DE102011004360A1 - Communication system with an electronic circuit controllable by a computing unit, in particular for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner (10) angeordneten Recheneinheit (11) und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung (21). Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem zeichnet sich in einer räumlich von dem zentralen Rechner (10) entfernt angeordneten Komponente (20) angeordnet ist. Die Recheneinheit (11) umfasst eine erste Schnittstelle (12) zur Kommunikation mit der elektronischen Schaltung. Ferner umfasst die elektronische Schaltung (21) eine zweite Schnittstelle (22) zur Kommunikation mit der Recheneinheit, wobei die erste und die zweite Schnittstelle (12, 22) auf einem taktsynchronen seriellen Datenbus (30) mit einer Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) basieren. Die zwischen dem zentralen Rechner (10) und der Komponente (20) verlaufenden Abschnitte (33', 34', 35', 36') der Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) sind dazu ausgebildet, die Signale mit einem von dem taktsynchronen seriellen Datenbus (30) verschiedenen Übertragungsverfahren zu übertragen.The invention relates to a communication system, in particular for a motor vehicle, with a computing unit (11) arranged in a central computer (10) and with an electronic circuit (21) which can be controlled by the computing unit. The communication system according to the invention is characterized in that it is arranged in a component (20) that is spatially remote from the central computer (10). The computing unit (11) comprises a first interface (12) for communication with the electronic circuit. The electronic circuit (21) further comprises a second interface (22) for communication with the computing unit, the first and the second interface (12, 22) on a clock-synchronous serial data bus (30) with a plurality of signal lines (33, 34, 35, 36) are based. The sections (33 ', 34', 35 ', 36') of the plurality of signal lines (33, 34, 35, 36) running between the central computer (10) and the component (20) are designed to transmit the signals with a to transmit different transmission methods from the isochronous serial data bus (30).
Description
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner angeordneten Recheneinheit und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung.The invention relates to a communication system, in particular for a motor vehicle, having a computer unit arranged in a central computer and having an electronic circuit which can be controlled by the arithmetic unit.
Der zentrale Rechner eines solchen Kommunikationssystems ist beispielsweise eine Electronic Control Unit (ECU) in einem Kraftfahrzeug, über die die elektronischen Schaltungen in Gestalt von Aktoren oder Sensoren angesteuert oder ausgelesen werden. Bedingt durch räumliche Erfordernisse sowie den Wunsch, die ECU mit so geringen Abmaßen wie möglich bauen zu können, werden zumindest manche der elektronischen Schaltungen aus der ECU in eigenständige Komponenten ausgelagert. Die eigenständigen Komponenten können dann räumlich entfernt von der ECU angeordnet werden. Aus Kostengründen, aber auch aus Gründen der Zuverlässigkeit ist man bestrebt, die Kommunikation zwischen der ECU und den daran angeschlossenen Komponenten auf Basis bekannter Bussysteme zu realisieren. Im automobilen Umfeld sind beispielsweise der CAN (Controller Area Network) oder der LIN (Local Interconnect Network)-Bus häufig verwendete Datenbusse. Beide Datenbusse basieren auf einer seriellen Datenkommunikation, wobei diese asynchron ist.The central computer of such a communication system, for example, an electronic control unit (ECU) in a motor vehicle, via which the electronic circuits in the form of actuators or sensors are controlled or read. Due to space requirements and the desire to be able to build the ECU with as small dimensions as possible, at least some of the electronic circuits from the ECU are outsourced to separate components. The stand-alone components can then be placed physically remote from the ECU. For reasons of cost, but also for reasons of reliability, efforts are being made to realize the communication between the ECU and the components connected thereto on the basis of known bus systems. In the automotive environment, for example, the CAN (Controller Area Network) or the LIN (Local Interconnect Network) bus are frequently used data buses. Both data buses are based on serial data communication, which is asynchronous.
