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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Datenübertragung zwischen einem Steuergerät und einer elektronischen Einheit sowie ein solches Steuergerät.
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Stand der Technik
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Steuergeräte sind elektronische Module, die in technischen Einrichtungen, wie bspw. Kraftfahrzeugen, an unterschiedlichen Stellen eingesetzt werden, um technische Abläufe und Komponenten zu steuern und/oder zu regeln. In aktuellen Kraftfahrzeugen wird eine Vielzahl von Steuergeräten eingebaut, an die zumindest zum Teil hohe Anforderungen hinsichtlich der Sicherheit bzw. Safety gestellt werden.
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Die Druckschrift
DE 10 2006 019 305 A1 beschreibt ein Verfahren zur Datenübertragung von und zu einem Steuergerät, insbesondere einem Motorsteuergerät, das über eine erste Kommunikationsschnittstelle und eine zweite Kommunikationsschnittstelle verfügt. Bei dem Verfahren ist vorgesehen, dass die erste Kommunikationsschnittstelle mit einem Entwicklungstool und die zweite Kommunikationsschnittstelle mit einer oder mehreren Funktionseinheiten während der Entwicklungsphase des Steuergeräts verbunden wird.
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Es ist zu beachten, dass moderne Steuergeräte, insbesondere in Kraftfahrzeugen, durch ihre immer größer werdende Anzahl von Funktionen auch immer größere Speicherelemente benötigen. Hierbei werden bspw. Speicherbausteine für Programme und Daten eingesetzt. Beim Fertigungsablauf in den Werken, bei der Bandendeprogrammierung der Fahrzeughersteller und ggf. auch in Werkstätten im Feld müssen diese Speicher programmiert werden.
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Zu programmierende Daten können dabei bspw. über eine serielle Schnittstelle an das Steuergerät gesendet werden, das ansonsten zur Übertragung von Diagnoseinformationen verwendet wird.
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Dies bedeutet, dass während der Werksprüfung, beim Beschreiben/Programmieren der Speicherbausteine oder in der Rückläuferanalyse ein Datenaustausch über vorhandene Kommunikationskanäle des Steuergeräts mit der verbauten Kontrolleinheit, wie bspw. in einem Ein-Chip-System (SoC: System on Chip), erfolgen muss. Diese Kommunikationskanäle können aus unterschiedlichen Bus-Systemen bestehen, bspw. FlexRay.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2012 224 024 A1 ist ein Verfahren zum Austausch von Daten zwischen Teilnehmern, die über ein Bus-System verbunden sind, bekannt. Hierbei können Daten via UART oder FlexRay übertragen werden.
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Jedes der verwendeten Bus-Systeme, in diesem Fall FlexRay, hat ein eigenes Protokoll, das auf beiden Seiten der Kommunikation implementiert sein muss. Dadurch ist die Test-Software mit den zugehörigen Protokoll-Treiber-Schichten jeweils nur für ein Bus-System verwendbar. Dabei ist ebenso die Datenrate durch das betreffende Bus-System vorgegeben.
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Die Druckschrift
DE 101 53 085 A1 beschreibt ein Verfahren zur Programmierung einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit über eine Kommunikationsschnittstelle mit einer externen Programmiereinheit verbindbar ist. Eine interne Kommunikationsverbindung verbindet die Kommunikationsschnittstelle mit einer Kontrolleinheit, die wiederum ein Programmierelement und ein Kommunikationselement aufweist. Es ist weiterhin ein Schaltmittel vorgesehen, durch das die Kommunikationsverbindung zwischen dem Programmierelement und dem Kommunikationselement umgeschaltet wird. Bei der Kommunikationsverbindung handelt es sich um eine CAN-Verbindung (CAN: Controller Area Network). In die Kommunikationsverbindung zwischen Kommunikationsschnittstelle und Kontrolleinheit ist eine CAN-Treiberschaltung geschaltet.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Steuergerät nach Anspruch 6 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Durchführen einer Datenübertragung zwischen einem Steuergerät und einer elektronischen Einheit, wobei in dem Steuergerät eine Kontrolleinheit und ein FlexRay-Transceiver vorgesehen sind und in der elektronischen Einheit ebenfalls eine Kontrolleinheit und ein FlexRay-Transceiver vorgesehen sind. Zur Datenübertragung wird eine FlexRay-Verbindung als physikalische Strecke verwendet wird und es erfolgt die Datenübertragung mit dem UART-Protokoll.
