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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Programmierung eines Subsystem eines Datenübertragungssystems mit einer Basissoftware, bei welchem ein erstes Subsystem mit einem zweiten Subsystem, welches dem ersten Subsystem hierarchisch übergeordnet ist, Daten austauscht, wobei das erste, dem zweiten Subsystem untergeordnete Subsystem von dem zweiten, übergeordneten Subsystem programmiert wird sowie ein Datenübertragungssystem zur Durchführung des Verfahrens.
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Für Geräte, welche elektronische Baugruppen mit einer Recheneinheit (z. B. einen Mikrocontroller) mit einem programmierbaren Speicher beinhalten, besteht die Notwendigkeit, dass die Speichereinheit während oder nach der Produktion mit einer gerätespezifischen Basissoftware programmiert wird. Die Basissoftware stellt dabei die Grundfunktionalitäten des Gerätes zur Verfügung. Insbesondere handelt es sich bei der Basissoftware um eine herkömmlich auch als Firmware bezeichnete Software. Diese Software ist in dem programmierbaren Speicher der Recheneinheit gespeichert.
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Zur Programmierung der Basissoftware dieser Geräte stehen hauptsächlich zwei Methoden zur Verfügung. Bei der ersten Methode erfolgt die Programmierung des programmierbaren Speichers der Recheneinheit des Gerätes während des Fertigungsprozesses. Dies kann erfolgen, indem vorprogrammierte Schaltkreise in das Gerät eingebaut werden oder die Schaltkreise kurz vor der Bestückung der Geräteplatine programmiert werden. Alternativ kann die Programmierung auch dann erfolgen, wenn der zu programmierende Schaltkreis bereits in dem Gerät verbaut ist.
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In einer zweiten Variante kann die Programmierung nach dem Fertigungsprozess des Gerätes vorgenommen werden. Dabei können beispielsweise externe Speicher, z. B. in Form von Speicherkarten, programmiert werden, oder das Gerät wird über ein spezielles Programmierwerkzeug, das in Form von Hardware oder Software vorliegen kann, unter Nutzung einer Basissoftware-Ladefunktionalität des Gerätes programmiert. Bei der Nutzung dieser Basissoftware-Ladefunktionalität erfolgt die Programmierung des Gerätes über eine Standardschnittstelle, welche das Gerät mit dem speziellen Programmierwerkzeug verbindet. Wird eine Basissoftware-Ladefunktionalität verwendet, erfolgt die Programmierung jeweils immer hierarchisch, d. h. ein untergeordnetes Gerät wird über seine Hauptschnittstelle von dem Programmierwerkzeug oder einem in der Hierarchie übergeordneten. Gerät programmiert.
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Nachteilig dabei ist, dass die Basissoftware des Programmierwerkzeuges oder des übergeordneten Gerätes dabei jedoch nicht programmiert bzw. erneuert werden kann. Dieses Programmierwerkzeug oder das übergeordnete Gerät muss dann wiederum nach dem gleichen Verfahren programmiert werden, indem die Programmierung durch ein. zweites, in einer noch höheren Hierarchieebene angeordnetes Programmierwerkzeug bzw. Gerät erfolgt. Dazu ist an dem übergeordneten Gerät eine weitere Schnittstelle zwischen dem übergeordneten Gerät und dem neuen Programmierwerkzeug aus der darüber stehenden Hierarchieebene notwendig, welches das übergeordnete Gerät programmieren soll. Als übergeordnetes Programmierwerkzeug kann aber auch ein Subsystem des Gerätes genutzt werden, welches hierarchisch über dem zu programmierenden Subsystem des Gerätes steht. Dadurch werden unterschiedliche Schnittstellen zwischen den Subsystemen notwendig, welche die Verwendung von unterschiedlichen Programmierwerkzeugen für die Programmierung des Subsystems notwendig macht.
