DE102018010307A1

DE102018010307A1 - Segmented control arrangement

Info

Publication number: DE102018010307A1
Application number: DE102018010307.3A
Authority: DE
Inventors: Roland Neumann
Original assignee: Inova Semiconductors GmbH
Current assignee: Inova Semiconductors GmbH
Priority date: 2018-09-10
Filing date: 2018-09-10
Publication date: 2019-10-24
Anticipated expiration: 2038-09-11
Also published as: DE102018010307B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Systemanordnung zum fehlertoleranten und elektromagnetisch verträglichen Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten gerichtet. Hierbei erlaubt es die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise Ausführungseinheiten derart anzusteuern, dass sowohl eine hohe sogenannte Common-Mode-Festigkeit erreicht wird als auch eine hohe Ausfallsicherheit selbst bei einer großen Anzahl von Ausführungseinheiten. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auf eine Leitungstreibereinheit zur Verwendung in der vorgeschlagenen Systemanordnung gerichtet sowie auf ein Verfahren, welches dem Betreiben bzw. dem Herstellen der vorgeschlagenen Systemanordnung dient. Darüber hinaus wird ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen vorgeschlagen, welche das Verfahren ausführen bzw. die Vorrichtung betreiben.

The present invention is directed to a system arrangement for fault tolerant and electromagnetically compatible driving of a plurality of execution units. In this case, the present invention advantageously allows execution units to be controlled in such a way that both a high so-called common-mode strength is achieved and a high level of reliability even with a large number of execution units. Moreover, the present invention is directed to a line driver unit for use in the proposed system arrangement and to a method for operating the proposed system arrangement. In addition, a computer program product is proposed with control commands which execute the method or operate the device.

Description

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Systemanordnung zum fehlertoleranten und elektromagnetisch verträglichen Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten gerichtet. Hierbei erlaubt es die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise, Ausführungseinheiten derart anzusteuern, dass unter anderem sowohl eine hohe sogenannte Common-Mode-Festigkeit erreicht wird als auch eine hohe Ausfallsicherheit selbst bei einer großen Anzahl von Ausführungseinheiten. Darüber hinaus ist die vorliegende Erfindung auf eine Leitungstreibereinheit zur Verwendung in der vorgeschlagenen Systemanordnung gerichtet sowie auf ein Verfahren, welches dem Betreiben bzw. dem Herstellen der vorgeschlagenen Systemanordnung dient. Darüber hinaus wird ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen vorgeschlagen, welche das Verfahren ausführen bzw. die Vorrichtung betreiben.The present invention is directed to a system arrangement for fault tolerant and electromagnetically compatible driving of a plurality of execution units. In this case, the present invention advantageously makes it possible to control execution units in such a way that, inter alia, both a high so-called common-mode strength is achieved and a high reliability even with a large number of execution units. Moreover, the present invention is directed to a line driver unit for use in the proposed system arrangement and to a method for operating the proposed system arrangement. In addition, a computer program product is proposed with control commands which execute the method or operate the device.

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Gemäß herkömmlicher Verfahren ist eine Vielzahl von Möglichkeiten bekannt, Steuereinheiten, welche seriell geschaltet sind, anzusprechen. Hierbei gibt es generische Ansätze, welche jedoch in spezifischen Anwendungsszenarien nachteilig sein können oder aber auch sehr spezielle Ansätze, welche nunmehr nicht mehr in generischer Weise einsetzbar sind. Bekannt ist beispielsweise der sogenannte CAN-Bus, welcher bezüglich Kabelbäume entwickelt wurde und insbesondere eine Vernetzung von Steuergeräten umsetzen soll.In accordance with conventional methods, a variety of ways are known to address controllers that are serially connected. There are generic approaches, which, however, can be disadvantageous in specific application scenarios or else very specific approaches, which are no longer usable in a generic manner. For example, what is known is the so-called CAN bus, which was developed with regard to harnesses and in particular is intended to implement networking of control units.

Allgemein ist die Komplexität des CAN Protokolls deutlich größer als bei ISELED (eingetragene Marke) und damit teurer. Aber der gewichtigste Nachteil von CAN und LIN ist, dass diese auf Grund der Busarchitektur keine natürliche (automatische) Adressierungsmöglichkeit bieten. Hier muss die Adresse konfiguriert werden. Bei ISELED (Ausführungseinheiten) und auch bei der segmentierten ISELED (Leitungstreibereinheit und Ausführungseinheiten) gibt es eine physikalisch vorgegebene Reihung und daraus folgt die eine Möglichkeit automatisch Adressen zu vergeben.In general, the complexity of the CAN protocol is significantly greater than with ISELED (registered trademark) and therefore more expensive. But the most significant drawback of CAN and LIN is that they do not provide natural (automatic) addressing because of the bus architecture. Here the address must be configured. With ISELED (execution units) and also with the segmented ISELED (line driver unit and execution units), there is a physically predefined sequence and from this follows the possibility of automatically assigning addresses.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungseinheiten bekannt, welche typischerweise als ein sogenannter Slave bzw. ein Client arbeiten und hierbei von einer übergeordneten Instanz, welche typischerweise als Master bezeichnet wird, Befehle erhalten. Die Ausführungseinheiten setzen diese Befehle sodann um. Der Stand der Technik zeigt hierzu unterschiedliche Architekturen bzw. Topologien, wie entsprechende Ausführungseinheiten mitsamt deren Steuerungseinheiten anzuordnen sind.Different execution units are known from the prior art, which typically operate as a so-called slave or a client and receive commands from a higher-level instance, which is typically referred to as a master. The execution units then implement these commands. For this purpose, the prior art shows different architectures or topologies, such as corresponding execution units together with their control units are to be arranged.

Der Stand der Technik weist hierbei jedoch das Problem auf, dass je nach Anwendungsszenario unterschiedliche Anforderungen gestellt werden und insgesamt also abzuwägen ist, ob ein energieeffizientes Verfahren mit höherer Störanfälligkeit bereitzustellen ist, oder aber ein Verfahren, welches mehr Energie aufnimmt, dafür jedoch fehlerrobuster ist. Darüber hinaus sind die Abmessungen des vorgesehenen Einsatzortes einer solchen Architektur zu berücksichtigen. Manche Anordnungen eignen sich nicht für einen großflächigen Einsatz und können daher lediglich auf einzelnen Leiterplatten implementiert werden. Andere Architekturen hingegen können großflächig über mehrere Meter hinweg verbaut werden und haben folglich ganz andere Anforderungen zu erfüllen als Systemanordnungen auf einzelnen Leiterplatten.However, the prior art has the problem that depending on the application scenario, different requirements are made and therefore overall, whether an energy-efficient method with higher susceptibility to failure is to provide, or a method that absorbs more energy, but is Fehlrobuster. In addition, the dimensions of the intended location of such an architecture are taken into account. Some arrangements are not suitable for large-scale use and can therefore only be implemented on individual printed circuit boards. Other architectures, on the other hand, can be installed over a large area over several meters and therefore have very different requirements to fulfill than system arrangements on individual circuit boards.

Der Stand der Technik thematisiert darüber hinaus das Problem der sogenannten elektromagnetischen Verträglichkeit EMV. So kann es zu Störungen kommen, welche entweder von Anfang an unterbunden werden oder aber auch im Nachhinein bereinigt werden. Darüber hinaus können Störungen dadurch auftreten, dass einzelne Komponenten aufgrund von Krafteinwirkung oder Hitzeeinwirkung ausfallen und somit Folgeausfälle mit sich führen. Dies ist insbesondere dann ein Problem, falls Einheiten in Serie geschaltet werden und eine Einheit jeweils Befehle von ihrem Vorgänger erhält. So kann es bei einem sogenannten Daisy Chaining dann zu Problemen kommen, wenn einzelne Komponenten bei einem Ausfall nicht durchgeschaltet werden. Somit wird die dahinterliegende Teilkette vom Kommunikationsfluss abgeschottet und fällt folglich aus. Ganz spezielle Anforderungen bestehen zudem bei einer Systemanordnung, welche in einem Automobil verbaut werden soll. Bei einem Automobil handelt es sich generell um ein hochpreisiges Produkt, auf das der Kunde stets angewiesen ist. Folglich wird seitens des Kunden keine hohe Fehleranfälligkeit toleriert und zudem sind anzusteuernde Komponenten oftmals sicherheitsrelevant. Hierbei spielt die Fehleranfälligkeit eine übergeordnete Rolle, da der Kunde nur in Ausnahmesituationen einen Kundendienst in Anspruch nehmen will und zudem die Funktionalität von sicherheitskritischen Einheiten gewährleistet sein muss.The state of the art also addresses the problem of so-called electromagnetic compatibility EMC. This can lead to disruptions, which are either prevented from the beginning or even subsequently corrected. In addition, faults can occur due to the fact that individual components fail due to the effect of force or heat and thus result in follow-on failures. This is especially a problem if units are connected in series and a unit receives commands from its predecessor. So it can come with a so-called Daisy Chaining then problems, if individual components at a failure can not be switched through. Thus, the underlying substring is shielded from the flow of communication and thus fails. Very special requirements also exist in a system arrangement which is to be installed in an automobile. An automobile is generally a high-priced product that the customer is always reliant on. As a result, the customer does not tolerate a high level of error susceptibility and, in addition, components that are to be controlled are often security-relevant. In this case, the susceptibility to error plays a superordinate role, since the customer only wants to take advantage of after-sales service in exceptional circumstances and, moreover, the functionality of safety-critical units must be guaranteed.

Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Systemanordnung zur Ansteuerung von Ausführungseinheiten bereitzustellen, welche im weitesten Sinne fehlertolerant ist und zudem mit geringem technischen Aufwand bereitgestellt werden kann. Bezüglich der Fehlertoleranz wird insbesondere auf die elektromagnetische Verträglichkeit sowie auf die Ausfallsicherheit abgestellt. Zudem ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Leitungstreibereinheit zur Verwendung in der vorgeschlagenen Systemanordnung vorzuschlagen sowie ein Verfahren zum Bereitstellen bzw. zum Betreiben der vorgeschlagenen Systemanordnung. Darüber hinaus soll ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen vorgeschlagen werden, welches das Verfahren ausführt bzw. die Systemanordnung betreibt.It is therefore an object of the present invention to provide a system arrangement for the control of execution units, which in the broadest sense is fault-tolerant and can also be provided with little technical effort. With regard to fault tolerance, special attention is paid to electromagnetic compatibility and reliability. In addition, it is an object of the present invention to propose a line driver unit for use in the proposed system arrangement and a method for providing the proposed system arrangement. In addition, a computer program product with control commands is to be proposed, which executes the method or operates the system arrangement.

Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is solved with the features of the independent claims. Further advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Demgemäß wird eine Systemanordnung zum fehlertoleranten und elektromagnetisch verträglichen Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten vorgeschlagen, aufweisend eine Befehlseinheit, wobei die Vielzahl von Ausführungseinheiten in eine Mehrzahl von jeweils seriellen Teilketten, wobei jede Teilkette mindestens eine Ausführungseinheit entlang einer ersten Datenleitung aufweist, segmentiert ist und jeweils jeder Teilkette eine Leitungstreibereinheit vorgeschaltet ist und die Leitungstreibereinheiten mittels einer zweiten Datenleitung untereinander seriell kommunikativ gekoppelt sind und die erste in Serie geschaltete Leitungstreibereinheit mittels der zweiten Datenleitung mit der Befehlseinheit kommunikativ gekoppelt ist.Accordingly, a system arrangement for fault-tolerant and electromagnetically acceptable driving of a plurality of execution units is proposed, comprising an instruction unit, wherein the plurality of execution units is segmented into a plurality of serial sub-chains, each sub-chain having at least one execution unit along a first data line, and each one each Sub-string a line driver unit is connected upstream and the line driver units are serially communicatively coupled to each other by means of a second data line and the first series-connected line driver unit is communicatively coupled by means of the second data line to the command unit.

Die vorgeschlagene Erfindung schafft unter anderem den Vorteil, dass zur Erhöhung der systemweiten Fehlertoleranz die vorgeschlagene Segmentierung weiterhin eine automatische Adressvergabe ermöglicht. Diesen Vorteil schafft weder CAN noch LIN. Erfindungsgemäß ergibt die Vielzahl von Ausführungseinheiten, welcher segmentweise nur jeweils eine Leitungstreibereinheit vorgeschaltet ist, ein positives Verhältnis zwischen der Anzahl von Ausführungseinheiten zu der Anzahl der Leitungstreibereinheiten. Dies ermöglicht eine automatische Adressierbarkeit, im Gegensatz zu CAN/LIN, bei maximaler Fehlertoleranz und minimaler Komplexität aufgrund des einfachen Protokolls. Die serielle Anordnung ermöglicht automatische Adressierbarkeit bzw. Adressvergabe, so dass die Ausführungseinheiten jeweils mittels einer eigenen Adresse ansprechbar sind.The proposed invention provides, inter alia, the advantage that, in order to increase the system-wide fault tolerance, the proposed segmentation also allows automatic address assignment. This advantage is neither CAN nor LIN. According to the invention, the multiplicity of execution units, which are preceded by only one line driver unit in each case in segments, results in a positive relationship between the number of execution units and the number of line driver units. This allows for automatic addressability, unlike CAN / LIN, with maximum fault tolerance and minimal complexity due to the simple protocol. The serial arrangement allows automatic addressability or address assignment, so that the execution units are each addressable by means of a separate address.

Die Befehlseinheit sendet als Master Kommandos. Ein Kommando beinhaltet beispielsweise einen Befehl, also was zu tun ist z.B.: „setze Pulsweitenmodulation PWM roter Kanal“), und optional einen Parameter (z.B. = 255) und vorzugsweise eine Adresse. Diese Adresse adressiert eine oder mehrere Ausführungseinheiten. Die Ausführungseinheiten besitzen eine eindeutige Adresse, welche sich aus ihrer physischen Lage automatisch ableitet.The command unit sends commands as master. For example, a command includes a command, so what to do, for example, "set PWM red channel pulse width modulation"), and optionally a parameter (e.g., = 255), and preferably an address. This address addresses one or more execution units. The execution units have a unique address, which derives automatically from their physical location.

Somit besteht die Möglichkeit einen Verfahrensschritt vorzusehen, der ein automatisches Zuweisen jeweils einer Adresse an jede der Ausführungseinheiten in Abhängigkeit der physischen Anordnung der jeweiligen Ausführungseinheiten innerhalb der vorgeschlagenen Systemanordnung, bewerkstelligt. Die physische Anordnung kann hierbei berücksichtigen in welcher Teilkette die jeweilige Ausführungseinheit angeordnet ist. Dies kann berücksichtigen, welche Leitungstreibereinheit der jeweiligen Ausführungseinheit vorgeschaltet ist.Thus, it is possible to provide a method step which automatically assigns an address to each of the execution units depending on the physical arrangement of the respective execution units within the proposed system arrangement. In this case, the physical arrangement can take into account in which partial chain the respective execution unit is arranged. This can take into account which line driver unit is connected upstream of the respective execution unit.

Die Kommandos werden typischerweise durch alle Leitungstreibereinheiten an alle Ausführungseinheiten verteilt. Es kann eine Filterung oder Bearbeitung in den Leitungstreibereinheiten somit entfallen. Die Ausführungseinheiten entscheiden dann gemäß ihrer eigenen Adresse und der im Kommando enthaltenen Adresse ob sie den Befehl ausführen oder nicht. Typischerweise führen sie jeweils den Befehl aus, falls sie selbst mittels der Adresse angesprochen werden.The commands are typically distributed to all execution units by all line driver units. It can thus account for a filtering or processing in the line driver units. The execution units then decide according to their own address and the address contained in the command whether they execute the command or not. Typically, they each execute the command if they themselves are addressed by means of the address.

Hierbei erlaubt es die vorliegende Erfindung in vorteilhafter Weise, Ausführungseinheiten derart anzusteuern, dass sowohl eine hohe sogenannte Common-Mode-Festigkeit erreicht wird als auch eine hohe Ausfallsicherheit selbst bei einer großen Anzahl von Ausführungseinheiten. Es ergibt sich auch die Möglichkeit Leitungstreiber einzusetzen, die z.B für optische oder differentiell elektrische physikalische Medien optimal sind. Es wird durch die Segmentierung eine geringe Anzahl von Leitungstreibereinheiten benötigt, im Vergleich zur Gesamtzahl der Ausführungseinheiten, so dass hier mit mehr Strom/ Leistungsverbrauch und höherer Komplexität des Chips gearbeitet werden kann, als bei den Ausführungseinheiten.In this case, the present invention advantageously makes it possible to control execution units in such a way that both a high so-called common-mode stability is achieved and a high level of reliability even with a large number of execution units. There is also the possibility of using line drivers which are optimal, for example, for optical or differentially electrical physical media. The segmentation requires a small number of line driver units, compared to the total number of execution units, so that more power / power consumption and higher complexity of the chip can be used than with the execution units.

