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Stand der Technik
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Steuerungstechnik
und insbesondere die Steuerung eines Mikroprozessors.
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In
herkömmlichen
elektronischen Steuergeräten
in Fahrzeugen werden typischerweise Mikroprozessoren eingesetzt,
die im Fahrbetrieb bei einer festen Betriebsfrequenz wie z B 8 MHz
betrieben werden, unabhängig
davon, ob die Funktion des Steuergerätes tatsächlich benötigt wird. Im Standby-Betrieb
werden zur Reduktion des Ruhestromverbrauchs Mikroprozessoren komplett
abgeschaltet oder in einen stromsparenden langsamen Betriebsmodus,
z B interner 200 kHz Oszillator umgeschaltet.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in einer deutlichen Reduktion
des Stromverbrauchs von Mikrokontrollern über ihren gesamten Betrieb
hinweg, der zudem äußerst einfach,
wirkungsvoll und flexibel, sowie zuverlässig und kostengünstig realisierbar
ist.
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Dieser
Vorteil wird durch eine Steuerung für einen Mikroprozessor erzielt,
die ausgebildet ist, in Ansprechen auf und in Abhängigkeit
von Schaltsignalen, die an der Steuerung eingehen, fortlaufend Steuersignale
zu erzeugen und auszugeben, die angepasst sind, einen Stromsparmodus
des Prozessors zu aktivieren.
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Ein
wesentlicher Punkt der erfindungsgemäßen Steuerung besteht darin,
dass der Mikroprozessor fortlaufend, d. h. über seinen gesamten Betrieb hinweg
in unterschiedliche Betriebmodi geschaltet werden kann, und durch
stromsparende Modi sein Gesamtstromverbrauch sinkt. Für Mikroprozessoren, die
in elektronischen Steuergeräten
eines Fahrzeugs verbaut sind, bedeutet das, dass diese auch im Fahrbetrieb
in unterschiedliche Modi geschaltet werden können. Dadurch wird erreicht,
dass eine Verlustleistung reduziert und alle weiteren durch die
Taktfrequenz beeinflussten negativen Effekte minimiert und die positiven
Effekte verstärkt
werden. Als einer dieser Effekte wird der CO2-Ausstoss des Fahrzeugs verringert
sowie als Nebeneffekt die elektromagnetische Verträglichkeit
verbessert. Der Einspareffekt ist insofern enorm, als Komfortsteuergeräte typischerweise
deutlich unter 1% ihrer Einschaltzeit selber aktiv sind.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuerung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
vorgesehen, dass die Steuerung zur Verarbeitung von Schaltsignalen
eines Sensors und/oder eines Bussystems ausgebildet ist, was sie in
unterschiedlichsten Systemlandschaften einsetzbar macht. Über derartige
Signale kann ein jeweiliger Status von praktisch jedem zu steuernden
Mikroprozessor leicht abgefragt und festgestellt werden, ob dieser
tatsächlich
gerade gebraucht wird. Abhängig davon
kann der Prozessor dann ganz abgeschaltet oder dessen Aktivität eingeschränkt werden.
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In
bevorzugter Weise ist die Steuerung zur Erzeugung von Steuersignalen
angepasst, welche einzelne Module des Prozessors ansprechen, insbesondere
einen Zeitgeber und/oder einen A/D-Wandler und/oder einen Kommunikations-Handler und/oder
Recheneinheiten und/oder einen Speicher und/oder ein Register. Damit
ist ein besonders gezielter Steuereingriff in den Prozessor hinein
möglich, der äußerst genau
auf seine einzelnen, tatsächlich nicht
gebrauchte Module spezifizierbar ist. Diese können dann ganz abgeschaltet
oder in ihrer Aktivität eingeschränkt werden.
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Eine
solche Abschaltung oder Einschränkung
der Aktivität
des gesamten Prozessors oder seiner einzelnen Module wird bevorzugt
dadurch erreicht, wenn die Steuerung zur Erzeugung von Steuersignalen
angepasst ist, welche eine Betriebsfrequenz des Prozessors verändern. Ist
der Prozessor oder eines oder mehrere seiner Module also nur teilweise
ausgelastet, kann ihre jeweilige Betriebfrequenz auf dieses Aktivitätsniveau
abgestimmt werden. Der Stromverbrauch ist damit dynamisch an deren
tatsächliche
Belastung adaptierbar.
