. Jede angeschlossene
Einheit sendet via USB ihren Zeitwert an den PC, und ein Programm
in diesem kann die jeweilige Uhrzeit in eine gemeinsame Zeitbasis
umrechnen. Die Anwendung kann dadurch zeitmäßig sowohl spätere als
auch frühere
Ereignisse, die von der jeweils angeschlossenen Schnittstelleneinheit
einen Zeitstempel erhalten, in einen gegenseitigen Bezug bringen.
Dieses Verfahren ähnelt
dem in
EP 0570 557 beschriebenen,
unterscheidet sich von diesem jedoch in einem wesentlichen Punkt:
Die Zeitinformation wird nur in einer Richtung übertragen, und die empfangende
Einheit sendet ihre Zeit nicht zurück und muss somit keine Zeitnachrichten
zu einer eigenen Uhr relativieren. In dem vorstehend beschriebenen
Fall wird überhaupt keine
Uhr im PC genutzt, was ein bekanntes Problem bei Analysetools, die
unter Protokollen mit schlechten Echtzeiteigenschaften, wie z. B.
Windows, arbeiten, löst.
Da der PC als Zeitumsetzer arbeitet und hierfür nicht von einer eigenen Uhr
abhängig
ist, ist die Genauigkeit allein abhängig von der Genauigkeit der
angeschlossenen Schnittstelleneinheiten bei der Zeitstempelung von
SOF. Andere Protokolle als USB können
benutzt werden, und Referenzereignisse müssen zwangläufig nicht in der Kommunikationsverbindung
auftreten.
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In
vielen Fällen
ist erwünscht,
eingetroffene Ereignisse auf eine für viele Systeme gemeinsame Zeitbasis
beziehen zu können.
Eine sehr allgemeine Zeitbasis ist die UTC, die über eine GPS-Verbindung erreichbar
ist. In 1 ist ein GPS-Modul 105 dargestellt,
das über
den Hub 102 mit dem PC 100 verbunden ist. Das
Modul 105 empfängt
UTC-Zeit und ein dazugehörendes
Epochensignal vom GPS und zeitstempelt entsprechend der Zeit der
lokalen Uhr 105'. Es
versieht auch SOF im USB mit Zeitstempel. Der PC erhält somit
eine Zeitstempelung von SOF, ein Referenzereignis und den Empfang
von UTC-Zeit, ein Ereignis, mit Zeitstempelung durch ein und die gleiche
Uhr 105'.
Der PC kann damit SOF zu UTC-Zeit relativieren und so Zeiten gemäß 105' in UTC-Zeit
umrechnen und das Gleiche auch für 103' und 104' ausführen.
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In
2 ist
ein System
201 dargestellt, das aus den Modulen
202 bis
205 sowie
weiteren, die Erfindung nicht betreffenden Modulen mit dem zusammenfassenden
Bezugszeichen
206, besteht. In diesem Fall hat der Systemgestalter
festgestellt, dass die Module
202,
203,
204 und
205 bis
auf die Zeitsynchronisation gut geeignet sind. Die Module
202 und
205 sind
nach einem Zeitsynchronisationsprotokoll
206 konstruiert,
das auf Gedanken von
SE 466 123 basiert,
d. h. Synchronisation der jeweiligen lokalen Uhr
202' und
205' mit einem der
Module, das als Master ernannt wird. Die Module
203 und
204 sind nach
einem Zeitsynchronisationsprotokoll
207 konstruiert, das
auf Gedanken von
EP 0570 557 basiert, d.
h. lokale Umsetzung der jeweiligen lokalen Uhr
203' und
204' in eine gemeinsame
Referenzzeit. Die Protokolle
206 und
207 weisen
erhebliche Detailunterschiede auf, da sie unabhängig voneinander entwickelt
worden sind. Der Systemgestalter bringt in das System ein eigenes
Modul
208 ein, das gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Zeitumsetzungsfunktion
209 besitzt. Diese
sendet an Modul
210 eine Nachricht, die von den Modulen
202 bis
205 empfangen
und zeitgestempelt wird. Diese Nachricht ist gemäß der vorliegenden Erfindung
ein Referenzereignis. Das Modul
209 fragt beim jeweiligen
Modul
202 bis
205 den Zeitpunkt für den Eingang
der Nachricht
210 ab. Die Umsetzfunktion kann dadurch die
Zeit des jeweiligen Moduls in eine Vergleichszeit umrechnen. Da
der Systemgestalter die Module gewählt hat, besitzt er detailliertes
Wissen über
die Protokolle und kann dadurch teils Korrekturen für etwaige
protokollspezifische Zeitabweichungen vornehmen, die bei der Zeitstempelung
der Nachricht
210 auftreten, und teils Verfahren zur Vereinheitlichung
der Zeiten der einzelnen Module einführen. Zum Beispiel kann eine Zeitnachricht
von Modul
205 gemäß Protokoll
206 als „a time-registering
start signal applied to the data bus" („ein
an den Datenbus angelegtes Zeiterfassungs-Startsignal") für die Module
203 und
204 gemäß Protokoll
206 aufgesetzt
werden. Wenn das Modul
209 die Zeitnachricht erhält, wird
der Zeitwert in eine Nachricht gemäß Protokoll
206 umgepackt
und eventuell justiert und gesendet. Auf diese Weise können die
Module
203 und
204 mit Modul
205 vereinheitlicht
werden, obwohl sie unterschiedlichen Protokollen folgen. Die Module
205 und
202 werden
mit dem gemeinsamen Protokoll
207 vereinheitlicht. Damit
sind alle Module
202 bis
205 dank des Moduls
209,
das keine Uhr hat, auf eine gemeinsame Zeit vereinheitlicht.
