-
Die Erfindung betrifft einen integrierten Schaltkreis, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, wobei wenigstens ein Schaltkreisabschnitt einen Mikroprozessor bildet. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.
-
In modernen Kraftfahrzeugen werden eine Vielzahl von Datenverarbeitungsfunktionen genutzt. Die für einzelne Funktionen genutzte Rechenleistung und Möglichkeiten zur Anbindung entsprechender Peripheriegeräte können durch Rechenmodule bereitgestellt werden, wie sie beispielsweise aus der Druckschrift
EP 2 966 575 A1 bekannt sind. Hierbei sind eine vorhandene Rechenleistung und vorhandene Peripheriegeräte jedoch festen Aufgaben zugeordnet. Zwar ist es prinzipiell möglich, Peripheriegeräte an einen Fahrzeugbus anzubinden, womit beispielsweise mehrere entsprechende Rechenmodule auf eine solche Peripherie zugreifen könnten, dies kann jedoch die erreichbaren minimalen Latenzen beziehungsweise maximalen Datenraten einschränken und erfordert zumdem zusätzliche Schaltungen, um die Peripherie an den Fahrzeugbus anzubinden. Hieraus beziehungsweise aus den mehrfachen vorsehenden entsprechenden Komponenten für verschiedene Funktionsgruppen können ein erhöhter Bauraumverbrauch, ein erhöhter Energieverbrauch und höhere Kosten resultieren.
-
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, die Energieeffizienz einer Datenverarbeitung beziehungsweise einen Bauraumverbrauch beziehungsweise Kosten für eine Datenverarbeitung in einem Kraftfahrzeug zu reduzieren.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen integrierten Schaltkreis der eingangs genannten Art gelöst. Wobei für wenigstens eine Schnittstellenart durch einen jeweiligen weiteren Schaltkreisabschnitt ein Switch gebildet wird, der mehrere Schnittstellen dieser Schnittstellenart zur Kommunikation mit externen Einrichtungen bereitstellt.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zusätzlich zu einem Mikroprozessor wenigstens einen Switch, vorzugsweise mehrere Switches für verschiedene Schnittstellenarten, in einen integrierten Schaltkreis zu integrieren. Dies ermöglicht es den Mikroprozessor beziehungsweise weitere Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises selektiv mit bestimmten externen Peripheriegeräten zu verbinden beziehungsweise verschiedene externe Geräte wahlfrei zu verbinden, so dass der Mikroprozessor beziehungsweise weitere Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises ohne zusätzlichen externen Schaltungsaufwand selektiv mit bestimmten externen Einrichtung beziehungsweise Subnetzen, die diese umfassen, verbunden werden kann. Hierdurch kann ein Bauraumverbrauch oder ein Energieverbrauch für eine flexible Verschaltung des Mikroprozessors beziehungsweise weiterer Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises mit den externen Einrichtungen beziehungsweise der externen Einrichtungen untereinander erheblich reduziert werden. Durch die Integration des wenigstens einen Switches in den integrierten Schaltkreis kann zudem eine aus einer flexiblen Verschaltung ansonsten potentiell resultierende Latenz reduziert beziehungsweise vermieden werden, wodurch eine flexible Verschaltbarkeit der externen Einrichtungen beziehungsweise der Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises insbesondere auch für Anwendungen nutzbar ist, die echtzeitfähig sein müssen beziehungsweise bei denen definierte Antwortzeiten sichergestellt sein müssen, beispielsweise für Fahrerassistenzsysteme.
-
Die Schnittstellen zur Kommunikation mit externen Einrichtungen sind Hardwareanschlüsse des integrierten Schaltkreises, die beispielsweise über einen Pin oder mehrere Pins aus einem Chipgehäuses des integrierten Schaltkreises herausgeführt sind. Wie später noch genauer erläutert werden wird, kann der wenigstens eine Switch zusätzlich interne Schnittstellen aufweisen, über die er mit weiteren Schaltkreisabschnitten des integrierten Schaltkreises verbunden sein kann. Die einzelnen Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises können auf einem gemeinsamen Halbleiterchip, auch Die genannt, ausgebildet sein. Der integrierte Schaltkreis kann ein applikationsspezifischere Schaltkreis (ASIC) und ein sogenanntes System on a Chip (SoC) sein.
-
Die jeweilige Schnittstellenart kann insbesondere eine paketbasierte Datenübertragung nutzen. Der zugeordnete Switch kann die von den verschiedenen Schnittstellen und/oder dem Mikroprozessor und/oder einem anderen Schaltkreisabschnitt bereitgestellten Pakete vermitteln, also insbesondere in Abhängigkeit einer Zieladresse ausschließlich an eine bestimmte Schnittstelle beziehungsweise einen bestimmten Schaltkreisabschnitt des integrierten Schaltkreises weiterleiten. Die Verbindung zu internen Schaltkreisabschnitten, die bestimmte Funktionen aufweisen, beispielsweise weiteren Switches, dem Mikroprozessor, einem internen Speicher, einem digitalen Signalprozessor oder ähnlichem, kann über eine Bridge und/oder eine interne Verbindungseinrichtung, auch „Interconnect Fabric“ genannt, die später noch genauer erläutert werden wird, erfolgen. Ein Switch kann somit unterschiedliche Subnetze selektiv verbinden beziehungsweise selektiv bestimmte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen ausbilden.
