DE102017204514A1

DE102017204514A1 - Verarbeitungssteuerung eines Sensorsystems

Info

Publication number: DE102017204514A1
Application number: DE102017204514.0A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dorsch; Sebastian Stieber; Lars Middendorf; Christian Haubelt
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-03-17
Filing date: 2017-03-17
Publication date: 2018-09-20
Also published as: US20200125523A1; CN110753907A; JP6849818B2; KR20190126391A; WO2018166698A1; JP2020510937A; CN110753907B; US11263163B2; TW201839606A

Abstract

Eine Sensoreinheit umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen und Umwandeln von Messgrößen in Sensorsignale; mindestens einen Mikroprozessor; mindestens einen Speicher für Programmmodule zur Sensorsignalverarbeitung, wobei die Programmmodule auf dem Mikroprozessor ausführbar sind, und mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zu einem externen Applikationsprozessor, wobei die Programmmodule über diese Kommunikationsschnittstelle aktivierbar und deaktivierbar sind und wobei über diese Kommunikationsschnittstelle weitere Programmmodule in den Speicher ladbar sind. Dabei umfasst der Mikroprozessor mindestens eine abgeschlossene Umgebung zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sensorsystem. Insbesondere betrifft die Erfindung die Steuerung der Verarbeitung eines Sensorsystems mit eingebauter Verarbeitungseinrichtung.
Stand der Technik
Ein Sensorsystem umfasst einen Sensor, der zur Abtastung einer physikalischen Größe eingerichtet ist, und eine Verarbeitungseinrichtung. Die Verarbeitungseinrichtung ist dazu eingerichtet, abgetastete Werte der physikalischen Größe weiterzuverarbeiten und mittels einer Schnittstelle nach außen zur Verfügung zu stellen. Der Sensor und die Verarbeitungseinrichtung sind üblicherweise in einem gemeinsamen Gehäuse eingebaut, um eine Integrationsdichte zu erhöhen und Signalwege zu verkürzen.
Eine Konfiguration des Sensorsystems von außen kann üblicherweise mittels Konfigurationsnachrichten durchgeführt werden. Dabei können beispielsweise Parameter verändert oder einzelne Teile des Sensorsystems aktiviert oder deaktiviert werden.
US 2012/0254878 A1 schlägt ein Sensorsystem vor, bei dem unterschiedliche Funktionskomponenten, die im Sensorsystem fest vorgesehen sind, von außen selektiert oder miteinander verknüpft werden können. Dabei wird ein geschlossenes System vorausgesetzt, dessen Funktionsumfang nur einmal vor der Inbetriebnahme festgelegt und danach nur noch konfiguriert wird. Eine Erweiterung des Funktionsumfangs ist nicht vorgesehen.
In üblichen Sensorsystemen ist ein Funktionsumfang durch die im Sensorsystem vorgesehenen Komponenten festgelegt. Eine nachträgliche Veränderung oder insbesondere Vergrößerung des Funktionsumfangs ist nicht möglich. Soll das Sensorsystem möglichst universell eingesetzt werden, so müssen viele unterschiedliche Funktionskomponenten vorgesehen werden, wodurch Produktionskosten gesteigert sein können. Werden nur wenige Funktionskomponenten vorgesehen, so kann das Sensorsystem in weniger unterschiedlichen Umgebungen eingesetzt werden. Eine der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes Sensorsystem anzugeben, das mit möglichst geringem Aufwand möglichst universell verwendbar ist. Eine weitere Aufgabe besteht in der Angabe eines passenden Steuerverfahrens für das Sensorsystem. Die Erfindung löst diese Aufgaben mittels der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder.
Offenbarung der Erfindung
Eine Sensoreinheit umfasst mindestens einen Sensor zum Erfassen und Umwandeln von Messgrößen in Sensorsignale; mindestens einen Mikroprozessor; mindestens einen Speicher für Programmmodule zur Sensorsignalverarbeitung, wobei die Programmmodule auf dem Mikroprozessor ausführbar sind, und mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zu einem externen Applikationsprozessor, wobei die Programmmodule über diese Kommunikationsschnittstelle aktivierbar und deaktivierbar sind und wobei über diese Kommunikationsschnittstelle weitere Programmmodule in den Speicher ladbar sind. Dabei umfasst der Mikroprozessor mindestens eine abgeschlossene Umgebung zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen.
Der Mikroprozessor kann mindestens eine virtuelle Maschine als abgeschlossene Umgebung zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen bereitstellen.
Der Mikroprozessor kann mindestens eine Sandbox als abgeschlossene Umgebung zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen bereitstellen.
Zur Sensorsignalverarbeitung von mehreren Sensoren kann ein Mikroprozessor vorgesehen sein.
Ein Applikationsprozessor umfasst mindestens eine Kommunikationsschnittstelle zu einer Sensoreinheit wie oben beschrieben. Dabei sind dem Applikationsprozessor die Konfiguration der Sensoreinheit und der spezifische Funktionsumfang der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit bekannt. Es besteht eine Zugriffsmöglichkeit auf einen nichtflüchtigen Speicher, in dem plattformunabhängige Programmmodule zur Sensorsignalverarbeitung abgespeichert sind, und es sind Mittel zum Bereitstellen mindestens eines Plugin-Programmmoduls vorgesehen, das auf mindestens einem plattformunabhängigen Plugin basiert und in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausführbar ist. Ferner sind Mittel zum Übertragen derartiger Plugin-Programmmodule über die Kommunikationsschnittstelle in den Speicher der Sensoreinheit und Mittel zum Aktivieren und Deaktivieren dieser Plugin-Programmmodule über die Kommunikationsschnittstelle vorgesehen.
