DE102020205978A1 - System of galvanically separated, data-coupled microcontrollers - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein System aus Mikrocontrollern, aufweisend einen ersten Mikrocontroller (100) und einen zweiten Mikrocontroller (200), wobei der erste Mikrocontroller (100) und der zweite Mikrocontroller (200) voneinander galvanisch getrennt sind (400), wobei der erste Mikrocontroller (100) eine erste Prozessoreinheit (110) und eine an die erste Prozessoreinheit (110) angebundene erste Kommunikationsschnittstelle (120) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, einen direkten Speicherzugriff auf eine Speichereinheit (140, 141, 142) der ersten Prozessoreinheit zu ermöglichen, wobei der zweite Mikrocontroller (200) eine zweite Prozessoreinheit (210) und eine an die zweite Prozessoreinheit (210) angebundene zweite Kommunikationsschnittstelle (220) aufweist, welche dazu eingerichtet ist, einen direkten Speicherzugriff auf eine Speichereinheit (240, 241, 242) der zweiten Prozessoreinheit zu ermöglichen, und wobei die erste Kommunikationsschnittstelle (120) und die zweite Kommunikationsschnittstelle (220) miteinander gekoppelt sind (300).The invention relates to a system of microcontrollers, having a first microcontroller (100) and a second microcontroller (200), the first microcontroller (100) and the second microcontroller (200) being galvanically isolated from one another (400), the first microcontroller ( 100) has a first processor unit (110) and a first communication interface (120) which is connected to the first processor unit (110) and which is set up to enable direct memory access to a memory unit (140, 141, 142) of the first processor unit, wherein the second microcontroller (200) has a second processor unit (210) and a second communication interface (220) which is connected to the second processor unit (210) and which is set up to allow direct memory access to a memory unit (240, 241, 242) of the second processor unit to enable, and wherein the first communication interface (120) and the second communication Interface (220) are coupled to one another (300).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System aus galvanisch getrennten Mikrocontrollern.The present invention relates to a system of galvanically separated microcontrollers.
Stand der TechnikState of the art
Moderne Mikrocontroller, die beispielsweise (Kraft-)Fahrzeugen zum Einsatz kommen, umfassen neben einer Prozessoreinheit bzw. einem Mikroprozessor und Speichereinheiten (Flash-, EEPROM-, RAM-Speicher usw.) zumeist zusätzliche Peripherie, z.B. Netzwerkschnittstellen, ADC, DAC, Timer, CAN, I/O usw., welche über ein internes Kommunikationssystem, etwa einen internen Bus, aneinander angebunden sind und miteinander in Kommunikationsverbindung stehen.Modern microcontrollers, which are used, for example, in (motor) vehicles, in addition to a processor unit or a microprocessor and memory units (flash, EEPROM, RAM memory, etc.) usually include additional peripherals, e.g. network interfaces, ADC, DAC, timers, CAN, I / O, etc., which are connected to one another via an internal communication system, such as an internal bus, and are in communication with one another.
Derartige Prozessoreinheiten bzw. Mikroprozessoren sind zumeist als Multicore-Prozessoren mit mehreren (wenigstens zwei) Prozessorkernen (Cores) ausgebildet. Ein Prozessorkern bzw. Core umfasst eine arithmetisch-logische Einheit (ALU), welche das eigentliche elektronische Rechenwerk zur Ausführung von Tasks, Programmen, Rechenbefehlen, usw. darstellt, sowie weiterhin einen oder mehrere lokale Speicher. Ein derartiger lokaler Speicher kann beispielsweise als ein Cache-Speicher oder Registersatz aus einem oder mehreren Registern oder als ein RAM-Speicher ausgebildet sein.Such processor units or microprocessors are mostly designed as multicore processors with several (at least two) processor cores. A processor core or core comprises an arithmetic-logic unit (ALU), which represents the actual electronic arithmetic unit for executing tasks, programs, arithmetic commands, etc., as well as one or more local memories. Such a local memory can be designed, for example, as a cache memory or register set from one or more registers or as a RAM memory.