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Die physikalische Strecke ist durch die unterste Schicht des OSI-Modells gegeben. Die Datenübertragung erfolgt typischerweise über eine Kommunikationsverbindung, nämlich über die mit BP und BM bezeichneten Leitungen am FlexRay-Transceiver.
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Das vorgestellte Verfahren dient somit zum Durchführen einer Datenübertragung zwischen einem Steuergerät und einer elektronischen Einheit, wobei hierbei eine bidirektionale Datenübertragung möglich ist. Es können somit Daten von der elektronischen Einheit auf das Steuergerät übertragen werden. Daneben können Daten von dem Steuergerät auf die elektronische Einheit übertragen werden.
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Bei dem vorgestellten Verfahren wird somit auf die entsprechenden Protokolle der einzelnen Bus-Systeme verzichtet, somit wird lediglich die physikalische Übertragungsstrecke verwendet. Auf diese Weise kann ein einheitliches Protokoll, insbesondere ASC (Asynchronous Serial Communication: Asynchrone serielle Kommunikation), auf allen Systemen genutzt werden. Dieses Vorgehen wird hierin auch als ASC@ FlexRay bezeichnet. Unter einer asynchronen seriellen Kommunikation wird eine serielle Kommunikation verstanden, bei der die Schnittstellen der kommunizierenden Endpunkte nicht kontinuierlich durch ein gemeinsames Taktsignal synchronisiert werden.
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Durch das vorgeschlagene Verfahren kann auf den zum Teil erheblichen Overhead, bspw. durch Synchronisieren des Takts, der Bus-Protokolle sowie die Bereitstellung eines Restbus verzichtet werden.
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Unter Restbus versteht man v. a. eine Simulation des Steuergeräteverbunds im Zielsystem (Pkw) des OEMs. Dieser ist notwendig, um das Steuergerät zu treiben und testen zu können.
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Da bei typischen Anwendungsfällen nur eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung gegeben ist, insbesondere in Verbindung mit einem Tester-Steuergerät bzw. einer Tester-ECU (ECU: Electronic Control Unit), d. h. zwischen dem Steuergerät und der elektronischen Einheit, bspw. einem Tester, kann auf beides verzichtet werden. Eine Synchronisierung des Takts ist nicht erforderlich, da durch die Übertragung via UART Protokoll eine Synchronisierung nach jedem Byte erfolgt. Ein äußerst einfaches Übertragungs-Protokoll, wie bspw. xKWP, mit 4 Byte Overhead ist ausreichend, um die Fehlerfreiheit der Kommunikation zu gewährleisten.
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Bei dem vorgestellten Verfahren kann vorgesehen sein:
- Das FlexRay-Bus-System mit seiner zugehörigen Hardware (Transceiver) wird nur als physikalische Strecke genutzt.
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Durch Verzicht auf das Bus-System-eigene Protokoll und Restbus kann eine reine UART-Kommunikation (ASC) auf dieser Strecke verwendet werden.
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Durch Wegfall der Bus-eigenen zeitlichen Beschränkungen (timing constraints) sind deutlich höhere Datenraten möglich.
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Es gibt einheitliche Code-Anteile für alle Projekte bzw. Kunden innerhalb der Projekte, da immer das gleiche Protokoll unabhängig von der physikalischen Strecke, wie bspw. CAN, FlexRay, Ethernet, verwendet wird.
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Weiterhin ist zu beachten, dass alle gängigen FlexRay-Bus-Systeme bzw. deren physikalische Schichten bzw. Layer als Variante betrachtet werden.
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Das beschriebene Steuergerät ist zum Durchführen eines Verfahrens der hierin beschriebenen Art eingerichtet. Das Steuergerät weist hierzu regelmäßig eine Kontrolleinheit und einen FlexRay-Transceiver auf. Weiterhin verfügt es typischerweise über eine für die Datenübertragung erforderliche (Kommunikations-) Schnittstelle.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 zeigt in einem Blockschaltbild ein Steuergerät mit einer elektronischen Einheit zur Durchführung einer Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens.
- 2 zeigt einen Übertragungsweg von einem Mikrocontroller zu einem FlexRay-Transceiver.
