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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum effizienten Übermitteln von Daten, insbesondere von Sensorwerten.
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Stand der Technik
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Als Verfahren zur Datenübermittlung zwischen Peripheriegeräten und Prozessoren in digitalen Systemen kann bspw. das sog. Memory-Mapped-I/O-Verfahren genutzt werden. Dabei werden I/O-Register der Peripheriegeräte in den Speicheradressraum eines Prozessors abgebildet; der Zugriff auf diese Register erfolgt dann über eine Speicherzugriffsroutine. Handelt sich bei dem Peripheriegerät um einen Sensor, können Prozessoren über definierte Speicheradressen auf den aktuell vom Sensor erfassten Wert zugreifen.
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In typischen eingebetteten Systemen, etwa der Motorsteuerung in einem Fahrzeug, werden Sensorwerte regelmäßig von einem Prozessor verarbeitet. Verarbeitung von Sensorwerten lässt sich grob in drei Schritte einteilen: eine Eigenschaft wird von einem Sensor erfasst und digitalisiert; der Prozessor, der den Sensorwert verarbeitet, liest den aktuellen Sensorwert; und der Prozessor verarbeitet den Sensorwert.
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In einem System mit vielen Prozessoren (Multi- oder Many-Core-System), haben die Prozessoren üblicherweise lokalen Speicher, der über eine globale Adresse auch schreibbar sein kann. Dann kann der Sensorwert zunächst in den lokalen Speicher des Prozessors kopiert werden; die Verarbeitung des Sensorwertes kann dann mit der lokalen Kopie erfolgen. Das Auslesen eines Sensorwertes kann dabei eine geteilte Ressource belegen, etwa einen Kommunikationsbus oder ein Network-on-Chip (NoC).
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Solche Systeme haben jedoch den Nachteil, dass die Ressource, zumindest annähernd, durchgehend belegt ist und die Datenübermittlung viel Strom verbraucht.
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Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren anzugeben, das eine effiziente Datenübermittlung und einen geringen Stromverbrauch ermöglicht.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Übermitteln von Daten von einem Sensor an einen Prozessor über wenigstens ein Kommunikationsmedium wird ein Sensorwert des Sensors an den Prozessor übermittelt. Dabei nutzt der Prozessor solange den übermittelten Sensorwert zur Weiterverarbeitung, bis ein neuer Sensorwert an den Prozessor übermittelt wird, wobei ein neuer Sensorwert nur dann übermittelt wird, wenn wenigstens eine Bedingung für den Sensorwert erfüllt ist. Dabei können bspw. eine oder mehrere Bedingungen von mehreren möglichen Bedingungen ausgewählt werden. Auch wäre es denkbar, dass nur eine Bedingung vorhanden ist, die erfüllt sein muss. Diese Art der Übermittlung von Daten kann auch für mehrere Sensoren und Prozessoren, die über das wenigstens eine Kommunikationsmedium verbunden sind, durchgeführt werden. Dadurch wird eine Entlastung des Kommunikationsmediums erzielt, da nicht ständig Sensorwerte von Sensoren an Prozessoren übertragen werden, sondern nur dann, wenn dies auch nötig ist. Auch müssen die Prozessoren die Sensorwerte nicht selbst auslesen, sondern die Sensorwerte werden an die Prozessoren, bei Bedarf, übermittelt. Neben einem Freihalten des Kommunikationsmediums für andere Zwecke außer der Übermittlung von Sensorwerten wird damit auch der Strom- bzw. Energieverbrauch verringert.
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Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Bedingung, dass der Sensorwert sich wenigstens um einen vorbestimmten Schwellwert geändert hat. Dies hat den Vorteil, dass der Sensorwert gar nicht übermittelt wird, wenn er sich nicht oder nur wenig gegenüber einem vorherigen Wert geändert hat. Der aktuelle Sensorwert liegt dann nämlich schon im Prozessor vor.
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Vorteilhafterweise umfasst die wenigstens eine Bedingung, dass eine Änderung des Sensorwerts für die Weiterverarbeitung relevant ist. Dies hat den Vorteil, dass der Sensorwert gar nicht erst übermittelt wird, wenn er aktuell gar nicht benötigt wird und/oder der aktuell im Prozessor vorhandene Wert für eine Weiterverarbeitung ausreichend ist.
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Es ist von Vorteil, wenn die wenigstens eine Bedingung umfasst, dass der Sensorwert nach einer Änderung von einem vorausberechneten Wert abweicht. Kann ein Sensorwert, zumindest annähernd, vorausberechnet werden und liegt ein neuer Sensorwert innerhalb einer solchen Vorausberechnung, muss der neue Sensorwert nicht übermittelt werden, da der aktuelle Sensorwert somit schon im Prozessor bekannt, d.h. vorausberechenbar, ist.
