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Die Erfindung betrifft eine Netzwerkanschlussvorrichtung, über welche ein Kraftfahrzeug-Steuergerät an ein Datennetzwerk des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden kann. Bei dem Datennetzwerk handelt es sich um ein IP-basiertes Datennetzwerk, das heißt es werden Datenpakete gemäß dem Internetprotokoll (IP) versendet, wobei jedes Datenpaket auch eine Anwendungsprotokoll-Angabe enthält, beispielsweise dass das Datenpaket gemäß dem HTTP (Hypertext Transfer Protocol), dem FTP (File Transfer Protocol) oder dem RTP (Real Time Protocol, siehe das Dokument RFC 3550 der Network Working Group, Juli 2003; RFC - Request for Comments) übertragen oder entsprechende Nutzdaten enthält. Zu der Erfindung gehört auch ein Verfahren zum Empfangen solcher Datenpakete mittels einer Netzwerkanschlussvorrichtung.
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In einem IP-basierten Datennetzwerk können Datenpakete durch eine Netzwerkanschlussvorrichtung mittels eines sogenannten IP-Stacks empfangen werden, wie er als vereinfachte Form des ISO-OSI-Referenzmodells an sich aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit IP-basierten Datennetzwerken bekannt ist. Die einzelnen Schichten, die für das Empfangen der Datenpakete und für die Beschreibung der Erfindung relevant sind, sind hierbei die physikalische Schicht (PHY - Physical Layer), die Sicherungsschicht in Form der MAC-Schicht (MAC - Medium Access Control), wie sie für die Ethernet-Variante des Datennetzwerks vorgesehen sein kann, die IP-Schicht, durch welche eine Internetadresse oder IP-Adresse für die Netzwerkanschlussvorrichtung festgelegt ist, sowie übergeordnete Anwendungsschichten, in welchen eine Schicht für das besagte Anwendungsprotokoll, beispielsweise HTTP, FTP, RTP, angeordnet sein kann. Die PHY-Schicht stellt den physikalischen oder elektrischen Anschluss der Netzwerkvorrichtung an das Datennetzwerk dar. Eine entsprechende Einheit zum Realisieren dieser PHY-Schicht wird hier als Physical-Layer-Einheit bezeichnet. Über dieser Physical-Layer-Einheit im Sinne des ISO-OSI-Referenzmodells sind die übrigen Schichten als der IP-Stack insbesondere durch Softwaremodule bereitstellbar oder durch dedizierte integrierte Schaltkreise. Eine solche Realisierung eines IP-Stacks wird hier als IP-Stack-Einheit bezeichnet, die insbesondere die IP-Schicht und die im Sinne des ISO-OSI-Referenzmodells darüber angeordneten Anwendungsschichten aufweist.
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Über eine IP-Stack-Einheit werden die an der Netzwerkanschlussvorrichtung aus dem Datennetzwerk eintreffenden und an die Netzwerkanschlussvorrichtung adressierten Datenpakete an einzelne Applikationen oder Anwendungen verteilt. Hierbei ist vorgesehen, dass die IP-Stack-Einheit die an sie weitergeleiteten Datenpakete in Abhängigkeit von einer in dem jeweiligen Datenpaket enthaltenen Anwendungsprotokoll-Angabe (z.B. http, FTP oder RTP) einer jeweils zugeordneten Netzwerk-Applikation bereitstellt. Eine solche Netzwerk-Applikation kann beispielsweise ein Internetbrowser oder ein E-Mail-Programm oder ein Navigationsdienst sein.
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In Fahrzeugen kommt es nun vor, dass auch Audio-Daten und/oder Video-Daten (kurz A/V-Daten) parallel zu anderen IT-Datenpaketen übertragen werden. Mit parallel ist hierbei gemeint, dass sie nacheinander auf ein und derselben Datenleitung des Datennetzwerks, beispielsweise einer Ethernet-Datenleitung, an ein und dieselbe Netzwerkanschlussvorrichtung gesendet werden, über welche ein Kraftfahrzeug-Steuergerät zum Verarbeiten der Datenpakete angeschlossen ist. Dabei mischen sich also zeitlich Datenpakete, welche A/V-Daten enthalten und solche Datenpakete, die andere IP-Datenpakete enthalten, die für Netzwerk-Applikationen bestimmt sind.
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A/V-Daten sind in der Regel für eine Streaming-Applikation vorgesehen. Hierbei treffen die Datenpakete mit den A/V-Daten für die Streaming-Applikation mit bedeutend größerer Datenrate ein als die Datenpakete für die zumindest eine andere Netzwerk-Applikation, wie beispielsweise dem beschriebenen Internet-Browser. Das Verarbeiten der Datenpakete durch eine IP-Stack-Einheit erfordert Rechenleistung, um die gemäß dem IP-Stack vorgesehenen Überprüfungen durchzuführen. Wird nun zusätzlich zu den Datenpaketen für die Netzwerk-Applikationen auch ein Streaming-Datenstrom in Form der Datenpakete für die Streaming-Applikation über dieselbe IP-Stack-Einheit geführt, so kann die hierfür genutzte Prozessoreinrichtung derart ausgelastet sein, dass sie nicht für die Ausführung der eigentlichen Netzwerk-Applikation und erst recht nicht für das Ausführen der Streaming-Applikation zur Verfügung steht. Des Weiteren kann die Auslastung so hoch sein, dass es zu Verzögerungen in der Weiterleitung der Datenpakete für die Netzwerk-Applikation kommt. Dies ist insbesondere bei Kraftfahrzeug-Steuergeräten möglich, da diese zwar zum Bearbeiten von A/V-Daten einen dedizierten integrierten Schaltkreis (IC - Integrated Circuit) mit beispielsweise einem Codec für die A/V-Daten enthalten können, dieser IC dann aber über die IP-Stack-Einheit der zentralen Recheneinrichtung des Steuergeräts an das Datennetzwerk angeschlossen werden muss, sodass die zentrale Recheneinrichtung, üblicherweise ein sogenanntes SoC (System on a Chip) durch den Rechenaufwand beim Betreiben der IP-Stack-Einheit überlastet wird. Da also die Leistungsfähigkeit der im Kraftfahrzeug eingesetzten SoC's begrenzt ist und die Verarbeitung großer Datenmengen, wie sie bei Audio- und Video-Daten anfallen, schnell überschritten ist, ist eine effiziente Aufteilung der Datenpakete für die Netzwerk-Applikationen des SoC's einerseits und die Streaming-Applikation andererseits erforderlich. Hierfür möchte man aber nach Möglichkeit keinen zweiten Anschluss für das Datennetzwerk vorsehen, um zwei IP-Stack-Einheiten mit unterschiedlichen IP-Adressen vorsehen zu können.