In technischen Anwendungsgebieten wie dem (Kraft-)Fahrzeugbereich wird oftmals eine Vielzahl verschiedener Mikrocontroller verwendet, welche oftmals auch in unterschiedlichen Spannungsdomänen vorgesehen sein können. So können in Fahrzeugen beispielsweise verschiedene Bordnetze mit unterschiedlichen Versorgungs- bzw. Bordnetzspannungen vorgesehen sein, beispielsweise Niedervolt-Bordnetze mit einer geringen Bordnetzspannung von z.B. 12V oder 24V sowie Hochvolt-Bordnetze mit hohen Versorgungsspannungen von z.B. 48V bis zu 800V. Aus Sicherheitsgründen, beispielsweise zur Verhinderung von Rückspeisung im Fehlerfall sowie zur Vermeidung von Übersprechen und Spannungsspitzen, werden derartige Bordnetze mit unterschiedlichen Spannungsebenen zumeist galvanisch getrennt und es gibt kein gemeinsames Bezugspotential. Somit sind auch die in diesen Bordnetzen vorgesehenen Mikrocontroller voneinander galvanisch getrennt. Oftmals kann es sich als aufwendig und kostenintensiv erweisen, Daten bzw. Signale zwischen derartigen galvanisch getrennten Mikrocontrollern auszutauschen. Beispielhafte Implementierungen, die die verschiedenen Mikrocontroller über Fahrzeug-Bussysteme (z.B. CAN) koppeln, sind dadurch beschränkt hinsichtlich Datenrate und Latenz.In technical fields of application such as the (motor) vehicle sector, a large number of different microcontrollers are often used, which can often also be provided in different voltage domains. For example, different on-board networks with different supply or on-board network voltages can be provided in vehicles, for example low-voltage on-board networks with a low on-board network voltage of e.g. 12V or 24V and high-voltage on-board networks with high supply voltages of e.g. 48V up to 800V. For safety reasons, for example to prevent feedback in the event of a fault and to avoid crosstalk and voltage peaks, such on-board networks with different voltage levels are usually galvanically isolated and there is no common reference potential. Thus, the microcontrollers provided in these on-board networks are also galvanically isolated from one another. It can often turn out to be complex and costly to exchange data or signals between such electrically isolated microcontrollers. Exemplary implementations that couple the various microcontrollers via vehicle bus systems (e.g. CAN) are therefore limited in terms of data rate and latency.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß wird ein System aus galvanisch getrennten Mikrocontrollern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a system of galvanically separated microcontrollers with the features of claim 1 is proposed. Advantageous refinements are the subject matter of the subclaims and the description below.
Das System weist einen ersten Mikrocontroller und einen zweiten Mikrocontroller auf die voneinander galvanisch getrennt sind. Es besteht somit kein gemeinsames Bezugspotential zwischen diesen beiden Mikrocontrollern. Insbesondere ist er erste Mikrocontroller dazu eingerichtet, mit einer ersten Versorgungsspannungsquelle verbunden zu werden, und der zweite Mikrocontroller ist insbesondere dazu eingerichtet, mit einer zweiten Versorgungsspannung verbunden zu werden, wobei die erste Versorgungsspannungsquelle und die zweite Versorgungsspannungsquelle galvanisch getrennt sind. Ferner werden von der ersten und von der zweiten Versorgungsspannungsquelle zweckmäßigerweise jeweils Versorgungsspannungen unterschiedlicher Höhe bereitgestellt. Der erste und der zweite Mikrocontroller sind jeweils insbesondere in unterschiedlichen Spannungsdomänen vorgesehen und es besteht kein gemeinsames Bezugspotential für diese beiden Spannungsdomänen. Es versteht sich, dass in diesen Spannungsdomänen jeweils neben dem jeweiligen Mikrocontroller weitere Komponenten vorgesehen sein können. Ebenso versteht sich, dass das System auch noch weitere Mikrocontroller sowie weitere Elemente aufweisen kann.The system has a first microcontroller and a second microcontroller which are electrically isolated from one another. There is therefore no common reference potential between these two microcontrollers. In particular, the first microcontroller is set up to be connected to a first supply voltage source, and the second microcontroller is set up in particular to be connected to a second supply voltage, the first supply voltage source and the second supply voltage source being galvanically separated. Furthermore, supply voltages of different levels are expediently provided in each case by the first and the second supply voltage source. The first and second microcontrollers are each provided in particular in different voltage domains and there is no common reference potential for these two voltage domains. It goes without saying that, in addition to the respective microcontroller, further components can be provided in these voltage domains. It is also understood that the system can also have further microcontrollers and further elements.
