-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer insbesondere ringförmigen Kommunikationsanordnung, bei dem zwischen jeweiligen Teilnehmern der Kommunikationsanordnung Daten ausgestauscht werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine solche Kommunikationsanordnung.
-
Stand der Technik
-
Im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik kommen zur Datenübertragung zwischen logischen Bausteinen, die als integrierte Schaltkreise (IC, Integrated Circuit) ausgebildet sein können als auch in Steuergeräten, serielle Schnittstellen wie bspw. SPIs (Serial Peripheral Interface) zum Einsatz.
-
Der SPI-Standard beschreibt eine bidirektionale, synchrone und serielle Datenübertragung zwischen einem als Master ausgebildeten Teilnehmer und verschiedenen als Slaves ausgebildeten Teilnehmern. Dabei umfasst eine Schnittstelle mindestens drei Leitungen zwischen dem Master und einem Slave, in der Regel sind dies zwei Datenleitungen und eine Taktleitung. Bei mehreren Slaves benötigt jeder dieser Teilnehmer eine zusätzliche Auswahl- bzw. Selektleitung vom Master.
-
Die SPI-Schnittstelle ermöglicht die Umsetzung einer Daisy-Chain- oder Bustopologie. In der Anwendung der SPI-Schnittstelle in einer Daisy-Chain-Topologie, d. h. Ringtopologie, entstehen sehr lange Latenzzeiten, weswegen diese Form nicht effizient in Kfz-Steuergeräten genutzt werden kann.
-
Ein Verfahren zur Realisierung einer Kommunikation in einem Ringbus mit minimierter Latenzzeit ist aus der Druckschrift
DE 10 2010 041 427 A1 bekannt. Bei dem Verfahren erfolgt eine serielle Verbindung von Teilnehmern bzw. Knoten mittels einer seriellen, ringförmigen Kommunikationsanordnung.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Kommunikationsanordnung gemäß Anspruch 8 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
-
Es wird insbesondere ein Verfahren zur Datenkommunikation zwischen Teilnehmern innerhalb einer ringförmigen Kommunikationsanordnung vorgestellt, wie sie bspw. in der Druckschrift
DE 10 2010 041 427 A1 beschrieben ist. Dabei sind die Teilnehmer in Form einer Ring-Topologie angeordnet, wodurch die Teilnehmer durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit einer geringen Anzahl an Pins verbunden werden können. Einer der Teilnehmer, z. B. ein Mikrocontroller, agiert als Master, wodurch eine Busarbitrierung entfällt. Bei den Slaves handelt es sich bspw. um einen diskreten Baustein bzw. diskrete Bausteine, z. B. ASICs, die von einer Logik, z. B. dem Mikrocontroller oder anderen ASICs, gesteuert werden müssen.
-
Das Master/Slave Konzept bezeichnet eine Form einer hierarchischen Verwaltung eines Zugriffs auf eine gemeinsame Ressource in einer Kommunikationsanordnung, die mehrere Teilnehmer umfasst. Wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig senden bzw. auf die Ressource zugreifen, kann aufgrund von Signalinterferenzen keine Übertragung stattfinden. Um dieses Problem zu lösen, wird einem der Teilnehmer eine Masterfunktionalität zugewiesen, dieser ist damit der Master, alle anderen sind dann Slaves. Der Master hat als einziger Teilnehmer das Recht, unaufgefordert auf die Ressource zuzugreifen. Der Master steuert bzw. beherrscht somit die Zugriffsrechte.
-
Durch einen definierten Aufbau eines Datenstroms ist es möglich, dass der Master mittels eines von dem Datenstrom umfassten mindestens einen Broadcast-Frames eine Vielzahl von Teilnehmern steuert, ohne dass diese Gefahr laufen, dass es bei einem Datenaustausch jeweiliger Teilnehmer untereinander zu einer Informationskollision, d. h. zu einem Datenverlust kommt. Dafür sind in einem von dem Master ausgesandten Datenstrom bzw. einem jeweiligen Broadcast-Frame spezifische Bereiche zur Ansteuerung jeweiliger Teilnehmer vorgesehen. Diese spezifischen Bereiche sind exklusiv nur für ein Schreiben bzw. Lesen des jeweiligen Teilnehmers und des Masters bestimmt und entsprechend für den jeweiligen Teilnehmer lesbar gekennzeichnet.
-
Der Master sendet einen kontinuierlichen Datenstrom. Durch die über den kontinuierlichen Datenstrom bereitgestellte Möglichkeit der kontinuierlichen Synchronisation benötigen die Slaves auch keinen weiteren Systemtakt, da dieser durch den kontinuierlichen Datenstrom jederzeit übermittelt bzw. abgefragt werden kann.