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Es ist weiter von Vorteil, wenn die wenigstens eine Bedingung eine Mindestzeitdauer und/oder eine Höchstzeitdauer seit dem Übermitteln des letzten Sensorwertes umfasst. Dadurch kann eine Überlastung von Prozessoren und dem Kommunikationsmedium vermieden werden. Zudem wird auch die Aktualität der Sensorwerte gewahrt.
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Vorzugsweise wird zusammen mit dem Sensorwert eine Prognose des Sensorwerts übermittelt, insbesondere in Form einer mathematischen Funktion und/oder einer Liste von Werten. Dadurch kann von dem Prozessor, zumindest in einem gewissen Rahmen, ein Sensorwert vorausberechnet werden, wodurch unnötige Übermittlungen von neuen Sensorwerten vermieden werden.
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Vorteilhafterweise wird bei der Übermittlung des Sensorwerts wenigstens eine Speicheradresse für einen, insbesondere lokalen, Speicher, berücksichtigt. Der Sensorwert kann somit direkt an diese Speicheradresse geschrieben werden. Damit wird eine schnelle Weiterverarbeitung des Sensorwerts im Prozessor gewährleistet, da der Sensorwert dem Prozessor optimal zur Verfügung gestellt wird.
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Es ist von Vorteil, wenn für jedes Paar von Prozessor und Sensorwert individuell die wenigstens eine Bedingung statisch und/oder dynamisch vorgegeben wird. Damit kann zwischen verschiedenen Arten von Sensoren bzw. deren Sensorwerten, bspw. hinsichtlich von Sicherheitsaspekten, bei der Übermittlung dieser unterschieden werden.
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Vorzugsweise wird der Sensorwert von dem Sensor an den Prozessor übermittelt, sofern der Sensor dazu eingerichtet ist. Dadurch kann auf zusätzliche Recheneinheiten verzichtet werden.
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Alternativ wird der Sensorwert von einem weiteren Prozessor an den Prozessor übermittelt, wobei der weitere Prozessor insbesondere nur zum Übermitteln von Sensorwerten vorgesehen ist. Auch kann hierbei der weitere Prozessor über ein Kommunikationsmedium mit den Sensoren und mit einem anderen Kommunikationsmedium mit den Prozessoren verbunden sein. Dadurch können weiterhin herkömmliche Sensoren benutzt werden, es muss lediglich ein zusätzlicher Prozessor, der vorzugsweise räumlich nahe den Sensoren platziert ist, um Übertragungszeiten zu verringern, eingesetzt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird vorzugsweise bei Kraftfahrzeugen, insbesondere bei Steuergeräten, die entsprechende Prozessoren aufweisen, und Sensoren von Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Weitere mögliche Einsatzgebiete sind elektronische Systeme, die, insbesondere regelmäßig, Sensordaten verarbeiten, bspw. Anlagen zur Industrieautomatisierung, elektronische Werkzeuge (sog. Powertools), Überwachungseinrichtungen, medizinische Geräte, Lösungen im Bereich der Heimautomatisierung, mobile Endgeräte oder Drohnen.
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Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät oder ein Sensor eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
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Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend 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.
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch ein Kommunikationsnetzwerk für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausgestaltung.
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2 zeigt schematisch ein Kommunikationsnetzwerk für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist schematisch ein Kommunikationsnetzwerk 100 für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer bevorzugten Ausgestaltung dargestellt. Das Kommunikationsnetzwerk 100 umfasst ein Kommunikationsmedium 200, an das beispielhaft zwei Prozessoren 300 und zwei Sensoren 400 angebunden sind. Die Anzahl an Prozessoren und Sensoren kann je nach Bedarf variieren.
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Bei dem Kommunikationsmedium 200 handelt es sich um eine geteilte Datenübermittlungsressource wie bspw. ein Network-on-Chip (NoC) oder einen Bus, wie bspw. CAN, LIN oder Flexray. Auch eine Kombination von beidem ist denkbar. Diese gemeinsame Datenübermittlungsressource wird von allen oder zumindest mehreren Prozessoren benutzt, insbesondere auch für andere Zwecke als die Übermittlung von Sensorwerten. Bspw. kann es sich hierbei um Prozessoren in einem Motorsteuergerät handeln, das mit Kurbelwellensensor, Raildrucksensor, Zylinderdrucksensor, etc. in Verbindung steht.