Die vorliegende Erfindung stellt nun eine Möglichkeit bereit, diese galvanisch getrennten Mikrocontroller bzw. deren Prozessoreinheiten miteinander datenübertragend zu koppeln, so dass die Mikrocontroller bzw. deren Prozessoreinheiten direkt miteinander kommunizieren können.The present invention now provides a possibility of coupling these galvanically isolated microcontrollers or their processor units to one another in a data-transferring manner, so that the microcontrollers or their processor units can communicate directly with one another.
Der erste Mikrocontroller weist eine erste Prozessoreinheit und eine an die erste Prozessoreinheit angebundene erste Kommunikationsschnittstelle auf, welche dazu eingerichtet ist, einen direkten Speicherzugriff (DMA, direct memory access) auf eine Speichereinheit, insbesondere Arbeitsspeicher wie z.B. RAM oder Register, der ersten Prozessoreinheit zu ermöglichen. Entsprechend weist der zweite Mikrocontroller eine zweite Prozessoreinheit und eine an die zweite Prozessoreinheit angebundene zweite Kommunikationsschnittstelle auf, welche dazu eingerichtet ist, einen direkten Speicherzugriff auf eine Speichereinheit, insbesondere Arbeitsspeicher wie z.B. RAM oder Register, der zweiten Prozessoreinheit zu ermöglichen. Die erste Kommunikationsschnittstelle und die zweite Kommunikationsschnittstelle sind mittels eines Isolationskopplers datenübertragend verbunden, z.B. über Opto-, Magnet- oder kapazitive Koppler.The first microcontroller has a first processor unit and a first communication interface connected to the first processor unit, which is set up to enable direct memory access (DMA) to a memory unit, in particular working memory such as RAM or registers, of the first processor unit . Correspondingly, the second microcontroller has a second processor unit and a second communication interface connected to the second processor unit, which is set up to enable direct memory access to a memory unit, in particular working memory such as RAM or registers, of the second processor unit. The first communication interface and the second communication interface are connected to transmit data by means of an isolation coupler, e.g. by means of opto, magnetic or capacitive couplers.
Die erste und die zweite Prozessoreinheit können jeweils beispielsweise als Singlecore-Prozessoren mit einem Prozessorkern oder zweckmäßigerweise jeweils auch als Multicore-Prozessoren mit mehreren Prozessorkernen (Cores) ausgebildet sein. Insbesondere sind die erste Prozessoreinheit und die erste Kommunikationsschnittstelle an ein erstes mikrocontrollerinternes Kommunikations- bzw. Verbindungssystem angebunden, beispielsweise an einen internen Bus des ersten Mikrocontrollers oder an eine interne Crossbar-Verbindung. Entsprechend sind auch die zweite Prozessoreinheit und die zweite Kommunikationsschnittstelle an ein entsprechendes zweites mikrocontrollerinternes Kommunikations- bzw. Verbindungssystem des zweiten Mikrocontrollers angebunden. Ferner können in dem ersten bzw. zweiten Mikrocontroller zweckmäßigerweise jeweils noch weitere Komponenten über das jeweilige Kommunikations- bzw. Verbindungssystem an die jeweilige Prozessoreinheit und die jeweilige Kommunikationsschnittstelle angebunden sein, insbesondere jeweils Speichereinheiten, z.B. Flash-, EEPROM-, RAM-Speicher usw., sowie zusätzliche Peripherie, z.B. Netzwerkschnittstellen, ADC, DAC, Timer, CAN, I/O usw.The first and the second processor unit can each be designed, for example, as single-core processors with one processor core or expediently also as multicore processors with several processor cores. In particular, the first processor unit and the first communication interface are connected to a first microcontroller-internal communication or connection system, for example to an internal bus of the first microcontroller or to an internal crossbar connection. Correspondingly, the second processor unit and the second communication interface are also connected to a corresponding second microcontroller-internal communication or connection system of the second microcontroller. Furthermore, in the first or second microcontroller, further components can expediently be connected to the respective processor unit and the respective communication interface via the respective communication or connection system, in particular storage units, e.g. flash, EEPROM, RAM etc., as well as additional peripherals, e.g. network interfaces, ADC, DAC, timer, CAN, I / O, etc.
