DE19625103A1 - Verfahren zur Steuerung von Informationsübertragung zwischen Komponenten und Komponente zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung zwischen elektronischen Komponenten vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind bereits Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung zwischen elektronischen Komponenten in einem Kraftfahrzeug bekannt. Trotz Hochintegration nimmt der Raumbedarf für Kfz-Komponenten im Bereich der Information und Unterhaltung, aufgrund gesteigerter Funktionalität sowie Komplexität zu. Dies führt zu vernetzten Systemen und dezentral angeordneten Komponenten. Neben Steuer- und Kontrollinformationen müssen auch Audio- sowie Videodaten oder z. B. Daten einer CD-Rom übertragen werden. Für die Übertragung dieser Daten wird ein modulares Konzept benötigt, das die Übertragung über Koaxialkabel oder Lichtwellenleitern, im allgemeinen aus Kunststoff, erlaubt.

Dabei werden u. a. aus Kostengründen Standardübertragungsprotokolle für die Datenübertragung verwendet.

Bekannt ist eine Vernetzung von Komponenten in Kraftfahrzeugen in der Form einer Sterntopologie. Bei diesem Aufbau werden eine gewisse Anzahl an Datenquellen an eine Datensenke angeschlossen. Diese Anzahl kann durch die limitierte Zahl von freien Eingängen nicht überschritten werden. Zudem ist ein hoher Aufwand an Platz sowie eine große Zahl an benötigter Steckkontakten an der Datensenke von Nachteil.

Bekannt sind auch optische Ringstrukturen (Jitterverhalten optischer Ringstrukturen, Schunk, N. Bosch Technische Berichte 3/96), bei denen über das Übertragungsmedium sowohl Daten als auch Steuer- und Kontrollinformationen übertragen werden. Jede Komponente, sei es Datenquelle oder Datensenke, besitzt eine Opto-Elektro-Wandler am Eingang sowie einen Elektro-Opto-Wandler am Ausgang. Ein Protokollprozessor ermöglicht das Dateneinlesen und -auslesen. Der Datenstrom muß bei einer Ringstruktur getaktet werden. Nachteilig an einer Ringtopologie sowie der Übertragung aller Daten über dasselbe Medium ist die Tatsache, daß eine Unterbrechung an beliebiger Stelle das gesamte Netzwerk außer Betrieb setzt. Komponenten die außer Steuer- und Kontrolldaten kein eigenes Datenaufkommen haben, z. B. Fernbedienungen, besitzen bei einer Ringstruktur ein überdimensioniertes Interface.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, daß die reine Datenübertragung von der Steuerungs- und Kontrollfunktion entkoppelt wird und eine gemeinsame Steuerleitung zwei getrennt an eine erste und zweite Datenleitung angeschlossenen Komponenten oder Komponentengruppen verbindet. Durch die doppelten Datenleitungen wird die Anzahl der übertragbaren Kanäle erhöht, so daß gleichzeitig mindestens zwei Quellen Daten an die verarbeitende Komponente, z. B. die Audiosenke ausgeben können. Solange es keine Einschränkungen durch das verwendete Protokoll gibt, ist es z. B. bei Audiodaten auch möglich, 4 Monosignale und somit vier verschiedene Quellensignale gleichzeitig zu übertragen. Eine Unterbrechung einer der Datenleitungen führt zum Verlust der Daten der Komponenten, die in der jeweiligen Datenleitung jenseits der Bruchstelle von der Datenquelle aus gesehen liegen, aber der Rest der Komponenten kann ungestört weiterarbeiten.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

Durch den Aufbau einer zweifachen Kaskadenstruktur, bei der die Reihenfolgen der Komponenten beliebig ist und auch die Anzahl der Komponenten nicht durch die Zahl der Steckplätze eingeschränkt wird, werden Vorteile bei der Datenübertragung erzielt. Der Begriff Kaskade soll für die Aneinanderkopplung von Komponenten, die eine gemeinsame Daten- und Steuerleitung haben, in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung verwendet werden. Es ist ebenfalls von Vorteil, daß die Datenströme über Bypass-Schaltungen durch die einzelnen, elektronischen Komponenten geführt werden, die nicht aktiv geschaltet sind. Das hat den Vorteil, daß eine einfache Schaltung die Datenverbindung zwischen den Komponenten übernimmt, und keine aktive Taktregenerierung mit einer Phase Locked Loop benötigt wird.