-
Die Schnittstellen der Schnittstellenart oder einer der Schnittstellenarten können Netzwerkschnittstellen, insbesondere Ethernet-Schnittstellen, sein und/oder die Schnittstellen der Schnittstellart oder einer der Schnittstellenarten können Schnittstellen für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, insbesondere PCI Express-Schnittstellen, sein. Durch Vorsehen eines Netzwerk- beziehungsweise Ethernet-Switches wird erreicht, dass externe Einrichtungen beziehungsweise Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises wahlfrei oder mit bestimmten vorgegebenen Einschränkungen über das Netzwerk miteinander kommunizieren können, wobei gegenüber einer Integration aller externen Einrichtungen und Schaltkreisabschnitte in das gleiche Netzwerk insbesondere höhere Datenraten erreicht werden können und aufgrund einer weitgehenden Vermeidung von Paketkollisionen geringere Latenzzeiten der Kommunikation erreicht werden können. Ein Switch für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, insbesondere für PCI Express-Schnittstellen, ermöglicht eine wahlfreie Verbindung einer Hosteinrichtung, beispielsweise des Mikroprozessors oder einer externen Recheneinrichtung, mit Endgeräten, die externe Einrichtungen sein können oder durch einen entsprechenden Schaltkreisabschnitt des integrierten Schaltkreises bereitgestellt werden können. In einer besonders bevorzugten Variante, die später noch genauer erläutert werden wird, weist ein Switch für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung auch mehrere Schnittstellen für Hosteinrichtungen auf, so dass ein bestimmtes Endgerät durch mehrere Hosteinrichtungen gemeinsam, insbesondere zu unterschiedlichen Zeiten, genutzt werden kann.
-
Der Switch oder einer der Switches kann mehrere Endgerätschnittstellen und mehrere Hosteinrichtungsschnittstellen als Schnittstellen für Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aufweisen, wobei der Switch derart eingerichtet ist, dass eine über eine jeweilige Hosteinrichtungsschnittstelle angeschlossene Hosteinrichtung auf über mehrere Endgerätschnittstellen angeschlossene Endgeräte zugreifen kann, wobei auf wenigstens ein an wenigstens einer Endgerätschnittstelle angeschlossenes Endgerät durch an mehreren Hostschnittstellen angeschlossene Hostgeräte zugegriffen werden kann. Hierdurch können beispielsweise mehrere Recheneinrichtungen bedarfsgerecht bestimmte Sensoren oder Ausgabeeinrichtungen, beispielsweise Displays, nutzen. Hostschnittstellen werden auch als Upstream Ports und Endgerätschnittstellen als Downstream Ports bezeichnet.
-
Besonders bevorzugt weist der Switch wenigstens eine Schnittstelle auf, die bedarfsgerecht als Hosteinrichtungsschnittstelle oder Endgerätschnittstelle nutzbar ist. Die entsprechende Konfiguration kann, beispielsweise durch den Mikroprozessor, vorgegeben sein oder es kann automatisch erkannt werden, welche Komponente mit einer bestimmten Schnittstelle verbunden wird, um zu entscheiden, ob diese als Hosteinrichtungsschnittstelle oder Endgerätschnittstelle betrieben wird.
-
Bei PCI Express-Schnittstellen weisen Hosteinrichtungen einen sogenannten Root-Komplex auf, der beispielsweise über einen North- oder South Bridge eines Chipsatzes implementiert sein kann. Der Root-Komplex verbindet eine oder mehrere Schnittstellen beispielsweise mit einem Prozessor beziehungsweise einem zugehörigen Speicher der Hosteinrichtung. Der Root-Komplex ordnet jeder der Hosteinrichtungsschnittstellen des Root-Komplexes eine eigene Domänhierarchie, das heißt einen eigenen Adressbereich, zu und fungiert als separate Bridge für die jeweilige Schnittstelle.
-
Durch das Vorsehen von mehreren Hosteinrichtungsschnittstellen an wenigstens einem Switch des integrierten Schaltkreises kann auf ein Endgerät durch mehrere Hosteinrichtungen beziehungsweise aus mehreren Root-Komplexen zugegriffen werden. Um dies zu ermöglichen sind im Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt, die hier nicht detailliert erläutert werden sollen, beispielsweise sogenannte „Non-Transparent Bridges“, „Single-Root 10 Virtualization“ oder „Multi-Root 10 Virtualization“.