Mittels der Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Kommunikationsschnittstelle kann besonders zweckmäßig eine virtuelle Verbindung zwischen den Kommunikations- bzw. Verbindungssystemen des ersten und zweiten Mikrocontrollers hergestellt werden. Insbesondere kann auf diese Weise ein virtuelles, mikrocontrollerübergreifendes Kommunikations- bzw. Verbindungssystem erzeugt werden, über welches die erste und die zweite Prozessoreinheit direkt miteinander kommunizieren können.By means of the coupling between the first and the second communication interface, it is particularly expedient to establish a virtual connection between the communication or connection systems of the first and second microcontrollers. In particular, a virtual, cross-microcontroller communication or connection system can be generated in this way, via which the first and the second processor unit can communicate directly with one another.
Ferner können die Prozessoreinheiten besonders zweckmäßig über die gekoppelten Kommunikationsschnittstellen direkt auf Komponenten des jeweils anderen Mikrocontrollers zugreifen, insbesondere jeweils auf Komponenten, welche an das mikrocontrollerinterne Kommunikations- bzw. Verbindungssystem des jeweils anderen Mikrocontrollers angebundenen sind. So kann beispielsweise die Prozessoreinheit eines der beiden Mikrocontroller über die Kopplung direkt auf Speicher oder Peripheriegeräte des anderen Mikrocontrollers zugreifen.
Die vorliegende Erfindung stellt ein eng gekoppeltes Multicore-Prozessorsystem bereit, bei welchem die einzelnen Prozessoreinheiten auf verschiedenen galvanisch getrennten Spannungsdomänen vorgesehen sind. Durch die Kopplung der beiden Mikrocontroller über die Kommunikationsschnittstellen kann insbesondere eine Anzahl von Signalen, welche die Spannungsdomänen der Mikrocontroller kreuzen müssen, deutlich reduziert werden. Beispielsweise können schnelle Signal- bzw. Regelkreise lokal verarbeitet werden.Furthermore, the processor units can particularly expediently access components of the respective other microcontroller directly via the coupled communication interfaces, in particular in each case to components which are connected to the microcontroller-internal communication or connection system of the respective other microcontroller. For example, the processor unit of one of the two microcontrollers can directly access memories or peripheral devices of the other microcontroller via the coupling.
The present invention provides a tightly coupled multicore processor system in which the individual processor units are provided on different, electrically isolated voltage domains. By coupling the two microcontrollers via the communication interfaces, in particular a number of signals which have to cross the voltage domains of the microcontrollers can be significantly reduced. For example, fast signal or control loops can be processed locally.
Bei einer Implementierung des Gesamtsystems mit Mikrocontrollern aus der gleichen Prozessorfamilie, können beispielsweise Programmcode-Anteile so zugeordnet werden, wie es aus Sicht der Ressourcenverteilung, des Laufzeitverhaltens und des Zugriffs auf Schnittstellen der entsprechenden Spannungsdomäne am sinnvollsten sind. Insbesondere kann eine solche Zuordnung von Programmcode-Anteilen einmalig im Zuge der ursprünglichen Programmierung festgelegt werden.When the overall system is implemented with microcontrollers from the same processor family, for example, program code components can be assigned in the way that makes the most sense from the point of view of resource distribution, runtime behavior and access to interfaces of the corresponding voltage domain. In particular, such an assignment of program code parts can be established once in the course of the original programming.
Durch eine hohe Performance der Kommunikationsschnittstellen, insbesondere durch hohe Datenrate und geringe Latenz, können zweckmäßigerweise Code-Anteile auf einem Mikrocontroller gebündelt werden und nur bestimmte Anteile können in dem anderen Mikrocontroller implementiert werden. Somit kann eine flexible Zuordnung von gleichartigen Software-Code-Anteilen erreicht werden.Due to the high performance of the communication interfaces, in particular due to the high data rate and low latency, code portions can expediently be bundled on one microcontroller and only certain portions can be implemented in the other microcontroller. In this way, flexible allocation of similar software code components can be achieved.
Ferner kann beispielsweise eine größere Auswahl Ressourcen bzw. Peripheriegeräten ermöglicht werden, indem die Prozessoreinheit des einen Mikrocontrollers über die gekoppelten Kommunikationsschnittstellen auf Peripheriegeräte des anderen Mikrocontrollers zugreifen kann.Furthermore, for example, a larger selection of resources or peripheral devices can be made possible by the processor unit of one microcontroller being able to access peripheral devices of the other microcontroller via the coupled communication interfaces.