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Die
Methode lässt
sich kaskadieren, indem zum Modul 209 eine lokale Uhr 211,
eine Verbindung 212 an eine weitere Einheit oder ein weiteres
System 213, z. B. ein vorher beschriebenes Überwachungssystem,
und die erforderliche Funktionalität 214 und 215 hinzugefügt wird.
Die lokale Uhr 211 dient zur Zeitstempelung von Referenzereignissen
von 213. Die kombinierte Zeitumsetzungsfunktion 209/214 setzt
bei Kommunikation mit 213 alle Zeitinformation vom System 201 in
lokale Zeit gemäß Uhr 211 um. Damit
kann 213 mithilfe der Erfindung auf eine einfache Weise
zeitbezogene Information von anderen daran angeschlossenen Einheiten
und Systemen, dargestellt durch 216, erhalten.
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Ein
System kann mehrere Zeitumsetzer enthalten, die verschiedene Gruppen
von Modulen bedienen. Ein Zeitumsetzer kann an beliebiger Stelle
im System angeordnet werden, allerdings ist eine Anordnung in einem
gemeinsamen Punkt vorteilhaft für die
Effizienz. Zeitumsetzer können
eine Umsetzung von einer Einheit zu einer anderen über eine
gewählte
Referenzzeit ausführen
oder nach dem Prinzip Alle-an-Alle, d. h. direkt von jeder Einheit
an jede andere Einheit. Dabei kann eine logische Umsetzungsmatrix
benutzt werden. Eine Matrix, die verfolgen kann, wie eine Umsetzung
schnell von Allen-an-Alle erfolgen soll, kann jedoch große Dimensionen
annehmen und große
Ressourcen beanspruchen, um aktualisiert zu bleiben (die Komplexität erhöht sich
im Quadrat), sie bietet jedoch schnellere Umsetzungen als Ergebnis.
Die Zeitumsetzung kann auch erfolgen, indem lediglich die Referenzzeitstempel
aktualisiert gehalten werden, was jedoch zu höherem Aufwand je Umsetzung
führt.
Die Umsetzungseinheit kann in einer Statistik festhalten, wie günstig relativierte
Uhren angeordnet sind, und diese Information als Parameter zusätzlich mit
dem Messwert senden. Die Ungenauigkeit lässt sich berechnen und mit
jedem Messwert senden. Die Umsetzungsfunktion kann mit höherer Treffsicherheit
im Nachhinein, d. h. wenn eine weitere Referenznachricht ausgetauscht
worden ist, ausgeführt
werden. Im Anschluss hieran kann zum Beispiel die Ableitung aus
gegenwärtigen
Periode benutzt werden, anstatt, dass angenommen wird, es gelte
die gleiche Ableitung wie in der vorhergehenden Periode. Stärker verallgemeinert
ausgedrückt wird
Interpolation anstelle von Extrapolation zur Angabe eines Werts
benutzt. Diese Möglichkeit
ist von besonders großer
Bedeutung bei der Analyse und Verifizierung der Funktion eines Systems.
Kurz und konzis sei genannt, dass jede Einheit/jedes Modul, der
bzw. dem Zugang zum Eintreffen von Referenzereignissen in unterschiedlichen
Zeitdomänen
gewährt
worden ist, angeordnet werden kann, um eine Umsetzung zwischen den
Zeitdomänen
auszuführen,
und zwar unabhängig
davon, ob die Einheiten/Module selbst in einer der genannten Domänen enthalten
sind bzw. diese repräsentieren
oder nicht. Um ein Auftreten von Ambivalenzen darüber zu vermeiden,
welcher Zeitdomäne
eine bestimmte Angabe zugeordnet ist, sollten Protokolle erstellt
werden, in denen z. B. angegeben ist, wer was umsetzt und in welchem
Ausmaß die
eingehenden/ausgehenden Angaben einer Einheit zur Zeitdomäne der sendenden
und/oder der empfangenden Einheit gehören sollen.
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Die
Umsetzungsfunktion kann ausgeführt werden,
indem der Offset zwischen der ersten und der zweiten Zeit zur umzusetzenden
Zeit addiert wird. Durch diese Methode wird für das jeweilige Umsetzen nur
geringe Berechnungsleistung erforderlich. Vorzugsweise erfolgt die
Synchronisation/Relativierungssetzung häufig mit dieser Methode, um
den Einfluss der Drift der jeweiligen Uhr im Verhältnis zu
den übrigen
Uhren zu minimieren. Die Umsetzung kann auch durch sowohl Offset
als auch feste Frequenzfehlerkompensation (Driftkompensation) bewirkt
werden. Die Umsetzung Ax in Bx (new
und old beziehen sich auf Referenzzeitstempel) kann nach folgender Gleichung
er folgen: Box = Blew + (Blew – Bold)·(Ax – Anew)/(Anew – Auld)
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Wenn
ein Rechner mit begrenzter Auflösung und/oder
Rechengenauigkeit vorgegeben ist und ebenso vorgegeben ist, dass
die Zeiten A und B bereits für
ungefähr
gleichen Lauf skaliert sind (die Ableitung zwischen diesen beträgt ungefähr eins),
kann folgende Methode ein besseres Ergebnis erbringen: Box = Blew – ( Ax – Anew) + (((Blew – Anew) – (Bold – Auld))∙(Ax – Anew))/(Anew – Auld)
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Beide
Methoden sind analytisch gesehen gleichwertig und auf linearer Regression
basiert. Da die Berechnung mit einem Rechner erfolgt, müssen diskretisierte
Werte benutzt werden, die eingeschränkte Ressourcen für die Repräsentation
mitsichführen,
was zur Folge hat, dass die Reihenfolge wichtig ist. Unabhängig der
Methode muss darauf geachtet werden, dass die Berechnung nicht auf
eine unerwünschte/nicht
vorausgesagte Weise überläuft/trunkiert
wird. Die letztere Methode kann eine Art sein, dies zu erleichtern.