- 3 zeigt den zeitlichen Ablauf der Datenübertragung gemäß einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Steuergerät 100 und ein Programmiergerät 101. Das Steuergerät 100 besitzt eine Kommunikationsschnittstelle 110 nach außen, an die intern eine Kommunikationsverbindung 104 mit den Leitungen TX und RX angeschlossen ist. In diese Kommunikationsverbindung 104, also die beiden Leitungen TX und RX, ist ein Treiberelement, insbesondere ein FlexRay-Treiber 102, geschaltet, der eine bidirektionale Verbindung mit den gewünschten Pegeln zur Kommunikationsschnittstelle 110 möglich macht. Die externen Leitungen, also die Kommunikationsverbindung nach außen 104a, sind mit BP und BM bezeichnet. Über diese externe Kommunikationsverbindung 104a ist das Programmiergerät 101 mit der Steuergerät 100 verbindbar.
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In dem Steuergerät 100 ist eine Kontrolleinheit 103, bspw. ein Mikroprozessor oder ein Mikrocomputer, enthalten. Dieser umfasst ein Kommunikationselement 107, das in diesem Beispiel einem FlexRay-Controller entspricht. Ebenfalls im Mikroprozessor 103 ist ein serieller Schnittstellenbaustein 108 enthalten, z. B. ein asynchrones serielles Kommunikationsinterface ASC, über das Daten zur Programmierung des Speichers 109, der insbesondere auch in einer Kontrolleinheit oder einem Mikroprozessor integriert ist, empfangen bzw. gesendet werden können. Weiterhin kann auch über den Schnittstellenbaustein 108 eine Kommunikation sichergestellt werden. Der Speicher 109 kann dabei auch außerhalb der Kontrolleinheit 103 lokalisiert sein und ist vorzugsweise als Flash-Speicher ausgebildet.
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Die Darstellung zeigt weiterhin ein Schaltmittel 105, in dem insbesondere ein programmgesteuerter Schnittstellenumschalter bzw. ein Multiplexer vorgesehen ist, der ein Umschalten der Kommunikationsverbindung vom Kommunikationselement 107 auf den Schnittstellenbaustein 108 ermöglicht.
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Für alle Steuergeräte mit Kontrolleinheit bzw. SoCs, die es ermöglichen, von FlexRay auf UART SoC-intern auf den Pins TX0/RX0 umzuschalten, kann das Schaltmittel 105 entfallen. Dann geschieht die Umschaltung in dem Steuergerät 100 mit einer Software, in dem gezeigten Fall für ASC@FlexRay. Falls der verbaute SoC es nicht ermöglicht, UART und FlexRay umzuschalten, ist ein solches Schaltmittel 105 erforderlich.
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Im Rahmen der normalen Kommunikation, insbesondere im Steuergeräteverbund im Fahrzeug, ist die Verbindung von FlexRay-Controller 107 über Kommunikationsverbindungsabschnitten 104b, Schnittstellenumschalter im Schaltmittel 105 und Kommunikationsverbindung 104 zum FlexRay-Treiber 102 und zur FlexRay-Schnittstelle 110 vorhanden und es erfolgt eine übliche Datenübertragung im Rahmen der FlexRay-Kommunikation, d. h. es wird hierbei ein erstes Busprotokoll, insbesondere das FlexRay-Busprotokoll, eingesetzt.
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Soll nun das Steuergerät 100 programmiert oder im Testmodus kommuniziert werden, wird zu diesem Zweck das Steuergerät 100 mit dem Programmiergerät 101 über 104a verbunden. Der Schnittstellenumschalter im Schaltmittel 105 kontaktiert dann die Verbindung zu Element 108 über Verbindungsabschnitt 106. Dadurch kann die Kommunikationsschnittstelle 110, der FlexRay-Treiber 102 und die Kommunikationsverbindung 104 zur Kontrolleinheit 103 auch für die Programmierung oder Testmoduskommunikation genutzt werden. Allerdings wird hier ein zweites Busprotokoll zur Programmierung, insbesondere ein Standardprotokoll einer seriellen Schnittstelle, wie bspw. UART, eingesetzt.
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2 zeigt einen Übertragungsweg von einer Kontrolleinheit zu einem FlexRay-Transceiver. Die Darstellung zeigt einen FlexRay-Transceiver 200 und eine Kontrolleinheit 202, der bspw. als SoC (System-on-Chip) oder SiP (System-in-Package) ausgebildet ist. Der FlexRay-Transceiver 200 ist mit einem FlexRay Bus 204 verbunden.