Die Kommunikationsschnittstellen dienen insbesondere zur Kopplung der mikrocontrollerinternen Kommunikationssysteme und somit der Prozessoreinheiten. Besonders vorteilhaft stehen die Prozessoreinheiten über die Kommunikationsschnittstellen in bidirektionaler bzw. Vollduplex-Kommunikationsverbindung. Insbesondere können dabei Daten zwischen den beiden Prozessoreinheiten gleichzeitig in beide Richtungen übertragen werden. Jede der Prozessoreinheiten kann somit besonders zweckmäßig gleichzeitig Daten an die andere Prozessoreinheit senden und von dieser empfangen.The communication interfaces serve in particular to couple the microcontroller-internal communication systems and thus the processor units. The processor units are particularly advantageously in a bidirectional or full duplex communication link via the communication interfaces. In particular, data can be transmitted between the two processor units in both directions at the same time. Each of the processor units can thus particularly expediently send data to and receive data from the other processor unit at the same time.
Vorzugsweise sind die erste Kommunikationsschnittstelle und die zweite Kommunikationsschnittstelle optisch gekoppelt. Signale werden zwischen den Kommunikationsschnittstellen optisch übertragen. Insbesondere werden zu diesem Zweck elektrische Signale und optische Signale umgewandelt. Zum Übertragen von Daten werden zweckmäßigerweise an der jeweiligen sendenden Kommunikationsschnittstelle elektrische Signale in optische Signale umgewandelt, welche über die Kopplung an die andere, empfangende Kommunikationsschnittstelle übertragen werden. Dort werden die optischen Signale zweckmäßigerweise wieder in elektrische Signale umgewandelt. Zur Übertragung von Daten bzw. Signalen zwischen den Mikrocontrollern bedarf es somit besonders zweckmäßig keiner elektrischen Verbindung zwischen den Mikrocontrollern.The first communication interface and the second communication interface are preferably optically coupled. Signals are transmitted optically between the communication interfaces. In particular, electrical signals and optical signals are converted for this purpose. To transmit data, electrical signals are expediently converted into optical signals at the respective transmitting communication interface, which signals are transmitted to the other receiving communication interface via the coupling. There the optical signals are expediently converted back into electrical signals. In order to transmit data or signals between the microcontrollers, there is therefore particularly expediently no need for an electrical connection between the microcontrollers.
Besonders bevorzugt sind die erste Kommunikationsschnittstelle und die zweite Kommunikationsschnittstelle über wenigstes einen Optokoppler gekoppelt. Insbesondere sind verschiedene Sende-Empfangs-Einheiten (Transceiver) der beiden Kommunikationsschnittstellen jeweils über einen Optokoppler miteinander gekoppelt. Bei einem Optokoppler handelt es sich insbesondere um einen Koppelmechanismus bzw. um ein Element der Optoelektronik zur optischen Übertragung von Signalen zwischen galvanisch getrennten Einheiten. Zu diesem Zweck weist der Optokoppler insbesondere einen optischen Sender, z.B. eine Leuchtdiode (LED) oder eine Laserdiode (LD), und einen optischen Empfänger auf, z.B. eine Photodiode, Fototransistor, Triac usw., wobei der Sender und der Empfänger optisch gekoppelt und beispielsweise über einen Lichtleiter verbunden sind.The first communication interface and the second are particularly preferred Communication interface coupled via at least one optocoupler. In particular, different transmitting / receiving units (transceivers) of the two communication interfaces are each coupled to one another via an optocoupler. An optocoupler is in particular a coupling mechanism or an element of optoelectronics for the optical transmission of signals between galvanically separated units. For this purpose, the optocoupler has in particular an optical transmitter, for example a light-emitting diode (LED) or a laser diode (LD), and an optical receiver, for example a photodiode, phototransistor, triac, etc., the transmitter and the receiver being optically coupled and for example are connected via a light guide.