Als „Konfiguration der Sensoreinheit“ werden hier Informationen über die vorhandenen Sensoren, den Mikroprozessor und den Speicher bezeichnet. Der „Funktionsumfang der abgeschlossenen Umgebung“ beschreibt, ob es sich hier um eine virtuelle Maschine, eine Sandbox oder irgendeine andere Art der abgeschlossenen Umgebung handelt, sowie wie viel Programmspeicher hier zur Verfügung steht. Als „Plugins“ werden im Folgenden immer die plattformunabhängigen Programmmodule bezeichnet, auf die der Applikationsprozessor zugreifen kann. Diese können auch auf einem externen Speichermedium abgelegt sein. Als „Plugin-Programmmodule“ werden die auf den Plugins basierenden Programmmodule bezeichnet, die in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausgeführt werden. Handelt es sich bei der abgeschlossenen Umgebung um eine virtuelle Maschine, dann können die plattformunabhängigen Plugins direkt geladen und in der virtuellen Maschine ausgeführt werden. In diesem Fall können Plugin und Plugin-Programmmodul im Wesentlichen identisch sein.
Die Mittel zum Bereitstellen können Mittel zum Umwandeln von plattformunabhängigen Plugins in jeweils mindestens ein Plugin-Programmodul umfassen, das in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausführbar ist. Zum Umwandeln kann beispielsweise ein Compiler eines externen Applikationsprozessors verwendet werden.
Die Mittel zum Umwandeln von plattformunabhängigen Plugins in Plugin-Programmmodule können so konfiguriert sein, dass sie eine Programmoptimierung und/oder eine Kompatibilitätsprüfung im Hinblick auf die Konfiguration der Sensoreinheit vornehmen.
Unter Programmoptimierung ist eine Programmänderung bei Beibehaltung der Funktionalität und gleichzeitiger Reduktion der Latenz, der elektrischen Leistungsaufnahme und/oder des Speicherbedarfs zu verstehen. Man kann alternativ auch von „Effizienzsteigerung der extra-funktionalen Eigenschaften (Latenz, elektrische Leistungsaufnahme, Speicherbedarf, etc.)“ sprechen.
Es können Mittel zum Abspeichern von plattformunabhängigen Plugins und/oder darauf basierenden Plugin-Programmmodulen vorgesehen sein.
Dadurch können einmal heruntergeladene Plugins und/oder die entsprechenden Plugin-Programmmodule lokal, also auf dem Applikationsprozessor oder auch einem zusätzlichen Speichermedium des Sensorsystems, abgespeichert werden. Die Plugins müssen in diesem Fall nur einmal bereitgestellt bzw. in Plugin-Programmmodule umgewandelt werden. Außerdem können die Plugins bzw. Plugin-Programmmodule auch dann genutzt werden, wenn der Zugriff auf den Speicher mit den Plugins nicht immer und überall möglich ist.
Weiter kann mindestens eine abgeschlossene Umgebung zum Ausführen von plattformunabhängigen Plugins und/oder Plugin-Programmmodulen vom Applikationsprozessor umfasst sein.
Vorteilhafterweise umfasst auch der Applikationsprozessor eine abgeschlossene Umgebung zur Ausführung von Plugins bzw. Plugin-Programmmodulen. Wenn ein Plugin bzw. Plugin-Programmmodul nicht in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausgeführt werden kann, beispielsweise aufgrund zu hoher Auslastung oder zu geringer Kapazität, kann es dann ganz oder auch nur teilweise (Anspruch 10) alternativ in der abgeschlossenen Umgebung des sehr viel leistungsfähigeren Applikationsprozessors ausgeführt werden.
Es können auch Mittel zur Instrumentierung und Profilierung von plattformunabhängigen Plugins und/oder Plugin-Programmmodulen zur Identifizierung von Plugin-Programmabschnitten, die in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausführbar sind, und Mittel zur Koordinierung dieser Plugin-Programmabschnitte vorgesehen sein.
Ein Sensorsystem umfasst mindestens eine Sensoreinheit und mindestens einen Applikationsprozessor wie sie hierin beschrieben sind, wobei die plattformunabhängigen Plugins in einem internen Speicher des Applikationsprozessors, auf einem externen Speichermedium und/oder in einer Cloud abgespeichert sind.
Im Unterschied zum Stand der Technik kann das erfindungsgemäße Sensorsystem auch plattformunabhängige Plugins ausführen, die von externen Speichermedien, wie z.B. einer SD-Card oder einer Cloud zur Verfügung gestellt werden.