Bei einem LIN- oder CAN-Bus erfolgt eine Datenübertragung zwischen den an der Kommunikation beteiligten Komponenten in der Regel im Halbduplex-Verfahren. Hierbei ist ein Arbitrierungs- und Fehlererkennungsmechanismus zur Vermeidung bzw. Erkennung von Datenkollisionen erforderlich. Diese Mechanismen sind entweder in Hardware (z. B. beim CAN-Bus) oder in Software zu implementieren. Sowohl in der ECU als auch in der an die ECU angebundenen Komponente (Sensor oder Aktuator) ist zur Aufbereitung der übertragenen Daten ein Mikrocontroller mit einem Datenspeicher erforderlich. In einem jeweiligen Speicher ist ein spezifisches Ablaufprogramm für die ECU und die an diese angebundene Komponente enthalten. Das Ablaufprogramm im Mikrocontroller der Komponente dient zur Steuerung der elektronischen Schaltung der Komponente. Beispielsweise dient die elektronische Schaltung zum Ansteuern intelligenter Leistungshalbleiterschalter für Lasten, zum Auslesen von Sensoren usw.In the case of a LIN or CAN bus, data transmission between the components involved in the communication usually takes place in the half-duplex method. This requires an arbitration and error detection mechanism to prevent or detect data collisions. These mechanisms can be implemented either in hardware (eg the CAN bus) or in software. Both in the ECU and in the component (sensor or actuator) connected to the ECU, a microcontroller with a data memory is required to process the transmitted data. In a respective memory, a specific sequence program for the ECU and the connected to this component is included. The sequence program in the microcontroller of the component is used to control the electronic circuit of the component. For example, the electronic circuit is used to drive intelligent power semiconductor switches for loads, for reading sensors, etc.
Solange eine elektronische Schaltung nicht in einer ausgelagerten Komponente, sondern innerhalb einer ECU realisiert ist, erfolgt die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller der ECU und der elektronischen Schaltung häufig auf Basis eines SPI-Busses. Der SPI (Serial Peripheral Interface)-Bus ist ein synchroner serieller Datenbus. Der SPI-Bus ermöglicht die Verbindung digitaler Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip. Der Master ist beispielsweise ein Mikrocontroller, an den prinzipiell beliebig viele Slave-Geräte oder -bausteine angeschlossen sind. Slave-Geräte können beispielsweise die bereits erwähnten Aktuatoren sein. In diesem Bussystem legt der Master fest, mit welchem Slave-Gerät er kommunizieren möchte.As long as an electronic circuit is not implemented in an outsourced component but within an ECU, the communication between the microcontroller of the ECU and the electronic circuit is often based on an SPI bus. The SPI (Serial Peripheral Interface) bus is a synchronous serial data bus. The SPI bus enables the connection of digital circuits according to the master-slave principle. The master is, for example, a microcontroller to which in principle any number of slave devices or modules are connected. Slave devices may be, for example, the already mentioned actuators. In this bus system, the master determines which slave device it wants to communicate with.
Um die Ansteuerung der elektronischen Schaltung auch in einer ausgelagerten Komponente über bekannte und bewährte Kommunikationsmechanismen vornehmen zu können, ist auch in den ausgelagerten Komponenten erwünscht, die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller der ausgelagerten Komponente und der elektronischen Schaltung auf Basis des SPI-Busses vorzunehmen.In order to make the control of the electronic circuit in an outsourced component via known and proven communication mechanisms is also desirable in the outsourced components to make the communication between the microcontroller of the outsourced component and the electronic circuit based on the SPI bus.
Ein sich hieraus ergebender Nachteil besteht darin, dass die Kosten der ausgelagerten Komponente sehr hoch sind, da für die Anbindung der Komponente über den CAN- oder LIN-Bus jeweils ein Mikrocontroller in der Komponente vorgesehen werden muss. Neben den reinen Hardwarekosten fallen dabei auch Kosten für die Implementierung und Pflege des in dem Mikrocontroller der ausgelagerten Komponente vorgesehenen Ablaufprogramms an.A resulting disadvantage is that the cost of the outsourced component are very high, since for the connection of the component via the CAN or LIN bus in each case a microcontroller must be provided in the component. In addition to the pure hardware costs, this also includes costs for the implementation and maintenance of the sequence program provided in the microcontroller of the outsourced component.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationssystem der oben beschriebenen Art anzugeben, welches auf einfachere und kostengünstigere Weise die Anordnung einer elektronischen Schaltung in einer von einem zentralen Rechner ausgelagerten und entfernt angeordneten Komponente erlaubt.It is therefore an object of the present invention to provide a communication system of the type described above, which allows a simpler and more cost-effective manner, the arrangement of an electronic circuit in an outsourced from a central computer and remote component.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kommunikationssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by a communication system according to the features of
Die Erfindung schafft ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner angeordneten Recheneinheit und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung. Das Kommunikationssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Schaltung einer räumlich von dem zentralen Rechner entfernt angeordneten Komponente angeordnet ist. Die Recheneinheit umfasst eine erste Schnittstelle zur Kommunikation mit der elektronischen Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst eine zweite Schnittstelle zur Kommunikation mit der Recheneinheit, wobei die erste und die zweite Schnittstelle auf einem taktsynchronen seriellen Datenbus mit einer Mehrzahl an Signalleitungen basieren. Die zwischen dem zentralen Rechner und der Komponente verlaufenden Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen sind dazu ausgebildet, die Signale mit einem von dem taktsynchronen seriellen Datenbus verschiedenen Übertragungsverfahren zu übertragen.The invention provides a communication system, in particular for a motor vehicle, having a computing unit arranged in a central computer and having an electronic circuit which can be controlled by the computing unit. The communication system is characterized in that the electronic circuit of a spatially arranged away from the central computer component is arranged. The arithmetic unit comprises a first interface for communication with the electronic circuit. The electronic circuit includes a second interface for communicating with the computing unit, the first and second interfaces being based on an isochronous serial data bus having a plurality of signal lines. The portions of the plurality of signal lines extending between the central computer and the component are configured to transmit the signals with a different transmission method from the isochronous serial data bus.
