DE102005055229A1

DE102005055229A1 - Festverdrahteter elektronischer Digitalschaltkreis

Info

Publication number: DE102005055229A1
Application number: DE102005055229A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Menzel
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2004-11-26
Filing date: 2005-11-19
Publication date: 2006-06-08

Abstract

Fest verdrahteter elektronischer Digitalschaltkreis (1), bestehend aus einem eingebetteten System (4), welches auf einem Halbleitermaterial (1) integriert ist, wobei das eingebettete System (4) Datenregister (6) sowie Ein-/Ausgabeports (5, 5') besitzt. Der Digitalschaltkreis umfasst integriert auf dem Halbleitermaterial (1) oder innerhalb eines gemeinsamen Bauelementgehäuses zusätzlich einen Testschnittstellenschaltkreis (2). Mit diesem können Daten aus den Registern des eingebetteten Systems (4) und/oder I/O-Zugriffe des eingebetteten Systems von Messschaltkreisen über einen mit dem Testschnittstellenschaltkreis verbundenen Testbus (7) außerhalb des Digitalschaltkreises (1) überwacht und/oder protokolliert werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen festverdrahteten digitalen Schaltkreis gemäß Oberbegriff von Anspruch 1.

Aus der WO 2004/049159 A2 (P 10578) ist eine Testschnittstelle für ein eingebettetes System ("Embedded System") bekannt. Mit einer Testschnittstelle ist es möglich, eine Fehlererkennung zur Laufzeit (Debugging) durchzuführen und Daten, die im Mikrorechensystem verarbeitet werden, zu Laufzeit mitzuverfolgen.

Heute übliche eingebettete Systeme, welche mit Systemfrequenzen von mehreren hundert MHz arbeiten, sind zumindest gekennzeichnet durch die Komponenten: a) digitales Rechenwerk (CPU), b) Prozessorbus, c) Programmspeicher (z.B. ROM) und d) Datenspeicher (RAM).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine elektronische Digitalschaltung zur Verfügung zu stellen, welche eine Mitverfolgung der fest verdrahteten Funktionsvorgänge erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch den fest verdrahteten elektronischen Digitalschaltkreis gemäß Anspruch 1 gelöst.

Der fest verdrahtete elektronischer Digitalschaltkreis nach der Erfindung besteht aus einer fest verdrahteten digitalen Schaltungsanordnung, die auf einem Halbleitermaterial integ riert ist. Es handelt sich ganz im Gegensatz zu einem Mikrocontroller bei dem Reglerschaltkreis gemäß der Erfindung um einen zumindest teilweise, insbesondere auch im wesentlichen vollständig, fest verdrahten ("hardwired") Schaltkreis, welcher beispielsweise ein FPGA (Field Programmable Gate Array), welcher in der Regel aus einer Vielzahl von logischen UND und ODER-Gattern aufgebaut ist, einem PLD oder einem ASIC (Application Specific Integrated Circuit) ist. Fest verdrahtete Schaltkreise erlauben fest verdrahtete Rechenfunktionen bzw. Algorithmen, wie z.B. Steuer- oder auch Regelungsvorgänge, welche üblicherweise erheblich schneller ablaufen als Funktionen, welche durch programmgesteuerte Mikroprozessorsysteme nachgebildet werden. Dies hängt damit zusammen, dass in fest verdrahteten Reglern mehrere Prozesse parallel ablaufen, wogegen in einem Mikrocontroller die Prozesse zumindest zum überwiegenden Teil sequentiell ablaufen. In der Praxis können moderne FGPA-Schaltkreise über geeignete Programmiergeräte prinzipiell in ähnlicher Weise programmiert werden, wie herkömmliche Mikroprozessorsysteme.

Innerhalb des Digitalschaltkreises befindet sich zumindest ein eingebettetes System, mit dem Steuer- oder Regelaufgaben wahrgenommen werden können. Bei dem eingebetteten System handelt es sich bevorzugt um einen digitalen Regler, welcher beispielsweise elektrische Steuersignale für einen bürstenlosen Elektromotor berechnet.