Vorgeschlagen wird somit eine Alternative zu Bus-Lösungen wie CAN/LIN, welche unter anderem das beschriebene Problem der fehlenden automatischen Adressierung löst. Die Segmentierung mit Hilfe von Leitungstreibereinheiten, die Möglichkeit des passiven Durchschaltens und die Optimierung des Physical Layer (Common Mode und elektrisch differentiell oder optisch) lösen nun das Problem der Störanfälligkeit. Thus, an alternative to bus solutions such as CAN / LIN is proposed, which among other things solves the described problem of missing automatic addressing. The segmentation with the help of line driver units, the possibility of passive through-switching and the optimization of the physical layer (common mode and electrically differential or optical) now solve the problem of susceptibility.

Die vorgeschlagene Systemanordnung ist u. a. fehlertolerant, da die Ausführungseinheiten segmentiert werden und folglich in Teilketten angeordnet werden. Somit entstehen also serielle Teilketten, wobei die einzelnen Ausführungseinheiten hintereinandergeschaltet werden. Somit kommt es bei einem Ausfall einer Ausführungseinheit lediglich zu Beeinträchtigungen innerhalb derjenigen Teilkette, in der die ausfallende Ausführungseinheit angeordnet ist. Dies bietet gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass nicht eine Vielzahl von weiterer in Serie geschalteter Ausführungseinheiten ausfällt, sondern lediglich fallen Ausführungseinheiten in dem gleichen Segment aus. Dem kann auch dadurch beigekommen werden, dass im Fall eines Ausfallens die Ausführungseinheiten lediglich durchgeschaltet werden.The proposed system arrangement is u. a. fault tolerant because the execution units are segmented and thus arranged in substrings. Thus, therefore, serial substrings, whereby the individual execution units are connected in series. Thus, in the event of a failure of an execution unit, only impairments occur within that sub-chain in which the failing execution unit is arranged. This offers the advantage over the prior art that not a large number of further series-connected execution units fails, but only execution units in the same segment fail. This can also be accommodated by the fact that in the case of a failure, the execution units are only switched through.

Die Ausführungseinheiten sind seriell gekoppelt, was vorzugsweise bidirektional erfolgt. So ist es möglich, dass die Ausführungseinheiten von der Leitungstreibereinheit Befehle übermittelt bekommen und diese sodann umsetzen. Ein Befehl kann eine Anweisung sein oder aber auch ein Auslesen oder ein Setzen eines Parameters. So können die Ausführungseinheiten als Leuchtdiodeneinheiten vorgesehen sein, welche einzelne Leuchtdioden ansteuern. Leuchtdioden liegen typischerweise als rote, grüne und blaue Leuchtdioden vor, wobei auch eine weiße Leuchtdiode vorzusehen sein kann. Die Ausführungseinheiten setzten folglich die Befehle der Leitungstreibereinheit um und sind zudem in der Lage, einen Rückwert bereitzustellen. So ist es möglich, dass die Leitungstreibereinheit die Ausführungseinheit anweist, einen Sensor auszulesen, und mittels der bidirektionalen Kommunikation kann die Ausführungseinheit einen ausgelesenen Temperaturwert des Sensors zurückgeben.The execution units are serially coupled, which is preferably bidirectional. It is thus possible for the execution units to receive commands from the line driver unit and then implement them. An instruction can be an instruction or else a read out or a setting of a parameter. Thus, the execution units may be provided as light-emitting diode units, which drive individual light-emitting diodes. Light-emitting diodes are typically present as red, green and blue light-emitting diodes, wherein a white light-emitting diode may also be provided. The execution units thus implement the instructions of the line driver unit and are also able to provide a return value. Thus, it is possible for the line driver unit to instruct the execution unit to read out a sensor, and by means of the bidirectional communication, the execution unit can return a readout temperature value of the sensor.

Da erfindungsgemäß mehrere Teilketten bzw. Segmente vorliegen, beeinträchtigt also ein Fehler nicht, wie es der Stand der Technik zeigt die gesamte Teilkette, und erfindungsgemäß auch nicht alle Teilketten, sondern nur eine (die betroffene) Teilkette, sondern vielmehr wird die Ausfallsicherheit dadurch erhöht, dass separate und einzeln anzusteuernde Teilketten gebildet werden. In einer nicht abschließenden Aufzählung enthalten die Teilketten mindestens eine Ausführungseinheit, wobei jeder Teilkette eine Leitungstreibereinheit vorgeschaltet ist. Auch wird die Fehlertoleranz dadurch gewährleistet, dass die Leitungstreibereinheiten im Fall eines inaktiven Zustands Signale durchleiten. Ein Durchleiten beschreibt generell das Weiterreichen von Signalen, ohne diese zu verarbeiten. Folglich wird innerhalb des ausgefallenen Elements keinerlei Logik umgesetzt bzw. Verarbeitungsschritte durchgeführt. Vielmehr wird ein Signal, welches an einem Eingang vorliegt, ohne jegliche Verarbeitung an dem Ausgang wieder ausgegeben.Since, according to the invention, there are a plurality of sub-chains or segments, an error does not affect the entire sub-chain, as is the case in the prior art, and not all sub-chains according to the invention, but only one (the affected) sub-chain; that separate and individually controlled sub-chains are formed. In a non-exhaustive list, the substrings contain at least one execution unit, wherein each substring is preceded by a line driver unit. Fault tolerance is also ensured by the line driver units passing signals in the event of an inactive state. Passing generally describes the passing on of signals without processing them. Consequently, no logic or processing steps are implemented within the failed element. Rather, a signal present at an input is output again at the output without any processing.

Die elektromagnetische Verträglichkeit bei dem Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten kann u. a. dadurch herbeigeführt werden, dass stets eine differenzielle Modulation vorgesehen wird, das heißt die Leitung wird auch aktiv getrieben wenn kein Kommando übertragen wird. Hierdurch wird auf eine steile Flanke, die beim An- und Abschalten des Leitungstreibers entsteht verzichtet. Erfindungsgemäß ist es möglich, die vorgeschlagene Topologie derart umzusetzen, dass mindestens zwischen den Leitungstreibereinheiten eine Kabelverbindung (optisch oder elektrisch differentiell) hergestellt wird. Folglich wird also die Datenleitung nicht wie herkömmlich auf einer Leiterplatte implementiert, sondern lediglich werden die einzelnen Teilketten auf einer Leiterplatte angeordnet, und die resultierenden Leiterplatten können mittels einer Kabelverbindung (optisch oder elektrisch differentiell) über die jeweilige Leitungstreibereinheit kommunikativ gekoppelt werden. Somit ist es besonders vorteilhaft, dass die Anzahl der Teilketten deshalb skaliert, da eine beliebige Anzahl von Leitungstreibereinheiten in Serie geschaltet werden kann und an jeder Leitungstreibereinheit eine Teilkette von Ausführungseinheiten kommunikativ angeordnet bzw. gekoppelt ist.The electromagnetic compatibility in the driving of a plurality of execution units may u. a. be brought about by the fact that always a differential modulation is provided, that is, the line is also driven active when no command is transmitted. This eliminates the need for a steep slope that occurs when the line driver is turned on and off. According to the invention, it is possible to implement the proposed topology such that a cable connection (optically or electrically differentially) is produced at least between the line driver units. Consequently, therefore, the data line is not implemented on a circuit board as conventionally, but only the individual sub-chains are arranged on a printed circuit board, and the resulting printed circuit boards can be communicatively coupled by means of a cable connection (optically or electrically differentially) via the respective line driver unit. Thus, it is particularly advantageous that the number of sub-chains scale because any number of line driver units can be connected in series and a sub-chain of execution units is communicatively coupled to each line driver unit.

Generell ist die Anzahl der zu betreibenden Ausführungseinheiten bzw. der Leitungstreibereinheiten durch den Adressraum beschränkt, also diejenige Anzahl an Einheiten, welche angesprochen werden kann. Da der Adressraum beliebig gewählt werden kann, skaliert also auch die Anzahl der zu verbauenden Einheiten.In general, the number of execution units to be operated or of the line driver units is limited by the address space, ie the number of units which can be addressed. Since the address space can be chosen arbitrarily, the number of units to be installed also scales.