Weiter wird bereitgestellt ein Verfahren zum Betreiben eines Sensorsystems, wie es oben ausgeführt ist, bei dem dem Applikationsprozessor mindestens ein plattformunabhängiges Programmmodul zur Verfügung gestellt wird, bei dem der Applikationsprozessor mindestens ein Plugin-Programmmodul bereitstellt, das auf dem mindestens einen plattformunabhängigen Plugin basiert und das in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausführbar ist, und bei dem das zumindest eine Plugin-Programmmodul in den Speicher der Sensoreinheit geladen wird und in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausgeführt wird, wenn die Konfiguration und der Status der Sensoreinheit dies zulassen.
Das Verfahren kann die Nutzung einer abgeschlossenen Umgebung ermöglichen. Erfolgt die Ausführung eines Plugins bzw. Plugin-Programmmoduls in einer solchen abgeschlossenen Umgebung auf dem Mikroprozessor der Sensoreinheit oder auf dem Applikationsprozessor, dann kann die Ausführung jederzeit gestoppt werden, insbesondere dann, wenn ein schadhaftes, betriebsstörendes Verhalten erkannt worden ist oder absehbar ist. Diese Möglichkeit ist Voraussetzung für ein „gefahrloses“ Herunterladen von zunächst unbekanntem Programmcode.
Der Applikationsprozessor kann das mindestens eine plattformunabhängige Plugin in mindestens ein Plugin-Programmmodul umwandeln, das in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausführbar ist, wobei geprüft wird, ob das Plugin-Programmmodul mit der Konfiguration der Sensoreinheit kompatibel ist.
Bei der Umwandlung des mindestens einen plattformunabhängigen Plugins in mindestens ein Plugin-Programmmodul und/oder bei der Ausführung des Plugin-Programmmoduls kann eine Programmoptimierung im Hinblick auf die Konfiguration und den Status der Sensoreinheit und/oder den Funktionsumfang der abgeschlossenen Umgebung vorgenommen werden.
Das Plugin-Programmmodul kann vom Mikroprozessor der Sensoreinheit und/oder vom Applikationsprozessors deaktiviert werden, wenn bei der Ausführung des Plugin-Programmmoduls ein für das Sensorsystem schadhaftes oder betriebsstörendes Verhalten erkannt wird oder absehbar ist.
Das mindestens eine plattformunabhängige Plugin und/oder das mindestens eine darauf basierende Plugin-Programmmodul kann außerhalb der Sensoreinheit abgespeichert werden, so dass es bei Bedarf erneut in den Speicher der Sensoreinheit geladen werden kann.
Das mindestens eine plattformunabhängige Plugin und/oder das mindestens eine Plugin-Programmmodul können zumindest teilweise in einer abgeschlossenen Umgebung des Applikationsprozessors ausgeführt werden, wenn eine Ausführung in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit nicht möglich ist.
Dadurch ist es möglich, einen Funktionsumfang der Verarbeitung von abgetasteten Werten nachträglich zu beeinflussen. Insbesondere kann eine Verarbeitung in Abhängigkeit eines Einsatzzwecks des Sensorsystems angepasst werden. Die Anpassung kann auch im laufenden Betrieb erfolgen, sodass beispielsweise in unterschiedlichen Situationen unterschiedliche Verarbeitungen der abgetasteten Werte möglich sind.
Es ist allgemein bevorzugt, dass der Sensor keine extrem großen Datenmengen abtastet, sodass die Verarbeitungseinrichtung relativ leistungsschwach und sparsam ausgelegt sein kann. Je näher eine Verarbeitung von Werten am tatsächlichen Sensor stattfindet, desto Strom sparender kann die Verarbeitung realisiert werden. Mit jeder Weitergabe von teilverarbeiteten Informationen von einer Verarbeitungseinrichtung an eine weitere kann ein Energieaufwand gesteigert sein, wobei Steigerungsfaktoren von ca. 10 üblich sind. Der Sensor kann beispielsweise einen Temperatursensor, einen Feuchtesensor oder einen Sensor für flüchtige organische Verbindungen (volatile organic compounds, VOC) umfassen. Dazu kann der Sensor insbesondere in Halbleitertechnik aufgebaut sein. Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt ebenfalls in Halbleitertechnik ausgeführt, wobei die gleiche oder eine abweichende Halbleitertechnologie verwendet werden kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Sensor einen mikromechanischen Sensor umfasst. Derartige Sensoren können eine Verarbeitungseinrichtung benötigen, um die Messung mittels des Sensors durchzuführen. Dazu kann beispielsweise ein Gleichgewicht einer mikromechanischen Komponente eingestellt oder eine mechanische Anregung durchgeführt werden. Die Verarbeitungseinrichtung kann anfallende analoge Messwerte in digitale umwandeln und weiterverarbeiten. Dazu kann beispielsweise eine algorithmische oder kennfeldgesteuerte Verarbeitung erfolgen.