Vorzugsweise sind die erste Kommunikationsschnittstelle und die zweite Kommunikationsschnittstelle jeweils als eine Vollduplex-Schnittstelle ausgebildet, insbesondere als Vollduplex-Hochgeschwindigkeits-Schnittstelle, und vorzugsweise zu einer gleichzeitigen bidirektionalen Übertragung eingerichtet. Somit kann insbesondere eine gleichzeitige Datenübertragung zwischen erster und zweiter Prozessoreinheit ermöglicht werden. Die beiden Prozessoreinheiten können zweckmäßigerweise jeweils gleichzeitig Daten senden und empfangen.The first communication interface and the second communication interface are preferably each designed as a full duplex interface, in particular as a full duplex high-speed interface, and preferably set up for simultaneous bidirectional transmission. In this way, in particular, a simultaneous data transmission between the first and second processor unit can be made possible. The two processor units can expediently send and receive data at the same time.
Vorteilhafterweise sind die erste Kommunikationsschnittstelle und die zweite Kommunikationsschnittstelle jeweils als eine LVDS-Schnittstelle ausgebildet (engl. „Low Voltage Differential Signalling“, LVDS). Bei LVDS handelt es sich um einen Schnittstellen-Standard für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung, standardisiert nach ANSI/TIA/EIA-644-1995. Derartige LVDS Schnittstellen besitzen insbesondere geringe Spannungspegel („Low Voltage“) sowie ferner differenzielle Spannungspegel („Differential Signalling“). Ferner werden Signale insbesondere mit einer Konstantstromquelle erzeugt. Beispielsweise können derartige LVDS-Schnittstellen als sog. LFAST/SIPI Schnittstellen („LVDS Fast Asynchronous Serial Transmission Interface“, LFAST, bzw. „Serial Inter-Processor Interface“, SIPI) oder beispielsweise auch als sog. HSCT/HSSL Schnittstellen („High Speed Serial Link“, HSSL) ausgebildet sein.The first communication interface and the second communication interface are each advantageously designed as an LVDS interface (Low Voltage Differential Signaling, LVDS). LVDS is an interface standard for high-speed data transmission, standardized according to ANSI / TIA / EIA-644-1995. Such LVDS interfaces have, in particular, low voltage levels (“low voltage”) and also differential voltage levels (“differential signaling”). Furthermore, signals are generated in particular with a constant current source. For example, such LVDS interfaces can be used as so-called LFAST / SIPI interfaces ("LVDS Fast Asynchronous Serial Transmission Interface", LFAST, or "Serial Inter-Processor Interface", SIPI) or, for example, also as so-called HSCT / HSSL interfaces ("High Speed Serial Link ", HSSL).
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind wenigstens fünf Signalanschlüsse der ersten Kommunikationsschnittstelle und wenigstens fünf Signalanschlüsse der zweiten Kommunikationsschnittstelle miteinander gekoppelt. Besonders zweckmäßig sind diese Signalanschlüsse optisch, insbesondere über einen oder mehrere Optokoppler gekoppelt. Insbesondere dienen diese Signalanschlüsse zur Ein- bzw. Auskopplung von Signalen.According to a preferred embodiment, at least five signal connections of the first communication interface and at least five signal connections of the second communication interface are coupled to one another. These signal connections are particularly useful optically, in particular coupled via one or more optocouplers. In particular, these signal connections are used to couple signals in and out.
Besonders bevorzugt umfassen die wenigstens fünf Signalanschlüsse der ersten Kommunikationsschnittstelle und die wenigstens fünf Signalanschlüsse der zweiten Kommunikationsschnittstelle jeweils wenigstens einen Signalanschluss für eine Übertragung eines Zeit- bzw. Taktsignals, wenigstens zwei Signalanschlüsse zur Ausgabe eines Datensignals und wenigstens zwei Signalanschlüsse zum Empfang eines Datensignals. Zwei der Signalanschlüsse einer Kommunikationsschnittstelle fungieren somit zweckmäßigerweise als Ausgangsanschlüsse, um ein Datensignal an die andere Kommunikationsschnittstelle zu übertragen. Entsprechend fungieren zwei der Signalanschlüsse als Eingangsanschlüsse zum Empfang eines Datensignals von der anderen Kommunikationsschnittstelle. Das Taktsignal fungiert insbesondere zur Synchronisation der Mikrocontroller bzw. deren interner Takterzeugung. Insbesondere ist dabei einer der Mikrocontroller als ein Master vorgesehen, welcher eine Zeitbasis für den anderen, als Slave vorgesehene Mikrocontroller vorgibt.Particularly preferably, the at least five signal connections of the first communication interface and the at least five signal connections of the second communication interface each include at least one signal connection for transmitting a time or clock signal, at least two signal connections for outputting a data signal and at least two signal connections for receiving a data signal. Two of the signal connections of a communication interface thus expediently function as output connections in order to transmit a data signal to the other communication interface. Correspondingly, two of the signal connections function as input connections for receiving a data signal from the other communication interface. The clock signal functions in particular to synchronize the microcontrollers or to generate their internal clocks. In particular, one of the microcontrollers is provided as a master, which specifies a time base for the other microcontroller provided as a slave.