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In 3 ist
anhand eines detaillierten Ausführungsbeispiels
gezeigt, wie das SOF-Paket des USB-Protokolls als Referenzereignis
für eine
Zeitrelativierung gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzt werden kann. Zum System gehört eine Anzahl von Einheiten 603, 603', 603''. Diese sind über einen oder mehrere USB-Hubs 602 mit
einem Rechner 601, beispielsweise einem PC, verbunden.
Der Rechner 601 sendet, wie beabsichtigt, gemäß dem USB-Protokoll
in gleichmäßigen Zeitabständen SOF-Pakete 651.
Ein Start-Of-Frame-Paket, SOF, umfasst typischerweise ein Start-Of-Paket-/Sync-Feld 691,
ein Identifikationsfeld 692, das Identifikationsfeld invertiert 693,
Framenummer 694, CRC-Feld 695 und ein abschließendes End-Of-Paket-Feld 696.
Einheit 603 enthält
einen USB-Controller 631,
der seinerseits eine zur Detektierung von SOF-Paketen 651 vorgesehene
Anordnung 632 enthält.
Die Detektierungen bei 632 sind angeordnet, um ein Ablesen
der Uhr 634 in ein Captureregister 633 zu triggern.
Die hierdurch eingesparte Zeit wird im Weiteren mit Tref bezeichnet.
Sowohl Uhr als auch Captureregister können vom Mikroprozessor 635 gelesen
werden. Sowohl 633 als auch 634 könnten vorteilhafterweise
in 635 eingebaut sein. Im Speicher 636 ist der
Programmcode gespeichert, der z. B. jedes Mal abläuft, wenn 635 ein
SOF-Paket von 631 empfangen hat. Das Programm kann z. B.
die Framenummer der SOF-Pakete ablesen und abhängig von den Anforderungen
und Voraussetzungen immer oder in einem bestimmten Intervall Tref
von 633 auslesen und mithilfe von 631 ein neues
USB-Paket 622 über 602 an 601 senden.
Einheit 603 enthält
auch Anpassungselektronik für
einen CAN-Controller 638, der seinerseits einen präzisen Detektionsmechanismus 638' zur Erkennung
des Beginns von CAN-Nachrichten enthält. Auch der Detektionsmechanismus
triggert ein Captureregister 639, das dann die Uhr 634 abliest.
Der hierbei vorhandene Zeitstempel kann zusammen mit der Nachricht,
die die Ablesung getriggert hatte, in einem Paket 653 an
den Rechner 601 gesendet werden. Das Paket vom Typ 653 kann
z. B. bestehen aus: USB-Overhead 642 und 642'''', Daten 642' vom CAN-Controller 638,
einem Zeitstempel 642'' über den
Empfang der Daten 642' durch 638 sowie
eventuell weiteren Daten 642''' mit dazugehörigen Zeitstempeln. Der Pakettyp 652 besteht,
zusätzlich
zu dem Overhead 641, 641'''', den der USB zuführt, aus
einem Tref 641',
der Sequenznummer des SOF, der diesen Tref 641'' verursacht hat sowie eventuell
weiteren Tref mit dazugehörigen
Sequenznummern und/oder anderen Daten 641'''. Der Rechner 601 ist
mit einem USB-Host 671 ausgestattet. Wie bereits genannt,
sendet der USB-Host 671 in bestimmten Zeitabständen SOF-Pakete 651 in Übereinstimmung
mit dem USB-Protokoll. Wenn der Rechner über den USB-Host 671 Pakete
vom Typ 652 von seinen angeschlossenen Einheiten 653, 603' usw. empfängt, können diese
mithilfe des Programmcodes im Speicher 673 vom Prozessor 672 gelesen
und verarbeitet werden. Im Prozessor läuft unter anderem der Programmcode
entsprechend dem logischen Datenablaufschema in 680. Mit 681 sind
hier die USB-Treiber bezeichnet, die einen Teil des im Rechner 601 laufenden
Betriebssystems darstellen. Diese überwachen u. a. die physische
Struktur des USA-Systems und liest Datenpakete aus dem Controller 671 aus.
Wenn diese Pakete von einer der Einheiten 603, 603' usw. herrühren, werden sie über die
Zeitmanagementfunktionen 682 weiter an die hierfür vorgesehenen
Treiber 683 gesendet. Wenn es sich bei den Nachrichten
um Pakete vom Typ 652 handelt, wird diesen die Information 652' entnommen,
d. h. die so genannten Tref 641', die entsprechenden Sequenznummern 641'' sowie etwaige andere Daten 641''', und
werden von den Zeitmanagementfunktionen 682 verarbeitet,
die einen Teil von 683 darstellen. Das System ist ja auch
für eine
Anwendung vorgesehen, und dies ist hier dargestellt durch eine Anwenderapplikation 685,
die logisch direkt mit den Einheiten 603 usw. kommuniziert,
was in der Praxis jedoch über
die allgemein bekannte Schnittstelle 684 stattfindet, die
gerade all die Funktionen bereitstellt, die ein Anwender in den
Einheiten nutzen kann. Die Schnittstelle 682 verbindet
somit das Programm 684 mit den Treibern 683 der
Einheiten. Die Schnittstelle präsentiert
z. B. auf Wunsch alle Zeitstempel von den einzelnen Einheiten ausgehend
von ein und der gleichen Zeitachse, was, völlig in Übereinstimmung mit dem Erfindungsgedanken,
mithilfe der Zeitmanagementfunktionen 682 erfolgt. In der
Abbildung ist dies beispielhaft dargestellt durch die von Einheit 601 an den
Rechner 601 gesendete Nachricht 653. Einheit 671 decodiert
das Paket und sendet den Inhalt 653' weiter an den Prozessor 672 für weitere
Verarbeitung. Zum Beispiel erkennt die Einheit 681, dass
die Nachricht von einer Einheit vom Typ 683 stammt und sendet
sie weiter an die hierfür
vorgesehenen Treiber 683. Die Zeitmanagementfunktionen 682 in 683 erkennen,
dass die Nachricht einen Zeitstempel 642'' in der
lokalen Zeit einer Einheit enthält,
und setzen diese deshalb in eine geeignete Zeit um, beispielsweise durch
die nachstehende Vorgehensweise. Die umgesetzte Zeit 643' und die etwaige
berechnete Ungenauigkeit 643'' werden zusammen
mit Daten 643 (d. h. 642' und eventuell weiterverarbeitet
von 683) und etwaiger anderer Information 643''',
zusammengefasst als 653'', für die Anwendung 685 über die Schnittstelle
präsentiert.
