DE102006051907A1 - Gemischtsignalschaltkreis für ein elektronisches, abgesichertes Steuer- bzw. Regelungssystem - Google Patents

Gemischtsignalschaltkreis für ein elektronisches, abgesichertes Steuer- bzw. Regelungssystem Download PDF

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Abstract

Gemischtsignalschaltkreis (4, 4') für ein elektronisches, abgesichertes Steuer- bzw. Regelungssystem, mit einem Verbindungsbus zum Anschluss eines externen Moduls (9, 9') und einem oder mehreren externen und/oder internen Sensoreingängen (2, 2') zum Anschluss von Sensormodulen, wobei mit den Eingängen neben Sensordaten zusätzlich Prüfdaten (14, 15) empfangen werden können, welche die Sensordaten absichern, und wobei die eingangsseitig zur Absicherung der Sensordaten verwendeten Prüfdaten auch intern zur Absicherung der intern weiterverarbeiteten Sensordaten verwendet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Datenübertragungsverfahren mit mehreren Datenübertragungsschritten (18, 18', 16, 16', 6, 6', 7, 7', 8, 8') sowie die Verwendung des obigen Gemischtsignalschaltkreises in einem elektronischen, abgesicherten Kraftfahrzeugsteuer- bzw. Regelungssystem.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gemischtsignalschaltkreis gemäß Anspruch 1, dessen Verwendung sowie ein Datenübertragungsverfahren gemäß Anspruch 6.
  • Kraftfahrzeugbremsensteuergeräte mit ABS, ESP etc., die als Kernstück der Elektronik einen fehlerabgesicherten Mikrocontroller (z.B. in zweikerniger Mikroprozessortechnik aufgebaut) und einen integrierten Gemischtsignalschaltkreis umfassen, sind an sich bekannt. Die Trennung des mit dem Mikroprozessorsystem ausgestatteten Mikrocontroller und des Gemischtsignalchips ist erforderlich, um Leistungstreiber zur Ansteuerung beispielsweise der Ventilspulen eines ABS-Systems bei der eingesetzten Halbleitertechnologie ebenfalls in integrierten Bauweise herstellen zu können.
  • Innerhalb des Gemischtsignalschalkreises ist neben den Leistungstreibern auch die Eingangssignalverarbeitung für die an das Steuergerät angeschlossenen Sensoren zusammengefasst. Neben der Sensoreingangsdatenverarbeitung sind auch Ausgabeeinheiten für die an das Steuergerät angeschlossenen Aktoren in dem Gemischtsignalschaltkreis zusammengefasst.
  • Auf Grund der hohen Sicherheitsanforderungen an ein Kraftfahrzeugsteuergerät, insbesondere bei der Verwendung als Bremsensteuergerät, ist es notwendig, die Richtigkeit der von einem integrierten elektronischen Baustein zu einem anderen elektronischen Baustein übertragenen Daten, zum Beispiel von den Sensoren zum Mikrocontroller, zu überprüfen. Hierzu werden in dem gattungsgemäßen Schaltkreis Prüfdaten verwendet, die eine Absicherung der übertragenen Sensordaten erlauben.
  • Die oben beschriebenen Steuergeräte weisen den Nachteil auf, dass die durchgeführten Maßnahmen zur Absicherung dieser über externe Schnittstellen übertragenen Daten nicht auf den gesamten Signalpfad ausgedehnt ist.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht nun darin, in einem Kraftfahrzeugsteuergerät die Sicherheit des Datenübertragungspfads zwischen elektronischen Modulen (z.B. elektronische Bausteine), insbesondere von einem Sensor zu einem Mikrocontroller, zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den Gemischtsignalschaltkreis gemäß Anspruch 1.
  • Bei dem Gemischtsignalschaltkreis nach der Erfindung ist gemäß einer ersten Alternative erfindungsgemäß vorgesehen, die eingangsseitig zur Absicherung der Sensordaten verwendeten Prüfdaten auch bei der Weitergabe an weitere externe Module zur Absicherung der weitergegebenen Daten ausgegeben werden. Diese werden dann in dem externen Modul zur Überprüfung der an das Modul übertragenen Daten ebenfalls verwendet.
  • Gemäß einer zweiten erfindungsgemäßen Alternative der Erfin dung ist vorgesehene, dass die eingangsseitig zur Absicherung der Sensordaten verwendeten Prüfdaten innerhalb des Gemischtschaltkreises zur Absicherung der intern weiterverarbeiteten Sensordaten verwendet werden.