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Aus der
KR 101489803 B ist bekannt, bei A/V-Daten die Audio-Daten und Video-Daten voneinander zu separieren, um einen Streaming-Server zu entlasten.
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Aus der
WO 2007/084436 A2 ist bekannt, dass eine erste Empfängereinheit Datenpakete aus einem Datennetzwerk empfangen kann und diese an eine zweite Empfängereinheit weiterleiten kann. Hierbei kann ein Puffer für Videodaten vorgesehen sein.
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Aus der
WO 2006/065074 A1 ist bekannt, über eine Funkschnittstelle A/V-Daten unterschiedlicher Datenströme zu empfangen und diese über einen Demultiplexer aufzuteilen und an Decoder weiterzuleiten.
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Aus der
US 2008/0043759 A1 ist ein Kraftfahrzeug bekannt, das für ein Datennetzwerk einen FPGA aufweist, der mittels zweier Schalter zwei unterschiedliche Prozessoren mit einer Netzwerkschnittstelle abwechselnd verschalten oder koppeln kann. Die Netzwerkschnittstelle stellt hierfür eine MAC-Schicht und die physikalische Schicht bereit. Der FPGA selbst speichert eintreffende Pakete in einem Speicher zwischen, um Zeit für die Entscheidung zu gewinnen, welchen Schalter er zum Weiterleiten der Pakete schalten soll.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Kraftfahrzeug-Steuergerät zumindest eine Netzwerk-Applikation (wie zum Beispiel einen Internet-Browser oder ein E-Mail-Programm) gemeinsam mit einer Streaming-Applikation (beispielsweise einer Wiedergabe einer Kamera-Bildsequenz) zu betreiben und hierbei das Steuergerät lediglich über eine einzige Physical-Layer-Einheit an ein Datennetzwerk des Kraftfahrzeugs anschließen zu müssen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren offenbart.
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Durch die Erfindung ist eine Netzwerkanschlussvorrichtung zum Anschließen eines Kraftfahrzeug-Steuergeräts an ein IP-basiertes Datennetzwerk des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. Bei dem Steuergerät kann es sich beispielsweise um ein Infotainmentsystem (Informations-Unterhaltungssystem) handeln. In an sich bekannter Weise können durch eine Prozessoreinrichtung des Steuergeräts Netzwerk-Applikationen bereitgestellt werden, wie beispielsweise eine netzwerkbasierte Navigationsassistenz, die über das Datennetzwerk beispielsweise Daten aus dem Internet oder aus einem kraftfahrzeugeigenen Datenspeicher empfängt, oder auch ein Internet-Browser. Die Netzwerkanschlussvorrichtung umfasst eine Physical-Layer-Einheit zum Anschließen der Netzwerkanschlussvorrichtung an das Datennetzwerk und zum Empfangen von Datenpaketen, die gemäß dem Internetprotokoll verfasst und an eine vorbestimmte IP-Adresse der Netzwerkanschlussvorrichtung adressiert sind. Diese Physical-Layer-Einheit entspricht der PHY-Schicht gemäß dem ISO-OSI-Referenzmodell oder dem IP-Referenzmodell. Des Weiteren ist die bereits beschriebene IP-Stack-Einheit bereitgestellt, die dazu eingerichtet ist, die an sie weitergeleiteten Datenpakete an zumindest eine Netzwerk-Applikation bereitzustellen. Die Datenpakete können dabei beispielsweise über eine Angabe zu einer TCP/UDP-Socket (TCP - Transport Control Protocol, UDP - User Datagram Protocol) an eine jeweils zugeordnete Netzwerk-Applikation weitergeleitet werden. Durch jede IP-Stack-Einheit sind zumindest die IP-Schicht und die Transportschicht gemäß dem ISO-OSI-Referenzmodell oder dem IP-Referenzmodell realisiert oder bereitgestellt. Eine IP-Stack-Einheit kann eine MAC-Schicht aufweisen, über welche sie eine MII-Schnittstelle (MII - Media Independent Interface) zum Ankoppeln an eine Physical-Layer-Einheit realisieren kann.