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Die
Zeitmanagementfunktionen 682 lassen sich einteilen in einen
ersten Teil, der eine von den Paketen 652' kommende Historik 682' über Tref
mit zugeordneter Sequenznummer sowie Information über eine
Ursprungseinheit speichert und verwaltet sowie Umsetzungsfunktionen
aktualisiert hält,
und einen zweiten Teil, der die eigentlichen Umsetzungen ausführt. Um
Direktumsetzungen zwischen den Zeiten aller Einheiten ausführen zu
können,
kann eine Art logischer Umsetzungsmatrix 686 benutzt werden. Für jedes
Paar von Einheiten 687, 687' usw., dessen Zeit direkt umgesetzt
werden können
soll, gibt es eine Liste 688 mit dem zuletzt zueinander
passenden Paar von Tref 688', 688'' usw. Diese Tref 688' usw. können danach
für die
Ausführung
einer Umsetzung zwischen den Zeiten der umfassten Einheiten benutzt
werden, zum Beispiel gemäß: Box = Bnew +
(Bnew – Bold)∙(Ax – Anew)/(Anew – Auld) alternativ Box = Bnew – (Ax – Anew) + ((Bnew – Anew) – (Bold – Auld))∙(Ax – Anew))/(Anew – Auld)worin Ax umzusetzen
ist in Bx mithilfe der passenden Tref-Paare
(Anew, Bnew) und
(Aold, Bold), denen
als o688' und 688''' entsprechen
kann. Es ist erkennbar, dass sich ein Teil Berechnungen im voraus
ausführen lässt, zum
Beispiel (Bnew – Bold)
und (Anew – Aold)
in der ersten Alternative sowie (Bnew – Anew) und (Bold – Aold) usw. in der zweiten Alternative. Solche
Berechnungen lassen sich, wie gesagt, im voraus ausführen und werden
deshalb an der hierfür
vorgesehenen Stelle 689 gespeichert, um kommende Umsetzungen
zu vereinfachen und dadurch zu beschleunigen. Auch die in Rede stehende
statistische Ungenauigkeit kann berechnet werden und wird an der
dafür vorgesehenen
Stelle 689' gespeichert.
Selbstverständlich lässt sich,
basierend auf der gesamten Historik der passenden Tref, eine sehr
komplexe und eingehende Bewertung einer etwaigen Ungenauigkeit vornehmen,
aber um ein einfaches, erläuterndes
Beispiel zu nennen, kann z. B. eine der Tref in einem Paar 688' mithilfe von
zwei anderen Paaren in der Liste 688 umgesetzt werden.
Die umgesetzte Tref wird danach mit der tatsächlichen Tref im genannten
Paar verglichen. Der Unterschied zwischen diesen kann als einfaches
Maß für die Ungenauigkeit/Unlinearität betrachtet
werden.
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Als
eine andere Variante der Umsetzungsmatrix kann man eine Zeile/Spalte
einführen/eine
virtuelle Zeit, z. B. basiert auf einer beliebigen Einbeziehung
geeigneter anderer Zeiten, darstellen lassen.
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Eine
einfachere Variante der Umsetzungsmatrix ist der Sonderfall, dass
nur eine oder nur wenige Zeilen/Spalten in der Matrix auf die vorstehend genannte
Weise aktualisiert gehalten werden. Da jede Zeile/Spalte ja Information
darüber
liefern kann, wie eine Bezugssetzung von und bis zu einer bestimmten
Zeit erfolgen kann, kann diese Zeit als eine Art von Master-/Zwischenzeit
bei der Umsetzung zwischen zwei anderen Zeiten benutzt werden. Dies kann
eine weniger Speicher und/oder Ressourcen beanspruchende Alternative
sein, anstatt die gesamte Matrix zum Preis von etwas komplizierteren
Umsetzungen und/oder eventuell größerer Ungenauigkeit aktualisiert
zu halten.
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Die
Umsetzungsfunktion 682 kann in eine Anzahl von Teilvorgängen gegliedert
werden, die jedoch nicht notwendigerweise alle in jeder mit der Funktion
ausgestatteten Einheit ausgeführt
werden müssen.
Bestimmte Vorgänge
können
von einer Einheit ausgeführt
werden, die diese Information dann an eine andere Einheit sendet,
der dann die Ausführung
der genannten Vorgänge
erspart bleibt. Beispiele für
Teilvorgänge:
- 1. Erfassung und Verwaltung zeitgestempelter Referenzfunktionsausführungen
für jede
Zeit, die umgesetzt werden können
muss.