Die direkte Kommunikation der Recheneinheit (beispielsweise in Gestalt eines Mikrocontrollers) des zentralen Rechners mit der elektronischen Schaltung der räumlich entfernt angeordneten Komponente gemäß den Spezifikationen des ersten Datenbusses weist eine Reihe von Vorteilen auf. Es ergibt sich eine signifikante Kosteneinsparung bei Hard- und Software in der räumlich entfernt angeordneten Komponente, da in dieser eine zusätzliche Recheneinheit (beispielsweise in Gestalt eines weiteren Mikroprozessors) nicht erforderlich ist. Damit braucht auch der mit der Recheneinheit in Verbindung stehende Datenspeicher und das darauf vorgesehene Ablaufprogramm nicht vorgesehen zu sein. Auch die Kosten für die Software in dem zentralen Rechner sind reduziert, da die Implementierung eines Protokolls zur Kommunikation zwischen dem zentralen Rechner und der räumlich entfernt angeordneten Komponente nicht erforderlich ist. Aus dem gleichen Grund ergibt sich eine Einsparung an Ressourcen hinsichtlich Laufzeit und notwendigem Datenspeicher in dem zentralen Rechner. Die Verwaltung, z. B. Aktualisierung, der für den Betrieb des Kommunikationssystems im gesamten erforderlichen Software wird zudem vereinfacht. Es ist erfindungsgemäß lediglich die Implementierung und Pflege eines Programms in der Recheneinheit des zentralen Rechners erforderlich. The direct communication of the arithmetic unit (for example in the form of a microcontroller) of the central computer with the electronic circuit of the remote component according to the specifications of the first data bus has a number of advantages. This results in a significant cost savings in hardware and software in the remote component, since in this an additional processing unit (for example in the form of another microprocessor) is not required. Thus, the data storage connected to the arithmetic unit and the sequence program provided thereon need not be provided. Also, the cost of the software in the central computer is reduced, since the implementation of a protocol for communication between the central computer and the remote component is not required. For the same reason, there is a saving of resources in terms of running time and necessary data storage in the central computer. The administration, z. B. Updating, for the operation of the communication system throughout the required software is also simplified. It is according to the invention only the implementation and maintenance of a program in the arithmetic unit of the central computer required.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst der Rechner eine der Mehrzahl an Signalleitungen entsprechende Anzahl an ersten Signalumsetzern zur Umwandlung der Signale des taktsynchronen Datenbusses auf das verschiedene Übertragungsverfahren, und umgekehrt. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Komponente eine der Mehrzahl an Signalleitungen entsprechende Anzahl an zweiten Signalumsetzern umfasst zur Umwandlung der Signale des taktsynchronen Datenbusses auf das verschiedene Übertragungsverfahren, und umgekehrt.In an expedient embodiment, the computer comprises one of the plurality of signal lines corresponding number of first signal converter for converting the signals of the isochronous data bus to the different transmission method, and vice versa. It is also expedient if the component comprises a number of second signal converters corresponding to the plurality of signal lines for converting the signals of the isochronous data bus to the different transmission method, and vice versa.