Die vorgeschlagene Systemanordnung sieht u. a. auch eine Befehlseinheit vor, welche letztendlich die einzelnen Ausführungseinheiten steuert. Dies erfolgt typischerweise nicht direkt, sondern über die Leitungstreibereinheiten. So generiert die Befehlseinheit Befehle und übermittelt diese über die jeweiligen Leitungstreibereinheiten an die Ausführungseinheiten bzw. empfängt Parameter und Werte über die Leitungstreibereinheiten von den Ausführungseinheiten. Somit stellt die Befehlseinheit bezüglich der Leitungstreibereinheiten eine übergeordnete Instanz dar und kann folglich als Master-Einheit bezeichnet werden. In diesem Falle verhalten sich die Leitungstreibereinheiten als Slave-Einheiten bzw. Client-Einheiten. Da die Leitungstreibereinheiten den Teilketten, also den Ausführungseinheiten, vorgeschaltet sind und die Leitungstreibereinheiten den jeweiligen Teilketten die Befehle übermitteln, verhalten sich die Leitungstreibereinheiten in diesem Aspekt wie Master-Einheiten gegenüber den Ausführungseinheiten. Die Ausführungseinheiten übernehmen sodann die Rolle der Slave-Einheit bzw. Client-Einheit.Among other things, the proposed system arrangement also provides a command unit which ultimately controls the individual execution units. This is typically not done directly but via the line driver units. Thus, the instruction unit generates instructions and transmits them to the execution units via the respective line driver units or receives parameters and values from the execution units via the line driver units. Thus, the instruction unit is a higher-level entity with respect to the line driver units and can thus be referred to as a master unit. In this case, the line driver units behave as slave units or client units. Since the line driver units upstream of the sub-chains, so the execution units and the line driver units communicate commands to the respective subchains, the line driver units in this aspect behave like master units against the execution units. The execution units then assume the role of the slave unit or client unit.

Beispielsweise liegt die vorgeschlagene Systemanordnung als eine Leuchtdiodenkette vor. Hierzu gibt die Befehlseinheit ein bestimmtes Muster aus, welches mittels der einzelnen Leuchtdioden umgesetzt werden soll. Hierzu steuert die Befehlseinheit die einzelnen Leitungstreibereinheiten an, welche sodann den Befehl an die jeweilige Teilkette weiterreichen. Die Leitungstreibereinheiten können nicht nur den Befehl weiterreichen, sondern den Befehl auch eigenständig adaptieren. Die einzelnen Ausführungseinheiten setzen den Befehl letztendlich um und steuern beispielsweise einzelne Leuchtdioden an. Hierbei kann es sich wiederum um die Leuchtdioden Rot, Grün und Blau handeln, wobei auch optional eine weiße Leuchtdiode vorgesehen sein kann. Die Ausführungseinheiten können auch als andere Aktoren wie Motoren, MatrixLEDs, Sensoren, Temperatursensoren, Lichtsensoren oder Taster vorliegen.For example, the proposed system arrangement is present as a light-emitting diode chain. For this purpose, the command unit outputs a specific pattern, which is to be implemented by means of the individual LEDs. For this purpose, the command unit controls the individual line driver units, which then pass the command to the respective sub-chain. The line driver units can not only pass on the command, but also independently adapt the command. The individual execution units ultimately implement the command and control, for example, individual LEDs. This may in turn be the light-emitting diodes red, green and blue, optionally also a white light-emitting diode may be provided. The execution units can also be present as other actuators such as motors, matrix LEDs, sensors, temperature sensors, light sensors or pushbuttons.

Bei der ersten Datenleitung handelt es sich um diejenige Datenleitung, welche Teilketten ausbilden. So verbindet die erste Datenleitung die einzelnen Ausführungseinheiten und schließt diese Kette von Ausführungseinheiten an genau eine Leitungstreibereinheit an. Somit umfasst die Datenleitung zuerst eine Leitungstreibereinheit, woran eine Ausführungseinheit angeschlossen ist. Optional sind an diese Ausführungseinheit weitere Ausführungseinheiten seriell angeschlossen. Bei der Anzahl der Ausführungseinheiten besteht wiederum keinerlei Einschränkung, sondern lediglich wird der zugrundeliegende Adressraum entsprechend gewählt. Hierbei muss der Adressraum nicht völlig ausgeschöpft werden, sondern vielmehr stellt der Adressraum lediglich eine obere Grenze für die Anzahl der zu verbauenden Ausführungseinheiten dar.The first data line is that data line which forms substrings. Thus, the first data line connects the individual execution units and connects this chain of execution units to exactly one line driver unit. Thus, the data line first comprises a line driver unit to which an execution unit is connected. Optionally, further execution units are serially connected to this execution unit. In the number of execution units in turn there is no restriction, but only the underlying address space is selected accordingly. In this case, the address space does not have to be completely exhausted, but rather the address space merely represents an upper limit for the number of execution units to be installed.

Die zweite Datenleitung verbindet die Leitungstreibereinheiten untereinander seriell und vorzugsweise bidirektional. Als erste Einheit ist die Befehlseinheit an die zweite Datenleitung angeschlossen, und sodann folgt mindestens eine Leitungstreibereinheit.The second data line connects the line driver units with each other serially and preferably bidirectionally. As a first unit, the command unit is connected to the second data line, and then at least one line driver unit follows.