-
Ein erster Switch des integrierten Schaltkreises kann Schnittstellen für eine Punkt-zu-Punkt Verbindung, insbesondere PCI Express-Schnittstellen, aufweisen und ein zweiter Switch des integrierten Schaltkreises kann Schnittstellen für eine Netzwerkverbindung, insbesondere Ethernet-Schnittstellen, aufweisen, wobei eine Schnittstelle des ersten Switches über einen weiteren Schaltkreisabschnitt des integrierten Schaltkreises mit einer Schnittstelle des zweiten Switches gekoppelt ist. Der weitere Schaltkreisabschnitt, der eine jeweilige Schnittstelle des ersten und zweiten Switches koppelt, kann eine Bridge bilden, die insbesondere eine Protokollübersetzung und/oder eine Adressübersetzung zwischen der Punkt-zu-Punkt-Verbindung und der Netzwerkverbindung bereitstellt. Die Schnittstelle des zweiten Switches kann insbesondere mit einem Downstream Port beziehungsweise einer Endgeräteschnittstelle des ersten Switches verbunden sein. Der weitere Schaltungsabschnitt beziehungsweise die Bridge implementiert somit letztlich ein Netzwerkinterface für die Punkt-zu-Punkt-Verbindung, also beispielsweise für die PCI Express-Schnittstelle. Somit wird mit geringem technischen Aufwand eine Möglichkeit bereitgestellt, durch die Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises beziehungsweise externe Einrichtungen, die über die Schnittstelle zur Punkt-zu-Punkt-Verbindung kommunizieren können, auch mit über die Netzwerkverbindung angebundenen externen Einrichtungen beziehungsweise Schaltkreisabschnitten kommunizieren können.
-
Ein jeweiliger weiterer Schaltkreisabschnitt kann wenigstens einen Mikrocontroller und/oder wenigstens ein Echtzeitsystem und/oder wenigstens einen digitalen Signalprozessor und/oder wenigstens ein Speicherinterface, insbesondere für einen Flash- und/oder RAM-Speicher, und/oder wenigstens einen integrierten Speicher, insbesondere einen SRAM-Speicher, und/oder wenigstens eine Steuereinrichtung zur Implementierung eines Speicherdirektzugriffs ausbilden. Vorzugsweise kann der integrierte Schaltkreis alle genannten Komponenten umfassen. Durch Vorsehen von zumindest Teilen der genannten Schaltkreisabschnitte in dem integrierten Schaltkreis kann ein integriertes Bauteil bereitgestellt werden, das eine Vielzahl von fahrzeugrelevanten Komponenten implementiert. Zudem können die genannten Komponenten untereinander beziehungsweise mit dem Mikroprozessor über die bereits diskutierten Switches beziehungsweise über eine später noch im Detail diskutierte Verbindungseinrichtung zur Kopplung dieser Komponenten gekoppelt werden, wobei durch Integration in einem gemeinsamen integrierten Schaltkreis hohe Bandbreiten und/oder geringe Latenzen erreicht werden können.
-
Ein Echtzeitsystem kann durch einen Mikrocontroller, eine applikationsspezifischen Schaltkreis, einen FPGA oder Ähnliches implementiert werden. Das Echtzeitsystem kann insbesondere dazu eingerichtet sein, bestimmte Funktionen inharter Echtzeit zu implementieren, insbesondere derart, dass ein Ausgabesignal innerhalb des gleichen Taktes oder um eine feste Taktzahl verzögert zu einem Ausgangssignal verarbeitet wird. Das Echtzeitsystem kann auch in weicher Echtzeit implementiert sein, das heißt es kann nur eine durchschnittliche Ausführungszeit garantiert werden, wobei beispielsweise durch Vorsehen eines Eingangs- und/oder Ausgangspuffers ein Übergang von harter zur weicher Echtzeit und umgekehrt möglich ist.
-
Ein Echtzeitsystem kann insbesondere Ein- und/oder Ausgänge für in Echtzeit zu verarbeitende Digitalsignale und/oder Analogsignale bereitstellen. Diese können zur Kommunikation mit einer externen Einrichtung dienen, also beispielsweise als Pins aus einem Chipgehäuse des integrierten Schaltkreises herausgeführt sein. Ergänzend oder alternativ können diese jedoch auch über die später noch diskutierte Verbindungseinrichtung mit anderen Schaltkreisabschnitten des integrierten Schaltkreises verbunden werden.
-
Die Steuereinrichtung zur Implementierung eines Speicherdirektzugriffes wird auch als DMA-Kontroller bezeichnet.
-
SRAM-Speicher zeichnet sich durch besonders niedrige Latenzzeiten für einen Zugriff aus. Ein Zugriff kann zumindest durch Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises, jedoch auch durch externe Einrichtungen, mit Null Latenzzyklen möglich sein, das heißt spätestens mit dem Taktzyklus nach dem Lesezugriff kann der Speicherinhalt für die Schaltkreisabschnitte beziehungsweise externen Einrichtungen bereitstehen. Insbesondere kann der Speicher einen „Zero Bus Turnaround“ ermöglichen, das heißt es kann ein Wechsel zwischen Lese- und Schreibzugriff und umgekehrt ohne Wartezyklen erfolgen.
-
Ein digitaler Signalprozessor des internen Schaltkreises kann insbesondere zur Audio- beziehungsweise Videoverarbeitung genutzt werden. Ergänzend oder alternativ kann ein digitaler Signalprozessor Anwendungen aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz beziehungsweise dem Bereich des Maschinenlernens implementieren.