An die Recheneinheit sowie die elektronische Schaltung ist eine der Anzahl des ersten Datenbusses entsprechende Anzahl an Signalleitungen angeschlossen, welche ihrerseits jeweils mit einem der erwähnten Signalumsetzer gekoppelt sind. Über die Signalleitungen werden dann Signale entsprechend den Spezifikationen des ersten Datenbusses gesendet bzw. empfangen.Connected to the arithmetic unit and the electronic circuit is a number of signal lines corresponding to the number of the first data bus, which in turn are each coupled to one of the signal converters mentioned. Signals are then sent or received in accordance with the specifications of the first data bus via the signal lines.
Der erste Datenbus basiert vorzugsweise auf einem SPI (Serial Peripheral Interface). Die in einer SPI üblicherweise verwendeten Signale sind ein Clock-Signal, ein Datensignal über einen Downstream-Kanal von der Recheneinheit zu einer der elektronischen Schaltungen (SDI – Serial Data In), ein Datensignal über einen Upstream-Kanal von einer der elektronischen Schaltungen zu der Recheneinheit des zentralen Rechners (SDO – Serial Data Out) sowie ein optionales Auswahlsignal (CS – Chip Select). Die SPI-Signale werden zur Übertragung zwischen der Recheneinheit und der elektronischen Schaltung der entfernt angeordneten Komponente auf eine dem Datenübertragungsverfahren der Mehrzahl an Abschnitten verwendete Spezifikation konvertiert. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass keine Zusatzkosten für die Implementierung proprietärer Schnittstellen anfallen, da standardisierte, anwendungstaugliche und eingeführte Komponenten verwendet werden können.The first data bus is preferably based on an SPI (Serial Peripheral Interface). The signals commonly used in an SPI are a clock signal, a data signal via a downstream channel from the arithmetic unit to one of the electronic circuits (SDI - Serial Data In), a data signal via an upstream channel from one of the electronic circuits to the Computing unit of the central computer (SDO - Serial Data Out) and an optional selection signal (CS - Chip Select). The SPI signals are converted to a specification used in the data transmission method of the plurality of sections for transmission between the arithmetic unit and the electronic circuit of the remote component. An advantage of this approach is that there are no additional costs for implementing proprietary interfaces, as standardized, application-ready and imported components can be used.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Signalumsetzer zur Anpassung eines Spannungspegels des taktsynchronen seriellen Datenbusses und des verschiedenen Datenübertragungsverfahrens ausgebildet sind. Durch die Signalumsetzer erfolgt dadurch keine Protokollumsetzung. Vielmehr werden lediglich die elektrischen Eigenschaften des ersten Datenbusses und des weiteren Übertragungsverfahrens berücksichtigt und aneinander angepasst. Insbesondere wird dabei durch das verschiedene Übertragungsverfahren ein solches verwendet, das für standardisierte Kabelbäume, insbesondere im Anwendungsbereich von Kraftfahrzeugen, geeignet ist.It is furthermore expedient if the signal converters are designed to adapt a voltage level of the isochronous serial data bus and of the different data transmission method. By the signal converter thereby no protocol conversion. Rather, only the electrical properties of the first data bus and the further transmission method are taken into account and adapted to one another. In particular, the different transmission method uses one which is suitable for standardized cable harnesses, in particular in the field of application of motor vehicles.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen gegen Störpulse und/oder EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) und/oder Kurzschluss gegenüber in dem Kommunikationssystem auftretenden Versorgungsspannungen (Versorgungspotential und/oder Bezugspotential) geschützt sind. Hierdurch vereinfacht sich nicht nur der Aufwand zur elektrischen Verbindung von Recheneinheit mit elektronischer Schaltung in den entfernt angeordneten Komponenten. Es kann darüber hinaus auch die Übertragungssicherheit auf das üblicherweise erforderliche Maß gebracht werden, ohne zusätzlichen Aufwand betreiben zu müssen.It is also expedient if the sections of the plurality of signal lines are protected against interference pulses and / or EMC (electromagnetic compatibility) and / or short circuit with respect to supply voltages (supply potential and / or reference potential) occurring in the communication system. This not only simplifies the effort for the electrical connection of arithmetic unit with electronic circuit in the remote components. In addition, the transmission reliability can be brought to the level usually required, without having to operate additional effort.