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Um aber nun eine Überlastung der IP-Stack-Einheit durch Streaming-Daten in Form von Datenpaketen für eine Streaming-Applikation zu verhindern, ist die IP-Stack-Einheit mit der Physical-Layer-Einheit erfindungsgemäß über eine zweite IP-Stack-Einheit gekoppelt. Die zweite IP-Stack-Einheit weist eine Demultiplexereinheit auf, die dazu eingerichtet ist, aus der Physical-Layer-Einheit die empfangenen Datenpakete entgegenzunehmen und Nutzdaten solcher Datenpakete, die eine vorbestimmte Anwendungsprotokoll-Angabe enthalten (beispielsweise die Angabe: RTP) auszuwählen und unter Umgehung der ersten IP-Stack-Einheit zumindest einer vorbestimmten Streaming-Applikation bereitzustellen, z.B. einer Videowiedergabe, und nur die übrigen Datenpakete, oder zumindest einige der übrigen Datenpakete, an die erste IP-Stack-Einheit weiterzuleiten. Mit anderen Worten wird auch die Streaming-Applikation mittels eines eigenen IP-Stacks an der Physical-Layer-Einheit betrieben. Genauso wird auch die zumindest eine Netzwerk-Applikation mittels eines eigenen IP-Stacks an der Physical-Layer-Einheit betrieben. Die zumindest eine Netzwerk-Applikation und die Streaming-Applikation teilen sich also dieselbe Physical-Layer-Einheit und nutzen dennoch getrennte IP-Stacks. Die Datenpakete für die Streaming-Applikation weisen eine größere Datenrate auf als die Datenpakete für die zumindest eine Netzwerk-Applikation. Die Datenpakete werden dabei zuerst nach dem Empfangen über die Physical-Layer-Einheit von der zweiten IP-Stack-Einheit empfangen und dort dahingehend durch die Demultiplexereinheit überprüft, ob sie für die Streaming-Applikation oder die zumindest eine Netzwerk-Applikation bestimmt sind. Falls sie für die Streaming-Applikation bestimmt sind, werden sie durch die zweite IP-Stack-Einheit an die Streaming-Applikation weitergeleitet, ohne dass sie durch die erste IP-Stack-Einheit verarbeitet werden müssen. Sind sie dagegen für die zumindest eine Netzwerk-Applikation bestimmt, werden die Datenpakete in die zweite IP-Stack-Einheit weitergeleitet, die IP-standardgemäß arbeiten kann, so als ob die Datenpakete direkt über die Physical-Layer-Einheit empfangen worden wären. Die Demultiplexereinheit ist insbesondere in der IP-Schicht angeordnet. Die beiden IP-Stack-Einheiten können direkt über die IP-Schicht softwarebasiert oder über eine untergeordnete MAC-Schicht und hardwaretechnisch gekoppelt sein.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass keine Anpassung der Netzwerk-Applikation oder der Streaming-Applikation nötig ist, um diese Applikationen über ein und dieselbe Physical-Layer-Einheit an dem Datennetzwerk zu betreiben, wobei es dennoch möglich ist, eine Beeinflussung des Empfangs der Datenpakete für die Netzwerk-Applikation durch die Streaming-Daten zu verwenden. Die erste IP-Stack-Einheit wird nämlich nicht mit den Datenpaketen für die Streaming-Applikation belastet. Diese werden zuvor durch die zweite IP-Stack-Einheit herausgefiltert oder ausgewählt und direkt an die Streaming-Applikation weitergeleitet.
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Um die übrigen Datenpakete von der Demultiplexereinheit der zweiten IP-Stack-Einheit an die erste IP-Stack-Einheit zu übertragen, sieht die Erfindung vor, dass die Demultiplexereinheit mit der ersten IP-Stack-Einheit über eine MII-Schnittstelle verbunden ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die erste und die zweite IP-Stack-Einheit über eine physikalische, das heißt durch Drähte oder Leiterbahnen bereitgestellte Schnittstelle verbunden sind und damit die beiden Stack-Einheiten auf unterschiedlichen integrierten Schaltkreisen realisiert sein können. Zudem muss die erste IP-Stack-Einheit zum Empfangen der übrigen Datenpakete in keiner Weise angepasst werden, sodass ein vollständiger IP-Stack ohne Anpassung der dafür nötigen Software verwendet werden kann, da nur die physikalische Schicht (PHY-Layer) wegfällt und dafür die MII-Schnittstelle vorgesehen ist, die ohnehin auch zum Anbinden eines IP-Stacks an einen PHY-Layer vorgesehen ist. Zum Koppeln der Demultiplexereinheit mit der MII-Schnittstelle ist eine zusätzliche MAC-Schicht vorgesehen. Die zweite IP-Stack-Einheit weist also zwei MAC-Schichten auf, je eine für die Physical-Layer-Einheit und die besagte MII-Schnittstelle.
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Eine Alternative sieht vor, dass die Netzwerkanschlussvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Demultiplexereinheit der zweiten IP-Stack-Einheit mit der ersten IP-Stack-Einheit über eine Inter-Prozess-Kommunikation (IPC - Inter Process Communication) zum Weiterleiten der übrigen Datenpakete zu verbinden. Hierdurch ergibt sich eine besonders kompakte Verbindung oder Anbindung der beiden IP-Stack-Einheiten. Insbesondere können die beiden IP-Stack-Einheiten innerhalb eines Prozessorsystems realisiert sein und müssen nicht über physikalische Leitungen gekoppelt sein. Als IPC ist eine Shared-Memory-Kopplung vorgesehen. Hierbei nutzen zwei Programmmodule, die auf unterschiedlichen Prozessorkernen auch zeitgleich durchgeführt oder ausgeführt werden können, einen gemeinsamen RAM-Speicher (RAM - Random Access Memory), sodass ein Programmmodul Daten in den Speicher schreiben kann, die dann von dem anderen Programmmodul gelesen werden können. Hierbei kann auch ein Mutex-Mechanismus (Mutex - Mutual Exclusion, gegenseitiger Ausschluss) zum Verhindern von Zugriffskollisionen genutzt werden. Bevorzugt sind die beiden IP-Stack-Einheiten hierbei auf einem gemeinsamen IC bereitgestellt.