- 2. Unter den erfassten Zeitstempeln Zeitstempel von verschiedenen
Einheiten der gleichen Referenzfunktionsausführung finden.
- 3. Ausgehend von diesen zueinander passenden Zeitstempeln festlegen,
wie abhängig
von den vorgegebenen Voraussetzungen eine etwaige Umsetzung erfolgen
soll.
- 4. Gegebenenfalls ausgehend von zueinander passenden Zeitstempeln
entscheiden, als wie stabil/genau eine bestimmte Zeit betrachtet
werden kann, zum Beispiel mithilfe von Statistik.
- 5. Gegebenenfalls, wenn eine Zeit als zu instabil/ungenau betrachtet
wird, Anfordern von häufigeren
Referenzfunktionsausführungen
vom System.
- 6. Wenn so verlangt, Ausführung
von Umsetzungen.
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Im
Ausführungsbeispiel
ist das USB-Protokoll zur Demonstration benutzt wor den, und das
Referenzereignis wird auf die USB-Verbindung übertragen. Die Erfindung ist
nicht vom USB-Protokoll abhängig,
sondern andere Protokolle können
zur Anwendung kommen. Das Referenzereignis muss ebenfalls nicht
an die Kommunikation gebunden sein. Zur Nutzung der Erfindung müssen nur
folgende Voraussetzungen erfüllt
sein:
- 1. Die Umsetzungseinheit muss mit den übrigen Einheiten
kommunizieren können.
- 2. Die jeweiligen übrigen
Einheiten können
je eine lokale Uhr haben.
- 3. Ein oder mehrere Referenzereignisse nach Maßgabe des
Systemgestalters.
- 4. Die übrigen
Einheiten können
ein Referenzereignis detektieren.
- 5. Die übrigen
Einheiten können
einen Bezug zwischen einem Referenzereignis und ihrer lokalen Uhr
herstellen.
- 6. Die jeweilige übrige
Einheit kann der Umsetzungseinheit den Zeitpunkt der Detektierung
eines Referenzereignisses mitteilen.
- 7. Die Umsetzungseinheit kann, wenn ihr Information vorliegt über die
gegenseitigen Zeitbeziehungen der gewählten Referenzereignisse, über übrige Einheiten,
die das jeweilige Referenzereignis detektieren, und über die
interne Zeitstempelfunktion der jeweiligen übrigen Einheit, die Zeit einer übrigen Einheit
in die Zeit einer anderen übrigen Einheit
und umgekehrt, alternativ in eine andere, beliebige Zeitbasis umsetzen.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel
für einen Zeitumsetzer
dargestellt, wobei die Moduleinheiten Ethernet für die Kommunikation benutzen.
Mit Nachdruck sei vor der nachfolgenden Beschreibung auf die Tatsache
hingewiesen, dass, unter der Voraussetzung, dass die Zeit zwischen
den genutzten Referenzereignissen bekannt ist, nicht unbedingt alle
Einheiten exakt das gleiche Referenzereignis zeitstempeln müssen. Das
Ethernet wird als Grundlage vieler verschiedener Kommunikationsprotokolle
benutzt. Auf Transceiverebene werden Bits auf der Verbindung und
auf Controllerebene Bitmuster zur Ausscheidung von Ethernetnachrichten
benutzt. Wenn der Controller den Empfang einer korrekten Nachricht
gemäß dem Ethernetprotokoll
festgestellt hat, wird dies auf der nächsten Protokollebene, z. B. TCP/IP,
angezeigt, wo entschieden wird, wie die Nachricht später behandelt
werden soll, zum Beispiel, ob die Nachricht an das in Rede stehende
Modul adressiert ist, ob sie mit anderen Nachrichten zu einer Datei
kombiniert werden soll usw. Abhängig
von der Konstruktion der Kommunikationselektronik wird bei Feststellung
einer Ethernet-Nachricht oder zu einem späteren Zeitpunkt im Ablauf ein
elektrisches Signal erzeugt. Dieses Signal kann zur Triggerung einer
Ablesung der lokalen Uhr und als Referenzereignis benutzt werden.
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Das
System umfasst die Moduleinheiten 410, 420 und 430,
die jeweils mit einer lokalen Uhr 411, 421 und 431 ausgerüstet sind.
Aus einem Anlass, der den Modulen nicht unbedingt bekannt ist, zeitstempeln
sie sowohl ankommende als auch abgehende Nachrichten, z. B. 470–473,
und senden auf Anforderung auf den Zeitstempeln basierte Information
an die Einheit 410, die ebenfalls allen ankommenden und
abgehenden Verkehr zeitstempelt. Der Zeitumsetzer 400 kann
so mithilfe teils der vom Modul 410 von den übrigen Modulen
erfassten Zeitstempel und teils der eigenen Zeitstempel von 410 direkt
zwischen zwei beliebigen Uhren im System einen Bezug herstellen.
Der Zeitumsetzer 400 kann für eine Direktkommunikation
mit 410 über
eine separate Verbindung aufgeschaltet sein, wahlweise über die
gleiche Verbindung wie die übrigen
Einheiten. Um zum Beispiel einen Bezug zwischen der Uhr in 420 und der
Uhr in 430 herzustellen, kann der Zeitumsetzer 400 folgende
Methode benutzen:
Eine Nachricht 470 von 410 an 420 erhält den Zeitstempel 470a von 410 und 470b von 420.
Auf gleiche Weise erhält
eine Nachricht 472 von 410 an 430 den Zeitstempel 472a von 410 und 472b von 430.