Der Sensor kann insbesondere einen Inertialsensor umfassen. Insbesondere kann der Inertialsensor einen mikromechanischen Beschleunigungssensor oder Drehratensensor umfassen. Die Verarbeitungseinrichtung ist bevorzugt zur Bestimmung einer vorbestimmten Bewegung des Sensorsystems eingerichtet. Das Sensorsystem kann beispielsweise zur Anbringung in einem Schuh vorgesehen sein, wobei die vorbestimmte Bewegung einen Schritt einer den Schuh tragenden Person umfasst. In einer anderen Ausführungsform ist das Sensorsystem zur Anbringung in einem mobilen Telefon eingerichtet und die Bewegung umfasst eine Geste. Die Erkennung der vorbestimmten Bewegung kann verbessert mittels des Sensorsystems durchgeführt werden, wobei die verwendete Verarbeitungseinrichtung Strom sparend ausgeführt sein kann. Eine mit dem Sensorsystem verbundene Verarbeitungseinrichtung verfügt üblicherweise über weit größere Verarbeitungskapazitäten und braucht für die gleiche Bestimmung mehr elektrische Energie. Die externe Verarbeitungseinrichtung kann verbessert entlastet werden, sodass sie in einen Energie sparenden Zustand versetzt oder für andere Zwecke verwendet werden kann.
Es ist besonders bevorzugt, dass die Verarbeitungseinrichtung eine abgeschlossene Umgebung zur Ausführung von mittels der Schnittstelle empfangenen Verfahrensinstruktionen bereitstellt. Dabei kann beispielsweise eine virtuelle Maschine oder eine Sandbox verwendet werden. Eine virtuelle Maschine ist eine Ausführungsumgebung für Programme, die von einer Wirtsmaschine mittels eines entsprechenden Programms bereitgestellt wird. Bedingungen innerhalb der virtuellen Maschine, beispielsweise eine erkennbare Hardware-Konfiguration, können durch die Wirtsmaschine gesteuert werden. Eine Sandbox (Sandkiste, Sandkasten) bezeichnet allgemein einen isolierten Bereich eines Verarbeitungssystems, innerhalb dessen ausgeführte Maßnahmen keine Auswirkung auf die äußere Umgebung haben. Durch die abgeschlossene Umgebung kann verhindert werden, dass böswillige oder fehlerhafte Verarbeitungsinstruktionen zu einem Schaden am Sensorsystem führen oder seine Benutzbarkeit verringern.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Verarbeitungseinrichtung zur Ausführung von Verarbeitungsinstruktionen aus einer vorbestimmten Menge eingerichtet ist, wobei die abgeschlossene Umgebung die Ausführung einer Teilmenge der vorbestimmten Menge verhindert. Beispielsweise können die Verarbeitungsinstruktionen in privilegierte und nichtprivilegierte Instruktionen unterteilt sein. Privilegierte Verarbeitungsinstruktionen können nur dann von der Verarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, wenn sie nicht zuvor über die Schnittstelle empfangen wurden. Privilegierte Instruktionen können beispielsweise einen unmittelbaren Zugriff auf eine Konfiguration des Sensors oder seine Ansteuerung umfassen. Versucht eine zuvor hochgeladene Verarbeitungsinstruktion, einen privilegierten Befehl auszuführen, so kann seine Ausführung unterbrochen oder der verletzende Befehl oder das umgebende Programm entfernt werden.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform umfasst das Sensorsystem ferner einen lokalen Speicher zur Ablage empfangener Verarbeitungsinstruktionen, wobei die Verarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, zuvor empfangene Verarbeitungsinstruktionen aus dem Speicher zu entfernen. Nicht mehr benötigte Instruktionen können so gelöscht oder verworfen werden, sodass der lokale Speicher mehr Platz zur Aufnahme weiterer Verarbeitungsinstruktionen frei hat. Das Sensorsystem kann also insbesondere nicht nur einmal von außen programmiert werden, sondern sein Verarbeitungsprogramm dynamisch erhalten oder abändern. Dadurch kann bereits mit relativ wenig lokalem Speicher eine große Funktionsvielfalt des Sensorsystems erreicht werden.
Ein Verfahren zum Steuern des beschriebenen Sensorsystems umfasst Schritte des Bereitstellens von Verarbeitungsinstruktionen an das Sensorsystem mittels der Schnittstelle; und des Empfangens eines auf der Basis von physikalischen Messwerten bestimmten verarbeiteten Werts mittels der Schnittstelle.
Die Verarbeitungsinstruktionen können in Abhängigkeit einer Situation, einer Messaufgabe oder eines anderen Umstands dynamisch auf das Sensorsystem hochgeladen und dort ausgeführt werden. Außerhalb des Sensorsystems kann dann ein mittels der hochgeladenen Verarbeitungsinstruktionen verarbeiteter oder vorverarbeiteter Wert abgeholt werden. Ein mit dem Sensorsystem verbundenes Verarbeitungssystem kann daher verbessert übergeordnete Aufgaben durchführen, während eine messwertnahe Verarbeitung teilweise oder vollständig durch das Sensorsystem durchgeführt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass eine Beschreibung einer Umgebung von mittels des Sensorsystems ausführbaren Verarbeitungsinstruktionen vorbestimmt ist. Die Verarbeitungsinstruktionen können nur dann an das Sensorsystem bereitgestellt werden, wenn das Sensorsystem zu deren Ausführung eingerichtet ist. Beispielsweise können unterschiedliche Sensorsysteme vorgesehen sein, deren Umgebungen Teilmengen voneinander bilden. Verarbeitungsinstruktionen, die von der kleineren Teilmenge umfasst sind, können von beiden Sensorsystemen verarbeitet werden. Dadurch können Programme von Verarbeitungsinstruktionen erstellt werden, die auf unterschiedlichen Sensorsystemen lauffähig sind.