-
Die einzelnen Schaltkreisabschnitte des internen Schaltkreises können untereinander und/oder mit Anschlüssen zur Verbindung mit externen Einrichtungen, beispielsweise mit Pins, die aus einen Chipgehäuse des integrierten Schaltkreises geführt sind, fest verbunden sein.
-
Besonders vorteilhaft kann jedoch vorgesehen sein, dass der integrierte Schaltkreis eine Verbindungseinrichtung umfasst, durch die der Mikroprozessor mit wenigstens einem weiteren der Schaltkreisabschnitte und/oder wenigstens zwei der weiteren Schaltkreisabschnitte miteinander verbindbar und voneinander trennbar sind. Besonders bevorzugt ist der integrierte Schaltkreis derart ausgebildet, dass die Verbindung und Trennung der Schaltkreisabschnitte untereinander oder mit dem Mikroprozessor durch den Mikroprozessor steuerbar ist.
-
Eine derartige Verbindungseinrichtung wird im Bereich von integrierten Schaltkreisen auch als „Interconnect Fabric“ bezeichnet. Sie ermöglicht es, die verschiedenen Schaltkreisabschnitte der integrierten Schaltung bedarfsgerecht miteinander beziehungsweise mit externen Einrichtungen zu verbinden, so dass beispielsweise der Mikroprozessor, das Echtzeitsystem, der Mikrocontroller oder ein DMA-Kontroller bedarfsgerecht auf die weiteren Schaltkreisabschnitte, beispielsweise Speicher, Switches oder weitere Anschlüsse des integrierten Schaltkreises, beispielsweise serielle- oder CAN-Busanschlüsse, zugreifen können. Zudem ist es möglich, dass die Verbindungseinrichtung externen Einrichtungen, die über die Switches oder direkt über die Verbindungseinrichtung mit dem integrierten Schaltkreis verbunden sind, Zugriff auf Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises gibt.
-
Die Verbindungseinrichtung kann für einen bestimmten Zweck fest konfiguriert sein. Beispielsweise kann bei einem Starten einer Vorrichtung, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, die den integrierten Schaltkreis umfasst, eine entsprechende Konfiguration aus einem internen oder externen Speicher geladen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Verbindungseinrichtung im laufenden Betrieb bedarfsgerecht umzukonfigurieren, beispielsweise um bedarfsgerecht unterschiedliche Assistenz- und/oder Unterhaltungsfunktionen bereitzustellen.
-
Insbesondere können der bereits diskutierte Switch beziehungsweise die bereits diskutierten Switches über eine jeweilige Schnittstelle des Switches, im Falle einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung insbesondere über eine Hosteinrichtungsschnittstelle des Switches, direkt beziehungsweise über eine Bridge oder einen anderen entsprechenden Schaltkreisabschnitt mit der Verbindungseinrichtung verbunden sein, um selektiv verschiedenen internen Hosteinrichtungen Zugriff auf den jeweiligen Switch und somit die mit diesem verbundenen Endgeräte zu gewähren.
-
Die Verbindungseinrichtung kann zwischen den verschiedenen verbundenen Schaltkreisabschnitten beziehungsweise externen Einrichtungen eine verbindungslose und/oder eine verbindungsorientierte Kommunikation ermöglichen. Die Verbindungseinrichtung kann zudem derart konfigurierbar sein, dass verschiedenen Verbindungen unterschiedliche Prioritäten und/oder Bandbreiten zugeordnet werden können. Eine derartige Konfiguration kann fest vorgegeben sein oder bedarfsgerecht angepasst werden.
-
Der integrierte Schaltkreis umfasst vorzugsweise mehrere Ethernet-Schnittstellen und/oder mehrere PCI Express-Schnittstellen und/oder mehrere CAN-Schnittstellen und/oder mehrere serielle Schnittstellen und/oder mehrere TDM- oder 12S-Schnittstellen und/oder wenigstens einen Allzweckeingabe/-ausgabekontaktpunkt. Vorzugsweise sind alle genannten Schnittstellen oder zumindest mehrere der genannten Schnittstellen vorgesehen. Dies ermöglicht die Integration des integrierten Schaltkreises in eine Vielzahl von Nutzungsumgebungen beziehungsweise eine Verbindung von einer Vielzahl von Kommunikationsschnittstellen über den integrieren Schaltkreis.