Diese zwei Nachrichten sind natürlich
separate Ereignisse, können
jedoch auch als gemeinsames Referenzereignis für 420 und 430 mit
bekannter Zeit zwischen dem Empfang zwischen der jeweiligen Einheit,
d. h. 472a minus 470a, betrachtet werden. Damit
ergibt sich folgendes Referenzzeitstempelpaar:
(470b, 472b – (472a – 470a))
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Die
Nachricht 470 wird von 410 an 420 gesendet
und erhält
den Zeitstempel 470a gemäß der Uhr 471. Die
gleiche Nachricht erhält
von 420 den Zeitstempel 470b gemäß der Uhr 421.
Dieser Zeitwert wird in der Nachricht 471 an 410 gesendet.
Die gleiche Prozedur kommt zur Anwendung gegen das Modul 430 mit
der Nachricht 472 und der Rücknachricht 473, was
die Zeitstempelung von 472 gemäß der Uhr 431 mitsichführt. Modul 410 sendet
die Zeitstempel 470a und 470b mit der Nachricht 474 sowie 472a und 472b mit
der Nachricht 475 auf der Verbindung 480. Da sowohl 470a als
auch 472a in der lokalen Zeit von Einheit 410 angegeben
sind, kann es im angeführten
Beispiel angebracht sein, diese zuerst in die lokale Zeit von 430 umzusetzen.
Das auf diese Weise erhaltene Referenzzeitpaar kann danach gemäß den in
diesem Patent beschriebenen Methoden benutzt werden, um die lokale
Zeit von 420 auf die von 430 zu beziehen. Es sei
auch darauf hingewiesen, dass im Rahmen des Erfindungsgedankens
der Kommunikationspfad zu 410 auf vielerlei Weise ausgeführt sein
kann. Wesentlich ist, dass die Einheit 400 die Information 470a, 470b, 472a und 472b erhält, um die
Zeitumsetzung durchführen
zu können.
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Wenn
der Einheit 410 außerdem
ein GPS-Empfänger
zugeschaltet ist, kann sie z. B. die Sekundentickmarken, die der
GPS-Empfänger
ausgibt, zeitstempeln und auf diese Weise dem Zeitumsetzer die Möglichkeit
geben, die einzelnen Iokalen Uhren des Systems mit UTC und der physikalischen Sekunde
in Bezug zu bringen.
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Das
Beispiel zeigt, dass die Anwendung der Erfindung nicht erfordert,
dass die umfassten Module eine gemeinsame Verbindung erfordern,
sondern angewendet werden können,
sobald ein Detektieren von Ereignissen und eine lokale Zeitstempelung
dieser erfolgen können,
und dass man auf Systemebene Ereignisfolgen identifizieren kann,
deren Zeitbezüge bekannt
sind oder gemessen werden können.
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In 5 ist
ein einfacher Aufbau der Erfindung dargestellt, der den Erfindungsgedanken
erläutert.
Ein Modul 501 umfasst eine Uhrfunktion 510 mit einem
oder mehreren Captureregistern 511, 512. Ein Ereignisdetektor 520 ist
so angeordnet, dass er die Ereignisse H1, H2, H3 usw. detektiert
und bei der Detektion eines Ereignisses ein Signal 521 erzeugt,
das das Einfangen der Zeit der Uhr 510 im Register 511 auslöst. Das
Ereignis hat damit einen Zeitstempel entsprechend der Zeit Ta erhalten.
Die Uhr 510 erzeugt eine lokale Zeit entsprechend einer
lokalen Zeitbasis. Zeitwerte entsprechend dieser Zeitbasis werden
mit Ta bezeichnet. Die CPU 530 liest das Register 511 aus
und überträgt den Wert
in den Speicher 531, was in der Figur durch 532 dargestellt
ist. Die CPU erstellt eine Nachricht 533, in der Information über das
Ereignis durch H(n) und der Zeitpunkt für dessen Eintreffen entsprechend
der Zeitbasis Ta durch Ta(n) dargestellt sind. Das Modul 501 ist
verbunden mit der Einheit 551 über eine Kommunikationsverbindung
mit für
die Kommunikation zwischen Modul und Einheit erforderlicher Hard-
und Software, dargestellt durch 552. Die Kommunikationsverbindung
kann gemäß einem
gewöhnlich
vorkommenden Typ, z. B. ISB, CAN, Ethernet, TCP/IP, IEEE 802 11, Bluetooth
usw., aufgebaut sein. Die Einheit hat Zugang zu einer Uhrfunktion,
dargestellt durch 553, die die Ereignisse R1, R2, R3 usw.
gemäß der Zeitbasis Tb,
auf gleiche oder ähnliche
Weise wie für
das Modul 501 beschrieben, zeitstempeln kann. Die CPU 554 speichert
Information vom Modul 501 und von der Zeitfunktion 553 im
Speicher 555. Nach und nach, wie die Einheit 551 vom
Modul 501 Information über
zeitgestempelte Ereignisse empfängt,
speichert die CPU diese Information im Speicher 555. Auf
diese Weise wird eine Tabelle mit H1-Ta1, H2-Ta2, H3-Ta3 usw. erstellt.
Auf Systemebene ist bekannt, dass das Ereignis H3, das vom Modul 501 detektiert wird,
das gleiche Ereignis ist wie von der Uhreinheit 553 als
Ereignis R1 detektiert. Das Gleiche gilt für N6 und R2 sowie für H9 und
R3, d.h. dass das jeweilige Ereignispaar das gleiche Ereignis ist,
jedoch von verschiedenen Einheiten detektiert und entsprechend der
lokalen Zeitbasis der jeweiligen Einheit zeitgestempelt wird. Da
das detektierte Ereignispaar von ein und dem gleichen Ereignis emaniert,
ist es geeignet als Referenzereignis und wird nun in der Einheit 551 zur
Zeitstempelung der Ereignisse H1, H2 usw. gemäß einer Zeitbasis Tc genutzt.