  • Bevorzugt wird also gegenüber dem bekannten Gemischtsignalschaltkreis zumindest im Fall einer fehlerfreien Übertragung dort keine zusätzliche Generierung weiterer Prüfdaten vorgenommen. Vielmehr erfolgt die Prüfdatenerzeugung im wesentlichen nur noch innerhalb des Sensors. Es ist besonders zweckmäßig, wenn die Prüfdaten schon möglichst am Anfang der Signalübertragungskette, also insbesondere im Bereich des Sensorkopfes oder des Sensorelementes erzeugt werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Datenübertragungsverfahren gemäß Anspruch 6.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
    •
  • Die Erfindung wird nun an Hand der Figuren beispielhaft näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 einen Gemischtsignalschaltkreis nach dem Stand der Technik in schematischer Darstellung und
  • 2 einen Gemischtsignalschaltkreis gemäß der Erfindung ebenfalls in schematischer Darstellung.
  • In 1 ist Sensor 2 über Datenbus 18 mit Gemischtsignal schaltkreis 4 verbunden. Sensor 2 umfasst eine Datenquelle 1 und eine Schnittstelle "Interface A" 3 zur Ausgabe und Übertragung digitaler Sensordaten. Die durch Sensor 2 erzeugten Sensordaten werden über Leitung 18 zu Gemischtsignalschaltkreis 4 übertragen. Während die interne Datenübertragung des Sensors 4 (symbolisch als Datenpfad 7 durch einen Kreis hervorgehoben) nicht abgesichert ist, werden jedoch die über Bus 18 übertragenen Sensordaten durch zusätzliche Prüfdaten "PD A" 15 abgesichert. Mit den Prüfdaten 15 ist es möglich, eingangsseitig von Schaltkreis 4 Übertragungsfehler zu erkennen und ggf. die Daten vor der internen Weiterverarbeitung zu korrigieren.
  • Gemischtsignalschaltkreis 4 prüft also insbesondere in Eingangsschaltung 5 die von Sensor 2 übertragenen Eingangsdaten mit Hilfe der ebenfalls mitübertragenen Prüfdaten. Besteht Datenkonformität, werden diese an den internen Bus 6 übergeben. Der mit einem Kreis hervorgehobene Bus 6 stellt im hier dargestellten Beispiel stellvertretend symbolisch einen Multiplexer 17 für die Realisierung mehrerer Sensoreingänge dar, wobei über Bus 6 keine Prüfdaten übertragen werden. Im Fall eines Fehlers während des oben beschriebenen Sensordatenempfangs wird eine Fehlermeldung generiert, die ebenfalls ohne Prüfdaten dem internen Bus 6 zur Verfügung gestellt wird. Das ebenfalls eingangsseitig mit internem Bus 6 verbundene Symbol „Dat X" 16 steht stellvertretend für weitere, nicht sensorische bzw. interne Daten des Gemischsignalschaltkreises, die ebenfalls über Bus 16 ausgegeben werden können.
  • Neben dem bzw. den Sensoren 2 ist mit Gemischtsignalschaltkreis 4 außerdem Mikrocontroller 11 verbunden, welcher die von Gemischtsignalschaltkreis weitergeleiteten Sensordaten über SPI-Datenbus 16 in Eingangsschnittstelle 13 einließt.
  • Zur Absicherung der Übertragung der Daten von Gemischtsignalschaltkreis 4 zu Mikrocontroller 11 werden in dem Gemischtsignalschaltkreis 4 nach dem Stand der Technik erneut Prüfdaten "PD B" 14 generiert und gemeinsam mit den Sensordaten über BUS 16 an Mikrocontroller 11 übertragen.
  • In dem in 1 dargestellten Signalpfad von Sensor 2 zu Mikrocontroller 11 sind folglich drei Bereiche nicht durch Prüfdaten abgesichert, wodurch dort eventuell auftretende Fehler nicht festgestellt werden können:
    • • Interner Bus 7 in Sensor 2,
    • • interner Bus 6 und interne Daten "Dat X" 20 in Gemischtsignalschaltkreis 4 und
    • • interner Bus 10 in Mikrocontroller 11.
  • 2 zeigt in schematischer Darstellung einen verbesserten Signalpfad von Sensor 2' zu Mikrocontroller 11' über Gemischtsignalschaltkreis 4', bei dem die vorstehend erwähnten Fehlerquellen nicht auftreten können.
  • Innerhalb von Sensor 2' wird hierzu bereits im Bereich der Datenerzeugung 1' (zum Beispiel unmittelbar bei einem sensorischen Element) eine Prüfdatenerzeugungseinrichtung zur Erzeugung von Prüfdaten 12 vorgesehen. Die Prüfung der Daten mit den Prüfdaten im Eingang vom Gemischtsignalschaltkreis 4' erfolgt, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Im Gegensatz zum Gemischtsignalschaltkreis 4 in 1 werden dann die Sensordaten, wenn diese fehlerfrei waren, inklusive der gleichen, bereits in Sensor 2' erzeugten, Prüfdaten an internen Bus 6' übergeben. Enthielten die Daten einen Fehler, so wird, entsprechend der Schaltung in 1, eine Fehlermeldung und eine zur Fehlermeldung passende Prüfsumme generiert. Die Fehlermeldung und die generierte Prüfsumme werden an den internen Bus 6' übergeben.