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Von
Vorteil ist es auch, wenn die Steuerung angepasst ist, ein Steuerungssignal
erst dann zu verändern,
wenn ein Schaltsignal über
einen vordefinierbaren Zeitraum hinweg gleich blieb. Dadurch wird eine
besonders stabile und zuverlässige
Steuerung bereitgestellt, die nicht auf kurzfristige Belastungsänderung
unmittelbar reagiert, sondern erst dann, wenn sich ein statischer
Schaltzustand ergibt.
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Um
eine flexible Nutzung der Steuerung in unterschiedlichen Systemlandschaften
zu ermöglichen,
ist es bevorzugt, wenn diese als selbstständig funktionsfähige Hardware-Einheit
verwirklicht ist. Optional kann die Steuerung aber auch in Form
einer Betriebssystemfunktion der Software des Prozessors verwirklicht
sein. Diese stände
sofort für
neue Prozessoren zur Verfügung,
ohne deren Hardware verändern
zu müssen.
Aber auch bereits vorhandene Prozessoren wären damit leicht nachzurüsten.
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Die
erfindungsgemäße Steuerung
soll bevorzugt zum Steuern eines Prozessors in einem Fahrzeug, insbesondere
von einem Prozessor eines Komfortgeräts Verwendung finden.
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Die
Vorteile der Erfindung werden auch durch ein Verfahren zum Steuern
eines Mikroprozessors erzielt, bei dem in Ansprechen auf und in
Abhängigkeit
von Schaltsignalen fortlaufend Steuersignale erzeugt und an den
Prozessor übertragen
werden, und diese Steuersignale einen Stromsparmodus des Prozessors
aktivieren.
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Einen
wesentlichen Punkt des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt wieder
Steuerung des Prozessors über
dessen gesamte Betriebszeit dar, so dass ein besonders hohes Einsparpotential
erzielt wird. Der Prozessor oder seine Module müssen dabei nicht notwendigerweise
ganz abgeschaltet werden, wenn diese nicht voll ausgelastet sind.
Es ist vielmehr eine Anpassung ihrer Aktivität an das tatsächliche
Belastungsniveau möglich,
was z B durch Verringerung der Taktfrequenz oder des Taktes erreicht
werden kann.
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Bevorzugte
Ausprägungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Danach
ist es von Vorteil, wenn ein Steuersignal erst dann verändert wird,
wenn ein Schaltsignal über
einen vordefinierbaren Zeitraum hinweg gleich blieb. Dadurch wird
eine besonders stabile und zuverlässige Steuerung erreicht, die
nicht auf jede Schwankung der Schaltsignale reagiert.
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Eine
Anpassung der Aktivität
des Prozessors oder seiner einzelnen Module an eine tatsächliche Belastung
wird bevorzugt vorgenommen, indem die Steuersignale eine Betriebsfrequenz
des Prozessors verändern.
Damit wird auf besonders einfache Weise deren Strombedarf reduziert,
wobei gleichzeitig eine Frequenz oder ein Takt beliebig skalierbar
und somit an die Belastung der vorstehend genannten Komponenten
anpassbar ist.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Steuerung
unter Bezugnahme auf die beiliegende Figur näher erläutert. Gleiche oder gleichwirkende
Teile sind mit gleichen Bezugsziffern versehen.
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Die
einzige Figur zeigt eine schematisch dargestellte Systemlandschaft
mit einer Steuerung U (control Unit), die in Ansprechen und in Abhängigkeit von
Schaltsignalen Su (Signal to unit), welche auf einem Fahrzeugbus
B (Bus) anliegen, Steuersignale Sc (Signal to controller) erzeugt
und an einen Mikroprozessor C (Controller) übermittelt. Der Prozessor C besteht
dabei aus einzelnen Modulen M1 ... Mn, und soll Teil eines Steuergeräts D (Device)
eines Fahrzeugs sein, z B von einem Komfortsteuergerät. Das Gerät D, z B
eine Einparkhilfe, kann über
einen Sensor S (Sensor) ein- oder ausgeschaltet werden. Die Steuerung
U ist hier als selbstständig
funktionsfähige Hardware-Einheit
ausgebildet, die an einer geeigneten Stelle im Fahrzeug verbaut
sein kann. Alternativ kann die Steuerung U aber auch als Betriebsystemfunktion
der Software des Prozessors C realisiert sein.