Gemäß der Erfindung ist auf dem gleichen Chip oder in einem gemeinsamen Bauelementgehäuse zusätzlich eine Testschnittstellenschaltkreis integriert, mit dem Daten aus den Datenregistern des eingebetteten Systems und/oder Zugriffe auf die Ein-Ausgabeports des Digitalschaltkreises von Messschaltkreisen außerhalb des Digitalschaltkreises überwacht und/oder protokolliert werden können.

Der erfindungsgemäße Digitalschaltkreis umfasst zum Ablegen von Zustandsinformationen an sich bekannte Datenregister sowie die üblichen Ein-/Ausgabeports, welche zur Kommunikation mit der Außenwelt dienen. An den Ein-Ausgabeports können beispielsweise Messschaltkreise zur Überwachung des Digitalschaltkreises angeschlossen sein. Je nach Anwendungsfall können die Datenregister und Ports entweder im eingebetteten System und/oder innerhalb des Digitalschaltkreises angeordnet sein.

Die Erfindung basiert auf folgenden Überlegungen: Zum einen lässt sich der interne Systemzustand eines eingebetteten Systems durch seinen aktuellen Datenspeicherinhalt (RAM) beschreiben bzw. analysieren. Daraus folgt, dass für den Fall, dass dieser Speicherinhalt in Echtzeit in einen externen Datenspeicher kopiert werden kann, eine Möglichkeit besteht, den Systemzustand von dort durch eine nachgeschaltete Auswerteeinheit weiterzuverarbeiten und auszuwerten.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass zum Beispiel bei der Entwicklung von Regelalgorithmen für Kraftfahrzeugbremssysteme das dynamische Systemverhalten der Regelvariablen zur Laufzeit von außen praktisch in Echtzeit verfolgt werden kann.

Außerdem besteht die Möglichkeit, gegenüber an sich bekannten Testschnittstellenschaltkreisen auch fest verdrahtete Funktionen auf Fehler hin zu überprüfen (sogenanntes "Debugging").

Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird der erfindungsgemäße fest verdrahtete elektronische Digitalschaltkreis an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.
1 zeigt in schematischer Darstellung einen fest verdrahteten elektronischen Digitalregler 4 für eine 3-Phasenansteuerung eines bürstenlosen Motors für das Anwendungsbeispiel einer Betätigung eines Aktuators für eine elektromechanische Kraftfahrzeugbremse (EMB). Regler 4 umfasst unter anderem nach außen führende Ausgänge 5 zur Ansteuerung des Motors und weitere Ein-/Ausgänge 5' die mit Testschnittstellenschaltkreis 2 verbunden sind. Über Testschnittstellenschaltkreis 2 können die Speicherzustände der Register 6 gelesen werden. Testschnittstellenschaltkreis 2 umfasst weiterhin einen Controller 3, welcher den Registerinhalt an einen FIFO-Speicher 8 (First-In-First-Out) übergibt. Speicher 8 ist mit Datenaufbereitungsmodul 6 verbunden. Datenaufbereitungsmodul 6 erlaubt die selektierte Ausgabe von Daten über serielles Interface 7 an einen externen Bus 9. Hierzu muss Controller 3 zumindest die gleiche Bandbreite besitzen wie der verwendete Datenspeicher 8.
Zur Reduzierung der Datenrate kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass Testschnittstellenschaltkreis 2 die Daten von Regler 4 nicht in jedem Reglerloop (Haupt-Programmschleife des Reglers) entgegennimmt, sondern, dass die Datenübernahme nur alle n Reglerloops mit n > 1 erfolgt. Mittels Controller 3 können dann insbesondere aus den so erfassten Daten aufbereitete Datenblöcke der Breite m gebildet werden, um die Anzahl der über den seriellen Bus ausgegebenen Daten weiter zu verringern. Hierzu ist Controller 3 zum Beispiel durch zwei Zustandsautomaten realisiert, welche eine Bildung der Blöcke und die Aufbereitung der Daten durchführen.
Zur Verbindung mit einem externen Gerät 11 ist Interface 7 mit Lichtwellenleiter 9 verbunden, welcher zu einem Datenkonverter 10 führt. Mittels Datenkonverter 10 können die ankommenden Daten in ein geeignetes Datenformat umgewandelt werden. Hierdurch ist eine besonders einfache Anpassung auf verschiedene Testdaten-Standards möglich. Im vorliegenden Beispiel werden die Daten in das sogenannte DAS-Format der Fa. Continental Teves AG & Co. oHG umgewandelt. Die entsprechend nach dem Standard aufbereiteten Daten können dann besonders einfach mittels einer sogenannten "DAS-Box" 11 und einem damit verbundenen Personalcomputer 12 ausgewertet werden. Dabei ist es zweckmäßig, dass die weiter oben erwähnten ganzen Zahlen n und m so gewählt werden, dass ein bestimmter Datenabstand nicht unterschritten wird. Auf diese Weise ist eine ordnungsgemäße Funktion der angeschlossenen Das-Box 11 gewährleistet. Ein Vorteil der Verwendung einer DAS-Box besteht unter anderem darin, dass zeitsynchron zu den über Lichtwellenleiter 9 übertragenen Daten zusätzlich weitere analoge Signale und CAN-Bus Daten (durch Leitung 13 symbolisiert) aufgezeichnet werden können.