Das Ereignis R1 wird im Speicher 555 gespeichert, und damit
können Zeiten
gemäß Ta und
Tb koordiniert und als Tc repräsentiert
werden. Mit der Information 556 kann der bestehende Offset
zwischen Ta3 und Tb1 berechnet werden als Toff = (Ta3 – Tb1).
Wenn Tc gleich Tb gesetzt wird, kann das nächste Ereignis H4, Ta4 direkt umgerechnet
werden in Tc4 = (Ta4 – Toff).
Nun können
auch historische Zeiten umgerechnet werden, die in kursiv, Tc1,
Tc2 und Tc3, präsentiert
werden. Die nächste
Gelegenheit mit einem Referenzereignis ist H6. Mithilfe der gespeicherten
Werte 557 lässt sich
ein neuer Offsetwert berechnen, und damit kann auch berechnet werden,
wie schnell die beiden Uhren im Verhältnis zueinander laufen. Mit
dem neuen Offsetwert und einer fortlaufenden Korrektur der Zeitangaben
nach Ta unter Berücksichtigung
des Phasenunterschieds zwischen Ta und Tb kann eine neue Zeitbasis
T'c erstellt werden,
und das Ereignis H6 kann der Zeit T'c7 zugeordnet werden. Die historischen
Werte für
H1 bis H6 können
nun auch in die Basis T'c
umgesetzt werden. Die nächste
Referenzereignisinformation 558 kann zur Verifizierung
von Umsetzfaktoren oder zur Erstellung einer weiter verfeinerten
Zeitbasis T''c genutzt werden.
Der Nutzen auch dieser einfachen Anwendung der Erfindung wird deutlich,
wenn man voraussetzt, dass die Uhrfunktion 553 für eine genaue
Zeitangabe auf Basis der physikalischen Sekunde gut kalibriert ist,
während
die Uhr 510 ihre Zeitbasis Ta auf Impulse von einem lokalen
Oszillator 513 basiert. Physikalische Berechnungen werden
häufig
auf die physikalische Sekunde basiert, und dann ist es wichtig,
dass sich die Zeitangaben von Messwerten auf die physikalische Sekunde
beziehen. Mit der Erfindung können
von Modulen mit einfachen, unkalibrierten Uhren durchgeführte Messungen
benutzt werden, da die Zeiten durch eine Zeitumsetzung, die auf
einer genauen Uhr im System basiert, korrigiert werden können.
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Im
obigen Beispiel wird die Detektierung eines und des gleichen Ereignisses
als H3 und R1 als Referenzereignis und als Ausgangspunkt für die Zeitumsetzung
benutzt. Die Detektierung verschiedener Ereignisse A und B kann
benutzt werden, wenn nur die Zeit zwischen dem Eintreffen von A
und dem Eintreffen von B in einer gemeinsamen Zeitbasis bekannt
ist oder gemessen werden kann. Wie vorstehend beschrieben, kann
die Zeitumsetzung von einer Zeitbasis in eine andere direkt beim
Erhalt zeitgestempelter Information erfolgen, sobald die Umrechnungsfaktoren
zwischen den Zeitbasen bekannt sind. Historische Werte können für höhere Genauigkeit umgerechnet
werden, und die Qualität
der Zeitangaben von verschiedenen Quellen kann kontinuierlich überwacht
werden. Wo und wann eine Zeitumrechnung erfolgt, ist völlig abhängig von
der Art des überlagerten
Problems. In verteilten Systemen wird gewöhnlich Information im System
protokolliert, um eine einwandfreie Funktion des Systems zu verifizieren
oder im Nachhinein die Ursache von Funktionsfehlern zu orten. Detektierungen
von Messwerten sind typische Ereignisse, die mit einem Zeitstempel versehen
werden. Die Protokollierung von Messwerten und dazugehöriger Zeit
kann direkt in eine gemeinsame Zeitbasis umgerechnet werden, aber
eine mögliche
bessere Alternative ist, die Zeitangaben entsprechend der jeweiligen
lokalen Zeitbasis zu speichern und bei der nachfolgenden Analyse
geeignete Referenzereignisse als Ausgangspunkt für Zeitumrechnungen auszuwählen. Wie
vorstehend gezeigt, können
historische Werte mit größerer Genauigkeit
umgerechnet werden, je mehr Referenzereignisse zugänglich sind,
und im Allgemeinen steht bei der Analyse bessere Rechnerleistung
zur Verfügung als
bei der Protokollierung.
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Eine
erste Einheit mit Prozessor und Anwendung
ein Kommunikationsorgan
mit
zwei oder mehr Kanälen
ein
für die
Kanäle
gemeinsames und im jeweiligen Kanal detektierbares erstes Ereignis
alternativ mehrere erste Ereignisse, deren Zeitbezüge sich
bestimmen lassen
zwei oder mehr andere Einheiten mit Prozessor
und Software
jeweils mit einem ersten Kommunikationsorgan,
das mit dem Kommunikationsorgan der ersten Einheit zusammenwirken
kann
jeweils mit einer lokalen Uhr
ein gemeinsames Kommunikationsprotokoll
jeweils
kommunizierend mit der ersten Einheit über einen Kanal mit dazugehöriger Verbindung
jeweils
mit einem zweiten Kommunikationsorgan und Protokoll
angeschlossen
mit einer zweiten Verbindung
Nachrichten über die zweite Verbindung sendend und/oder
empfangend
Zeitstempelung von Angabe von Ereignis auf der ersten
Verbindung
Übertragung
des Zeitwerts des Ereignisses an die erste Einheit über die
erste Verbindung
Zeitstempelung von anderen Ereignissen, die
auf der zweiten Verbindung detektiert worden sind
Übertragung
von Zeitinformation für
Detektierung von anderen Ereignissen an die erste Einheit über die erste
Verbindung
Bezugsherstellung der lokalen Zeiten zueinander durch
die erste Einheit unter Nutzung von Zeitangaben erster Ereignisse
Bezugsherstellung
von Zeitangaben zwischen anderen Einheiten für andere Ereignisse durch die
erste Einheit
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Eine
erste Einheit PC/PDA kann aus einer Protokolliereinheit bestehen.