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Ein Sensor 400 erfasst einen Sensorwert regelmäßig, d.h. bspw. in vorbestimmten Zeitabständen, und übermittelt zunächst einen Sensorwert über das Kommunikationsmedium 200 an einen Prozessor 300. Je nach Ausgestaltung und Bedarf kann der Sensorwert auch an mehrere Prozessoren 300 übermittelt werden. Der Sensor 400 ist somit dazu eingerichtet, Sensorwerte selbst zu übermitteln.
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Eine Übermittlung erfolgt bspw. durch Schreibzugriff auf einen lokalen Speicher des Prozessors 300 oder über eine Unterbrechungsroutine (Interrupt) auf dem Prozessor 300.
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Eine erneute Übermittlung eines Sensorwertes durch den Sensor 400 erfolgt nun nicht sofort bzw. nach einem vorgegebenen, regelmäßigen Schema, sondern nur dann, wenn eine oder mehrere Bedingungen erfüllt sind.
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Eine Möglichkeit für eine Bedingung ist, dass der Sensorwert sich geändert hat, bspw. mindestens um einen vorbestimmten Schwellwert. Somit wird vermieden, dass ein Sensorwert übermittelt wird, der sich nicht oder nur unwesentlich, insbesondere auch innerhalb einer gewissen (Mess-)Genauigkeit, von dem vorherigen unterscheidet. Der Prozessor 300 nutzt zur Weiterverarbeitung weiterhin den zuletzt übermittelten Sensorwert.
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Eine weitere Möglichkeit für eine Bedingung ist, dass der Sensorwert für die Weiterverarbeitung relevant ist, da bspw. nur sicherheitsrelevante Sensorwerte, bspw. wegen Überschreiten eines kritischen Schwellwerts, für eine Weiterverarbeitung relevant sind. Damit kann auf eine unnötige Übermittlung von Sensorwerten verzichtet werden.
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Noch eine weitere Möglichkeit für eine Bedingung ist, dass der Sensorwert nach einer Änderung von einem vorausberechneten Wert abweicht. Dafür kann mit dem Sensorwert, wenn er übermittelt wird, eine Prognose, bspw. in Form einer mathematischen Funktion und/oder einer Liste von Werten, übermittelt werden. Damit kann der Prozessor 300, zumindest in einem gewissen Rahmen, selbst eine Änderung des Sensorwerts vorausberechnen. Nur wenn der tatsächliche Wert von dem mittels der Prognose vorausberechneten Wert, der auch im Sensor 400 vorausberechnet wird, abweicht, wird der Sensorwert erneut an den Prozessor 300 übermittelt.
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Daneben können für die Bedingungen auch Mindest- und/oder Höchstzeitdauern seit der letzten Übermittlung eines Sensorwerts berücksichtigt werden. Bspw. kann eine Höchstzeitdauer vorgegeben sein, innerhalb welcher spätestens ein Sensorwert erneut übermittelt werden muss. Dies kann bspw. aus sicherheitsrelevanten Gründen der Fall sein.
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Eine Mindestzeitdauer ist bspw. sinnvoll, um eine Überlastung des Prozessors 300 oder des Kommunikationsmediums 200 zu vermeiden.
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Bei der Übermittlung eines Sensorwerts von einem Sensor 400 an einen Prozessor 300 wird zudem eine Speicheradresse für einen lokalen Speicher des Prozessors 300 berücksichtigt, um den Sensorwert an diese Speicheradresse zu schreiben und somit eine schnelle Weiterverarbeitung zu gewährleisten. Auch ist eine Identifikation des Prozessors 300 denkbar, die anzeigt, ob Sensorwerte empfangen werden können.
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Bei der Übermittlung von Sensorwerten kann, je nach Bedarf und Ausgestaltung, entweder nur eine der oben genannten Bedingungen oder eine Kombination von mehreren Bedingungen berücksichtigt werden. Zudem sind auch weitere, hier nicht genannte, Bedingungen möglich.
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Die Bedingungen werden zweckmäßigerweise vom Prozessor 300, der die Anforderungen seiner Funktionen kennt, an den Sensor 400 übermittelt. Dies kann bspw. bei einer Initialisierung bzw. Hochstarten des Systems sein und/oder dynamisch während des Betriebs. Ebenso kann eine erlaubte und/oder gewünschte Methode für die Prognose bei der Initialisierung und/oder dynamisch während des Betriebs vom Prozessor 300 an den Sensor 400 übermittelt werden.