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Der FlexRay-Transceiver verfügt über Pins: RxD 210, TxD 212, TXEN 214, BGE 216, STBN 218, EN 220, WAKE 222, RXEN 224, ERRN 226 und INH 228. Der Mikrocontroller 202 verfügt über Pins UART_RXD 240 und UART_TXD 242 für ein UART-Signal 244 sowie über Pins entsprechend den Pins 214 bis 228 des FlexRay-Transceivers 200.
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3 zeigt den zeitlichen Ablauf der Datenübertragung gemäß einer Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens. Eine Achse 300 verdeutlicht den zeitlichen Ablauf in ms. Ein erster zeitlicher Bereich 310 umfasst 650 bis 2600 µs, ein zweiter zeitlicher Bereich 312 umfasst 10 µs, ein dritter zeitlicher Bereich umfasst 650 bis 2600 µs, ein vierter zeitlicher Bereich 316 umfasst 10 µs, ein fünfter zeitlicher Bereich 318 umfasst 650 bis 2600 µs, ein sechster zeitlicher Bereich 320 umfasst 10 µs und ein siebter zeitlicher Bereich 322 umfasst 650 bis 2600 µs. Es ist ein fortlaufender Betrieb gegeben, so dass diese Abfolge weitergeht.
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3 verdeutlicht somit einen fortlaufenden Datenstrom, der aufzeigt, wie eine Datensynchronisation in Software betrieben werden muss, um eine entsprechende Kommunikation zu ermöglichen. Es wird gezeigt, was auf Software-Ebene passiert.
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Die zeitliche Abfolge ist:
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Zu einem Zeitpunkt 340 beginnt die Übertragung eines Datenblocks. Es werden x Bytes gesendet (Bezugsziffer 342). Es werden dann N Bytes gesendet (Bezugsziffer 344). Mit Pfeilen 346 wird angezeigt, wann der TX Pin als GPIO (General Purpose I/O) konfiguriert wird. Der TXEN Pin und der TX Pin werden auf high bzw. low gesetzt. Pfeile 348 zeigen an, wann der TX Pin konfiguriert wird. Der TXEN Pin wird dann auf low gesetzt. Es werden solange (N-Y) Bytes gesendet (Bezugsziffer 350), bis der gesamte Datenblock übertragen wurde. Der Block 352 stellt die Restmenge der zu übertragenden Daten dar, die in den vorherigen Block 350 nicht aufgenommen werden konnten.
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Auf Seiten des Testers und des Steuergeräts (ECU: Electronic Control Unit) wird nach den FlexRay Bus Transceivern der Controller nicht auf das entsprechende Bus-Systems, sondern als UART konfiguriert, siehe 2, wobei dann auf allen Controllern einheitlich das sogenannte xKWP Protokoll verwendet wird.
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Ein schlanker Overhead von 4Byte je Nachricht, die eine maximale Länge von 16.000 Byte haben kann, zeigt das extrem günstige Verhältnis von Overhead zu Nutzdaten von 0,25 ‰ an.
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Zu berücksichtigen ist, dass bei der Kommunikation mit xKWP-Protokoll den Nutzdaten 2Byte Längeninformation vorangestellt und am Ende 2Byte CRC-16, gebildet über Längenbytes und Nutzdaten, angefügt werden. Dies ist für eine sichere Kommunikation ausreichend, da Übertragungsfehler sicher erkannt werden und die fehlerhafte Nachricht wiederholt werden kann. Um die Nutzdaten von einer maximalen Länge von 16.375 Byte zu senden, ist es notwendig, eine Synchronisation zwischen TXD und TXEN sicherzustellen. Es wird hierzu auf 3 verwiesen.
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Verschiedene Fehler und Antwort- bzw. Response-Nachrichten bei unterschiedlichen Situationen, z. B. ein „Response Pending“ wenn die Verarbeitung des letzten Kommandos noch andauert, sind in der ISO_14230-3 spezifiziert.
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Die hierin beschriebene Art der Kommunikation kann grundsätzlich auf allen Steuergeräten eingesetzt werden, bei denen in der Produktion oder Rückläuferanalyse ein Datenaustausch über die Strecke eines FlexRay-Bus-Systems erfolgt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006019305 A1 [0003]
- DE 102012224024 A1 [0007]
- DE 10153085 A1 [0009]