-
Die genannten Schnittstellen können zur Verbindung von externen Einrichtungen dienen, also beispielsweise als Pin aus einem Chipgehäuse geführt sein. Es ist jedoch auch möglich, dass Teile der genannten Schnittstellen zur internen Kommunikation zwischen verschiedenen Schaltkreisabschnitten des integrierten Schaltkreises genutzt werden. Die serielle Schnittstelle unterstützt vorzugsweise UART und/oder SPI und/oder 12C. Bei der TDM- beziehungsweise I2S-Schnittstelle handelt es sich um Schnittstellen zur Audiobeziehungsweise Videoübertragung. Hierbei ist insbesondere eine Mehrkanalübertragung möglich. Beispielsweise wird bei einer TDM-Schnittstelle ein sogenanntes „Time Domain Multiplexing“ genutzt, um in aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten Informationen mehrerer Audio- und/oder Videokanäle zu übertragen. TDM- beziehungsweise I2S-Schnittstellen können beispielsweise genutzt werden, um Analog-Digital-Umsetzer beziehungsweise Digital-Analog-Umsetzer mit einer Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einem DSP, zu verbinden. Es ist daher vorteilhaft, wenn in dem Fall, dass der integrierte Schaltkreis wenigstens eine solche Schnittstelle und einen digitalen Signalprozessor umfasst, diese Komponenten eng miteinander zu verschalten. Beispielsweise kann eine direkte Verbindung oder eine Verbindung über die oben beschriebene Verbindungseinrichtung erfolgen, die latenzfrei ist oder nur zu einer Verzögerung von einem oder wenigen Taktzyklen führt.
-
Werden Netzwerkschnittstellen, insbesondere Ethernetschnittstellen, vorgesehen, ist es vorteilhaft, wenn diese das sogenannte „Audio/Video Bridging“ (AVB) unterstützen, das heißt, einen vorgegebenen Standard zur Übertragung von Audio- und Videoinhalten über eine solche Schnittstelle. Entsprechenden Standards sind die Standards IEEE 802.1AS, IEEE 802.1Qat, IEEE 802.1 Qav und IEEE 802.1 BA. Der integrierte Schaltkreis kann an zumindest Teilen seiner Netzwerkanschlüsse alle oder zumindest Teile dieser Standards unterstützen.
-
Die Verbindungseinrichtung beziehungsweise der integrierte Schaltkreis kann dazu eingerichtet sein, Informationen direkt zwischen den verschiedenen Schnittstellen zu routen. Beispielsweise kann ein als Schaltkreisabschnitt des integrierten Schaltkreises ausgebildeter digitaler Signalprozessor oder ein über eine Schnittstelle des integrierten Schaltkreises angeschlossener digitaler Signalprozessor Informationen über eine TDM- oder 12S-Schnittstelle bereitstellen, die, beispielsweise über die Verbindungseinrichtung und einen Switch über eine Ethernetschnittstelle an eine bestimmte externe Einrichtung bereitgestellt werden. Hierdurch können beispielsweise mit einfachen Mitteln Video- oder Audiodaten an beabstandete externe Einrichtungen, beispielsweise Bildschirme oder Lautsprecher, übertragen werden. Selbstverständlich können auch umgekehrt über Audio/Video Bridging und eine Ethernetschnittstelle empfangene Audio- beziehungsweise Videodaten über die Verbindungseinrichtung an der TDM- oder I2S-Schnittstelle bereitgestellt werden und über diese einem internen oder externen digitalen Signalprozessor zugeführt werden. Um eine flexible Ein- und Ausgabe beziehungsweise ein flexibles Routing von Audio- und Videodaten zu ermöglichen, kann der integrierte Schaltkreis vorzugsweise wenigstens 3 TDM-Schnittstellen aufweisen.
-
Ein Allzweckeingabe/-ausgabekontakt stellt einen allgemeinen Kontakt dar, der durch eine entsprechende Programmierung des integrierten Schaltkreises als Eingabe- oder Ausgabekontakt dienen kann. Insbesondere kann der Zustand dieses Kontakts durch Programmierung frei bestimmbar sein. Beispielsweise kann die Steuerung beziehungsweise Abfrage durch den Mikroprozessor, den digitalen Signalprozessor, das Echtzeitsystem beziehungsweise den Mikrocontroller und/oder die Verbindungseinrichtung erfolgen. Prinzipiell ist es auch möglich, den Allzweckeingabe/-ausgabekontakt für externe Einrichtungen bereitzustellen, beispielsweise indem er über eine Netzwerkschnittstelle, eine Schnittstelle für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, den CAN-BUS, den seriellen BUS oder Ähnliches steuerbar beziehungsweise auslesbar ist.
-
Der integrierte Schaltkreis kann wenigstens zwei Gruppen von Schaltkreisabschnitten umfassen, die unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen genügen. Beispielsweise können für diese Gruppen verschiedene mittlere Zeiten zwischen Fehlern, eine verschiedene Anzahl von Rückfallebenen beziehungsweise Redundanzen, unterschiedliche Fehlerkorrekturen oder Ähnliches vorgesehen sein. Den verschiedenen Gruppen können insbesondere verschiedene Automotive Safety Integrity Level (ASIL) zugeordnet sein. Hierbei handelt es sich um einen Standard für Sicherheitsstufen in Kraftfahrzeugen gemäß ISO 26262. Beispielsweise kann eine „Sicherheitsinsel“ vorgesehen sein, die einige Schaltkreisabschnitte, insbesondere einen Mikrocontroller beziehungsweise ein Echtzeitsystem und einige der Schnittstellen, beispielsweise Teile der CAN- oder CAN-FD-Schnittstellen, der seriellen Schnittstellen und/oder der Ethernetschnittstellen, umfasst und eine höhere Sicherheitsstufe aufweist. Beispielsweise kann für diesen Teil des integrierten Schaltkreises eine Sicherheitsstufe gemäß ASIL B oder D gelten, wobei den weiteren Schaltkreisabschnitten ein geringeres Sicherheitslevel zugeordnet wird.