Somit wird der elektronische Aufwand für eine Komponente der Datenvernetzung geringer.

Durch die Möglichkeit die Kaskade sowohl für die analoge als auch die digitale Übertragung von Daten zu verwenden, ist das Verfahren flexibel einsetzbar und kann vom heutigen Stand der Technik schnell an zukünftige, höhere Anforderungen angepaßt werden.

Das Verfahren eignet sich zu Übertragung von Daten mit Standardübertragungsprotokollen, wobei die Datenübertragung vorteilhafter Weise mit einer selbstgetakteten Codierung erfolgt.

Bei Verwendung von Standardprotokollen ist gegebenenfalls eine Verarbeitung von Daten aus den beiden getrennten Datenleitungen oder aus zwei getrennten Kanälen möglich.

Das Verfahren wird am besten mit Lichtwellenleitern Datenleitungen realisiert, wobei der Bypass-Schalter elektrisch schaltet, nachdem das Licht gewandelt wurde. Das ist eine kostengünstige Lösung, wobei allerdings zukünftig die Verwendung eines optischen Schalter zu erwägen ist.

Die Komponenten für die Durchführung des Verfahrens haben vorteilhafterweise einen Anschluß an den Steuerbus, sowie eine Anschluß an die jeweiligen Datenleitung, der vom Steuerbus aktiv geschaltet wird.

Vorteilhaft ist bei der Doppel-Kaskadierung, daß z. B. bei der Audioübertragung die Datenleitungen in der Audiosenke in einem Mischer enden, der es erlaubt, Signale aus zwei Quellen zu überlagern.

Vorteilhaft ist auch einen Ausbildung der Komponenten, bei der über einen Schalter auf mehrere Datenleitungen zugegriffen werden kann.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Vernetzungssystem,

Fig. 2 den Aufbau einer Quellen-Komponente in der Datenkaskadierung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel des Kaskadierungssystems,

Fig. 4 eine Schaltung für eine Audiosenke in der doppelten Kaskade und

Fig. 5 eine Ausführung ohne Bypass-Schaltung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt die Vernetzung bei einem doppelt-kaskadierten System mit der Kaskade K1 und K2. Das erfindungsgemäße Vernetzungssystem setzt eine Trennung von Steuer- und Kontrolldaten sowie von Nutzdaten bei der Übertragung voraus. Die Datenübertragung erfolgt über die Datenleitungen 3. Die Übertragung selbst verwendet vorteilhafterweise ein digitales Übertragungsprotokoll, das eine selbsttaktende Codierung verwendet. Eine solche Codierung ist z. B. eine Biphase-Mark-Codierung, die eine synchrone Übertragung über die Datenleitung 3 ermöglicht. Die Steuerung erfolgt über den MMI-Master (Man Machine Interface), der auch in einer Komponente integriert sein kann. Der Master stellt die Schnittstelle zum Benutzer dar. Ein MMI-Master ist dadurch gekennzeichnet, daß er sämtliche Zustände, die für die Vernetzung der Daten relevant sind, kontrolliert und eventuell in einem nichtflüchtigen Speicher speichert. Die Komponenten 9 stellen jeweils Datenquellen 1 oder Datensenken 2 dar. Innerhalb einer Kaskade besitzt jede Komponente 9 einen Datenausgang 12 und einen Dateneingang 11. Die beiden Ein- und Ausgänge werden über einen Bypass 10 mit der Quelle 1 verschaltet. Die Endkomponenten können Datenquellen sein, die dann nur einen Datenausgang 12 besitzen. Komponenten 9, die keine Datenquellen oder -senken sind, sondern lediglich Steuerinformationen benötigen bzw. zur Verfügung stellen, werden an den Steuerbus 5 angeschlossen. Im allgemeinen wird am Ende der Kaskade eine Datensenke angeordnet. Datenquellen und Datensenken beinhalten alle notwendigen Sender- und Empfängerschnittstellen. Die Reihenfolge in der Datenkaskade ist bei nur einer Datensenke beliebig.