-
Das vorgestellte Verfahren zeichnet sich durch eine Verwendung von Broadcast-Frames aus, die an alle Teilnehmer einer jeweiligen Kommunikationsanordnung versendet werden, wobei Teile des Broadcast-Frames exklusiv für eine Bearbeitung durch spezifische Teilnehmer reserviert sind bzw. werden.
-
Durch das vorgestellte Verfahren wird ein Senden von an einen bestimmten Teilnehmer einer Kommunikationsanordnung gerichteten Daten mittels des Broadcast-Frames sowie ein Empfangen entsprechender spezifischer Daten durch den jeweiligen Teilnehmer ermöglicht. Ferner sieht das vorgestellte Verfahren ein Schreiben von Daten durch einen jeweiligen Teilnehmer in ein entsprechendes, für den jeweiligen Teilnehmer spezifisches Feld des Broadcast-Frames vor.
-
Der Broadcast-Frame wird von dem als Master ausgebildeten Teilnehmer der Kommunikationsanordnung an alle weiteren Teilnehmer versandt, wobei der Broadcast-Frame von einzelnen Teilnehmern ignoriert werden kann.
-
Ferner weist ein Broadcast-Frame Bereiche auf, die einen Anfang des jeweiligen Broadcast-Frames anzeigen (Interframe Symbol oder IFS, wie aus
DE 10 2010 041 427 A1 bekannt) und Bereiche, die einen Broadcast-Frame als solchen identifzieren, was insbesondere für diejenigen Teilnehmer relevant ist, die Broadcast-Frames generell ignorieren.
-
Es ist weiterhin vorgesehen, dass diejenigen Bereiche eines Broadcast-Frames, die zum Beschreiben bzw. Lesen von einem jeweiligen spezifischen Teilnehmer vorgesehen sind, sowohl fest einprogrammiert als auch vom Master angepasst werden können. Im Falle einer Anpassung durch den Master ist vorgesehen, dass der Master mindestens einen geeigneten Daten-Frame zur Konfiguration der Teilnehmer versendet. Der mindestens eine Daten-Frame ist dafür geeignet den jeweiligen Teilnehmer derart zu konfigurieren, dass dieser einen jeweiligen exklusiv für den Teilnehmer bereitsgestellten Bereich des Broadcast-Frames erkennt und ggf. bearbeitet. Dies bedeutet, dass der Broadcast-Frame durch den Master jeweiligen Gegebenheiten angepasst werden kann.
-
Der Master ist ferner dazu befähigt alle weiteren Teilnehmer der Kommunikationsanordnung mittels geeigneter Daten-Frames zu konfiguieren und für eine Bearbeitung bzw. Interpretation des Broadcast-Frames bzw. jeweiliger Bordcast-Frames vorzubereiten. Dabei sind die zur Konfiguration eingesetzten Daten-Frames einzeln für jeden Teilnehmer spezifisch bearbeitet und können daher nicht von anderen Teilnehmern verarbeitet werden.
-
Um die Kommunikationsanordnung fortlaufend zu steuern ist vorgesehen, dass der Master einen kontinuierlichen Datenstrom sendet, der aus einer Vielzahl hintereinander gesendeter Broadcast-Frames bestehen kann. Dabei können verschiedene Broadcast-Frames von einem oder mehreren Daten-Frames unterbrochen sein.
-
Unter einem kontinuierlichen Datenstrom ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Datenstrom zu verstehen, der über einen Zeitraum hinweg verschiedenen Teilnehmern bereitsgestellt wird und der mindestens einen Broadcast-Frame umfasst.
-
Unter einem Broadcast-Frame ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Teil eines Datenstroms zu verstehen, der an alle Teilnehmer einer Kommunikationsanordnung übermittelt wird und der für jeweilige Teilnehmer spezifische Bereiche für einen Lese und/oder Schreibvorgang der jeweiligen Teilnehmer umfasst.
-
Die vorgestellte Vorrichtung umfasst eine Kommunikationsanordnung mit mindestens einem als Master und mindestens einem weiteren als Slave ausgebildeten Teilnehmer und dient der Ausführung des voranstehend beschriebenen Verfahrens. Dabei ist insbesondere ein Einsatz der Vorrichtung in einem Fahrzeug, bspw. in einem Steuergerät vorgesehen, worin insbesondere Leistungsschalter gesteuert werden können. Weitere Einsatzbereiche für das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Kommunikationsanordnung sind bspw. Display-, LED-, Motor-, Inverter- oder Lautsprecheransteuerungen.
-
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 zeigt einen schematischen Aufbau einer möglichen Ausgestaltung eines Broadcast-Frames.