-
Der integrierte Schaltkreis kann in mehreren Betriebsmodi betreibbar sein, die sich bezüglich eines Energieverbrauchs des integrierten Schaltkreises unterscheiden, wobei in wenigstens einem der Betriebsmodi eine erste Untergruppe der Schaltkreisabschnitte stromlos geschaltet wird und/oder wobei in allen Betriebsmodi eine zweite Untergruppe der Schaltkreisabschnitte bestromt wird. Schaltkreisabschnitte können hierbei der Mikroprozessor, die Switches und die weiteren genannten Schaltkreisabschnitte sein. Durch das Vorsehen einer ersten Untergruppe, die bedarfsgerecht stromlos geschaltet werden kann, bilden die nach Stromlosschaltung der ersten Untergruppe verbleibenden Schaltkreisabschnitte eine Niederenergieinsel, die es ermöglicht, bestimmte Teilfunktionen des integrierten Schaltkreises bei einem sehr geringen Energieverbrauch bereitzustellen. Beispielsweise kann der integrierte Schaltkreis in einem Betriebsmodus, in dem die erste Untergruppe stromlos ist, betrieben werden, wenn keine komplexe Audio- oder Videoverarbeitung erforderlich ist und daher beispielsweise ein digitaler Signalprozessor nicht benötigt wird.
-
Untergruppen umfassen wenigstens einen Schaltkreisabschnitt und nicht alle Schaltkreisabschnitte. Der Betrieb einer zweiten Untergruppe der Schaltkreisabschnitte in allen Betriebsmodi ermöglicht es sicherzustellen, dass bei minimalem Energieverbrauch auch weiterhin interne und externe Aufwachsignale erkannt werden können. Beim Erkennen entsprechender Aufwachsignale können weitere Schaltkreisabschnitte bestromt werden. Aufwachsignale können intern beispielsweise durch eine Echtzeituhr bereitgestellt werden. Externe Aufwachsignale können beispielsweise über den CAN- beziehungsweise CAN-FD-Bus, den seriellen Bus oder einer Netzwerkschnittstelle empfangen werden.
-
Vorzugsweise werden in den integrierten Schaltkreis zusätzliche Komponenten integriert, die insbesondere bei einer Nutzung im Kraftfahrzeug vorteilhaft sein können. Beispielsweise kann ein jeweiliger weiterer Schaltungsabschnitt wenigstens eine Steuereinheit für einen Zeitgeber und/oder ein Energiemanagementsystemsystem und/oder ein Sicherheitssystem und/oder ein Debug-System und/oder einen Temperatursensor und/oder eine Überwachungseinrichtung und/oder eine Phase-Locked-Loop und/oder eine Steuereinrichtung für einen Systemspeicher ausbilden. Der Zeitgeber kann beispielsweise eine Echtzeituhr sein. Als Überwachungseinrichtung kann beispielsweise ein Watchdog-Timer genutzt werden, der beim Überschreiten einer bestimmten Wartezeit ein bestimmtes Ereignis auslöst.
-
Neben dem erfindungsgemäßen integrierten Schaltkreis betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das den erfindungsgemäßen integrierten Schaltkreis umfasst. Vorzugsweise kann der Mikroprozessor und/oder wenigstens ein weiterer Schaltkreisabschnitt des integrierten Schaltkreises, insbesondere der oder ein digitaler Signalprozessor, dazu dienen, Sensordaten wenigstens eines Sensors des Kraftfahrzeugs zu verarbeiten und/oder Funktionen eines Fahrerassistenzsystems des Kraftfahrzeugs zu implementieren und Audio- und/oder Videodaten eines Infotainmentsystems des Kraftfahrzeugs bereitzustellen und/oder zu verarbeiten.
-
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie den zugehörigen Zeichnungen. Hierbei zeigen schematisch:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen integrierten Schaltkreises und seine Verbindung mit externen Einrichtungen, und
- 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
-
1 zeigt einen integrierten Schaltkreis 1, der insbesondere zur Nutzung in dem in 2 gezeigten Kraftfahrzeug 39 geeignet ist. Der integrierte Schaltkreis 1 weist für die Schnittstellen 2 bis 5, die Schnittstellen für eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung, insbesondere PCI-Express-Schnittstellen, sind, und für die Schnittstellen 6, 7, die Netzwerkschnittstellen, insbesondere Ethernet-Schnittstellen sind, einen jeweiligen Switch 8, 9 auf. Wie durch die Punkte zwischen den Schnittstellen 2 und 3, 4 und 5 und 6 und 7 angedeutet ist, können für die beiden Schnittstellentypen jeweils noch weitere Schnittstellen zur Verbindung mit dem jeweiligen Switch 8, 9 vorgesehen sein.