Besonders zweckmäßig sind die Signalanschlüsse der beiden Kommunikationsschnittstellen für das Taktsignal über einen ersten Optokoppler gekoppelt. Die wenigstens zwei Eingangsanschlüsse der ersten Kommunikationsschnittstelle sind mit den wenigstens zwei Ausgangsanschlüssen der zweiten Kommunikationsschnittstelle insbesondere über einen zweiten Optokoppler gekoppelt. Entsprechend sind insbesondere die wenigstens zwei Ausgangsanschlüsse der ersten Kommunikationsschnittstelle mit den wenigstens zwei Eingangsanschlüssen der zweiten Kommunikationsschnittstelle über einen dritten Optokoppler gekoppelt.The signal connections of the two communication interfaces for the clock signal are particularly expediently coupled via a first optocoupler. The at least two input connections of the first communication interface are coupled to the at least two output connections of the second communication interface, in particular via a second optocoupler. Accordingly, in particular the at least two output connections of the first communication interface are coupled to the at least two input connections of the second communication interface via a third optocoupler.
Vorzugsweise ist die erste Prozessoreinheit dazu eingerichtet, über die gekoppelten Kommunikationsschnittstellen im Zuge eines Speicherdirektzugriffs (DMA) auf eine an die zweite Prozessoreinheit angebundene Speichereinheit zuzugreifen. Entsprechend ist die zweite Prozessoreinheit vorzugsweise dazu eingerichtet, über die gekoppelten Kommunikationsschnittstellen im Zuge eines Speicherdirektzugriffs (DMA) auf eine an die erste Prozessoreinheit angebundene Speichereinheit zuzugreifen. Insbesondere sind diese Speichereinheiten über das jeweilige mikrocontrollerinterne Kommunikationssystem an die jeweilige Prozessoreinheit angebunden. Bei diesen Speichereinheiten kann es sich beispielsweise jeweils um einen Flash-, EEPROM- oder RAM-Speicher handeln. Die Prozessoreinheiten können somit über die gekoppelten Kommunikationsschnittstellen besonders zweckmäßig mit wechselseitigem DMA Zugriff kommunizieren. Über einen derartigen Speicherdirektzugriff (DMA) wird es den Prozessoreinheiten zweckmäßigerweise ermöglicht, direkt auf die an die jeweilige andere Prozessoreinheit angebundene Speichereinheit zuzugreifen, ohne dabei mit der anderen Prozessoreinheit zu kommunizieren.The first processor unit is preferably set up to access a memory unit connected to the second processor unit via the coupled communication interfaces in the course of direct memory access (DMA). Accordingly, the second processor unit is preferably set up to access a memory unit connected to the first processor unit via the coupled communication interfaces in the course of direct memory access (DMA). In particular, these memory units are connected to the respective processor unit via the respective microcontroller-internal communication system. These storage units can, for example, each be a flash, EEPROM or RAM memory. The processor units can thus communicate particularly expediently with reciprocal DMA access via the coupled communication interfaces. Such direct memory access (DMA) expediently enables the processor units to access the respective other processor unit directly to access the connected memory unit without communicating with the other processor unit.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das System aus den Mikrocontrollern in einem (Kraft-)Fahrzeug verwendet. Insbesondere können die Mikrocontroller in galvanisch voneinander getrennten Steuergeräten eines Fahrzeugs verwendet werden.According to a particularly advantageous embodiment, the system comprising the microcontrollers is used in a (motor) vehicle. In particular, the microcontrollers can be used in control units of a vehicle that are electrically isolated from one another.