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Zu der Erfindung gehören optionale Weiterbildungen, durch deren Merkmale sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Durch die Demultiplexereinheit werden Datenpakete, die eine vorbestimmten Anwendungsprotokoll-Angabe enthalten, unter Umgehung der ersten IP-Stack-Einheit an zumindest eine vorbestimmte Streaming-Applikation weitergeleitet oder dieser bereitgestellt. Um auch über die erste IP-Stack-Einheit dieses Anwendungsprotokoll nutzen zu können, sieht eine Weiterbildung vor, dass die Demultiplexereinheit dazu eingerichtet ist, aus der Physical-Layer-Einrichtung empfangenen Datenpakete nur solche, die eine vorbestimmte Socket-Angabe für eine TCP/UDP-Socket enthalten, unter Umgehung der ersten IP-Stack-Einheit der zumindest einen vorbestimmten Streaming-Applikation bereitzustellen.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Netzwerkanschlussvorrichtung dazu eingerichtet ist, die erste IP-Stack-Einheit und die zweite IP-Stack-Einheit getrennt voneinander auf unterschiedlichen Prozessorkernen auszuführen. Hierdurch beeinträchtigt eine Auslastung der zweiten IP-Stack-Einheit aufgrund von Datenpaketen für die zumindest eine Streaming-Applikation nicht die Leistungsfähigkeit der ersten IP-Stack-Einheit. Beispielsweise kann ein dedizierter Prozessorkern für eine rechenintensive Streaming-Applikation an derselben Physical-Layer-Einheit betrieben werden, wie auch ein Prozessorkern, durch welchen die erste IP-Stack-Einheit und die zumindest eine Netzwerk-Applikation ausgeführt wird. Insbesondere sind zumindest zwei Prozessorkerne vorgesehen, sodass die beiden Stack-Einheiten auf unterschiedlichen Prozessorkernen ausgeführt werden können. Es kann nun vorgesehen sein, dass auch die zumindest eine Netzwerk-Applikation und die zumindest eine Streaming-Applikation auf unterschiedlichen Prozessorkernen ausgeführt werden oder jeweils zusammen mit ihrer Stack-Einheit.
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Gemäß einer Weiterbildung ist durch die vorbestimmte Anwendungsprotokoll-Angabe ein Echtzeitprotokoll, insbesondere das RTP (Real Time Protocol), identifiziert. Mit dem Echtzeitprotokoll wird die Weiterleitung eines damit gekennzeichneten Datenpakets in Bezug auf zumindest ein anderes Anwendungsprotokoll privilegiert. Bei dieser Weiterbildung ist es also mittels der zweiten IP-Stack-Einheit ermöglicht, ein echtzeitfähiges und ein normales Computersystem über dieselbe Physical-Layer-Einheit an einem Datennetzwerk zu betreiben, ohne dass der privilegierte Datenverkehr durch das normale Computersystem beeinträchtigt würde, da die Datenpakete des Echtzeitprokolls durch die Demultiplexereinheit unmittelbar an die Streaming-Anwendung weitergeleitet werden.
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Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Streaming-Applikation jeweils eine Codec-Einheit für ein Datenstreaming aufweist. Mit anderen Worten sind also Streaming und Codec (Coding-Decoding) kombiniert. Hierdurch kann also eine Codec-Einheit unmittelbar an einer Physical-Layer-Einheit über die zweite IP-Stack-Einheit betrieben werden, ohne dass der hierdurch verursachte Datenverkehr die erste IP-Stack-Einheit und die darüber mit dem Datennetzwerk gekoppelte zumindest eine Netzwerk-Applikation blockiert oder beeinträchtigt.
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Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass die Codec-Einheit einen Audiocodec- und/oder einen Videocodec umfasst. Somit kann also in dem Kraftfahrzeug-Steuergerät die Wiedergabe von Kamerabildern und/oder Mikrofonsignalen und/oder Musiksignalen realisiert sein oder durchgeführt werden und hierfür dieselbe Datenleitung des Datennetzwerks genutzt werden, die auch zum Übertragen oder Empfangen der übrigen Datenpakete für die zumindest eine Netzwerk-Applikation vorgesehen ist. Es ist also zum Wiedergeben von Kamera-Bilddaten und/oder Audiodaten keine gesonderte Leitung in dem Kraftfahrzeug notwendig.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zweite IP-Stack-Einheit und die Codec-Einheit durch einen gemeinsamen integrierten Schaltkreis realisiert sind oder dass ein jeweiliges Programmmodul für die IP-Stack-Einheit und die Codec-Einheit durch einen gemeinsamen integrierten Schaltkreis oder Prozessorkern ausgeführt wird. Hierdurch ergibt sich ein kompaktes Streaming-System zum Wiedergeben der Datenpakete, die die entsprechende Anwendungsprotokoll-Angabe enthalten, wobei dieses Streaming-System einer normalen Netzwerk-Applikation an der Physical-Layer-Einheit vorgeschaltet werden kann.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zweite IP-Stack-Einheit auch eine Multiplexereinheit aufweist, die dazu eingerichtet ist, auszusendende Datenpakete sowohl aus der ersten IP-Stack-Einheit als auch aus der zumindest einen vorbestimmten Streaming-Applikation zu empfangen und nacheinander über die Physical-Layer-Einheit in das Datennetzwerk auszusenden. Somit ist also auch ein Aussenden von Datenpaketen sowohl für eine Netzwerk-Applikation als auch für eine Streaming-Applikation über denselben Anschluss in Form der Physical-Layer-Einheit möglich.