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1 zeigt ein Beispiel wie die Programmierung eines Subsystems 1 durch ein Subsystem 2 oder eine Programmiereinheit 2 erfolgt. Das Subsystem 2 bzw. die Programmiereinheit 2 sind dabei innerhalb des Gerätes dem Subsystem 1 hierarchisch übergeordnet. Das zu programmierende Subsystem 1, welches im vorliegenden Fall eine untergeordnete Komponente des Gerätes darstellt, und dabei stets eine speziellere Funktionsweise gegenüber dem Subsystem 2 bzw. der Programmiereinheit 2 ausführt, enthält eine Recheneinheit in Form eines Mikrocontrollers 1a, welcher intern oder extern einen Speicher 1b enthält. In dem Speicher 1b ist neben dem Hauptprogramm 1c als Software zusätzlich eine Firmware-Ladefunktionalität 1d abgespeichert. Das übergeordnete Subsystem 2 bzw. die Programmiereinheit 2 ist ähnlich aufgebaut und enthält ebenfalls eine Recheneinheit (Mikrocontroller) 2a, welche mit einem Speicher 2b verbunden ist, der aber auch intern in der Recheneinheit 2a verbaut sein kann. Im Speicher 2b ist als Software das Hauptprogramm 2c des Subsystems 2 bzw. der Programmiereinheit 2 abgespeichert. Über eine Schnittstelle 3 ist das Subsystem 2 mit dem. Subsystem 1 verbunden. Soll aber das Subsystem 2 programmiert werden, so ist eine weitere Schnittstelle 4 notwendig, damit das Subsystem 2 über ein hierarchisch noch höherstehendes Subsystem oder eine Programmiereinheit programmiert werden kann.
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Neben der zur Programmierung notwendigen Vielfalt der Hardware- bzw. Softwareschnittstellen ist weiterhin eine Vielzahl von Hardware- und Softwarewerkzeugen für die Programmierung des Gerätes bzw. der Subsysteme notwendig. Übergeordnete Geräte/Subsysteme können nur mit einer funktionsrelevanten Schnittstelle zum untergeordneten Gerät bzw. Subsystem manuell programmiert werden, was bedeutet, dass das Geräte oder das Subsystem geöffnet werden muss, um mittels eines direkten Zugriffes auf die Hardware und die in der Hardware verbaute Programmierschnittstelle eine Programmierung durchzuführen. Soll ein Gerät oder ein Subsystem sowohl selbstprogrammierbar sein als auch andere Subsysteme programmieren können, so sind aufgrund der unterschiedlich anzusprechenden Schnittstellen umfangreiche Softwareprogramme notwendig, da für jede Schnittstelle eine andere Software zur Programmierung benötigt wird.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Programmierung eines Subsystem eines Datenübertragungssystems mit einer Basissoftware sowie ein Datenverarbeitungssystem anzugeben, bei welchem die Vielfalt der Hardware- und Softwareschnittstellen bzw. auch die Vielfalt von Hardware- und Softwarewerkzeugen zur Programmierung reduziert wird, und trotzdem eine zuverlässige Programmierung von jedem beliebigen Subsystem in einem Gerät bzw. des Gerätes selbst erfolgen kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine Programmiereinheit zur Programmierung der Basissoftware in das übergeordnete, zweite Subsystem in eine Datenflussrichtung von dem untergeordneten ersten Subsystem zum übergeordneten zweiten Subsystem eingreift und in diese Datenflussrichtung Programmiersignale einspeist. Dies hat den Vorteil, dass der schon bestehende Datenfluss zwischen dem untergeordneten ersten Subsystem und dem übergeordneten zweiten Subsystem um zusätzliche Programmierdaten ergänzt wird und somit universal sowohl für die Programmdatenübertragung zwischen dem untergeordneten und dem übergeordneten Subsystem als auch für die Programmdatenübertragung von der Programmiereinheit zum übergeordnete Subsystem einsetzbar ist. Durch den Eingriff in eine schon bestehende Datenverbindung sind Programmierwerkzeuge sowohl zur Programmierung von untergeordneten Subsystemen als auch zur Programmierung von übergeordneten Subsystemen einsetzbar. Die Vielfalt der Programmierwerkzeuge wird dadurch eingeschränkt.