Andererseits können auch Programme erstellt werden, die die Möglichkeiten eines vorgegebenen Sensorsystems verbessert ausschöpfen.
Ist das Sensorsystem nicht zur Ausführung der Verarbeitungsinstruktionen eingerichtet, so können abgetastete Werte der physikalischen Größe mittels der Schnittstelle empfangen und außerhalb des Sensorsystems verarbeitet werden. Dabei können die zuvor nicht hochgeladenen Verarbeitungsinstruktionen beispielsweise mittels der externen Verarbeitungseinrichtung ausgeführt werden. Anders ausgedrückt kann ein Programm, das nicht auf ein gegebenes Sensorsystem hochgeladen werden kann, von einer externen Verarbeitungseinrichtung auch selbst durchgeführt werden. Dafür kann ein erhöhter Strombedarf gegenüber einer Ausführung seitens des Sensorsystems erforderlich sein, das eigentliche Verarbeitungsziel jedoch verbessert erreicht werden.
In einer ersten Variante liegt die Beschreibung der Umgebung im Sensorsystem vor und kann mittels der Schnittstelle bereitgestellt werden. Eine externe Verarbeitungseinrichtung kann die Beschreibung bei Bedarf herunterladen und prüfen, ob ein vorgegebenes Programm auf dem Sensorsystem ablauffähig ist oder nicht. In einer anderen Ausführungsform liegt die Beschreibung extern vor, sodass sie verbessert aktualisiert oder angepasst werden kann.
Figurenliste
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:

1 ein System; und
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern eines Sensorsystemsystems

1 zeigt ein System 100 mit einem Sensorsystem 105 und einem Verarbeitungssystem 110, die mittels einer Schnittstelle 115 miteinander verbunden sind. Das Sensorsystem 105 umfasst einen Sensor 118, eine Verarbeitungseinrichtung 120 sowie optional einen Speicher 125. Die Verarbeitungseinrichtung 120 umfasst bevorzugt einen programmierbaren Mikrocomputer oder Mikroprozessor und kann eine abgeschlossene Verarbeitungsumgebung 121 zur Steuerung des Sensorsystems 105 bereitstellen. Die Verarbeitungseinrichtung 120 ist mit dem Sensor 118 und der Schnittstelle 115 verbunden. Der Speicher 125 ist mit der Verarbeitungseinrichtung 120 verbunden und kann optional mittels eines Direktzugriffs 130 (DMA: direct memory access) über die Schnittstelle 115 gelesen oder beschrieben werden.
Der Sensor 118 ist bevorzugt ein Inertialsensor und unabhängig davon bevorzugt ein mikromechanischer Sensor (mikroelektromechanisches System, MEMS). Die Verarbeitungseinrichtung 120 kann dazu eingerichtet sein, einen Messvorgang mittels des Sensors 118 zu steuern. In einer anderen Ausführungsform ist hierfür eine dedizierte weitere Verarbeitungseinrichtung vorgesehen. Zur Steuerung des Messvorgangs können beispielsweise bestimmte physikalische Bedingungen (ein Gleichgewicht, eine Schwingung, eine Vorspannung) erzeugt oder ein Messwert abgetastet und ggf. vorverarbeitet werden. Mittels des Sensors 118 abgetastete Werte einer physikalischen Größe wie beispielsweise einer Beschleunigung oder einer Drehrate können mittels der Verarbeitungseinrichtung 120 weiterverarbeitet werden. Dazu kann insbesondere ein Verlauf der abgetasteten Werte über die Zeit bestimmt werden und der Verlauf kann bezüglich Ähnlichkeit mit einem vorbestimmten Verlauf untersucht werden, der beispielsweise für eine zu detektierende Bewegung wie einen Schritt oder eine Handbewegung charakteristisch sein kann.
Zur Verarbeitung abgetasteter Werte ist die Verarbeitungseinrichtung 120 dazu eingerichtet, ein Programm durchzuführen, das ein Verarbeitungsverfahren auf der Verarbeitungseinrichtung 120 implementiert. Das Programm ist üblicherweise im Speicher 125 abgelegt. Dazu kann der Speicher 125 mehrere Bereiche aufweisen, die unter unterschiedlichen Bedingungen oder mit verschiedenen Berechtigungen lesbar oder beschreibbar sein können. Abgetastete Werte der physikalischen Größe können entweder mittels der Schnittstelle 115 nach außen bereitgestellt werden oder in den Speicher 125 geladen werden, von wo sie mittels des Direktzugriffs 130 (direct memory access, DMA) über die Schnittstelle 115 heruntergeladen werden können. Üblicherweise kann über die Schnittstelle 115 auch von außen mit der Verarbeitungseinrichtung 120 kommuniziert werden, beispielsweise um einen Verarbeitungsparameter zu ändern oder eine Aufforderung zu einer Tätigkeit wie dem Abholen von Werten aus dem Speicher 115 zu übermitteln.