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Eine Weiterbildung sieht vor, dass die zweite IP-Stack-Einheit eine Zeitgebereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, über die Demultiplexereinheit und unter Umgehung der ersten IP-Stack-Einheit Zeitsynchronisationsdaten mittels des Precision-Time-Protokolls, PTP, mit einer anderen, vorrichtungsexternen Zeitgebereinrichtung auszutauschen. Hierdurch können Pufferüber- oder -unterläufe vermieden werden.
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Durch den Betrieb der erfindungsgemäßen Netzwerkanschlussvorrichtung ergibt sich ein Verfahren, das ebenfalls Bestandteil der Erfindung ist.
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Zu der Erfindung gehört auch ein Steuergerät, welches die Netzwerkanschlussvorrichtung zum Anschließen an ein Datennetzwerk des Kraftfahrzeugs aufweist.
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Schließlich gehört zu der Erfindung auch ein Kraftfahrzeug, bei welchem ein Steuergerät gemäß der Erfindung mit seiner Netzwerkanschlussvorrichtung an ein Datennetzwerk des Kraftfahrzeugs, insbesondere an ein Ethernet-Netzwerk, angeschlossen ist. Über das Datennetzwerk ist das Steuergerät insbesondere mit einer Kamera und/oder einer Mikrofonanordnung und/oder einer Medienwiedergabeeinrichtung, wie beispielsweise einem DVD-Wechsler (DVD - Digital Versatile Disc) verbunden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen, ausgestaltet.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschreiben. Hierzu zeigt:
- 1 bis 4 jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät, das über eine Netzwerkanschlussvorrichtung Datenpakete empfängt,
- 5 bis 8 jeweils eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, bei welchem das Steuergerät über seine Netzwerkvorrichtung Datenpakete versendet,
- 9 bis 15 jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Steuergerät, das eine Prozessoreinrichtung aufweist.
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Bei dem im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Bei dem Ausführungsbeispiel stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsform jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren ist die beschriebene Ausführungsform auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, bei dem es sich um einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, handeln kann. In dem Kraftfahrzeug 1 ist ein IP-basiertes Datennetzwerk 2 bereitgestellt, bei dem es sich beispielsweise um ein Ethernet-Netzwerk handeln kann. Über eine Datenleitung 3 des Datennetzwerks 2 sind beispielhaft ein Steuergerät 4, eine Kommunikationseinrichtung 5 und eine Kamera 6 miteinander verbunden. Bei dem Steuergerät 4 kann es sich beispielsweise um ein Infotainmentsystem handeln. Bei der Kommunikationseinrichtung 5 kann es sich beispielsweise um ein WLAN-Modul (WLAN - Wireless Local Area Network) oder ein Mobilfunkmodul, beispielsweise ein LTE-Funkmodul (LTE - Long Term Evolution) handeln. Bei der Kamera 6 kann es sich beispielsweise um eine Videokamera handeln, die als Rückfahrkamera einen Heckbereich hinter dem Kraftfahrzeug 1 erfassen kann.
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Durch das Steuergerät 4 kann beispielsweise eine Netzwerk-Applikation 7 betrieben oder ausgeführt werden, welche das Darstellen von Nutzdaten aus Datenpaketen 8 ermöglicht, die beispielsweise über das Kommunikationsmodul 5 über eine Funkverbindung 9 aus dem Internet 10 empfangen werden können. Über eine Streaming-Applikation 11 können Datenpakete 12 mit Bilddaten beispielsweise der Kamera 6 beispielsweise auf einer Anzeigeeinrichtung 13 angezeigt werden. Es können auch (nicht dargestellte) Audiodaten beispielsweise durch eine Lautsprechereinrichtung 14 der Streaming-Applikation 11 ausgegeben werden. Obwohl die Netzwerk-Applikation 7 und die Streaming-Applikation 11 über dieselbe Datenleitung 3 des Datennetzwerks 2 mit ihrer jeweiligen Datenquelle, das heißt dem Kommunikationsmodul 5 und der Kamera 6, verbunden sind, ist der Betrieb der Netzwerk-Applikation 11 nicht durch den Datenverkehr, wie ihn die Datenpakete 12 für die Streaming-Applikation 11 verursachen, beeinträchtigt. Ebenso wird der Betrieb der Streaming-Applikation 11 nicht durch den Datenverkehr, wie ihn die Datenpakete 8 für die Netzwerk-Applikation 7 verursachen, beeinträchtigt.
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Hierbei ist dennoch vorgesehen, dass das Steuergerät 4 über einen einzigen Anschluss in Form einer Physical-Layer-Einheit 15 an das Datennetzwerk 2 angeschlossen ist. Über die Physical-Layer-Einheit 15 empfängt das Steuergerät 4 die Datenpakete 8, 12. An die Physical-Layer-Einheit 15 sind sowohl die Netzwerk-Applikation 7 als auch die Streaming-Applikation 11 über einen IP-Stack angebunden, wobei jede der Applikationen 7, 11 einen eigenen IP-Stack aufweist. Hierzu ist bei dem Steuergerät 4 eine Netzwerkanschlussvorrichtung 16 vorgesehen, durch welche ein erster IP-Stack 17 mittels einer ersten IP-Stack-Einheit oder kurz Stack-Einheit 18 realisiert ist. Des Weiteren ist ein zweiter IP-Stack 19 mittels einer zweiten IP-Stack-Einheit oder kurz Stack-Einheit 20 realisiert. Die beiden Stack-Einheiten 18, 20 stellen die jeweils veranschaulichten Verarbeitungsschichten gemäß dem ISO-OSI-Referenzmodell 21 dar, nämlich eine Data-Link-Layer DLL, eine Network-Layer NL, eine Transport-Layer TL, eine Session-Layer SL und eine Presentation-Layer PL. Gemäß dem ISO-OSI-Referenzmodell 21 bildet dann die jeweilige Applikation 7, 11 die Applikation-Layer APP. Für den Fall, dass das Datennetzwerk 2 ein Ethernet-Netzwerk ist, wird als DLL eine Medium Access Control MAC realisiert. Da das Datennetzwerk 2 IP-basiert ist, enthält die Network-Layer das Internetprotokoll IP. Zum Koppeln einer jeweiligen Applikation 7, 11 können IP-Sockets vorgesehen sein, die gemäß dem TCP (Transmission Control Protocol) oder dem UDP (User Datagram Protocol) gebildet sein können. Die in den Figuren verwendete Angabe des TCP und UDP ist nur beispielhaft. Als das besagte Anwendungsprotokoll kann für die Nutzer-Applikation 7 beispielsweise das FTP oder das HTTP verwendet werden. Im Zusammenhang mit der Streaming-Applikation 11 wird bevorzugt das RTP verwendet.