Da die einzelnen Teilketten über eine eigene Datenleitung verfügen, kann bei der ersten Datenleitung von einer Datenleitung gemäß eines ersten Typs gesprochen werden. Generell liegen so viele erste Datenleitungen vor, wie es Teilketten gibt. Liegen beispielsweise drei Teilketten vor, so werden genau drei Leitungstreibereinheiten verbaut und es werden drei Teilketten gebildet, wobei innerhalb jeder Teilkette eine Datenleitung vom ersten Typ vorliegt. Folglich gibt es also in diesem Fall genau drei erste Datenleitungen. Die Unterscheidung zwischen erster und zweiter Datenleitung ermöglicht es, dass die jeweils ersten Datenleitungen anders ausgestaltet werden als die zweite Datenleitung, welche lediglich typischerweise einmal vorliegt. So kann die erste Datenleitung jeweils auf einer Leiterplatte angeordnet werden und die zweite Datenleitung kann beispielsweise als ein Kabel vorliegen. Somit ergibt sich in besonders vorteilhafter Weise ein flexibler Aufbau, der insbesondere auf das Anwendungsszenario im Automobil abstellt.Since the individual sub-chains have their own data line, the first data line can be referred to as a data line according to a first type. In general, there are as many first data lines as there are substrings. For example, if there are three sub-chains, exactly three line driver units are installed and three sub-chains are formed, with a data line of the first type being present within each sub-chain. Consequently, there are exactly three first data lines in this case. The distinction between the first and second data lines makes it possible for the respective first data lines to be designed differently than the second data line, which is typically only once. Thus, the first data line can each be arranged on a printed circuit board and the second data line can be present for example as a cable. This results in a particularly advantageous manner, a flexible structure, which is particularly geared to the application scenario in the automobile.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung agiert die einer Teilkette vorgeschaltete Leitungstreibereinheit für die mindestens eine Ausführungseinheit dieser Teilkette als Master-Einheit, und die mindestens eine Ausführungseinheit agiert bezüglich dieser Leitungstreibereinheit als Slave-Einheit. Dies hat den Vorteil, dass die Ausführungseinheiten Befehle von der Leitungstreibereinheit erhalten können und die Befehle sodann durch die Ausführungseinheiten hindurchgeleitet werden bzw. ausgeführt werden. So stellt die Leitungstreibereinheit einen Befehl bereit, der durch die Teilkette geleitet wird und von jeder Ausführungseinheit ausgeführt und weitergereicht wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, mittels einer Adresse eine einzelne Ausführungseinheit anzusprechen, so dass der entsprechende Befehl von der Leitungstreibereinheit an diese eine spezielle Ausführungseinheit durch die Kette hindurch adressiert wird. Wurde der Befehl ausgeführt, so ist es auch möglich, ein Ergebnis von der jeweiligen Ausführungseinheit an die vorausgehende Ausführungseinheit zurück zu übermitteln und sodann das Endergebnis an die Leitungstreibereinheit bereitzustellen. Für diesen Fall ist eine bidirektionale Kommunikation innerhalb der Teilkette vorteilhaft. Der Befehl wird vorteilhafterweise von der Befehlseinheit ausgegebenen und über die Leitungstreibereinheiten jeweils an die Ausführungseinheiten typischerweise unverändert weitergegeben.According to one aspect of the present invention, the line driver unit connected upstream of a partial chain acts as the master unit for the at least one execution unit of this partial string, and the at least one execution unit acts as slave unit with respect to this line driver unit. This has the advantage that the execution units can receive instructions from the line driver unit and the instructions are then passed through the execution units. Thus, the line driver unit provides a command which is passed through the substring and executed by each execution unit and passed on. In addition, it is also possible to address by means of an address a single execution unit, so that the corresponding command is addressed by the line driver unit to this one special execution unit through the chain. If the command has been executed, it is also possible to return a result from the respective execution unit to the preceding execution unit and then to provide the final result to the line driver unit. For this case, bidirectional communication within the substring is advantageous. The command is advantageously transmitted by the command unit and passed on via the line driver units to the execution units, typically unchanged.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung agiert die Befehlseinheit für die Leitungstreibereinheiten als Master-Einheit, und die Leitungstreibereinheiten bezüglich der Befehlseinheit als Slave-Einheit. Dies hat den Vorteil, dass ein einzelner Befehl bzw. eine Folge von Befehlen von der Befehlseinheit erstellt und an die Leitungstreibereinheiten übermittelt werden kann. Die Leitungstreibereinheiten empfangen somit diesen Befehl bzw. diese Befehle und leiten diese ggf. unverändert oder angepasst an die Ausführungseinheiten. Auch hier ist es möglich, dass die Leitungstreibereinheiten mittels einer Adresse einzeln angesprochen werden und ggf. auch Rückwerte an die Befehlseinheit ausgeben.According to another aspect of the present invention, the command unit for the line driver units acts as a master unit, and the line driver units with respect to the command unit as a slave unit. This has the advantage that a single instruction or sequence of instructions can be created by the instruction unit and transmitted to the line driver units. The line driver units thus receive this command or these commands and, if necessary, forward them unchanged or adapted to the execution units. Again, it is possible that the line driver units are addressed individually by means of an address and possibly also output return values to the command unit.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die erste Datenleitung und/ oder die zweite Datenleitung bidirektional ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass Befehle bzw. Signale in beide Richtungen übermittelt werden, und folglich auch sowohl die Ausführungseinheiten Rückgabewerte an die Leitungstreibereinheiten übersenden können, als auch die Leitungstreibereinheiten Signale an die Befehlseinheit übersenden können. Insbesondere können die einzelnen Einheiten untereinander kommunizieren. Vorzugsweise werden beide Datenleitungen bidirektional ausgestaltet, wobei es auch möglich ist, dass nur die erste Datenleitung bidirektional ist oder die zweite Datenleitung. Da mehrere Datenleitungen vom ersten Typ vorliegen, ist es auch möglich, dass die einzelnen ersten Datenleitungen unterschiedlich ausgestaltet werden. Typischerweise werden jedoch alle ersten Datenleitungen gleich ausgestaltet.According to another aspect of the present invention, the first data line and / or or the second data line designed bi-directionally. This has the advantage that commands or signals are transmitted in both directions, and consequently both the execution units can transmit return values to the line driver units, and the line driver units can transmit signals to the command unit. In particular, the individual units can communicate with each other. Preferably, both data lines are bidirectional, wherein it is also possible that only the first data line is bi-directional or the second data line. Since there are several data lines of the first type, it is also possible that the individual first data lines are configured differently. Typically, however, all the first data lines are made the same.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Signale auf der zweiten Datenleitung mit einer größeren Amplitude moduliert als Signale auf der ersten Datenleitung. Dies hat den Vorteil, dass mittels der zweiten Datenleitung größere Strecken fehlerfrei überwunden werden können. Eine höhere Amplitude stellt daraufhin ab, dass die Unterscheidung zwischen Null und Eins deutlicher ist, die Signalmodulierung also weniger fehleranfällig ist. So ist es möglich, die erste Datenleitung auf einer Leiterplatte zu implementieren und die zweite Datenleitung mittels einer Kabelleitung zu implementieren, die sodann auch aufgrund der größeren Entfernung entsprechend mit einer größeren Amplitude moduliert wird.According to another aspect of the present invention, signals on the second data line are modulated with a larger amplitude than signals on the first data line. This has the advantage that larger distances can be overcome without errors by means of the second data line. A higher amplitude then indicates that the distinction between zero and one is clearer, so the signal modulation is less susceptible to error. Thus, it is possible to implement the first data line on a printed circuit board and to implement the second data line by means of a cable line, which is then modulated accordingly with a larger amplitude due to the greater distance.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung werden Signale auf der zweiten Datenleitung mit einer 10-fach größeren Amplitude moduliert als Signale auf der ersten Datenleitung. Dies hat den Vorteil, dass überraschenderweise dieser Wert besonders vorteilhaft ist und die Signale auf der ersten Datenleitung besonders effizient moduliert werden können und die Signale auf der zweiten Datenleitung zwar weniger effizient moduliert werden, dafür aber deutlich fehlerrobuster. Überraschenderweise wurde erfindungsgemäß erkannt, dass sich genau der vorgeschlagene Wert besonders gut eignet, um das Verhältnis der Amplitude der zweiten Datenleitung zur ersten Datenleitung festzulegen.According to another aspect of the present invention, signals on the second data line are modulated with a 10 times greater amplitude than signals on the first data line. This has the advantage that, surprisingly, this value is particularly advantageous and the signals on the first data line can be modulated particularly efficiently and the signals on the second data line are indeed less efficiently modulated, but clearly faulty robuster. Surprisingly, it has been recognized according to the invention that precisely the proposed value is particularly well suited for determining the ratio of the amplitude of the second data line to the first data line.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Datenleitung und/ oder die zweite Datenleitung eine optische oder eine elektrische Datenleitung. Dies hat den Vorteil, dass mehrere Optionen angeboten werden können, welche wiederum in Abhängigkeit des Anwendungsszenarios ausgewählt werden können. Erfindungsgemäß wird vorzugsweise eine elektrische Datenleitung implementiert.According to a further aspect of the present invention, the first data line and / or the second data line is an optical or an electrical data line. This has the advantage that several options can be offered, which in turn can be selected depending on the application scenario. According to the invention, an electrical data line is preferably implemented.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste Datenleitung und/ oder die zweite Datenleitung eine elektrische Datenleitung, welche stets Strom führt. Dies hat den Vorteil, dass immer differenziell gesendet werden kann, und folglich gibt es auch keine Nachteile einer besonders steilen Flanke, während der Strom angelegt wird. Vielmehr liegt stets ein Strom vor und das Einschwingen wird verhindert. Somit ist das vorgeschlagene Verfahren auch bezüglich einer elektromagnetischen Störung unempfindlich. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, eine solche Ausgestaltung zu wählen, da eine Kabelverbindung implementiert werden kann, welche größere Entfernungen von mehreren Metern überwinden muss.According to a further aspect of the present invention, the first data line and / or the second data line is an electrical data line which always carries current. This has the advantage that it can always be transmitted differentially, and consequently there are no disadvantages of a particularly steep slope while the current is being applied. Rather, there is always a current and the transient is prevented. Thus, the proposed method is also insensitive to electromagnetic interference. Moreover, it is advantageous to choose such a design, since a cable connection can be implemented which has to overcome greater distances of several meters.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist jeweils eine Leitungstreibereinheit mitsamt einer Teilkette auf einer eigenen Leiterplatte angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass die Leitungstreibereinheiten mitsamt den Ausführungseinheiten und der jeweils ersten Datenleitung für kurze Entfernungen optimiert werden können und folglich eben auch auf einer einzelnen Leiterplatte angeordnet werden können. Somit wird auch die Fehleranfälligkeit reduziert, da die Ausführungseinheiten segmentiert werden, und mittels Leiterplatten werden einzelne Teilketten gesondert angesprochen.According to a further aspect of the present invention, a line driver unit, including a sub-chain, is arranged on a separate printed circuit board. This offers the advantage that the line driver units together with the execution units and the respective first data line can be optimized for short distances and consequently can also be arranged on a single printed circuit board. Thus, the error rate is reduced because the execution units are segmented, and individual sub-chains are addressed separately by means of printed circuit boards.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Leitungstreibereinheiten jeweils derart ausgestaltet, dass Signale auf der zweiten Datenleitung bei einem inaktiven Zustand der jeweiligen Leitungstreibereinheit durch diese Leitungstreibereinheit durchgeleitet werden. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Ausfallen einer Leitungstreibereinheit die weiteren in Serie geschalteten Leitungstreibereinheiten trotzdem Befehle empfangen und auch Signale zurücksenden können. Somit wird die defekte Leitungstreibereinheit lediglich ausgeblendet und entsprechende Signale werden passiv hindurchgeleitet. Folglich erfolgt kein Verarbeiten von Signalen in der defekten Leitungstreibereinheit, wobei diese Leitungstreibereinheit allerdings auch nicht die weitere Kette unterbricht. Somit ist es vorteilhaft, dass bei einer defekten Leitungstreibereinheit lediglich eine Teilkette von mehreren Teilketten ausfällt.According to a further aspect of the present invention, the line driver units are each configured in such a way that signals on the second data line are passed through this line driver unit when the respective line driver unit is in an inactive state. This offers the advantage that in case of failure of a line driver unit, the further series-connected line driver units can still receive commands and also send signals back. Thus, the defective line driver unit is merely hidden and corresponding signals are passed passively. Consequently, there is no processing of signals in the defective line driver unit, but this line driver unit also does not interrupt the further chain. Thus, it is advantageous that when a defective line driver unit fails only a sub-chain of several sub-chains.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Ausführungseinheiten jeweils als Leuchtdiode, Motor, Sensor, Temperatursensor, Lichtsensor, Taster oder Schalter ausgestaltet. Dies hat den Vorteil, dass unterschiedliche Ausführungseinheiten vorgesehen werden können, wobei erfindungsgemäß besonders eine Leuchtdiode bevorzugt ist. Die Leuchtdiode kann wiederum einzelne Einheiten aufweisen, die Rot, Grün oder Blau ausstrahlen. Generell ist es jedoch auch möglich, die einzelnen Ausführungseinheiten zu mischen, derart, dass beispielsweise Leuchtdioden vorliegen und innerhalb der gleichen Kette auch Sensoren. Außerdem kann eine Teilkette aus Leuchtdioden gebildet werden und eine andere Teilkette aus Sensoren. Bevorzugt sind jedoch alle Ausführungseinheiten gleich ausgestaltet.According to a further aspect of the present invention, the execution units are configured in each case as a light-emitting diode, motor, sensor, temperature sensor, light sensor, pushbutton or switch. This has the advantage that different execution units can be provided, wherein according to the invention particularly a light-emitting diode is preferred. The light-emitting diode may in turn have individual units that emit red, green or blue. In general, however, it is also possible to mix the individual execution units such that, for example, light-emitting diodes are present and within the same chain also sensors. In addition, a sub-chain of light-emitting diodes can be formed and another sub-chain of sensors. However, all execution units are preferably configured identically.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die Ausführungseinheiten eingerichtet, mindestens eine Statusinformation an die Leitungstreibereinheit bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass die Leitungstreibereinheit anweisen kann, dass ein bestimmter Wert ausgelesen wird, und sodann wird dieser Befehl durch die Teilkette zu der angesprochenen Ausführungseinheit hindurchgeleitet und dieses Ausführungseinheit liefert den angeforderten Wert wieder über die anderen Ausführungseinheiten zurück. Hierbei ist eine bidirektionale Kommunikation besonders vorteilhaft.According to a further aspect of the present invention, the execution units are set up to provide at least one status information to the line driver unit. This has the advantage that the line driver unit can instruct a particular value to be read out, and then this instruction is passed through the substring to the addressed execution unit and that execution unit returns the requested value back over the other execution units. Here, a bidirectional communication is particularly advantageous.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch eine Leitungstreibereinheit zur Verwendung in der vorgeschlagenen Systemanordnung.The object is also achieved by a line driver unit for use in the proposed system arrangement.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Verfahren zum fehlertoleranten und elektromagnetisch verträglichen Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten, aufweisend ein Bereitstellen einer Befehlseinheit, wobei die Vielzahl von Ausführungseinheiten in eine Mehrzahl von jeweils seriellen Teilketten, wobei jede Teilkette mindestens eine Ausführungseinheit entlang einer ersten Datenleitung aufweist, segmentiert werden und jeweils jeder Teilkette eine Leitungstreibereinheit vorgeschaltet wird und die Leitungstreibereinheiten mittels einer zweiten Datenleitung untereinander seriell kommunikativ gekoppelt werden und die erste in Serie geschaltete Leitungstreibereinheit mittels der zweiten Datenleitung mit der Befehlseinheit kommunikativ gekoppelt wird.The object is also achieved by a method for fault-tolerant and electromagnetically compatible driving of a plurality of execution units, comprising providing a command unit, wherein the plurality of execution units are divided into a plurality of serial sub-chains, each sub-chain having at least one execution unit along a first data line, be segmented and each sub-string a line driver unit is connected upstream and the line driver units are serially communicatively coupled to each other by means of a second data line and the first series-connected line driver unit is communicatively coupled by means of the second data line with the command unit.

Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Computerprogrammprodukt mit Steuerbefehlen, welche das Verfahren ausführen bzw. die vorgeschlagene Systemanordnung betreiben.The object is also achieved by a computer program product with control commands which execute the method or operate the proposed system arrangement.

Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, dass die Systemanordnung strukturelle Merkmale bereitstellt, welche funktional den Verfahrensschritten entsprechen. Ferner werden Verfahrensschritte vorgeschlagen, welche strukturell auch von der Systemanordnung bezüglich der entsprechenden Funktionalität nachgebildet werden können. So dient das Verfahren dem Betreiben der Systemanordnung und die Systemanordnung kann das vorgeschlagene Verfahren ausführen.According to the invention, it is particularly advantageous that the system arrangement provides structural features which functionally correspond to the method steps. Furthermore, method steps are proposed, which structurally can also be modeled by the system arrangement with regard to the corresponding functionality. Thus, the method is for operating the system arrangement and the system arrangement may perform the proposed method.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1: eine Teilkette, aufweisend einen Mikrocontroller und mehrere in Serie geschaltete Leuchtdiodeneinheiten gemäß dem Stand der Technik;
2A, 2B: eine Modulation von Daten als Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3: die vorgeschlagene Systemanordnung in einem Blockschaltbild bezüglich eines Aspekts der vorliegenden Erfindung; und
4: ein Ablaufdiagramm gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zum fehlertoleranten und elektromagnetisch verträglichen Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.

Further advantageous embodiments will be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:

1 a sub-string comprising a microcontroller and a plurality of series-connected light-emitting diode units according to the prior art;
2A . 2 B : a modulation of data as an application example of the present invention;
3 the proposed system arrangement in a block diagram relating to an aspect of the present invention; and
4 FIG. 5 is a flowchart according to the proposed method for fault tolerant and electromagnetically compatible driving of a plurality of execution units according to one aspect of the present invention.

1 zeigt auf der linken Seite einen Mikrocontroller, welcher beispielsweise als Befehlseinheit agiert. Darüber hinaus sind mittels einer bidirektionalen Kommunikation mehrere Ausführungseinheiten angeordnet, welche vorliegend als LED-Controller implementiert sind. Dies wird durch das Bezugszeichen MLED CTRL gezeigt. Der Stand der Technik weist bezüglich mancher Anwendungsszenarien den Nachteil auf, dass mit dem Ausfall eines Controllers alle weiteren in Serie geschalteten Controller ebenfalls ausfallen, da die Kommunikation unterbunden ist. 1 shows on the left side a microcontroller, which acts as a command unit, for example. In addition, a plurality of execution units are arranged by means of a bidirectional communication, which are implemented here as an LED controller. This is indicated by the reference MLED CTRL. With regard to many application scenarios, the state of the art has the disadvantage that, with the failure of one controller, all other controllers connected in series likewise fail because the communication is prevented.