Es wird vorgeschlagen, ein Plugin-Programmmodul 135', das die Verarbeitung der abgetasteten Werte des Sensors 118 steuert, über die Schnittstelle 115 in das Sensorsystem 105 hochgeladen werden kann. Dabei ist weiter bevorzugt, dass ein hochgeladenes Plugin-Programmmodule 135' auf die Benutzung einer vorbestimmten Verarbeitungsumgebung 121 des Sensorsystems 105 eingeschränkt ist.
Die Verarbeitungsumgebung 121 für das Plugin-Programmmodule 135' ist bevorzugt beschränkt, sodass das Plugin-Programmmodule 135' nur einen Teil der vollen Steuer- oder Verarbeitungsmöglichkeiten der Verarbeitungseinrichtung 120 oder des Sensorsystems 105 ausschöpfen kann. Außerdem ist die Verarbeitungsumgebung 121 bevorzugt abgeschlossen, sodass das Plugin-Programmmodule 135'die Verarbeitungsumgebung 121 nicht verlassen und sich insbesondere keine zusätzlichen Privilegien verschaffen kann. Eine Beschreibung 140 der Verarbeitungsumgebung 121 für das Plugin-Programmmodule 135'ist in einer Ausführungsform im Speicher 125 abgelegt und kann beispielsweise mittels des Direktzugriffs 130 über die Schnittstelle 115 abgerufen werden. Das Plugin-Programmmodule 135'kann über die Schnittstelle 115, insbesondere mittels des Direktzugriffs 130, in den Speicher 125 geladen werden. Die Ausführung oder Konfiguration des Plugin-Programmmodule 135'kann auf dem gleichen Weg oder mittels Kommunikation mit der Verarbeitungseinrichtung 120 gesteuert werden.
Die weitere Verarbeitungseinrichtung 145 kann wenigstens ein Mittel 146 zum Bereitstellen und ggf. Umwandeln von plattformunabhängigen Plugins 135 in Plugin-Programmmodule 135' und/oder wenigstens eine abgeschlossene Verarbeitungsumgebung 147 bereitstellen. Die Verarbeitungsumgebung 147 kann der Verarbeitungsumgebung 121 der Verarbeitungseinrichtung 110 des Sensorsystems 105 entsprechen. Außerdem kann am Verarbeitungssystem 110 ein externer Speicher 160 vorgesehen sein, in dem plattformunabhängige Plugins und/oder Plugin-Programmmodule abgelegt sein können. Der externe Speicher 160 kann ein entfernbares Speichermedium aufweisen.
Das Sensorsystem 105 ist zur Verbindung mit dem Verarbeitungssystem 110 eingerichtet. Üblicherweise ist das Verarbeitungssystem 110 übergeordnet und umfasst meist eine weitere Verarbeitungseinrichtung 145, die üblicherweise wesentlich leistungsfähiger als die des Sensorsystems 105 ist. Beispielsweise können das Sensorsystem 105 und das Verarbeitungssystem 110 von einem gemeinsamen Gerät wie einem Mobiltelefon umfasst sein und das Verarbeitungssystem 110 kann zur Steuerung zahlreicher weiterer Funktionen des Mobiltelefons eingerichtet sein, beispielsweise einer Aufnahme oder Wiedergabe von Bildern oder der Durchführung einer drahtlosen Kommunikation. Es ist bevorzugt, dass das Verarbeitungssystem 110 über einen weiteren Speicher 150 verfügt.
Das Verarbeitungssystem 110 kann eines oder mehrere Plugin-Programmmodule 135'bereithalten, von denen es eines auswählen und über die Schnittstelle 115 an das Sensorsystem 105 hochladen kann. Außerdem kann seitens des Verarbeitungssystems 110 die Beschreibung 140 der Umgebung für ein Plugin-Programmmodule 135'des Sensorsystems 105 vorgesehen sein.
Das Verarbeitungssystem 110 ist weiter bevorzugt dazu eingerichtet, beispielsweise in Abhängigkeit eines Ereignisses, einer Situation oder zur Verfügung stehender Ressourcen, ein Plugin-Programmmodule 135'auszuwählen, an das Sensorsystem 105 hochzuladen und seine Ausführung zu steuern. Ein zuvor hochgeladenes Plugin-Programmmodule 135'kann durch das Verarbeitungssystem 110 im Sensorsystem 105 gelöscht oder für ungültig erklärt werden. Vor dem Hochladen kann das Verarbeitungssystem 110 überprüfen, ob das Plugin 135 bzw. Plugin-Programmmodule 135' auf die Beschreibung 140 passt. Ist dies nicht der Fall, so kann das Plugin 135 an die Beschreibung 140 angepasst, wodurch ein Plugin-Programmmodule 135' entsteht, oder eine lokale Ausführung des Plugins 135 durch die weitere Verarbeitungseinrichtung 145 durchgeführt werden. In einer weiteren Ausführungsform kann auch ein Teil eines Plugins 135 als Plugin-Programmmodule 135' auf das Sensorsystem 105 geladen und dort ausgeführt werden, während ein anderer Teil im Verarbeitungssystem 110 ausgeführt wird.