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Ein
erstes Ereignis kann aus einem SOF bestehen.
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Ein
erstes Protokoll kann aus USB, Ethernet, Bluetooth, IEEE 802.11
bestehen.
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Eine
zweite Einheit besteht aus einer CAN-USB-Schnittstelle, LIN-USB-Schnittstelle, CAN-Ethernet-Schnittstelle.
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Ein
zweites Protokoll kann aus CAN, LIN, MOST, Ethernet, GPS bestehen.
-
Ein
zweites Ereignis kann aus Empfang einer Nachricht, Senden einer
Nachricht oder einer Folge von Nachrichten, Übergang von einem Status auf
einen anderen, Ausführen
einer Programmfolge, Zeitangabe von GPS bestehen.
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Erstes
Protokoll Bandbreite > 10*
genutzte Bandbreite zweites Protokoll
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Wenn
die erste Verbindung eine USB-Verbindung ist, können diese Uplink- und Downlinkeigenschaften
in Bezug auf die Zeitverzögerung
zwischen den ersten und zweiten Einheiten optimiert werden durch
Einstellen des USB- Standardzeitticks von
1 ms (Full speed) bzw. 0,125 ms (High speed) auf einen Wert, der
außerhalb
der Spezifikation liegt.
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Die
Erfindung kann auch als eine Anordnung bei einer Zeitumrechnungseinheit
in einem System mit lokal verbreiteten Modulen gesehen werden, worin
ein oder mehrere Module Uhren umfassen, die mithilfe von Nachrichten über im System übertragbare
Zeitangaben für
technische Vorgänge/Ereignisse arbeiten.
Die Zeitumrechnungseinheit umfasst teils Empfangsorgane für die genannten
Nachrichten, teils Umrechnungsorgane in solcher Anordnung, dass
sie, abhängig
vom Empfang einer Nachricht, die eine mit einer ersten Uhr in einem
ersten Modul angegebene erste Zeit repräsentiert, eine Verschiebung einer
mithilfe einer zweiten Uhr im ersten Modul oder in einem zweiten
Modul angegebenen zweiten Zeit bis zur Entsprechung der ersten Zeit
oder der bei der zweiten Uhr gegenwärtigen allgemeinen Zeit bewirkt. Die
Zeitumrechnungseinheit ist so angeordnet, dass sie selbständig arbeitet
und bei der zweiten Uhr oder deren Modul die eigene Umstellung auf
die zweite oder die allgemeine Zeit überflüssig macht; die Umrechnungsorgane
sind so angeordnet, dass sie die Umsetzung abhängig von empfangenen Nachrichten und
Wissen über
den Aufbau der Nachrichten und deren Verhaltensweise im System ausführen. Die
Erfindung bezieht sich somit auf eine Anordnung bei einer Zeitumwandlungseinheit
(Zeitumrechnungseinheit) für
Nachrichten von technischer und zeitbezogener Art in einem lokal
verbreiteten, modularisierten System, wobei die Einheit Empfangsorgane
für Nachrichten
umfasst, die von im Anschluss an das System in diesem enthaltenen,
technische Vorgänge anzeigenden
Organen veranlasst werden. Die Einheit ist so angeordnet, dass sie
teils von den anzeigenden Einheiten Nachrichten empfängt, die
zumindest zwei lokale Zeitangaben in zumindest einem Modul von mehreren
Modulen empfängt,
teils Umwandlungsorgane (Umrechnungsorgane) aufweist, die empfangene
erste Zeitangaben mit einem ersten Zeitparameter, z. B. einer ersten
Uhrgeschwindigkeit, einer ersten Uhrstartzeit usw., umwandeln in
zweite Zeitangaben mit einem zweiten Zeitparameter, z. B. einer
zweiten Uhrgeschwindigkeit, einer zweiten Uhrstartzeit usw. Umwandlungsorgane
sind so angeordnet, dass sie die Umwandlung abhängig von den empfangenen Nachrichten
und Wissen über
den Aufbau der Nachrichten und deren Verhaltensweise im System durchführen.
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Ein
Referenzereignis ist gemäß vorstehender
Beschreibung ein erstes Ereignis, das von zumindest einem Modul
in einem System detektiert werden kann, und das von Modulen mit
der lokalen Uhr des Moduls zeitgestempelt werden kann sowie, dass
entweder dieses Ereignis von einem anderen an nur das gleiche System
und/oder an ein anderes System angeschlossenen Modul detektiert
und zeitgestempelt werden kann, oder dass das zweite Modul das Eintreffen
eines anderen Ereignisses, dessen Eintreffen zeitlich auf das Eintreffen
des ersten Ereignisses bezogen werden kann, detektiert und zeitstempelt.
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Die
Erfindung ist nicht auf die vorstehenden, nur als Beispiel dargestellten
Ausführungsformen
beschränkt,
sondern kann im Rahmen der nachstehenden Patentansprüche und
des Erfindungsgedankens abgeändert
werden.