Fig. 2 zeigt den Aufbau einer beliebigen Komponente 9. Der Steuer- und Kontrollbus 5 wird in der Komponente an ein Businterface, das von einem Mikroprozessor gesteuert wird, angeschlossen. Die Datenquelle mit Codierschaltung 1 kommuniziert über das Mikroprozessorsystem mit der Steuereinheit. Die Komponente 9 weist eine Bypass-Schaltung 10 auf. Der Eingang 11, der in unserem Fall an einen Lichtwellenleiter angeschlossen wird, muß mit einem optoelektronischen Wandler versehen sein. Der Schalter 13 kann den Eingang 11 auf den Ausgang 12 schalten.

Im allgemeinen aktiviert der MMI-Master die Quelle wie z. B. den CD-Wechsler, über den Steuerbus mit einem Befehl. Im Fall eines Navigationsgeräts wird eine Fahranweisung angekündigt, indem die Datenquelle 1 das Vorhandensein von Daten, die an die Datensenke gesendet werden sollen, das über den Steuer- und Kontrollbus 5 dem Master der Datenkaskade mitteilt. Über den Steuer- und Kontrollbus kommt die Anweisung, diese Datenquelle aktiv zu schalten. Daraufhin wird der Schalter 13 zur Datenquelle umgelegt, und die Signale der Datenquelle gehen über den elektrooptischen Wandler 15 auf den Ausgang 12 und die Datenleitung 3. In der Kaskade ist immer eine Quelle aktiv, alle anderen Komponenten schleifen den Datenstrom in der Bypass-Schaltung 10 durch. Ein wesentliches Merkmal der Bypass-Schaltung, ist das elektrische Durchschleifen des Datenstroms ohne Taktregenerierung als einfaches Bauteil. Der Schalter selbst kann ein CMOS-Schalter sein, es ist aber auch alternativ der Einsatz von optischen Bypass-Schaltern denkbar. Die Anzahl der maximal zulässigen Komponenten in einer Datenkaskade wird durch die Qualität der Übertragungsstrecken 3 sowie der Anpassungsschaltunen 14 und 15 bestimmt. Bei dem Einsatz von geeigneten Anpassungsschaltungen und Lichtwellenleitersystemen, z. B. Kunststofflichtwellenleitern, lassen sich bis zu 10 Komponenten über die Kaskade verbinden. Auf die Kaskadierung bezogen werden vier verschiedene Komponenten 9 unterschieden:

• a) Datensenken (Endkomponente): die Datensenke besitzt lediglich einen Eingang 11
• b) Kaskadierfähige Datenquellen: Die Komponenten besitzen jeweils einen Dateneingang 11 und einen Datenausgang 12. Weiterhin ist in ihnen eine Bypass-Schaltung 10 integriert, die im wesentlichen aus einem elektrischen Umschalter, beispielsweise in CMOS Technologie, mit zwei Stellungen besteht: interne Quelle aktiv/beliebige externe Quelle aktiv. Die Schalterstellung wird durch das Mikroprozessorsystem mit Businterface überwacht und über den Steuer- und Kontrollbus 5 vom MMI Master 8 gesteuert. Bei gestörtem Businterface wird der Schalter automatisch in Default-Einstellung auf Durchschleifen gestellt.
• c) Nicht kaskadierfähige Datenquelle (Endkomponente): Eine Endkomponente besitzt lediglich einen Datenausgang 12. In jedem System kann genau eine Endkomponente vorkommen. Ob eine Komponente als Endkomponente ausgeführt wird oder nicht, richtet sich im allgemeinen nach der Ausrüstungswahrscheinlichkeit und dem voraussichtlichen Einbauort.
• d) Die Komponenten ohne Datenverarbeitung im Sinne der Kaskadierung: Komponenten, die keinen Anschluß für eine Datenkaskade besitzen können trotzdem im Netzwerk über den Steuer- und Kontrollbus 5 betrieben werden.