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Vorteilhafterweise stellt die Programmiereinheit den Programmiersignalen, insbesondere einem Programmierprotokoll oder einem Bitmuster, eine Kennung voran, wodurch das übergeordnete, zweite Subsystem von einem Basismodus in einen Programmiermodus umschaltet. Durch diese Umschaltung wird der normalerweise in der Datenflussrichtung von dem untergeordneten ersten Subsystem zum übergeordneten zweiten Subsystem ablaufende Datenverkehr unterbrochen und die Verbindung der Programmiereinheit mit dem übergeordneten zweiten Subsystem für die Programmierung hergestellt. Anhand der Kennung erkennt das übergeordnete zweite Subsystem, dass eine Neu- oder Wiederholungsprogrammierung der Basissoftware erfolgen soll.
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In einer Ausgestaltung enthält die Kennung ein Passwort, welches von dem übergeordneten, zweiten Subsystem mit einem, in dem zweiten Subsystem gespeicherten Passwort verglichen wird, wobei bei Übereinstimmung der Passwörter von dem Basismodus in den Programmiermodus umgeschaltet wird. Damit wird sichergestellt, dass immer die richtige Basissoftware in dem gewünschten zweiten Subsystem programmiert wird und nicht fehlerhafterweise ein anderes Subsystem mit einer unverträglichen Basissoftware beaufschlagt wird.
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Zur Durchführung der Programmierung der Basissoftware in dem übergeordneten, zweiten Subsystem wird durch die Kennung eine, in dem übergeordneten, zweiten Subsystem gespeicherte Basissoftware-Ladefunktionalität aktiviert. Mittels der Basissoftware-Ladefunktionalität ist die Programmierung über eine Standardschnittstelle möglich, was die Hardware des Subsystems vereinfacht.
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In einer Variante wird die Programmiereinheit durch ein drittes Subsystem, welches mit dem zweiten Subsystem in derselben Hierarchieebene des Datenübertragungssystems angeordnet ist, realisiert. Die Anteile an der Basissoftware, welche die Basissoftware-Ladefunktionalität realisieren, werden durch die Verwendung von nur einer Schnittstelle für die Ein- und Fremdprogrammierung einfacher und universeller einsetzbar, wobei auch der Bedarf an Speicherplatz in der jeweiligen Recheneinheit des Subsystems verringert wird.
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Insbesondere erfolgt die Programmierung der Basissoftware als Initialprogrammierung oder als Wiederholungsprogrammierung. Durch die Wiederholungsprogrammierung werden gegebenenfalls veraltete Softwaremodule der ursprünglichen Basissoftware aus dem Subsystem gelöscht bzw. diese werden überschrieben. Dieser Vorgang wird auch als Rekonfiguratiion bzw. als Upgrade bezeichnet. Eine Rekonfiguration kann beispielsweise auch dann erforderlich sein, wenn neuere Versionen der Basissoftware vorliegen oder wenn für die spezielle Applikation spezielle ergänzende Softwaremodule für die Basissoftware erforderlich sind.
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Eine Weiterbildung der Erfindung betrifft ein Datenübertragungssystem, insbesondere ein Messsystem zur Bestimmung einer physikalischen oder chemischen Größe eines Mediums, bestehend aus mindestens einem untergeordneten, ersten Subsystem und mindestens einem, dem ersten Subsystem übergeordneten, zweiten und dritten Subsystem, wobei jedes Subsystem eine Recheneinheit und eine Speichereinheit aufweist und in jeder Speichereinheit eine Basissoftware des jeweiligen Subsystems abgespeichert ist, wobei das untergeordnete, erste Subsystem über eine Schnittstelle mit dem übergeordneten, zweiten Subsystem zum Datenaustausch und/oder zur Programmierung des untergeordneten ersten Subsystems durch das übergeordnete zweite Subsystem verbunden ist. Um die Vielfalt von Programmierwerkzeugen und/oder Programmierschnittstellen zu reduzieren, ist das dritte Subsystem zur Programmierung der Basissoftware des zweiten Subsystems mit der Schnittstelle verbunden und speist in eine Datenflussrichtung von dem untergeordneten, ersten Subsystem zum übergeordneten, zweiten Subsystem der Schnittstelle Programmiersignale ein. Dies hat den Vorteil, dass mittels nur einer universellen Schnittstelle ein Datenaustausch zwischen dem untergeordneten und dem übergeordneten Subsystem erfolgen kann, wobei über dieselbe Schnittstelle eine Programmierung des übergeordneten, zweiten Subsystems erfolgt. Damit wird die Anzahl von Programmierwerkzeugen sowohl zur Programmierung der untergeordneten Subsysteme als auch zur Programmierung von übergeordneten Subsystemen verringert. Wird ein übergeordnetes Subsystem in die Lage versetzt, dass es über eine untergeordnete Schnittstelle programmiert werden kann, so ist diese Schnittstelle universal für die Programmierung der unter- als auch der übergeordneten Subsysteme nutzbar. Die Verwendung dieser universellen Schnittstelle ermöglicht die Schaffung von Programmiereinheiten, welche als Programmzwischenspeicher dienen. Das heißt, es können gegebenenfalls transportable Programmiereinheiten geschaffen werden, welche universell zur Programmierung von Subsystemen unterschiedlicher Hierarchieanordnung verwendet werden können.