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Trotz der beiden IP-Stacks 17, 19 ist auf der Physical-Layer PHY nur die einzige Physical-Layer-Einheit 15 vorgesehen. Hierzu ist die erste Stack-Einheit 18 über die zweite Stack-Einheit 20 mit der Physical-Layer-Einheit 15 gekoppelt. Dazu weist die zweite Physical-Layer-Einheit einen IP-Demultiplexer oder kurz Demultiplexer 22 auf, welcher die an die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 adressierten, also mit der entsprechenden IP-Adresse versehenen Datenpakete 8, 12 dahingehend überprüft, welche Anwendungsprotokoll-Angabe 23 in dem jeweiligen Datenpaket 8, 12 enthalten ist. Hierzu können entsprechende Header-Angaben in dem jeweiligen Datenpaket 8, 12 überprüft werden. Diese sind zusammen mit den jeweiligen Nutzdaten PDU, also beispielsweise Bilddaten oder HTML-Daten (HTML - Hyper Text Markup Language) in den Datenpaketen 8, 12 enthalten. Um Daten von der Demultiplexereinheit 22 der zweiten Stack-Einheit 20 zur ersten Stack-Einheit 18 zu übertragen, kann die Demultiplexereinheit 22 über eine eigene zusätzliche MAC-Schicht 24 an elektrische Verbindungskontakte 25 gekoppelt sein, durch welche eine MII-Schnittstelle gebildet werden kann. Über diese MII-Schnittstelle 26 kann eine MAC-Schicht 27 der ersten IP-Stack-Einheit 18 somit mit der MII-Schnittstelle 26 und damit mit der Demultiplexereinheit 22 gekoppelt werden.
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Die durch die Demultiplexereinheit 22 anhand der Anwendungsprotokoll-Angabe 23 herausgefilterten oder ausgewählten Datenpakete 12 für die Streaming-Einrichtung 11 können direkt der Streaming-Applikation 11 bereitgestellt werden. Diese kann beispielsweise einen Codec 28 für Audio-Videodaten oder kurz A/V-Daten aufweisen. Die durch den Codec 28 erzeugten Rohdaten oder Ausgabedaten können dann beispielsweise in bekannter Weise durch einen A/V-Renderer 29 in Ausgabedaten für die Anzeigeeinrichtung 13 und/oder die Lautsprechereinrichtung 14 umgewandelt werden.
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Durch die Stack-Einheit 18 und die Netzwerk-Applikation 7 können die Datenpakete 8 in an sich bekannter Weise verarbeitet werden, um beispielsweise als Netzwerk-Applikation 7 einen Internet-Browser oder ein E-Mail-Programm oder eine Online-Navigation bereitzustellen.
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Die IP-Stack-Einheit 20 für den zweiten IP-Stack 19 kann beispielsweise auf der Grundlage eines dedizierten oder separaten oder eigenständigen integrierten Schaltkreises 30 realisiert sein, der dann über eine Audio/VideoSchnittstelle 31 beispielsweise mittels des TDM-Übertragungsverfahrens (TDM - Time Division Multiplex) oder ein TSI (Transport Stream Interface) mit der Anzeigeeinrichtung 13 und/oder der Lautsprechereinrichtung 14 verbunden sein. Falls die Streaming-Applikation 11 und die Stack-Einheit 20 durch dasselbe Prozessorsystem mit gemeinsamem Datenspeicher realisiert sind, so kann auch eine IPC (Inter Process Communication) zum Austauschen von Bilddaten oder generell der Nutzdaten PDU der Datenpakete 12 vorgesehen sein.
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2 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher der Codec 28 in die zweite Stack-Einheit 20 integriert ist, also beispielsweise durch denselben Prozessorkern ausgeführt wird wie der IP-Stack 19. Eine Anbindung des Codecs 28 an den Renderer 29 kann dann beispielsweise über elektrische Leitungen 32 erfolgen, die eine RGB-Übertragung (RGB - Red Green Blue) und/oder ein YUV-Übertragung und/oder eine I2S (I2S - Inter-IC-Sound) bereitstellen.
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3 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei welcher ein Prozessorkern für die Stack-Einheit 18 und ein Prozessorkern für die Stack-Einheit 20 auf denselben Datenspeicher RAM zugreifen können, sodass die Stack-Einheit 20 mit der Stack-Einheit 18 über eine IPC in Form einer Speicherteilung Shmem die Datenpakete 8 austauschen können. Hier benötigen dann weder die Stack-Einheit 18 eine MAC-Schicht noch benötigt die Stack-Einheit 20 die zusätzliche MAC-Schicht 27.
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4 veranschaulicht eine wieder die Ausführungsform, bei welcher der Codec 28 in die zweite Stack-Einheit 20 integriert ist, also beispielsweise durch denselben Prozessorkern ausgeführt wird wie der IP-Stack 19. Eine Anbindung des Codecs 28 an den Renderer 29 kann beispielsweise über die beschriebenen elektrischen Leitungen 32 erfolgen.