Grundsätzlich ist die Kaskade sowohl für Koaxialkabel als auch für Lichtwellenleiter geeignet. In beiden Fällen ist eine Anpassungsschaltung (z. B. Potentialtrennung, Signalwandlung von optisch in elektrisch, usw.) notwendig. In einer Kaskade sollte für alle Komponenten dasselbe Übertragungsprotokoll verwendet werden, jedoch können z. B. bei der Audioübertragung unterschiedliche Abtastraten in den Komponenten vorliegen. Die zulässigen Abtastraten hängen lediglich vom verwendeten Übertragungsprotokoll sowie vom PLL-Bereich der Datensenke ab. Es kann durchaus sinnvoll sein, verschiedene Übertragungsprotokolle oder Übertragungsmedien für die beiden Kaskaden zu verwenden. So kann z. B. bei einer Servicekaskade die Übertragung über Koaxialkabel erfolgen, bei einer Musikkaskade jedoch über Lichtwellenleiter.

Fig. 3 zeigt eine konkrete Ausführungsform einer Vernetzung im Automobil. Auf der Armaturentafel A des Kraftfahrzeugs befindet sich ein Autoradio mit integrierter Steuerfunktion. Diese Audiosenke steht über einen CAN-Bus 5 mit den Komponenten, die zum Teil im Kofferraum eingebaut wurden, in Verbindung. Die obere Datenkaskade ist die Service-und Informationskaskade I für Datenkomponente, die nur zeitweise an die Audiosenke übertragen werden müssen, wie z. B. Telefon I1, digitale Radiodurchsagen über den Traffic Message Channel I2, oder Navigation I3. Auf der Seite der Musikkomponenten E sind Datenquellen wie Radioempfänger E1, CD-Spieler mit Wechsler E2 usw. angeordnet.

Die Daten der Komponenten werden über Lichtwellenleiter 3 zur Datensenke, in diesem Fall dem Radio, weitergegeben. Für eine Doppelkaskade muß die Audiosenke eine Verarbeitungseinheit beeinhalten, die die Daten aus den beiden Kaskadenzweigen verarbeitet.

Für den Steuer- und Kontrollbus wird das Controller-Area- Network als Basis herangezogen. Das Übertragungsprotokoll für die Audiodaten beider Kaskaden ist z. B. ein S/P-DIF, so daß jeweils ein Stereokanal zur Verfügung steht.

Mit dieser Anordnung ist das Überblenden einer Audiowiedergabe mit einer Nachricht aus der Servicekaskade möglich.

In Abb. 4 werden die Details der Audio- und Datensenke dargestellt. Die Datenströme der Datenleitungen 3 werden optoelektronisch gewandelt 14 und an den Codeumwandler 17 weitergegeben. Der Codeumsetzer wandelt das S/P-DIF-Protokoll in den intern verwendeten Dreileiterbus I²S um. Zur Anpassung der Abtastrate oder -frequenz sowie zur Synchronisation muß in einer der beiden Kaskaden direkt vor der Senke ein Abtastratenwandler 18 sitzen. Der Takt für diese Baugruppe wird entweder durch das Signal der anderen Kaskade, d. h. durch eine interne oder externe Datenquelle der jeweils anderen Gruppe, oder durch einen internen Prozessortakt vorgegeben. Das DSP-System 19 kann dann die digitalen Datenströme beliebig mischen, bzw. verarbeiten. Interne Datenquellen, wie sie üblicherweise in einem Autoradio vorkommen, sind nicht in Fig. 4 abgebildet. Durch die doppelte Audiokaskade ist ein Mischen der Servicemeldung in die aktuelle Musikquelle möglich. Nach der Digital/Analog-Wandlung 21 kann das Signal ausgegen werden. Die Sprachausgabe kann wahlweise auf jeden beliebigen Kanal (linker oder rechter Kanal 1 oder 2) erfolgen. Getrennte Klangeinstellungen für jede Quelle sind durch die zentrale Datenaufbereitung in der Audiosenke sehr leicht zu realisieren. Da die eigentliche Datenverarbeitung ausschließlich in der Audiosenke erfolgt, werden aufwendige Signalprozessoren nur einmal benötigt. Zudem ist die Doppelkaskade mit jeder Einfachkaskade kompatibel. Wenn über das Mischen von Service- und Musikkomponente ein Mischen zweier Servicequellen gefordert wird, besteht bei Servicequellen, die lediglich einen Monokanal erfordern, die Möglichkeit, beide Datenströme synchron mit einem Standardübertragungsprotokoll, z. B. wie S/P-DIF zu übertragen. In diesem Fall steigt jedoch der Aufwand in den Servicekomponenten an, da für die Datenübertragung die beiden Quellen synchronisiert werden müssen. Dazu ist zusätzlich ein Abtastratenwandler notwendig, sowie ein Baugruppe, die die Kanalauswahl über den Steuerbus erlaubt.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die auf eine Bypass-Schaltung in den Komponenten 9 verzichtet.