  • Die Sensordaten können dann nach Aufforderung durch Mikrocontroller 11' gemeinsam mit den von Sensor 2' stammenden Prüfdaten über Bus 16 an diesen ausgegeben werden. Wenn die Daten allerdings vor der Ausgabe durch Datenausgabeschnittstelle 19 keine Prüfdaten enthalten bzw. diese nicht mit Prüfdaten versehen sind, so wird eine neue Berechnung von neuen Prüfdaten entsprechend der Schaltung in 1 durchgeführt.
  • Beispiele für weiterzugebende Daten, die über keine Prüfdaten verfügen, sind z.B. nicht abgesicherte interne Daten ("Dat X") eines Analog/Digitalwandlers, der sich innerhalb von Gemischtsignalschaltkreises 4' befindet, oder Daten von Sensoren, die fehlerhaft waren und in Gemischtsignalschaltreis 4' korrigiert worden sind. Im dargestellten Beispiel von 2 ist allerdings vorgesehen, dass auch die internen Daten "Dat X" 20 direkt im Bereich der Datenerzeugung mit Prüfdaten 15 versehen werden.
  • Eingangsschnittstelle 13' von Mikrocontroller 11' nimmt die über Bus 16' von Gemischtsignalschaltkreis 4' erhaltenen Daten und Prüfdaten entgegen und gibt eine Fehlermeldung aus, sofern Daten und Prüfdaten nicht zueinander konform sind.
  • Die Erzeugung der Prüfdaten (z.B. Parity, CRC etc.) erfolgt bevorzugt nach einem an sich bekannten Parity- oder CRC-Verfahren.
  • Entsprechend dem Beispiel in 2 werden die Daten innerhalb von Mikrocontroller 11' nicht bzw. mittels anderer Prüfdaten versehen abgesichert verarbeitet. Besonders zweckmäßig ist es allerdings, wenn auch innerhalb von Mikrocontroller 8' das erfindungsgemäße Prinzip der vollständigen Prüfdaten-Durchleitung von Datenerzeugung zu Datenverwertung in Block 9' konsequent fortgesetzt wird, insbesondere bei einer internen Übertragung der Daten über Bus 10'. Dies setzt voraus, dass auch eine innerhalb von Mikrocontroller 11' durchgeführte Datenverarbeitung die bereits in einem anderen Baustein erzeugten Prüfdaten weiter nutzt.
  • Wie bereits weiter oben erläutert, ist also das Datenübertragungskonzept in 2 so ausgelegt, dass auf dem Signalpfad von Sensor 2' über Gemischtsignalschaltkreis 4' zu Mikrocontroller 11' die gleichen Daten gemeinsam mit den gleichen Prüfdaten mehrmals geprüft werden. Dazu ist jede Empfangseinrichtung 13' und 5' so ausgelegt, dass diese die Prüfdaten prüfen und bei einem Fehler ein entsprechendes Fehlersignal ausgeben kann. Die entsprechenden Fehlersignale können entweder über eine Fehlerleitung oder über den Bus selbst, zum Beispiel als Fehlerwort ausgegeben werden. Es ist besonders zweckmäßig, hierzu unterschiedliche Fehlerworte zu verwenden, so dass die Art und/oder der Ort des Fehlers bestimmt werden kann. Ganz besonders zweckmäßig ist es in diesem Zusammenhang, wenn dann zu dem übergebenen Fehlerwort geeignete Prüfdaten übertragen werden, die ihrerseits eine Überprüfung des übertragenen Fehlerwortes erlauben.
  • Eine weitere bevorzugte Möglichkeit, den gesamten Datenpfad abzusichern, besteht prinzipiell auch darin, die Prüfdaten grundsätzlich zwar beizubehalten, jedoch diese vor jeder Übertragung als Block aus Nutzdaten und Prüfdaten zu betrachten und diese wiederum mit zusätzlichen Prüfdaten zu erweitern.
  • In dem zuvor beschriebenen Beispiel wurde nur der Signalübertragungsweg vom Sensor zum Mikrokontroller beschrieben. Analog bezieht sich die Erfindung jedoch auch auf eine in entsprechender Weise in umgekehrter Signalrichtung abgesicherte Übertragung von einem Mikrokontroller zu einem Sensor oder Aktor, welche gleichzeitig oder alternativ vorliegen kann.
  • Gemäß einem nicht dargestellten Beispiel der Erfindung kann der Gemischtsignalschaltkreis mit dem Mikrocontroller zu einem gemeinsamen elektronischen Baustein oder Chip zusammengefasst sein.