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Vorteilhafterweise ist das übergeordnete dritte Subsystem in derselben Hierarchieebene wie das übergeordnete, zweite Subsystem angeordnet. Somit wird auf eine, dem zweiten Subsystem übergeordnete weitere Schnittstelle verzichtet, was die Hardware bzw. Software des jeweiligen Subsystems vereinfacht. Gleichwertige, in einer Hierarchieebene liegende Subsysteme können untereinander programmiert werden, wodurch weitere Programmierwerkzeuge entfallen.
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In einer Ausgestaltung ist zur Programmierung des zweiten Subsystems durch das dritte Subsystem in der Schnittstelle die Datenflussrichtung von dem untergeordneten, ersten Subsystem zum übergeordneten zweiten Subsystem separiert, vorzugsweise unterbrochen. Die Schnittstelle kann dabei als Hardware oder als Software ausgebildet sein, wobei mehrere in einer Hierarchieebene angeordnete Subsysteme an der Schnittstelle eingreifen können.
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In einer besonders einfachen Variante ist die Informationsrichtung von dem untergeordneten, ersten Subsystem zum übergeordneten, zweiten Subsystem als separate Datenleitung ausgebildet. Softwaremäßig wird eine solche separierte Datenflussrichtung durch ein Halbduplexverfahren realisiert, bei welchem das untergeordnete Subsystem als Sender und das übergeordnete Subsystem als Empfänger dient.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Schnittstelle zur Programmierung des zweiten Subsystems durch das dritte Subsystem einen Umschalter auf, welcher das dritte Subsystem mit dem zweiten Subsystem verbindet. Dies hat den Vorteil, dass das dritte Subsystem sowohl das untergeordnete erste Subsystem als auch das übergeordnete zweite Subsystem programmieren kann. Dadurch wird die Vielfalt der Programmierwerkzeuge noch weiter eingeschränkt.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Eine davon soll anhand der in der Zeichnung. dargestellten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
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1: Programmierung eines Subsystems nach dem Stand der Technik
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2: Programmierung von verschiedenen Subsystemen innerhalb eines Messsystems.
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Gleiche Merkmale sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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2 zeigt ein als Messsystem 5 ausgebildetes Datenübertragungssystem, welches aus verschiedenen Subsystemen 1, 2, 6 besteht. Das Subsystem 1 stellt dabei eine Sensoreinheit dar, wobei das Subsystem 2 einen Messumformer bildet. Das Subsystem 6 kann als USB-Anbindung für weitere Geräte an die Sensoreinheit oder als Testmodul, mit dessen Hilfe Fertigungsanalysen der Sensoreinheit durchgeführt werden können, ausgebildet sein.