-
Die Schnittstellen 2, 3 sind Hosteinrichtungsschnittstellen, an die Hosteinrichtungen als externe Einrichtungen 11, 12 anschließbar sind. Die Schnittstellen 4, 5 sind Endgerätschnittstellen, an die PCI-Express-Endgeräte als die externen Einrichtungen 13, 14 anschließbar sind. Dadurch dass der Switch 8 mehrere Endgerätschnittstellen 4, 5 und mehrere Hosteinrichtungsschnittstellen 2, 3 aufweist, kann ermöglicht werden, dass jede der Hosteinrichtungen auf jedes der Endgeräte zugreifen kann. Optional wäre es jedoch auch möglich, die Zugriffe durch vorgegebene Regeln einzuschränken. Somit stellt der integrierte Schaltkreis 1 bereits eine Möglichkeit bereit, verschiedene PCI-Express-Endgeräte beziehungsweise Endgeräte von Punkt-zu-Punkt-Verbindung bedarfsgerecht durch verschiedene Hosteinrichtungen nutzen zu können.
-
Bedarfsgerecht soll auch eine Kommunikation zwischen den externen Einrichtungen 11, 12 und den externen Einrichtungen 15, 16 ermöglicht werden. Beispielsweise können die über Ethernet kommunizierenden Einrichtungen 15, 16 Anzeigeeinrichtungen oder Lautsprecher des Kraftfahrzeugs sein, die von den externen Einrichtungen 11, 12 angesteuert werden sollen. Um dies ohne zusätzliche Bauteile und mit großer Bandbreite und geringer Latenz zu ermöglichen, ist eine Endgerätschnittstelle des Switches 8 mit einer Schnittstelle des Switches 9 über einen weiteren Schaltkreisabschnitt 10, der eine Bridge zwischen diesen Subnetzen bildet, verbunden. Durch eine entsprechende Schaltung beziehungsweise Konfiguration des Switches 8 können somit die externen Einrichtungen 11, 12 über die Switches 8, 9 mit den externen Einrichtungen 15, 16 kommunizieren.
-
Die bisher beschriebenen Komponenten des integrierten Schaltkreises dienen primär der Kommunikation der externen Einrichtungen 11 bis 16 untereinander. Um einerseits die genannten Komponenten zu konfigurieren und andererseits direkt in dem integrierten Schaltkreis 1 eine Datenverarbeitung durchführen zu können, umfasst der integrierte Schaltkreis 1 zudem einen Schaltkreisabschnitt, der einen Mikroprozessor 20 bildet. Dieser ist über eine Verbindungseinrichtung 19 sowie jeweilige Schaltkreisabschnitte 17, 18, die Bridges bilden, mit den Switches 8, 9 koppelbar. Die Verbindungseinrichtung 19 ist bedarfsgerecht konfigurierbar, um den Mikroprozessor 20 und andere Schaltkreisabschnitte, also beispielsweise die Switches 8, 9 sowie weitere im Folgenden diskutierte Schaltkreisabschnitte, miteinander zu verbinden. Zudem ermöglicht die Verbindungseinrichtung einen Zugriff verschiedener Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises 1 auf die CAN-FD-Schnittstellen 30, 31 beziehungsweise auf die seriellen Schnittstellen 34, 35 zur Verbindung mit den weiteren externen Einrichtungen 32, 33, 36, 37. Wie bereits zu den Schnittstellen 2 bis 6 erläutert, können auch von den genannten Schnittstellentypen zusätzliche Schnittstellen vorgesehen sein. Ergänzend könnte die Verbindungseinrichtung noch eine Verbindung zu weiteren, nicht dargestellten Schnittstellentypen ermöglichen. Rein beispielhaft könnten Allzweckeingabe/-ausgabekontake und/oder TDM- beziehungsweise 12S-Schnittstellen vorgesehen sein.
-
Neben dem Mikroprozessor 20 können auch weitere Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreis 1 vorgesehen sein, die aktiv auf die genannten und weitere Komponenten zugreifen können, indem die Verbindungseinrichtung entsprechend konfiguriert wird. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind diesbezüglich ein Mikrokontroller 21, der zur Umsetzung von Echtzeitanwendungen dient, und eine Steuereinrichtung 22 zur Implementierung eines direkten Speicherzugriffs, also ein DMA-Controller gezeigt. Ergänzend könnte beispielsweise ein digitaler Signalprozessor genutzt werden. Durch eine entsprechende Konfiguration der Verbindungseinrichtung 19 kann festgelegt werden, welcher dieser Schaltkreisabschnitte in welchen Zeitfenstern und mit welcher Bandbreite auf die verschiedenen genannten Komponenten zugreifen kann. Hierbei kann eine Konfiguration beispielsweise angeben, dass der Mikroprozessor 20 nur dann auf Komponenten zugreifen kann, wenn kein Zugriff durch den Mikrocontroller 21 erfolgen soll, da dieser ein Echtzeitsystem implementieren soll.