Claims (10)

  1. Gemischtsignalschaltkreis (4, 4') für ein elektronisches, abgesichertes Steuer- bzw. Regelungssystem, mit einem Verbindungsbus (16) zum Anschluss eines externen Moduls (11, 11'), einem oder mehreren externen und/oder internen Sensoreingängen (2, 2') zum Anschluss von einem oder mehreren Sensormodulen, wobei mit den Eingängen neben Sensordaten zusätzlich Prüfdaten (14, 15) empfangen werden können, welche die Sensordaten absichern, und einer oder mehreren ausgangsseitigen Ausgabeschnittstellen (16, 16') zum Anschluss von einem oder mehreren externen Modulen (9, 9'), dadurch gekennzeichnet, – dass die eingangsseitig zur Absicherung der Sensordaten verwendeten Prüfdaten auch bei der ausgangsseitigen Weitergabe an die ein oder mehreren weiteren externen Module (9, 9') zur Absicherung der weitergegebenen Daten ausgegeben werden und/oder – dass die eingangsseitig zur Absicherung der Sensordaten verwendeten Prüfdaten innerhalb des Gemischtschaltkreises zur Absicherung der intern weiterverarbeiteten Sensordaten verwendet werden.
  2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingangsseitige Fehlerkorrekureinrichtung vorhanden ist, die bei der Erkennung eines eingangsseitigen Datenfehlers mit Hilfe der Prüfdaten eine Fehlerkorrektur vornimmt, wenn dies die vorliegende Fehlerkomplexität erlaubt.
  3. Schaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser wenigstens einen Multiplexer (17) um fasst, welcher die Anzahl der eingangsseitig in den Gemischtsignalschaltkreis gelangenden Sensorkanäle, welche die Sensordaten und die zugehörigen Prüfdaten umfassen, auf eine geringere Kanalzahl reduziert, wobei insbesondere am Dateneingang des Multiplexers zusätzlich weitere Dateneingänge vorliegen können, welche von einer oder mehreren internen Datenquellen (20) stammen.
  4. Schaltkreis nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser einen Fehlerwortgenerator umfasst, welcher im Falle und in Abhängkeit der Art eines Fehlers für jeden Fehler ein individuelles Fehlerwort zur Kennzeichnung des Fehlers und/oder des Ortes des Fehlers erzeugt.
  5. Schaltkreis nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die an das oder die externen Module übertragenen Daten und Prüfdaten und ggf. Fehlerworte über einen SPI-Datenbus (16') an das externe Modul übertragen werden.
  6. Datenübertragungsverfahren mit mehreren Datenübertragungsschritten (18, 18', 16, 16', 6, 6', 7, 7', 8, 8'), bei dem Daten, die in einem oder mehreren Sensoren (2, 2') erzeugt werden, zu einer Auswerteeinheit (11, 11') übertragen und/oder bei dem Daten von der Auswerteeinheit zu einem oder mehreren Aktoren übertragen werden, wobei im Datenübertragungsweg zwischen Aktor/Sensor und Auswerteeinheit ein Datenverarbeitungsmodul (4, 4') geschaltet ist, welches die Daten des einen oder der mehreren Sensoren/Aktoren zusammenfasst und/oder vorverarbeitet und wobei innerhalb des Datenverarbeitungsmoduls Prüfdaten verarbeitet werden, die zur Absicherung der vom/zum Sensor/Aktor übertragenen Daten und/oder zur Absicherung der zu/von der Auswerteeinheit übertragenen Daten verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest bei den Datenübertragungsschritten (18') von/zu Sensor/Aktor zu/von Datenverarbeitungsmodul und den Datenübertragungsschritten (16') von/zu Datenverarbeitungsmodul zu/von Auswerteeinheit die gleichen Prüfdaten übertragen oder mitübertragen werden.
  7. Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auch bei den Datenübertragungsschritten innerhalb des Datenverarbeitungsmoduls (6') für die Verarbeitung der Sensordaten oder der Aktordaten die gleichen Prüfdaten, wie bei der Übertragung gemäß kennzeichnendem Teil von Anspruch 6 verwendet werden.
  8. Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Prüfdaten im Bereich der Datenerzeugung (1', 15), also möglichst frühzeitig im Signalpfad, erzeugt werden.
  9. Verwendung des Schaltkreises gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 in einem elektronischen, abgesicherten Kraftfahrzeugsteuer- bzw. Regelungssystem, umfassend ein Mikrocontrollermodul (9, 9') und ein mit diesem über einen Bus verbundenen Gemischtsignalschaltkreis (4, 4'), welches einen oder mehrere Sensoreingänge zum Anschluss von Sensormodulen (2, 2') bereitstellt.
  10. Verwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalkreis zur Regelung von Bremssystemen und/oder zur Steuerung von passiven Sicherheitssystemen, wie z.B. Airbag oder Gurtstraffer, verwendet wird.
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