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen Busleitungen eines anderen, von dem taktsynchronen seriellen Datenbus verschiedenen Datenbusses sind und deren elektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann der andere Datenbus die elektrischen Eigenschaften eines CAN-Busses oder eines LIN-Busses aufweisen. Entsprechend der Realisierung des anderen Datenbusses werden entsprechende Signalumsetzer verwendet. Im Falle eines CAN-Busses für die Mehrzahl der Abschnitte der Signalleitungen werden Transceiver in dem zentralen Rechner und der entfernt angeordneten elektronischen Komponente verwendet. Basieren die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen auf einem LIN-Bus, so werden als Signalumsetzer LIN-Transceiver eingesetzt. Neben den beiden genannten Datenbussen als andere Datenbusse können auch weitere geeignete, vorzugsweise auf einem seriellen Übertragungsverfahren beruhende Datenbusse eingesetzt werden.It is furthermore expedient if the sections of the plurality of signal lines are bus lines of another data bus, which is different from the clock-synchronous serial data bus, and have their electrical properties. For example, the other data bus may have the electrical characteristics of a CAN bus or a LIN bus. According to the realization of the other data bus, corresponding signal converters are used. In the case of a CAN bus for the majority of sections of the signal lines, transceivers are used in the central computer and the remote electronic component. If the sections of the plurality of signal lines are based on a LIN bus, LIN transceivers are used as signal converters. In addition to the two mentioned data buses as other data buses, it is also possible to use further suitable data buses, preferably based on a serial transmission method.
Die erste und die zweite Schnittstelle basieren, wie erwähnt, vorzugsweise auf einer SPI (Serial Peripheral Interface) mit zumindest drei Signalleitungen. Die Verwendung einer SPI als erste und zweite Schnittstelle weist den Vorteil auf, dass die Kommunikation zwischen der Recheneinheit in dem zentralen Rechner und der elektronischen Schaltung in der entfernt angeordneten Komponente mit einer im Vergleich erhöhten Bandbreite erfolgen kann. Insbesondere ist ein Vollduplex-Betrieb möglich, in dem parallel Daten über den Downstream- und den Upstream-Kanal übertragen werden können. Darüber hinaus weist eine SPI den Vorteil auf, dass kein Protokoll-Overhead entsteht, da keine Arbitrierungs- und Datenkollisionserkennung erforderlich ist. The first and second interfaces are, as mentioned, preferably based on an SPI (Serial Peripheral Interface) with at least three signal lines. The use of an SPI as first and second interface has the advantage that the communication between the arithmetic unit in the central computer and the electronic circuit in the remote component can take place with a comparatively increased bandwidth. In particular, full-duplex operation is possible in which data can be transmitted in parallel via the downstream and upstream channels. In addition, an SPI has the advantage that no protocol overhead arises because no arbitration and data collision detection is required.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer SPI für die erste und zweite Schnittstelle besteht darin, dass in erfindungsgemäßer Weise mehrere Komponenten und damit elektronische Schaltungen parallel verschaltet werden können. Ebenso ist die Verschaltung in einer Daisy Chain möglich. Es ist dabei unerheblich, ob die zusätzlichen Komponenten interne Komponenten des zentralen Rechners oder die betreffenden elektronischen Schaltungen in entfernt angeordneten Komponenten angeordnet sind.Another advantage of using an SPI for the first and second interface is that several components and thus electronic circuits can be connected in parallel in accordance with the invention. Similarly, the interconnection in a daisy chain is possible. It is irrelevant whether the additional components internal components of the central computer or the relevant electronic circuits are arranged in remote components.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem
Das Kommunikationssystem
Der Mikrocontroller
Der Datenbus einer SPI weist wenigstens drei gemeinsame Leitungen auf, an die jedes Slave-Gerät sowie der Master angeschlossen sind. Über eine Signalleitung
Die Recheneinheit
Nachdem der zentrale Rechner
An den Übergängen von den Abschnitten
Die Signalumsetzer
Bei der Signalumwandlung des elektrischen Signals in ein elektrisches Signal mit anderen Eigenschaften wird insbesondere der Spannungspegel des Signals angepasst.In the signal conversion of the electrical signal into an electrical signal with other properties, in particular, the voltage level of the signal is adjusted.
Ein Vorteil des beschriebenen Vorgehens besteht darin, dass nunmehr eine Voll-Duplex-fähige Datenkommunikation zwischen der Recheneinheit
Aus Sicht der Recheneinheit
Wie aus der
In einer Abwandlung des in
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