Claims

Fest verdrahteter elektronischer Digitalschaltkreis (1), bestehend aus einem eingebetteten System (4), welches auf einem Halbleitermaterial (1) integriert ist, wobei das eingebettete System (4) Datenregister (6) sowie Ein/-Ausgabeports (5, 5') besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Halbleitermaterial (1) oder innerhalb eines gemeinsamen Bauelementgehäuses zusätzlich ein Testschnittstellenschaltkreis (2) integriert ist, mit dem Daten aus den Registern des eingebetteten Systems (4) und/oder I/O-Zugriffe des eingebetteten Systems von Messschaltkreisen über einen mit dem Testschnittstellenschaltkreis verbunden Testbus (7) außerhalb des Digitalschaltkreises (1) überwacht und/oder protokolliert werden können.
Digitalschaltkreis (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Testschnittstellenschaltkreis einen Controller (3) umfasst, welcher selbstständig auf das oder die Register und/oder Ein-/Ausgabeports (5, 5') ohne Beeinflussung des eingebetteten Systems in Echtzeit zugreift, um die Regelungsfunktion des Reglers mitzuverfolgen.
Digitalschaltkreis (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Testschnittstellenschaltkreis mit einem Pufferspeicher (8) verbunden ist oder diesen insbesondere umfasst, wobei in dem Pufferspeicher die zu übertragenen Daten des eingebetteten Systems zwischengespeichert werden können.
Digitalschaltkreis (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Pufferspeicher Daten über Testbus (7) gepuffert ausgegeben bzw. Daten in den Pufferspeicher eingeschrieben werden können.
Digitalschaltkreis (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Testschnittstellenschaltkreises zwischen Pufferspeicher und Testbus ein weiterer Speicher und/oder ein Datenaufbereitungsmodul (6) vorgesehen ist.
Digitalschaltkreis (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Testbus (7) mit einem außerhalb des Reglers angeordneten Datenkonverter (10) mittelbar oder unmittelbar verbunden ist.
Digitalschaltkreis (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in Datenaufbereitungsmodul (6) eine Datenreduktion durchgeführt wird, wobei dabei insbesondere aus einem Datenblock von m Datensätzen ein zusammengefasster Datenblock erstellt wird
Digitalschaltkreis (1) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass – nur alle n Reglerloops Daten von eingebettetem System (4) an Testschnittstellenschaltkreis (2) übertragen werden oder – in jedem Reglerloop Daten an Testschnittstellenschaltkreis (2) übertragen werden und durch Controller (3) nur alle n Reglerloops Daten an Speicher (8) über tragen werden.
Digitalschaltkreis (1) gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für Anwendungen in Kraftfahrzeugen, insbesondere in einer Motorregelung für bürstenlose Motoren, für die Ansteuerung von elektromagnetischen Ventilen, ABS-Regelungsvorgänge, Fahrdynamikregelungsvorgänge bzw. sonstige Bremsensregelungsvorgänge oder zur Ansteuerung eines Aktuators einer elektromagnetischen Bremse (EMB).