Die Kommunikation zwischen den Teilen des Plugins 135 erfolgt bevorzugt mittels der Schnittstelle 115.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 200 zum Steuern des Sensorsystems 105 von 1. Das Verfahren 200 kann an einer oder mehreren Komponenten des Systems 100 aus 1 ausgeführt werden. Dazu kann das Verfahren 200 in Form eines oder mehrerer Computerprogrammprodukte vorliegen, die dazu eingerichtet sind, auf zugeordneten Verarbeitungseinrichtungen 120, 145 ausgeführt zu werden. Merkmale oder Vorzüge bezüglich des Verfahrens 200 können daher auf das System 100 bezogen werden und umgekehrt.
In einem Schritt 205 wird ein Plugin 135 durch das Verarbeitungssystem 110 erfasst oder in den weiteren Speicher 150 gebracht. In einer Variante liegen mehrere Plugins 135 vor und es erfolgt eine Auswahl, beispielsweise anhand einer Situation, eines Messwerts oder eines anderen Kriteriums.
In einem Schritt 210 kann das ausgewählte Plugin 135 optional noch optimiert werden. Dazu kann es insbesondere parametrisiert oder unbenutzte Teile können entfernt werden.
In einem Schritt 215 wird bevorzugt eine Kompatibilität des ausgewählten Plugins 135 mit der Umgebung geprüft, in der es auf dem Sensorsystem 105 ausgeführt werden soll. Dazu wird das Plugin 135 bevorzugt mit der Beschreibung 140 der von dem Sensorsystem 105 unterstützten Verarbeitungsumgebung 121 verglichen. Falls erforderlich, kann hierfür zunächst die Beschreibung 140 vom Sensorsystem 105 heruntergeladen werden.
Wird in einem Schritt 220 bestimmt, dass das ausgewählte Plugin 135 bzw. Plugin-Programmodule 135' zur Umgebung inkompatibel ist, so kann es in einem Schritt 225 lokal durch das Verarbeitungssystem 110 ausgeführt werden. Das Verarbeitungssystem 110 kann hierzu eine für die Ausführung erforderliche Umgebung entsprechend bereitstellen oder emulieren. Das Sensorsystem 105 kann in diesem Fall dazu konfiguriert werden, die für die Durchführung des Plugin-Programmmodules 135' erforderlichen abgetasteten Werte über die Schnittstelle 115 bereitzustellen.
Andernfalls wird in einem Schritt 230 das Plugin-Programmmodules 135' bevorzugt auf das Sensorsystem 105 übertragen. In einem Schritt 235 wird das Plugin-Programmmodules 135' vom Sensorsystem 105 empfangen und gegebenenfalls im Speicher 125 abgelegt, bevor es ausgeführt wird. Das Ausführen kann auch eine explizite Aktivierung oder Freischaltung erfordern, die als Nachricht oder Anforderung des Verarbeitungssystems 110 über die Schnittstelle 115 übermittelt werden kann.
In einem Schritt 240 kann überprüft werden, ob bei der Ausführung des Plugin-Programmmodules 135' auf dem Sensorsystem 105 ein Fehler aufgetreten ist. Beispielsweise kann ein Fehler entstehen, wenn eine Verarbeitungsinstruktion des Plugin-Programmmodules 135' versucht, auf einen geschützten Speicherbereich zuzugreifen oder eine anderweitig privilegierte Funktion durchzuführen. Wurde ein Fehler erkannt oder ist ein solcher absehbar, so kann zum Schritt 225 verzweigt werden, in welchem das Plugin-Programmmodules 135' angehalten, entfernt oder zur lokalen Ausführung auf dem Verarbeitungssystem 110 aktiviert wird. Andernfalls kann in einem Schritt 245 insbesondere periodisch überprüft werden, ob das hochgeladene Plugin-Programmmodules 135' auf dem Sensorsystem 105 noch benötigt wird. Ist dies nicht der Fall, so kann das Plugin-Programmmodules 135' in einem Schritt 250 deaktiviert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2012/0254878 A1 [0004]

Claims

Sensoreinheit (105), umfassend: - mindestens einen Sensor (118) zum Erfassen und Umwandeln von Messgrößen in Sensorsignale; - mindestens einen Mikroprozessor (120); - mindestens einen Speicher (125) für Programmmodule zur Sensorsignalverarbeitung, wobei die Programmmodule auf dem Mikroprozessor (120) ausführbar sind, und - mindestens eine Kommunikationsschnittstelle (115) zu einem externen Applikationsprozessor (110), a. wobei die Programmmodule über diese Kommunikationsschnittstelle (115) aktivierbar und deaktivierbar sind und b. wobei über diese Kommunikationsschnittstelle (115) weitere Programmmodule (Plugin-Programmmodule) (135) in den Speicher (125) ladbar sind; dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (120) mindestens eine abgeschlossene Umgebung (121) zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen (135) umfasst.
Sensoreinheit (105) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (120) mindestens eine virtuelle Maschine als abgeschlossene Umgebung (121) zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen (135) bereitstellt.
Sensoreinheit (105) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (120) mindestens eine Sandbox als abgeschlossene Umgebung (121) zum Ausführen von Plugin-Programmmodulen (135) bereitstellt.
Sensoreinheit (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroprozessor (Hubprozessor) (120) zur Sensorsignalverarbeitung von mehreren Sensoren (118) vorgesehen ist.