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Die Übermittlung im Rahmen einer oder mehrerer Bedingungen, wie oben für einen Sensor 400 und einen Prozessor 300 erläutert, kann in dem Kommunikationsnetzwerk 100 für jedes Paar von Prozessor 300 und Sensorwert oder Sensor 400 (ein Sensor kann auch mehrere, unterschiedliche Sensorwerte bereitstellen) individuell festgelegt werden. Eine solche Festlegung kann für jedes Paar sowohl statisch erfolgen, d.h. bereits fest vorgegeben werden, oder aber auch dynamisch, d.h. sie kann je nach Situation und/oder Bedarf angepasst werden.
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Ein erfindungsgemäßer Sensor 400 kann zudem so ausgebildet sein, dass er, neben der eigenständigen Übermittlung von Sensorwerten, auch bspw. mittels Memory Mapped I/O ausgelesen werden kann. Somit wird eine Kompatibilität zu Kommunikationsnetzwerken, die nach dem Stand der Technik, wie eingangs erwähnt, funktionieren, gewährleistet.
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In 2 ist schematisch ein Kommunikationsnetzwerk 100 für ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung dargestellt. Das Kommunikationsnetzwerk 100 umfasst ein Kommunikationsmedium 200, an das beispielhaft zwei Prozessoren 300 angebunden sind, sowie ein Kommunikationsmedium 210, an das beispielhaft zwei Sensoren 400 angebunden sind. Die Anzahl an Prozessoren und Sensoren kann je nach Bedarf variieren.
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Bei dem Kommunikationsmedium 200 handelt es sich um eine geteilte Datenübermittlungsressource wie bspw. ein Network-on-Chip (NoC) oder einen Bus, wie bspw. CAN, LIN oder Flexray. Auch eine Kombination von beidem ist denkbar. Diese gemeinsame Datenübermittlungsressource wird von allen oder zumindest mehreren Prozessoren benutzt. Bei dem Kommunikationsmedium 210 handelt es sich um einen Bus, insbesondere einen Peripheriebus, bspw. CAN, LIN oder Flexray, zur Anbindung der Sensoren 400.
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Insbesondere handelt es sich bei den Prozessoren um Prozessoren eines Motorsteuergeräts oder eines anderen Steuergeräts eines Kraftfahrzeugs. Entsprechende Sensoren sind vorzugsweise Kurbelwellensensoren, Raildrucksensoren oder Zylinderdrucksensoren etc.
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Weiterhin umfasst das Kommunikationsnetzwerk 100, im Gegensatz zu dem in 1 beschriebenen, einen weiteren Prozessor 310, welcher sowohl mit dem Kommunikationsmedium 200 als auch mit dem Kommunikationsmedium 210 verbunden ist. Über das Kommunikationsmedium 210 ist der weitere Prozessor 310 somit mit den Sensoren 400 verbunden.
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Die Funktionsweise des Verfahrens entspricht dem des zu 1 beschriebenen Verfahren, jedoch mit dem Unterschied, dass ein Sensorwert nicht von dem Sensor 400 selbst an den Prozessor 300 übermittelt wird, sondern dass der Sensorwert von dem weiteren Prozessor 310 ausgelesen wird, bspw. mittels Memory Mapped I/O wie eingangs im Stand der Technik beschrieben, und von diesem dann an einen Prozessor 300 übermittelt wird.
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Dies hat den Vorteil, dass die Sensoren 400 nicht dazu eingerichtet sein müssen, eigenständig Sensorwerte zu übermitteln. Es können somit Sensoren nach dem Stand der Technik eingesetzt werden. Der weitere Prozessor 310 ist insbesondere nur für das Auslesen und Übermitteln von Sensorwerten vorgesehen. Er ist, soweit möglich, räumlich nahe den Sensoren 400 angeordnet, um Übertragungszeiten gering zu halten. Ein Auslesen der Sensoren 400 durch den weiteren Prozessor 310 kann dabei regelmäßig erfolgen, jedoch die anschließende Übermittlung an die Prozessoren 300 nur nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Die Belastung für das Kommunikationsmedium 200 ist hier genau so gering wie bei dem zu 1 beschriebenen Verfahren, da wieder nur bei Bedarf Sensorwerte an die Prozessoren 300 übermittelt werden.
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Je nach Anzahl von Sensoren 400 und Prozessoren 300 und/oder dem nötigen Übermittlungsvolumen können auch mehrere weitere Prozessoren 310 eingesetzt werden. Als weiterer Prozessor 310 kann bspw. ein speziell angepasster, eingeschränkter Controller vorgesehen sein, der das beschriebene Verfahren abarbeitet. Ebenso ist ein rein über Software programmiertes Verfahren auf einem Standard-Prozessor denkbar, dann sind nur Standardkomponenten zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nötig.