Besonders vorteilhaft ist der erste Mikrocontroller in einem ersten Bordnetz vorgesehen, in welchem eine erste Versorgungsspannungsquelle eine erste Bordnetzspannung bereitstellt. Der zweite Mikrocontroller ist vorteilhafterweise in einem zweiten Bordnetz vorgesehen, in welchem eine zweite Versorgungsspannungsquelle eine zweite Bordnetzspannung bereitstellt. Die beiden Bordnetze sind zweckmäßigerweise voneinander galvanisch getrennt und besitzen kein gemeinsames Bezugspotential. Die beiden Bordnetzspannungen sind zweckmäßigerweise unterschiedlich. Eines der beiden Bordnetze ist insbesondere als ein Niedervolt-Bordnetz mit einer geringen Bordnetzspannung von z.B. 12V vorgesehen. Das andere Bordnetz ist zweckmäßigerweise als ein Hochvolt-Bordnetz mit einer hohen Bordnetzspannung beispielsweise zwischen 48V und 800V vorgesehen. Insbesondere wird eine Kommunikation dieser galvanisch getrennten Bordnetze bzw. deren Steuergeräte ermöglicht, ohne dass die Signale dazu ein gemeinsames Bezugspotential haben.The first microcontroller is particularly advantageously provided in a first vehicle electrical system in which a first supply voltage source provides a first vehicle electrical system voltage. The second microcontroller is advantageously provided in a second vehicle electrical system in which a second supply voltage source provides a second vehicle electrical system voltage. The two vehicle electrical systems are expediently galvanically separated from one another and do not have a common reference potential. The two vehicle electrical system voltages are expediently different. One of the two vehicle electrical systems is intended in particular as a low-voltage vehicle electrical system with a low vehicle electrical system voltage of e.g. 12V. The other vehicle electrical system is expediently provided as a high-voltage vehicle electrical system with a high vehicle electrical system voltage, for example between 48V and 800V. In particular, communication between these electrically isolated vehicle electrical systems or their control units is made possible without the signals having a common reference potential for this purpose.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawing.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.The invention is shown schematically in the drawing using exemplary embodiments and is described below with reference to the drawing.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt schematisch eine bevorzugte Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems aus Mikrocontrollern.1 shows schematically a preferred embodiment of a system according to the invention composed of microcontrollers. -
2 zeigt schematisch einen Ausschnitt einer bevorzugten Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Systems aus Mikrocontrollern.2 schematically shows a section of a preferred embodiment of a system according to the invention composed of microcontrollers.
Ausführungsform(en) der ErfindungEmbodiment (s) of the invention
Die Mikrocontroller
Beispielsweise ist der erste Mikrocontroller
Der erste Mikrocontroller
Dieses Kommunikationssystem
Ferner ist in dem Mikrocontroller
Die beiden Crossbar-Verbindungen
Der erste Mikrocontroller
Die Kommunikationsschnittstelle
Der zweite Mikrocontroller
Die erste Kommunikationsschnittstelle
Über diese Kopplung
Mittels der Kopplung
Ferner kann durch dieses virtuelle, mikrocontrollerübergreifende Kommunikationssystem ein Speicherdirektzugriff von der Prozessoreinheit des einen Mikrocontrollers auf die Speichereinheiten des jeweils anderen Mikrocontrollers ermöglicht werden. Beispielsweise können die erste Prozessoreinheit
Die Kommunikationsschnittstellen
Insbesondere erfolgt die Kommunikation über die Kommunikationsschnittstellen
Die erste Kommunikationsschnittstelle
Ferner umfasst die zweite Kommunikationsschnittstelle
Die erste Kommunikationsschnittstelle
Die Signalanschlüsse
Mit Hilfe dieser unterschiedlichen Anschlüsse zum Senden und Empfangen von Datensignalen kann eine bidirektionale Vollduplex-Datenübertragung ermöglicht werden, also ein gleichzeitiges Senden und Empfangen von Daten.With the help of these different connections for sending and receiving data signals, bidirectional full-duplex data transmission can be made possible, i.e. simultaneous sending and receiving of data.
Der Koppelmechanismus weist drei Optokoppler auf, über welche die Signalanschlüsse
Beispielsweise ist ein erster Optokoppler
Ein zweiter Optokoppler
Ferner ist ein dritter Optokoppler
Beispielsweise können die einzelnen optischen Sender
Claims (9)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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