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5 veranschaulicht einen Sendevorgang des Steuergeräts 4 gemäß 1. Die zu sendenden Datenpakete 8' der Netzwerk-Applikation 7 und die zu senden Datenpakete 12' der Streaming-Applikation 11 können durch eine Multiplexereinheit 22' der Stack-Einheit 20 nacheinander über die Physical-Layer-Einheit 15 in das Datennetzwerk 2 ausgesendet werden.
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6 veranschaulicht den Sendevorgang für die Steuervorrichtung gemäß 2.
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7 veranschaulicht den Sendevorgang für das Steuergerät 4 gemäß 3.
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8 veranschaulicht den Sendevorgang für das Steuergerät 4 gemäß 4.
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9 veranschaulicht einen physikalischen Aufbau des Steuergeräts 4 gemäß 1. Beispielsweise kann zum Realisieren der beschriebenen Elemente ein integrierter Schaltkreis 33 vorgesehen sein, der beispielsweise als ein SoC ausgestaltet sein kann. Es können mehrere unterschiedliche Prozessorkerne 34, 34' vorgesehen sein. Der Prozessorkern 34' zum Bereitstellen der zweiten Stack-Einheit 20 kann beispielsweise als ein integriertes oder embedded NIC (NIC - Network Interface Card) realisiert sein. Durch einen der Prozessorkerne 34 kann auch ein Betriebssystemprogramm oder Steuerprogramm 35 ausgeführt werden, durch welches beispielsweise über eine Steuerleitung 36 die Stack-Einheit 20 gesteuert werden kann, um beispielsweise festzulegen, welches Anwendungsprotokoll-Angabe 23 zu der zumindest einen Streaming-Applikation 11 weitergeleitet werden soll.
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10 zeigt die entsprechende Darstellung für das Steuergerät 4 gemäß 2, 11 die entsprechende Darstellung für das Steuergerät 4 gemäß 3 und 12 die entsprechende Darstellung für das Steuergerät 4 gemäß 4.
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13 veranschaulicht eine Weiterbildung, bei welcher auch die Stack-Einheit 20 mit dem Codec 28 über den Datenspeicher RAM mittels einer IPC beispielsweise in Form einer Speicherteilung Shmem zum Übertragen oder Austauschen der Datenpakete 12, 12' miteinander gekoppelt sein können.
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14 und 15 zeigt eine Möglichkeit der Clock-Generierung. In dieser weiteren Ausprägung wird eine Uhrensynchronisation z.B. nach IEEE15888 (PTP - Precision Time Protocol) durchgeführt. Dabei kann die Ausprägung entweder als Clock-Master CLK oder als Clock-Slave agieren. In beiden Fällen werden durch den Muxer 22' bzw. Demuxer 22 PTP-Nachrichten extrahiert bzw. generiert. Basierend auf der Uhr wird dann eine Media-Clock generiert, die den Takt für die Codecs 28 vorgibt. Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Sender und der Empfänger mit einer gleich schnell laufenden Clock CLK die Audio- bzw. Videodaten 12, 12' generieren bzw. wiedergeben, so dass keine Pufferüber- oder -unterläufe entstehen.
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Durch das Steuergerät 4 wird somit ein Verfahren durchgeführt, um die ineffiziente, generische Arbeitsweise eines IP-Stacks 17 zu umgehen und bereits auf einer unteren Schicht die A/V-Datenpakete 12, welche auf IP-Layer transportiert werden (wie z.B. mittels RTP) von den anderen IP-Datenpaketen 8 zu separieren, zu decodieren und an entsprechend geeigneten Schnittstellen, wie der Audio/Video-Schnittstelle 31 oder dem Datenspeicher RAM, für zumindest eine Streaming-Applikation 11 bereitzustellen. Ebenso Bestandteil des Steuergeräts 4 ist ein Verfahren, auszusendende A/V-Datenpakete 12' an entsprechend geeigneten Schnittstellen, wie der Audio/Video-Schnittstelle 31 oder dem Datenspeicher RAM, entgegenzunehmen und mit anderen auszusendenden IP-Datenpaketen 8' zusammen auf einer Datenleitung 3, z.B. gemäß dem Ethernet-Standard, zu übertragen. Dieses Verfahren beinhaltet das Auswählen der IP-Datenpakete 12 mit Audio- und Videodaten als Nutzdaten PDU, das Weiterleiten der anderen IP-Datenpakete 8 sowie das Entpacken und Verpacken bzw. die Codierung und Decodierung der Audio- bzw. Videodaten mittels des Codecs 28.
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Die hierzu verwendete Netzwerkanschlussvorrichtung 16 kann innerhalb eines SoC realisiert werden, um sowohl die A/V-Datenpakete 12 als auch die anderen IP-Datenpakete 8 basierend auf dem IP-Layer zu transportieren und im sendenden und empfangenden SoC effizient aufzuteilen bzw. zusammenzufassen und möglicherweise zu codieren bzw. decodieren. Dabei wird also zwischen einem Sende- und einem Empfangspfad unterschieden, was durch die Demultiplexereinheit 22 und die Multiplexereinheit 22' realisiert wird.
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Dabei ist die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 sowohl als Stand-Alone-IC, als auch durch Software-Komponenten auf einem dedizierten Co-Prozessor eines SoCs umsetzbar. Des Weiteren ist die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 mit einem Audiocodec 28, mit einem Videocodec 28 oder mit einem Audio- und einem Videocodec 28 realisierbar. Über eine Konfigurationsschnittstelle 36 (z.B. I2C - Inter-Integrated Circuit) kann die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 von einem Host-IC 34 aus konfiguriert werden.