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Das als Sensoreinheit ausgebildete Subsystem 1 weist einen nicht weiter dargestellten Messaufnehmer auf, der mit einem Medium beaufschlagbar ist und dessen physikalische oder chemische Eigenschaft gemessen werden soll. Dieser Messaufnehmer umfasst dabei einen physikalisch-elektrischen oder chemisch-elektrischen Wandler, der ein von dem Wert der Messgröße abhängiges, analoges elektrisches Signal ausgibt. Bei dem Messaufnehmer kann es sich beispielsweise um eine pH-Einstabmesskette, auch als pH-Glaselektrode bezeichnet, handeln, die den aktuellen pH-Wert des Messmediums in eine Potentialdifferenz zwischen einem Referenzpotential und einem pH-abhängigen Potential wandelt. Alternativ kann der Messaufnehmer als Wandler eine induktive Leitfähigkeitsmessanordnung umfassen, die einen von einer ersten stromdurchflossenen Spule in dem Messmedium induzierten Strom mittels einer zweiten Empfängerspule detektiert und eine von der Leitfähigkeit des Messmediums abhängige Spannung bzw. Stromstärke als Signal ausgibt. Möglich ist auch eine Ausgestaltung des Messaufnehmers als amperometrische Messanordnung, die eine von der Konzentration eines im Messmedium gelösten Gases, wie beispielsweise O2 oder CO2, abhängige Stromstärke ausgibt. Weitere Ausgestaltungen des Messaufnehmers sind denkbar, insbesondere zur Messung eines Massendurchflusses, einer Dichte, einer Viskosität, eines Volumendurchflusses, einer Strömungsgeschwindigkeit, eines Drucks, einer Temperatur oder einer Trübung.
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Das als Sensoreinheit ausgebildete Subsystem 1 umfasst zur internen Weiterverarbeitung des vom Messaufnehmer ausgegebenen Messsignals eine Schaltung M1, die neben dem Mikrocontroller 1a einen Datenspeicher 1b aufweist, welcher entweder intern im Mikrocontroller 1a selbst angeordnet oder extern als Speicherkarte im Subsystem 1 positioniert ist. In dem Datenspeicher 1b ist eine subsystemspezifische Basissoftware, welche als Firmware bezeichnet wird, gespeichert, die die zur Verarbeitung der Messsignale erforderlichen Grundfunktionen bereitstellt. Neben der Basissoftware, die als Hauptprogramm 1c abgespeichert ist, ist in dem Datenspeicher 1b zusätzlich eine Basisfunktion-Ladefunktionalität 1d abgelegt. Der Datenspeicher 1b kann beispielsweise als EEPROM-Schaltkreis oder mittels mehrerer modularer EEPROM-Schaltkreise realisiert sein. Ein solcher EEPROM-Schaltkreis stellt einen nicht-flüchtigen Datenspeicher dar, auf den der Mikrocontroller 1a Daten lesen als auch Daten schreiben kann.
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Das vom Messaufnehmer ausgegebene, in der Regel analoge Messsignal wird dem Mikrocontroller 1a über eine Eingangsstufe zugeführt, die einen nicht weiter dargestellten Analog-Digital-Wandler umfasst, der analoge Messsignale in digitale Messdaten umwandelt. Der Mikrocontroller 1a bereitet die von dem Messaufnehmer bereitgestellten Signale auf und leitet diese zur Weiterverarbeitung über eine Schnittstelle 3 an das als Messumformer ausgebildete Subsystem 2 weiter. Über die Schnittstelle 3 können zwischen dem als Sensoreinheit ausgebildeten Subsystem 1 und dem als Messumformer ausgebildeten Subsystem 2 Daten und/oder Energie in beide Richtungen übertragen. werden. Bei dem als Messumformer ausgebildeten Subsystem 2 handelt es sich um eine Datenverarbeitungseinheit, welche die von dem als Sensoreinheit ausgebildeten Subsystem 1 empfangenen Daten verarbeitet und beispielsweise über eine nicht dargestellte Schnittstelle an ein Anzeigegerät, z. B. ein Display, oder an eine weitere übergeordnete Einheit, beispielsweise ein Prozessleitsystem, ausgeben kann. Das Subsystem 2 ist dem Subsystem 1 hierarchisch übergeordnet. D. h. das Subsystem 1 führt speziellere Aufgaben aus als das Subsystem 2.