Applikationsprozessor (110) mit mindestens einer Kommunikationsschnittstelle (115) zu einer Sensoreinheit (105) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei dem Applikationsprozessor (110) die Konfiguration der Sensoreinheit (105) und der spezifische Funktionsumfang der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) bekannt sind, gekennzeichnet durch - die Zugriffsmöglichkeit auf einen nichtflüchtigen Speicher (160), in dem plattformunabhängige Programmmodule (Plugins) (135) zur Sensorsignalverarbeitung abgespeichert sind, - Mittel zum Bereitstellen (146) mindestens eines Plugin-Programmmoduls (135'), das auf mindestens einem plattformunabhängigen Plugin (135) basiert und in der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) ausführbar ist, - Mittel zum Übertragen derartiger Plugin-Programmmodule (135') über die Kommunikationsschnittstelle (115) in den Speicher (125) der Sensoreinheit (105) und - Mittel zum Aktivieren und Deaktivieren dieser Plugin-Programmmodule (135') über die Kommunikationsschnittstelle (115).
Applikationsprozessor (110) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Bereitstellen Mittel zum Umwandeln (146) von plattformunabhängigen Plugins (135) in jeweils mindestens ein Plugin-Programmodul (135') umfassen, das in der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) ausführbar ist.
Applikationsprozessor (110) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Umwandeln (146) von plattformunabhängigen Plugins (135) in Plugin-Programmmodule (135') so konfiguriert sind, dass sie eine Programmoptimierung und/oder eine Kompatibilitätsprüfung im Hinblick auf die Konfiguration der Sensoreinheit (105) vornehmen.
Applikationsprozessor (110) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch Mittel zum Abspeichern (150) von plattformunabhängigen Plugins (135) und/oder darauf basierenden Plugin-Programmmodulen (135').
Applikationsprozessor (110) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens eine abgeschlossene Umgebung (147) zum Ausführen von plattformunabhängigen Plugins (135) und/oder Plugin-Programmmodulen (135').
Applikationsprozessor (110) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch - Mittel zur Instrumentierung und Profilierung von plattformunabhängigen Plugins und/oder Plugin-Programmmodulen zur Identifizierung von Plugin-Programmabschnitten, die in der abgeschlossenen Umgebung des Mikroprozessors der Sensoreinheit ausführbar sind, und - Mittel zur Koordinierung dieser Plugin-Programmabschnitte.
Sensorsystem (100) mit mindestens einer Sensoreinheit (105) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und mindestens einem Applikationsprozessor (110) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die plattformunabhängigen Plugins (135) in einem internen Speicher (150) des Applikationsprozessors (110), auf einem externen Speichermedium (160) und/oder in einer Cloud abgespeichert sind.
Verfahren (200) zum Betreiben eines Sensorsystems (100) nach Anspruch 11, - bei dem Applikationsprozessor (110) mindestens ein plattformunabhängiges Programmmodul (Plugin) (135) zur Verfügung gestellt wird, - bei dem der Applikationsprozessor (110) mindestens ein Plugin-Programmmodul (135') bereitstellt, das auf dem mindestens einen plattformunabhängigen Plugin (135) basiert und in der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) ausführbar ist, und - bei dem das zumindest eine Plugin-Programmmodul (135') in den Speicher (125) der Sensoreinheit (105) geladen wird und in der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) ausgeführt wird, wenn die Konfiguration und der Status der Sensoreinheit (105) dies zulassen.
Verfahren (200) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Applikationsprozessor (110) das mindestens eine plattformunabhängige Plugin (135) in mindestens ein Plugin-Programmmodul (135') umwandelt, das in der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) ausführbar ist, wobei geprüft wird, ob das Plugin-Programmmodul (135') mit der Konfiguration der Sensoreinheit (105) kompatibel ist.
Verfahren (200) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Umwandlung des mindestens einen plattformunabhängigen Plugins (135) in mindestens ein Plugin-Programmmodul (135') und/oder bei der Ausführung des Plugin-Programmmoduls (135') eine Programmoptimierung im Hinblick auf die Konfiguration und den Status der Sensoreinheit (105) und/oder den Funktionsumfang der abgeschlossenen Umgebung (121) vorgenommen wird.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Plugin-Programmmodul (135') vom Mikroprozessor (120) der Sensoreinheit (105) und/oder vom Applikationsprozessors (110) deaktiviert wird, wenn bei der Ausführung des Plugin-Programmmoduls (135') ein für das Sensorsystem (100) schadhaftes oder betriebsstörendes Verhalten erkannt wird oder absehbar ist.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine plattformunabhängige Plugin (135) und/oder das mindestens eine darauf basierende Plugin-Programmmodul (135') außerhalb der Sensoreinheit (105) abgespeichert wird, so dass es bei Bedarf erneut in den Speicher (125) der Sensoreinheit (105) geladen werden kann.
Verfahren (200) nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine plattformunabhängige Plugin (135) und/oder das mindestens eine Plugin-Programmmodul (135') zumindest teilweise in einer abgeschlossenen Umgebung (147) des Applikationsprozessors (110) ausgeführt werden, wenn eine Ausführung in der abgeschlossenen Umgebung (121) des Mikroprozessors (120) der Sensoreinheit (105) nicht möglich ist.