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Im Empfangspfad analysiert die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 jedes Datenpaket 8, 12 lediglich anhand der Header-Informationen aller vorbestimmten Protokollschichten (IP, UDP/TCP, RTP) und extrahiert die IP-basierten A/V-Datenpakete 12 (z.B. RTP). Nur die anderen oder übrigen IP-Datenpakete 8 werden an den IP-Stack 17 zur weiteren Verarbeitung weitergereicht. Die IP-basierten Audio- und Videodatenpakete 12 (z.B. mit der Angabe RTP) werden an den entsprechenden IP-basierten Protokollstack 19 (z.B. RTP) übergeben und an einer geeigneten Audio- bzw. Videoschnittstelle 31 (z.B. I2S oder TDM für Audio bzw. TSI oder PCle für Video) oder an einer IPC-Schnittstelle mit Leitungen 32 ausgegeben (siehe 1 und 3). Wird die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 mit einem Audio- bzw. Videocodec 28 auf einem gemeinsamen IC bereitgestellt, so werden die vom Protokollstack 19 extrahierten A/V-Datenpakete 12 durch den Codec 28 decodiert und an einer entsprechenden Schnittstelle mit elektrischen Leitungen 32 für decodierte Audio- bzw. Videodaten (z.B. I2S für Audio bzw. RGB oder YUV für Video) ausgegeben (siehe 2 und 4).
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Im Sendepfad werden aus den Audio- bzw. Videodaten über den entsprechenden IP-basierten Protokollstack 19 für Audio- und Videodaten (z.B. RTP) IP-Datenpakete 12' generiert und mit den anderen IP-Datenpaketen 8' nacheinander auf in das Datennetzwerk 2, z.B. das Ethernet-Netzwerk, ausgegeben (siehe 5 und 7). Wird Netzwerkanschlussvorrichtung 16 mit einem Audio- bzw. Videocodec 28 als ein einziger IC bereitgesteltl, so werden die A/V-Daten zunächst an einer entsprechenden Schnittstelle mit elektrischen Leitungen 32 für decodierte Audio- bzw. Videodaten (z.B. I2S für Audio bzw. RGB oder YUV für Video) entgegengenommen, encodiert und an den entsprechenden IP-basierten Protokollstack 19 (z.B. RTP) übergeben (siehe 6 und 8).
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Im Folgenden werden die verschiedenen Ausprägungen nochmals kurz zusammenfasst:
- a. In einer „Stand-Alone“ Ausprägung wird die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 in einem eigenen IC 34' realisiert, welches zwei MAC-Interfaces oder MAC-Schnittstellen 26 sowie die geeigneten Audio- bzw. Videointerfaces 31 sowie das Interface 36 für die Konfiguration bereitstellt (10). Diese Anordnung ist universell einsetzbar und in bestehende Hardware-Architekturen integrierbar, da für den Controller, der die anderen IP-Datenpakete 8 verarbeitet, am MAC-Interface 26 (für den IP-Stack transparent) die anderen IP-Datenpakete 8 ankommen (siehe 9 und 10).
- b. In einer Co-Prozessor-Ausprägung wird die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 auf einem IC eines SoCs realisiert, welcher ein MAC-Interface MII bereitstellt und die andren IP-Datenpakete 8 über eine IPC-Schnittstelle (z.B. Shared-Memory Shmem) an einen anderen Controller oder Prozessorkern des selben SoCs weiterleitet. Die Audio- und Videodaten PDU können entweder wie in der Stand-Alone-Ausprägung an geeigneten Audio- bzw. Videointerfaces bereitstellt werden (siehe 11 und 12) oder aber ebenfalls über IPC (Shared-Memory Shmem) den anderer Audio- und Videoverarbeitender IC's des selben SoC's bereitgestellt werden (siehe 13).
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Die Netzwerkanschlussvorrichtung 16 bietet mehrere Vorteile. Durch die Verwendung eines eigenen ICs für das extrahieren der A/V-Datenpakete 12 wird die Effizienz auf demjenigen IC erhöht, welches die anderen IP-Datenpakete 8 verarbeitet. Typischerweise ist ein solches IC gar nicht in der Lage, die anderen IP-Datenpakete 8 zu verarbeiten (z.B. bei einer Datenrate von 10Mbps), wenn gleichzeitig A/V-Datenpakete 12 mit einer Datenrate von mehr als 100Mbps verarbeiten werden müssen. Durch die Verwendung des IP auch für die Audio- und Videodatenpakete 12 sind diese über verschiedene Netze 2 routingfähig und/oder Firewalls können gemäß dem Stand der Technik beim Routen dieser Datenpakete 12 anwendbar sein. Durch die Verwendung geeigneter Audio- und Videointerfaces (oder einer IPC) werden bei der Co-Prozessor-Ausprägung keine zusätzlichen MAC bzw. PHY-Bausteine für die Audio- bzw. Video-verarbeitenden Controller erforderlich.
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Durch die Verwendung geeigneter Audio- und Videointerfaces (oder einer IPC) werden bei der „Stand-Alone“-Ausprägung nur zwei zusätzliche MAC-Bausteine erforderlich, bei einer Switch-Lösung wären es drei MAC-Interfaces (2x Tx auf dem Switch + 1x Rx beim Audio- bzw. Videoverarbeitenden Controller).
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Insgesamt zeigt das Beispiel, wie durch die Erfindung ein Verfahren zur effizienten IP-basierten Übertragung von Audio- und Videodaten auf einem Ethernet-Netzwerk zusammen mit anderen IP-Daten bereitgestellt werden kann.