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Das als Messumformer ausgebildete Subsystem 2 besitzt einen ähnlichen Aufbau wie das Subsystem 1 und beinhaltet eine Schaltung M2, deren Kern ein Mikrocontroller 2a als Recheneinheit bildet. Auch dieser Mikrocontroller 2a ist mit einem Datenspeicher 2b, der entweder intern im Mikrocontroller oder extern in dem Subsystem 2 angeordnet ist, verbunden. In dem Datenspeicher 2b sind eine für das Subsystem 2 spezifizierte Basissoftware in Form eines Hauptprogrammes 2c und eine Basissoftware-Ladefunktionalität 2d abgespeichert. Die Basissoftware-Ladefunktionalität 2d stellt dabei. einen speziellen Softwareteil dar.
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Das dritte Subsystem 6, welches entweder eine USB-Anbindung oder das Testmodul darstellen kann, liegt in derselben Hierarchieebene wie das als Messumformer ausgebildete Subsystem 2. Dieses Subsystem 6 kann entweder das untergeordnete Subsystem 1 oder auch das gleichwertige zweite Subsystem 2 mit einer neuen Basissoftware programmieren. Zu diesem Zweck ist das dritte Subsystem 6 ebenfalls an die, das Subsystem 1 und das Subsystem 2 verbindenden Schnittstelle 3 geführt, wobei die Schnittstelle 3 einen Umschalter 7 aufweist. Mittels dieses Umschalters 7 wird der bidirektionale Datenfluss zwischen dem Subsystem 1 und dem Subsystem 2 unterbrochen und es wird eine direkte Verbindung des Subsystems 3 mit dem Subsystem 1 oder dem Subsystem 2 hergestellt. Das Subsystem 6 beinhaltet ebenfalls eine Schaltung M3 mit einem Mikrocontroller 6a, einem Datenspeicher 6b sowie der neu zu programmierenden Basissoftware, die in dem Subsystem 6 als Hauptprogramm 6c abgespeichert ist.
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Verbindet der Umschalter 7 der Schnittstelle 3, welcher sowohl als Hardware oder auch als Software ausgebildet sein kann, das Subsystem 6, welches in diesem Fall als Programmiereinheit arbeitet, mit dem als Messumformer ausgebildeten Subsystem 2, so sendet das Subsystem 3 Programmiersignale, welchen eine Kennung vorangestellt ist. Diese Kennung umfasst ein Passwort, das durch den Mikrocontroller 2a des Subsystems 2 mit einem im Datenspeicher 2d abgespeicherten Passwort verglichen wird. Bei Übereinstimmung dieser beiden Passwörter erkennt das Subsystem 2, dass eine Programmierung der Basissoftware im Datenspeicher 2b erfolgen soll. In diesem Fall startet der Mikrocontroller 2a die Basissoftware-Ladefunktionalität 2d und das in dem Subsystem 3 gespeicherte neue Basissoftwareprogramm 6c wird an den Mikrocontroller 2a des Subsystems 2 übertragen. Dabei kann eine alte Basissoftware 2c, welche im Datenspeicher 2b bereits vorhanden ist, überschrieben werden.
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Genauso ist der Fall vorstellbar, dass ein Messsystem neu aufgebaut wird. Dabei ist in den Subsystemen 1 und 2 keinerlei Basissoftware 1c, 2c enthalten. Mittels des Subsystems 6, welches in der gleichen Hierarchieebene wie das Subsystem 2 angeordnet ist, kann somit die neue Basissoftware in Form des Hauptprogramms 6c in den Datenspeicher 2b des Subsystems 2 bzw. den Datenspeicher 1b des Subsystems 1 geladen werden.
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Bei den Subsystemen des Messsystems, wie Messumformer, USB-Anbindung bzw. Testmodul, handelt es sich um in einer Hierarchieebene liegende, gleichwertige Subsysteme, die alle an die Schnittstelle 3 angeschlossen werden können. Jedes dieser Subsysteme, die in derselben Hierarchieebene angeordnet sind, kann dabei als Programmiereinheit für ein in derselben Hierarchieebene angeordnetes Subsystem und. für das untergeordnete Subsystem 1, welches als Sensoreinheit ausgebildet ist, genutzt werden. Dadurch wird die Vielzahl der Programmiereinheiten genauso wie die Vielzahl der für die Programmierung notwendigen Schnittstellen zuverlässig reduziert.