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Im
vorliegenden Fall soll das Gerät
D ausgeschaltet, deren Prozessor C aber aktiv sein. Damit verbraucht
dieser unnötig
Strom. Auf dem Bus B liegt das Ausschaltsignal Su des Geräts D an
und wird von der Steuerung U abgegriffen. Wird nun festgestellt, dass
das Schaltsignal Su auf 'Aus' steht, erzeugt die Steuereinheit
U ein Steuersignal Sc, das eine Verringerung der Betriebsfrequenz
des Prozessors C, oder von einem oder mehrerer seiner Module M1
... Mn bewirkt, oder den Prozessor oder dessen Module M1 ... Mn
ganz ausschaltet. Die Module M1 ... Mn können dabei Timer, A/D-Wandler,
Kommunikations-Handler, Recheneinheiten, Speicher und Register oder
beliebige weitere Funktionsblöcke
umfassen. Um die gewünschte
Wirkung zu erzielen, können
alle Frequenzen und Takte in dem Steuergerät D, einem elektronischen System
oder Ähnlichem
angepasst und dynamisch optimiert werden. Damit ist eine erhebliche
Stromeinsparung während
der Ausschaltphase des Geräts
D möglich.
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Wird
dieses wieder gebraucht, wird sie über den Sensor S eingeschaltet.
Nun liegt das Einschaltsignal Su auf dem Bus B an, sodass die Steuerung
U keine Abschaltung oder Aktivitätsreduzierung
des Prozessors C oder seiner Module M1 ... Mn vornimmt. Die Schaltsignale
Su müssen
dabei nicht notwendigerweise von dem Bus B abgegriffen werden, sondern
können
auch von dem Sensor S an die Steuerung U übermittelt werden, z B über eine
elektrische Leitung zwischen Sensor S und Steuerung U.
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Eine
Vielzahl von elektronischen Steuergeräten D in Fahrzeugen, insbesondere
Komfortsteuergeräte,
werden während
des Fahrbetriebs lediglich in einem sehr kurzen Zeitraum genutzt,
z B die Einparkhilfe, Türsteuergeräte, Heckklappensteuergeräte usw.
Die Betriebsfrequenz von deren Mikroprozessoren C wird jedoch in
der Regel konstant auf einem Niveau gehalten, mit dem die erforderlichen
Funktionen des Geräts
D in einer ausreichenden Geschwindigkeit berechnet und umgesetzt
werden können.
Der Betriebsstrom der elektronischen Steuergeräte D ist direkt abhängig von
der Betriebsfrequenz und steigt mit dieser nahezu proportional an.
Durch Reduktion der Betriebsfrequenz kann die Stromaufnahme elektronischer
Steuergeräte
gesenkt werden.
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Ein
schnelles Umschalten zwischen zwei oder mehreren unterschiedlichen
Betriebsfrequenzen kann durch Aktivieren einer Funktion des Geräts D z B
nach Anforderung über
den Schalter oder Sensor S oder ein empfangenes Kommunikationssignal Su
wie z B einer CAN-Botschaft von dem Fahrzeugbus B oder ähnlichem
ausgelöst
werden. Ferner kann beispielsweise das Betriebssystem des Prozessors C
die Taktfrequenz eigenständig
anpassen. Ein intelligenter Scheduler oder ein intelligentes Betriebssystem
kann beispielsweise bei gleichbleibender Taktsteuerung nach Bedarf
und in Abhängigkeit
der zu erwartenden Rechenleistung für bevorstehende Funktionen
des Geräts
D dynamisch die Taktfrequenz und somit die Rechenleistung und in
deren Folge die Prozessorauslastung dynamisch anpassen. Durch dieses
Vorgehen kann die Auslastung des Prozessors optimal gehalten werden.
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Damit
ist die Funktionsbereitschaft des Steuergeräts D immer sichergestellt,
wenn eine seiner Funktion angefordert wird. Wenn die entsprechenden Funktionen
nicht benötigt
werden, kann Stromverbrauch reduziert werden und alle weiteren,
durch die Taktfrequenz beeinflussten Eigenschaften, verbessert werden.