1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung eines Systems bzw. der Kommunikationsanordnung gemäß Stand der Technik. So ist vorliegend auf der linken Seite die Befehlseinheit BE ersichtlich, welche an drei Steuereinheiten angeschlossen ist. Da die drei Steuereinheiten in Serie geschaltet sind, ist die Befehlseinheit mit einer Steuereinheit direkt verbunden und den weiteren Steuereinheiten indirekt verbunden. Bei den Steuereinheiten kann es sich um sogenannte Multi-LED-Controller handeln. Dies ist in der vorliegenden 1 als MLED CTRL eingezeichnet. Durch das einheitliche Bezugszeichen soll insbesondere verdeutlicht werden, dass die Steuereinheiten typischerweise gleich ausgestaltet sind. Wie vorliegend ersichtlich ist, handelt es sich bei den Leuchtdioden um RGB- (also rot, grün, blau) Leuchtdioden. Diese sind hierbei eingerichtet, einen bestimmten Farbwert mittels eines Mischverhältnisses der einzelnen Leuchtdiodeneinheiten einzustellen. Ferner ist in der vorliegenden Figur ersichtlich, dass weitere Komponenten je nach Bedarf vorzusehen sind. Beispielsweise kann es notwendig sein, eine Stromzufuhr bereitzustellen. Hierbei ist es jedoch auch möglich, diese Komponenten, beispielsweise die Stromzufuhr, extern bereitzustellen und lediglich anzuschließen. 1 shows a possible embodiment of a system or the communication arrangement according to the prior art. Thus, in the present case on the left side, the command unit BE can be seen, which is connected to three control units. Since the three control units are connected in series, the command unit is directly connected to a control unit and indirectly connected to the other control units. The control units may be so-called multi-LED controllers. This is in the present 1 marked as MLED CTRL. The uniform reference symbol is intended in particular to clarify that the control units are typically configured identically. As can be seen in the present case, the light-emitting diodes are RGB (ie red, green, blue) light-emitting diodes. These are set up here to set a specific color value by means of a mixing ratio of the individual light-emitting diode units. Furthermore, it can be seen in the present figure that further components are to be provided as needed. For example, it may be necessary to provide a power supply. However, it is also possible to provide these components, such as the power supply, externally and only connect.

Die Datenleitung ist vorliegend als Mehrzahl von Datenleitungssegmenten vorhanden, welche als bidirektionale Pfeile SIO1, SIO2 eingezeichnet sind. Steuereinheiten können auch als Ausführungseinheiten bezeichnet werden. Der MLED Controller kann auch als ISELED Controller bezeichnet werden, wie er erfindungsgemäß als Ausführungseinheit eingesetzt werden kann.The data line is present as a plurality of data line segments, which as bidirectional arrows SIO1 . SIO2 are drawn. Control units can also be called Execution units are called. The MLED controller can also be referred to as ISELED controller, as it can be used according to the invention as an execution unit.

2A zeigt eine Modulation von Daten, wobei nur in der aktiven Phase wenn Kommandos übertragen werden die Datenleitungen differentiell moduliert sind. In der inaktiven Phase, wenn also keine Kommandos übertragen werden wird der Strom auf beiden Leitungen abgeschaltet und beide Leitungen „fallen“ auf ein nicht differentielles Potential, welches typischerweise durch eine Terminierung vergebenen wird. Beim Übergang von aktiver Phase (differentiell mit hohem Stromverbrauch) zu inaktiver Phase (nicht differenziell, kein Stromverbrauch) kommt es zu einer steilen Flanke. Zudem ist mittels der vertikalen Linien eine Taktung angedeutet, die dazu dient, aus dem Signal eine Semantik auszulesen. Vorzugsweise wird innerhalb der Taktung dann das Signal ausgelesen, falls die Amplitude maximal ausgeschöpft ist, um eine Fehlerrobustheit zu erreichen. Bei den gezeigten Daten kann es sich um Synchronisierungsdaten auf der linken Seite handeln und um ein Kommando auf der rechten Seite. 2A shows a modulation of data, wherein only in the active phase when commands are transmitted, the data lines are differentially modulated. In the inactive phase, ie when no commands are transmitted, the power is cut off on both lines and both lines "fall" to a non-differential potential, which is typically assigned by a termination. During the transition from active phase (differential with high power consumption) to inactive phase (non-differential, no power consumption), a steep edge occurs. In addition, a timing is indicated by the vertical lines, which serves to read out of the signal a semantics. Preferably, the signal is then read out within the clocking if the amplitude is maximally exhausted in order to achieve error robustness. The data shown may be synchronization data on the left side and a command on the right side.

Generell sind die Dimensionen und Inhalte der 2A und 2B lediglich beispielhaft und schematisch zu verstehen. So können auch andere Modifikationen vorliegen. In general, the dimensions and contents of the 2A and 2 B merely by way of example and schematically to understand. So there may be other modifications.

2A zeigt einen Nachteil im Stand der Technik, nämlich die steile Flanke auf der linken Seite, welche nicht elektromagnetisch verträglich ist. Somit ist eine solche Modulierung für eine Kabelverbindung wenig tauglich. Für eine Leiterplatte ist diese Modulierung geeignet, weshalb lediglich auf der ersten Datenleitung erfindungsgemäß derart gesendet werden kann. Dies ist deshalb der Fall, da hier eine kurze Verbindung vorherrscht und ein Abschirmen möglich ist. 2A shows a disadvantage in the prior art, namely the steep flank on the left side, which is not electromagnetically compatible. Thus, such a modulation is not suitable for a cable connection. For a printed circuit board this modulation is suitable, which is why according to the invention can be sent only on the first data line. This is the case because a short connection prevails here and shielding is possible.

2B zeigt ein überlagertes Signal und zeigt folglich zwei Kennlinien. Im Gegensatz zu 2A wird die Datenleitung immer aktiv getrieben. Die Übermittlung des Kommandos erfolgt mit einer Sequenz von Bits, welche differentiell moduliert sind wie bei 2A. Im Gegensatz zu 2A werden die Datenleitungen nach der Übertragung des Kommandos nicht abgeschaltet und senden weiterhin ein differentielles Idle Pattern. Hierbei handelt es sich um einen Aspekt der Datenmodulierung, der auch erfindungsgemäß Einsatz finden kann. Besonders vorteilhaft ist es, dass erfindungsgemäß ohne Anpassung des Senders empfängerseitig nicht nur ein Abtasten an solchen unvorteilhaften Zeitpunkten, also wenn eine Signalstärke nahe dem Schwellwert ist, vermieden wird, sondern ein Abtasten bei eben maximaler Amplitude erfolgt. Dies garantiert einen ausreichenden Abstand der Signalstärke vom Schwellwert zu einem Messzeitpunkt, also dem Abtastzeitpunkt. Der Abtastzeitpunkt ist zeitlich innerhalb einer Bitbreite angeordnet, welche bestimmt innerhalb welcher Zeitspanne das jeweilige zu übertragende Bit kodiert ist. Somit ist also der Abtastzeitpunkt jeweils innerhalb dieser Bitbreite zu wählen und liest jeweils eine Bitbelegung aus. Die einzelnen Bitbreiten, welche den seriellen Bitdatenstrom in einzelne Bits unterteilen sind typischerweise zeitlich äquidistant. Ein Idle Pattern wird auch als Leerlaufmuster bezeichnet. 2 B shows a superimposed signal and thus shows two characteristics. Unlike 2A, the data line is always actively driven. The transmission of the command takes place with a sequence of bits which are differentially modulated as in 2A , In contrast to 2A If the data lines are not switched off after the command has been transmitted, they will continue to send a differential idle pattern. This is an aspect of data modulation that can also be used according to the invention. It is particularly advantageous that according to the invention, without adaptation of the transmitter on the receiver side, not only a sampling at such unfavorable times, ie when a signal strength is close to the threshold value, is avoided, but a sampling takes place at exactly the maximum amplitude. This guarantees a sufficient distance of the signal strength from the threshold value to a measurement time, ie the sampling time. The sampling time is arranged temporally within a bit width, which determines within which time span the particular bit to be transmitted is coded. Thus, therefore, the sampling time is to be selected within this bit width and each reads a bit assignment. The individual bit widths which divide the serial bit data stream into individual bits are typically equidistant in time. An idle pattern is also called an idle pattern.

Bei typischerweise durchgeführten Abtastungen kann es sich um Abtastzeitpunkte zur zeitlichen Mitte einer Bitbreite handeln. So steigt die Signalstärke beispielsweise bei einem Wechsel von einer kodierten Null zu einer kodierten Eins gegen Anfang der Bitbreite, erreicht in etwa in der Mitte der Bitbreite ihr Maximum und fällt danach ab, falls anschließend eine Null kodiert werden soll. Somit kann als ein Referenzpunkt eines geeigneten Abtastzeitpunkts die Mitte einer Bitbreite gewählt werden.Typically performed samples may be sampling times at the time center of a bit width. For example, the signal strength increases at the beginning of the bit width when changing from a coded zero to a coded one, reaches its maximum approximately in the middle of the bit width, and then drops off if a zero is subsequently to be coded. Thus, as a reference point of a suitable sampling timing, the center of a bit width can be selected.