-
2 zeigt einen schematischen Aufbau einer möglichen Ausgestaltung eines Daten-Frames, der zur Konfiguration eines als Slave ausgebildeten Teilnehmers einer Kommunikationsanordnung verwendet werden kann.
-
Ausführungsformen der Erfindung
-
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
-
Der in
1 schematisch dargestellte Aufbau eines Beispiels eines Broadcast-Frames
101 wird von einem als Master ausgebildeten Teilnehmer einer Kommunikationsanordnung versendet. Der Broadcast-Frame
101 beginnt und endet mit einem Interframesymbol (IFS)
2, wie es bspw. in Druckschrift
DE 10 2010 041 427 A1 beschrieben ist. Das IFS
2 zeigt einen Anfang und ein Ende eines jeweiligen Broadcast-Frames
101 an.
-
Der Master ist Teil einer Kommunikationsanordnung in einem Fahrzeug zur Steuerung von Fahrzeugkomponenten als Teil eines Zentralssteuergeräts (ECU).
-
Gefolgt von dem IFS 2 wird der Frame durch eine Frame ID 4 als Broadcast-Frame 101 gekennzeichnet. Daher können Frames mit einer entsprechenden Frame ID 4 von allen Teilnehmern empfangen werden. Sollte ein Teilnehmer an einer auf Broadcast-Frames 101 basierenden Kommunikationsanordnung keine Broadcast-Frames 101 bearbeiten, so ignoriert er den kompletten Broadcast-Frame 101.
-
Gefolgt von der Frame ID 4 enthält der jeweilige Broadcast-Frame 101 Datenbereiche 1 bis n 10, 11, 12, 13 für jeweilige Teilnehmer der Kommunikationsanordnung, die exklusiv für einen Lese- und/oder Schreibevorgang eines jeweiligen Teilnehmers vorgesehen sind. Die Anzahl der Datenbereiche kann zwischen verschiedenen Broadcast-Frames variieren oder konstant bleiben.
-
Der wie voranstehend beschrieben aufgebaute Broadcast-Frame 101 wird von dem Master an alle Teilnehmer der Kommuniaktionsanordnung versendet, wobei jeweilige Teilnehmer bspw. einen aktuellen Zustand in den Braodcast-Frame 101 eintragen und diesen dadurch an den Master kommunizieren. Durch eine entsprechende Anfrage erhält der Master Informationen über einen Zustand der jeweiligen Teilnehmer und kann über einen weiteren Brodcast-Frame 101 an den jeweiligen Zustand angepasste Befehle versenden, die von dem jeweiligen Teilnehmer gelesen und umgesetzt werden.
-
Der in 2 schematisch dargestellte Aufbau eines Beispiels eines Daten-Frames 102 zeigt eine Möglichkeit einer Nachricht zur Konfiguration von jeweiligen Teilnehmern der Kommunikationsanordnung durch den Master.
-
Wie bereits zum Aufbau des in
1 dargestellten Broadcast-Frames
101 erläutert, beginnt und endet auch der Daten-Frame
102 zur Konfiguration jeweiliger Teilnehmer mit einem IFS
2, gemäß Druckschrift
DE 10 2010 041 427 A1 und wird von dem als Master ausgebildeten bzw. mit einer Masterfunktion versehen Teilnehmer versendet.
-
Im Anschluss an das IFS 2 wird bei dem Daten-Frame 102 zur Konfiguration mindestens eines Teilnehmers ebenfalls eine Frame ID 4 übertragen. Die Frame ID 4 definiert den Frame als Daten-Frame 102, der im Gegensatz zu einem Broadcast-Frame 101 nicht von allen Teilnehmern empfangen bzw. bearbeitet werden kann, sondern nur von einem spezifischen Teilnehmer.
-
Um den spezifischen Teilnehmer zu identifizieren, folgt auf die Frame ID 4 eine Adresse 20 mit einer Kennung bzw. Zuordnungsmöglichkeit des spezifischen Teilnehmers.
-
Gefolgt wird die Adresse von einem Befehl 22, der an den spezifischen Teilnehmer gerichtet ist. Der Befehl 22 kann bspw. Größe und Position des spezifischen Bereichs in einem auf den Daten-Frame 102 folgenden Broadcast-Frame 101 enthalten.
-
Auf den Befehl folgt eine Position 24, die eine Startposition für den spezifischen Bereich innerhalb des Broadcast-Frames (in Bits) enthält.
-
Abschließend enthält der Daten-Frame 102 einen Abschnitt, der eine Größe 26 des spezifischen Bereichs innerhalb des Broadcast-Frames 101 kodiert, wiederum gefolgt von einem IFS 2, das ein Ende des Daten-Frames 102 signalisiert.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102010041427 A1 [0005, 0007, 0014, 0026, 0032]