Die Datenquellen 1 können über die Schalter 13 mit den Datenleitungen 3 verbunden werden. Dazwischen muß für optische Übertragung ein optoelektrischer oder elektrooptischer Wandler 14 geschaltet sein. Der Schalter 13 wird über eine Steuereinheit 16 vom Steuerbus 5 angesprochen. Die Schalter können die Datenquellen 1 und/oder Datensenken 2 entweder mit der oberen oder der unteren Datenleitung verbinden, so daß zwei unterschiedliche Sender 1 ihre Information auf zwei getrennte Datenleitungen 3 geben können. Eine solche Schaltung ist allerdings nur bedingt für die optische Übertragung einsetzbar, da die Anschlußpunkte A nur mit einem gewissen Aufwand zu realisieren sind. Man wird einen solche Schaltung für eine elektrische Übertragung ohne Wandelelemente 14 verwenden.

Claims (15)

1. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung zwischen elektronischen Komponenten, vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug, die entweder Informationen liefern oder verarbeiten und über einen Steuerbus untereinander und mit einer steuernden Komponente verbunden sind, dadurch gekennzeichnet,
daß durch die steuernde Komponente zwei Komponenten zum Senden der Information und mindestens eine Komponente zum Verarbeiten der Information aktiv geschaltet werden,
daß eine erste und zweite unabhängig voneinander geführte Datenleitung vorgesehen ist und
daß die Information der einen aktiv geschalteten, sendenden Komponente in die erste Datenleitung und die Information der zweiten aktiv geschalteten, sendenden Komponente in die zweite Datenleitung eingespeist wird.

2. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenleitungen die elektronischen Komponenten in Form einer Kaskade verbinden und Informationsdaten innerhalb der nichtaktiver Komponenten der Kaskade über eine Bypass-Schaltung durchgeschaltet werden.

3. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenleitungen Informationen, die in analoger und/oder digitaler Form vorliegen, übertragen.

4. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Standardübertragungsprotokolle für die Übertragung der Informationsdaten zwischen zwei Komponenten über die Datenleitungen eingesetzt werden.

5. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenübertragung in den beiden Datenleitungen seriell von Punkt zu Punkt mit einem selbstgetakteten Codierung erfolgt.

6. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der verarbeitenden Komponente eingehenden Signale aus getrennten Datenleitungen stammen.

7. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der verarbeitenden Komponente eingehenden Signale aus einer Datenleitung mit mehreren Übertragungskanälen stammen.

8. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenleitung ein Kunststoff-Lichtwellenleiter ist und der Informationsein- und -ausgang über Optokoppler an den elektrischen Schalter angeschlossen ist.

9. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Komponenten von einer gesonderten Steuerkomponente aus erfolgt.

10. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten einen Eingang für den Steuerbus aufweisen, mittels dessen Signale eine Umschaltvorrichtung betätigbar ist, bei deren Aktivierung die Komponente in einen sendenden und/oder empfangenden Zustand umschaltbar ist.

11. Komponente zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten, die keine Endkomponenten sind, eine Bypass-Schaltung und einen Eingang für den Steuerbus aufweisen, mittels dessen Signale eine Umschaltvorrichtung betätigbar ist, bei deren Aktivierung die Komponenten in einen sendenden und/oder empfangenden Zustand umschaltbar sind.

12. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß digitale Informationen ohne Taktregenerierung durch die Bypass-Schaltung geführt werden, wobei elektrisch oder optisch geschaltet werden kann.

13. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsfunktion für den Steuerbus in einer Komponente integriert ist.

14. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die verarbeitenden Komponenten Mittel zum Mischen und Ausgeben der eingehenden Signale enthält.

15. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten eine Schaltung aufweisen, die, gesteuert von Signalen des Steuerbus, Ein- und Ausgänge für zu sendende und/oder zu empfangende Daten mit unterschiedlichen Datenleitungen verbindet.