-
Ein Schaltungsabschnitt des integrierten Schaltkreises 1 bildet einen internen SRAM-Speicher 23 aus. Zudem sind über die Schnittstellen 25, 28 und zugehörige Speicherkontroller 24, 27 ein externer Flash-Speicher 26 und ein externer RAM-Speicher 29 angebunden. Schematisch sind als weiterer Schaltkreisabschnitt 38 zudem weitere Komponenten dargestellt, die über die Verbindungseinrichtung vernetzt werden können. Neben dem bereits genannten digitalen Signalprozessor können diese beispielsweise eine Uhr beziehungsweise eine Steuereinheit für einen Zeitgeber, ein Energiemangementsystem, ein Sicherheitssystem, ein Debug-System, ein Temperatursensor, eine Überwachungseinrichtung, eine Phase-Locked-Loop und/oder eine Steuereinrichtung für einen Systemspeicher sein.
-
Einige vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten für den integrierten Schaltkreis 1 werden im Folgenden mit Bezug auf 2 diskutiert, die ein Kraftfahrzeug 39 zeigt, das den integrierten Schaltkreis 1 aufweist. Aus Übersichtlichkeitsgründen sind nur einige wenige der mit Bezug zu 1 diskutieren externen Einrichtungen gezeigt. Die externe Einrichtung 13 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ein PCI-Express Endgerät, das zur Steuerung einer Anzeigeeinrichtung 40 dient. Die externe Einrichtung 14 ist ein weiterer PCI-Express Endgerät, das zur Erfassung von Videodaten eines Sensors 41, nämlich einer Kamera, dient. Die Einrichtungen 13, 14 sind zur klareren Darstellung separat von dem Display 40 beziehungsweise der Kamera 41 dargestellt. Es ist auch möglich, sie unmittelbar in diese Geräte zu integrieren.
-
Wird der integrierte Schaltkreis 1 beispielsweise im Rahmen eines Fahrerassistenzsystems genutzt, so können von der Kamera bereitgestellte Bilddaten über den Switch 8 und die Verbindungseinrichtung 19 dem Mikroprozessor 20 oder einem nicht gezeigten digitalen Signalprozessor zugeführt und dort verarbeitet werden. Die Verarbeitungsergebnisse können beispielsweise über den SRAM-Speicher 23 oder den externen RAM-Speicher 29 an den Mikrokontroller 21, der ein Echtzeitsystem implementiert und daher zur Umsetzung eines Fahrerassistenzsystems besonders geeignet ist, bereitgestellt werden. Wie schematisch durch den Pfeil 42 dargestellt ist, kann der integrierte Schaltkreis 1 zudem mit einem CAN- beziehungsweise CAN-FD-BUS des Kraftfahrzeugs 39 verbunden sein, über den weitere Sensordaten über die Verbindungseinrichtung 19 an den Mikrokontroller 21 bereitgestellt werden können. Dieser kann in Abhängigkeit des Verarbeitungsergebnisses der Videodaten und der erfassten Sensordaten beispielsweise Steuerbefehle für bestimmte Aktoren des Kraftfahrzeugs 39 über den CAN- beziehungsweise über den CAN-FD-BUS versenden und/oder über den Switch 8 die Anzeigeeinrichtung 40 ansteuern, um Informationen an einen Fahrer auszugeben.
-
Die Anzeigeeinrichtung 40 und der Sensor 41 können aufgrund der obig beschriebenen Architektur des integrierten Schaltkreises 1 jedoch auch durch die externen Einrichtungen 11, 12 genutzt werden, die beispielsweise andere Fahrerassistenzsysteme, ein Navigationssystem und/oder Infotainmentfunktionen implementieren. Zusätzlich kann diesen externen Einrichtungen auch eine Kommunikation mit externen Einrichtungen 15, 16 ermöglicht werden, die beispielsweise über eine Ethernetverbindung mit dem integrierten Schaltkreis 1 kommunizieren, wie symbolisch durch den Pfeil 43 dargestellt ist.
-
Der integrierte Schaltkreis 1 kann jedoch vorteilhaft auch Multimediafunktionen bereitstellen. Beispielsweise kann der integrierte Schaltkreis eine TDM-Schnittstelle implementieren, die über eine weitere nicht gezeigte Bridge beziehungsweise die Verbindungseinrichtung 19 mit dem Switch 9 derart gekoppelt werden kann, das über die TDM-Schnittstelle bereitgestellte Medienströme automatisch gemäß dem Auto/Video Bridging-Standard über die Ethernetverbindung versendet werden können und umgekehrt. Dies kann beispielsweise dazu dienen, im Kraftfahrzeug verteilte Lautsprecher über Ethernetverbindungen zu beschicken und/oder dazu Medienströme von Netzwerkspeichern abzurufen. Eine TDM-Schnittstelle kann unmittelbar durch einen durch den integrierten Schaltkreis 1 implementierten digitalen Signalprozessor implementiert werden oder vorzugsweise über die Verbindungseinrichtung 19, insbesondere im Wesentlichen latenzfrei, mit diesem verbindbar sein.
-
Um einen besonders energiesparenden Betrieb des integrierten Schaltkreises 1 zu ermöglichen, können einzelne Schaltkreisabschnitte des integrierten Schaltkreises 1 bedarfsgerecht stromfrei geschaltet werden.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
