DE4107052B4 - Vorrichtung zur Applikation von Steuergeräten, insbesondere Zünd- und/oder Einspritzsteuergeräten für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Vorrichtung zur Applikation von Steuergeräten, insbesondere Zünd- und/oder Einspritzsteuergeräten für Kraftfahrzeuge Download PDF

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Abstract

Vorrichtung zur Applikation von Steuergeräten, insbesondere Zünd- und/oder Einspritzsteuergeräten für Kraft-fahrzeuge, die mit wenigstens einem Mikroprozessor und einem Daten-/Programm-Lesespeicher (PROM, EPROM od.dgl.) versehen sind, mit einem den Daten-/Programm-Lesespeicher des Steuergeräts ersetzenden, einen Schreib-/Lesespeicher (RAM) aufweisenden Daten-Manipulationsvorrichtung und mit einem über eine serielle Schnittstelle anschließbaren Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Umschalt-einrichtung (13) zyklisch umschaltendes Steuerwerk (20) vorgesehen ist, wobei der Schreib-/Lesespeicher (10) während des Betriebs des Steuergeräts (14) über die Umschalteinrichtung (13) beginnend in einem ersten Zyklus mit dem Steuergerät (14) zum Auslesen von Daten und in einem zweiten Zyklus mit der seriellen Schnittstelle (16) zum Ein-oder Auslesen von Daten verbunden ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Applikation von Steuergeräten, insbesondere Zünd- und/oder Einspritzsteuergeräten für Kraftfahrzeuge nach der Gattung des Hauptanspruchs.
  • Zur Applikation von Steuergräten mit schnellen Mikrocontrollern bzw. Mikroprozessoren am Einbauort z.B. von Steuergeräten für die Zündung, Kraftstoffeinspritzung, Antiblockiersteuerung, Lenkhilfe od.dgl. in Kraftfahrzeugen, wird in bekannter Weise der üblicherweise als PROM oder EPROM ausgebildete Daten-/-Programm-Lesespeicher des Steuergeräts durch eine Daten-Manipulationsvorrichtung üblicherweise durch Umstecken ersetzt, wobei diese Daten-Manipulationsvorrichtung als kleine Zusatzhardware ausgebildet ist, die einen Schreib-/Lesespeicher (RAM) aufweist. Dieser Schreib-/Lesespeicher ersetzt das EPROM des Steuergeräts. Über ein externes Bediengerät z.B. einen Bedienrechner können nun über eine serielle Schnittstelle Daten und Programmwerte im Schreib-/Lesespeicher verändert werden. Gleichzeitig können Meßdaten in digitaler Form über die gleiche Schnittstelle übertragen werden. Diese Applikation kann prinzipiell bei beliebigen Geräten mit Mikroprozessoren angewandt werden.
  • Um diesen Datenaustausch während des Betriebs des Steuergeräts durchführen zu können, weist ein bekanntes Applikationssystem VS 100-DIM der Anmelderin zwei physikalisch getrennte RAM-Bänke auf, zwischen denen jeweils umge schaltet wird. Wenn das Steuergerät an der ersten RAM-Bank liegt, kann vom Bedienrechner nur auf die zweite RAM-Bank zugegriffen werden und umgekehrt. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und weist eine geringe Flexibilität auf. Es ist zwar möglich, anstelle dieser beiden RAM-Bänke ein so genanntes Dual-Port-RAM zu verwenden, um während des Steuergeräte-Betriebs gleichzeitig auch von externer Seite zugreifen zu können, z.B. um Messdaten auszulesen oder Parameter zu ändern, jedoch stehen derartige Bausteine nicht für die erforderliche Speichergröße von mehr als 64 KByte zur Verfügung.