3 zeigt den vorgeschlagenen Aufbau einer Systemanordnung, wobei die Befehlseinheit BE als ein Mikrocontroller vorliegt. Diese Befehlseinheit BE ist mit einer Mehrzahl von Leitungstreibereinheiten LTE kommunikativ gekoppelt. Die Befehlseinheit BE ist mittels der zweiten Datenleitung mit den seriell geschalteten Leitungstreibereinheiten LTE verbunden. Hierzu verfügt jede Leitungstreibereinheit LTE über drei Schnittstellen, nämlich Schnittstellen A, B und C. Wie vorliegend eingezeichnet ist, kommuniziert eine Leitungstreibereinheit LTE mit einer Teilkette von Ausführungseinheiten AE. Diese Ausführungseinheiten AE sind ebenfalls in Serie geschaltet und kommunizieren mittels der ersten Datenleitung. 3 shows the proposed structure of a system arrangement, wherein the command unit BE is present as a microcontroller. This command unit BE is communicatively coupled to a plurality of line driver units LTE. The command unit BE is connected to the serially connected line driver units LTE via the second data line. For this purpose, each line driver unit LTE has three interfaces, namely interfaces A . B and C , As shown, a line driver unit LTE communicates with a subsequence of execution units AE , These execution units AE are also connected in series and communicate via the first data line.

Wie ebenfalls gezeigt ist, liegen mehrere Teilketten vor, wobei jede Teilkette eine Leitungstreibereinheit LTE umfasst und mindestens eine Ausführungseinheit AE. Somit liegen auch mehrere Datenleitungen ersten Typs vor, wobei lediglich drei Teilketten, also drei erste Datenleitungen, eingezeichnet sind.As also shown, there are several sub-chains, each sub-chain comprising a line driver unit LTE and at least one execution unit AE , Thus, there are also a plurality of data lines of the first type, wherein only three sub-chains, ie three first data lines, are drawn.

Das vorgeschlagene System skaliert, was dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen der zweiten Teilkette und der dritten Teilkette Punkte eingezeichnet sind. Diese Punkte verdeutlichen, dass hierbei mehrere Teilketten in unbestimmter Anzahl vorliegen können. Die Anzahl wird lediglich durch den Adressraum beschränkt. Rechts unten in der vorliegenden 3 ist gezeigt, dass unterschiedlich viele Ausführungseinheiten AE vorzusehen sein können, was ebenfalls durch Punkte angedeutet ist. Auch hier ist der Adressraum ausschlaggebend für die Anzahl der Ausführungseinheiten AE.The proposed system scales, which is characterized in that points are drawn between the second substring and the third substring. These points make it clear that several partial chains can be present in an indefinite number. The number is limited only by the address space. Right below in the present 3 It is shown that different number of execution units AE can be provided, which is also indicated by dots. Again, the address space is crucial for the number of execution units AE ,

In der vorliegenden 3 ist die jeweils erste Datenleitung horizontal eingezeichnet und die zweite Datenleitung vertikal. Die zweite Datenleitung bezieht sich ebenfalls auf die Verbindung zwischen Befehlseinheit BE und der mehreren Leitungstreibereinheiten LTE. Insgesamt können die horizontalen Teilketten auf einer Leiterplatte jeweils angeordnet werden, während zwischen der vertikalen Verbindung eine Kabelverbindung implementiert werden kann. Somit können vertikal auch größere Distanzen von mehreren Metern überwunden werden. Vertikal und horizontal bezieht sich vorliegend lediglich auf die Figur, wobei der Fachmann erkennt, dass die tatsächliche Implementierung je nach Bedarf erfolgt.In the present 3 the first data line is drawn horizontally and the second data line vertically. The second data line also relates to the connection between command unit BE and the plurality of line drive units LTE. Overall, the horizontal sub-chains can be arranged on a circuit board, respectively, while between the vertical connection, a cable connection can be implemented. Thus vertical distances of more than several meters can be overcome. In the present case, vertical and horizontal refers only to the figure, with the person skilled in the art recognizing that the actual implementation takes place as required.

4 zeigt in einem schematischen Ausführungsdiagramm ein Verfahren zum fehlertoleranten und elektromagnetisch verträglichen Ansteuern einer Vielzahl von Ausführungseinheiten AE, aufweisend ein Bereitstellen 100 einer Befehlseinheit BE, wobei die Vielzahl von Ausführungseinheiten AE in eine Mehrzahl von jeweils seriellen Teilketten, wobei jede Teilkette mindestens eine Ausführungseinheit AE entlang einer ersten Datenleitung aufweist, segmentiert werden 101 und jeweils jeder Teilkette einer Leitungstreibereinheit LTE vorgeschaltet wird 102 und die Leitungstreibereinheiten LTE mittels einer zweiten Datenleitung untereinander seriell kommunikativ gekoppelt werden 103 und die erste in Serie geschaltete Leitungstreibereinheit LTE mittels der zweiten Datenleitung mit der Befehlseinheit BE kommunikativ gekoppelt wird 104. 4 shows in a schematic embodiment diagram a method for fault-tolerant and electromagnetically acceptable driving a plurality of execution units AE comprising providing 100 a command unit BE where the plurality of execution units AE into a plurality of respective serial sub-chains, each sub-chain having at least one execution unit AE along a first data line, being segmented 101 and each sub-string is preceded by a line driver unit LTE 102 and the line driver units LTE are serially communicatively coupled to one another by means of a second data line 103 and the first series-connected line driver unit LTE via the second data line with the instruction unit BE communicatively coupled 104 ,

Der Fachmann erkennt hierbei, dass die beschriebenen Verfahrensschritte iterativ und/ oder in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können. Zudem können einzelne Verfahrensschritte Unterschritte aufweisen.The person skilled in the art recognizes that the described method steps can be carried out iteratively and / or in a different order. In addition, individual process steps may have sub-steps.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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DE 102016125290 A1 [0008]

Claims

System arrangement for the fault-tolerant and electromagnetically compatible driving of a plurality of execution units (AE), comprising: - An instruction unit (BE), wherein - The plurality of execution units (AE) in a plurality of respective serial sub-chains, wherein each sub-chain has at least one execution unit (AE) along a first data line is segmented and each sub-string is preceded by a line driver unit (LTE); and - The line driver units (LTE) are serially communicatively coupled to each other by means of a second data line and the first serially connected line driver unit (LTE) is communicatively coupled by means of the second data line to the command unit (BE), wherein signals on the second data line with a 10-fold greater amplitude than signals on the first data line.

System arrangement according to Claim 1 , Characterized in that the upstream of a part of chain line driver unit (LTE) for the at least one execution unit (AE) operates this substring as a master unit and at least one execution unit (AE) with respect to this line driver unit (LTE) acts as a slave unit.

System arrangement according to Claim 1 or 2 , characterized in that the command unit (BE) for the line driver units (LTE) acts as a master unit and the line driver units (LTE) act as a slave unit with respect to the command unit (BE).

System arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first data line and / or the second data line is bidirectional.

System arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the first data line and / or the second data line is an optical or an electrical data line.

System arrangement according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that the first data line and / or the second data line is an electrical data line, which always carries power.

System arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that in each case a line driver unit (LTE) is arranged together with a sub-chain on its own circuit board.

System arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the line driver units (LTE) are each configured such that signals on the second data line in an inactive state of the respective line driver unit (LTE) are passed through this line driver unit (LTE).

System arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the execution units (AE) in each case as a light emitting diode, motor, sensor, temperature sensor, light sensor, buttons or switches are configured.

System arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the execution units (AE) are arranged to provide at least one status information to the line driver units (LTE).

Line driver unit (LTE) for use in a system arrangement according to any one of Claims 1 to 10 ,

Method for the fault-tolerant and electromagnetically compatible control of a plurality of execution units (AE), comprising: - providing (100) a command unit (BE), characterized in that - the plurality of execution units (AE) into a plurality of serial sub-chains, each Partial chain at least one execution unit (AE) along a first data line has, be segmented (101) and each sub-string is preceded by a line driver unit (LTE) (102); and - the line driver units (LTE) are serially communicatively coupled to one another by a second data line (103) and the first serially connected line driver unit (LTE) is communicatively coupled (104) to the command unit (BE) via the second data line, signals on the second data line to be modulated with a 10 times greater amplitude than signals on the first data line.

Computer program product with control commands, which the method according to Claim 12 when executed on a computer.