  • Daneben zeigt die DE 30 21 306 C2 eine Anordnung mit einem zwei Teilnehmern gemeinsamen Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff. Beide Teilnehmer greifen somit asynchron innerhalb eines Teilnehmerzyklusses auf den Datenspeicher zu, wobei der gerade zeitlich zufällig zweite Zugriff bzw. Teilnehmer während des ersten Zugriffs gesperrt wird. In der DE 30 21 306 C2 ist also eine Kollisionsvermeidung bei gleichzeitigem Speicherzugriff in einem Teilnehmerzyklus beschrieben, womit eine Entkoppelung asynchroner Speicherzugriffe erreicht wird. Daneben ist allerdings bei dem asynchronen Zugreifen beider Teilnehmer keine Reihenfolge des Zugriffs festgelegt. Ein solches asynchrones Zugreifen auf den Speicher und die Sperrung des gerade zufällig zweiten Zugriffs könnte aber bei bestimmten Applikationen zu Fehlern führen, da der Vorgang des Zugriffs unkoordiniert und somit unkontrolliert sein kann. Wenn z.B. das Steuergerät im Betrieb für eine bestimmte Zeit gesperrt würde, also das Steuergerät nicht auf die benötigten Daten im Speicher zugreifen kann, könnte sich daraus eine unvorhersagbare, unkontrollierte Fehlfunktion ergeben.
    •
  • So zeigt sich, dass der Stand der Technik nicht in jeder Hinsicht optimale Ergebnisse zu liefern vermag. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Umschaltung der Speicherzugriffe besser aufeinander abzustimmen, um Fehlfunktionen zu vermeiden.
  • Vorteile der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs gelöst, indem eine zyklische Umschaltung der Zugriffe vorgesehen wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass mit normalen statischen RAMs, die heute Speicherdichten von einem MBit aufweisen, die Funktionen von Dual-Port-RAMs realisiert werden können. Durch die serielle Schnittstelle der Vorrichtung ist ein störsicherer Zugriff auf das RAM über große Entfernungen möglich, d.h. über Entfernungen von 5 bis 100 m je nach Treiberleistung. Die Abhängigkeit von physikalisch getrennten RAM-Einheiten entfällt und es können Teilbereiche des RAM mit unterschiedlichen Eigenschaften definiert werden, zwischen denen beliebig umgeschaltet werden kann (z.B. nur Schreiben, nur Lesen oder Lesen und Schreiben).
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass der RAM-Speicher als Emulationsspeicher aus beliebig vielen Einzel-RAMs durch einfaches Parallelschalten gebildet werden kann. Dadurch kann die Pin-Anzahl der Daten-Manipulationsvorrichtung gering gehalten werden, sofern diese als einzelner Chip ausgebildet ist.
  • Es können sowohl ganze, im RAM gespeicherte Kennfelder durch Seitenumschaltung umgestellt werden, jedoch können auch nur einzelne Parameter innerhalb der jeweils aktiven Seite ohne Seitenumschaltung verändert werden.
  • Die gesamte Vorrichtung, insbesondere die Daten-Manipulationsvorrichtung benötigt nur eine geringe Anzahl von Bauelementen. Hierdurch können geringe Abmessungen erreicht werden, so daß auch ein Einbau in ein seriennahes Steuergerät möglich ist.
  • Ein Herausführen der Busleitungen aus der Daten-Manipulationsvorrichtung ist wegen der seriellen Schnittstelle nicht erforderlich. Dadurch erhöht sich die Zuverlässigkeit, die Störabstrahlung wird verringert, und es können schnelle Mikrocontroller der neuen Generation (z.B. 80C 196KR-16 MHz) bedient werden. Wegen des störsicheren Zugriffs über große Entfernungen kann das zu applizierende Steuergerät an seinem Original-Einbauort belassen werden. Eine Umsetzung der seriellen Applikationsschnittstelle auf Lichtleiter kann dabei die übertragungsrate und die Störsicherheit noch weiter erhöhen. Dies ist insbesondere bei Prüfständen und in Prüfhallen von Vorteil.
  • Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß mit demselben Aufbau die unterschiedlichsten Steuergeräte ohne komplizierte Anpassungen bedient werden können, wobei der Aufbau auch universell für die unterschiedlichsten Applikationsaufgaben einsetzbar ist: Parameter-Verstellung, EPROM-Umschaltung, Datenerfassung, Bypassrechnerfunktionen.
  • Insgesamt vereinigt die erfindungsgemäße Anordnung die Vorteile einer seriellen Applikation (störsicher, beliebig lange Ankopplung an das Steuergerät) mit den Vorteilen der parallelen Applikation über die EPROM-Schnittstelle am Steuergerät (keine zusätzliche Software-Belastung des Steuergeräte-Rechners zur Bedienung der seriellen Schnittstelle).
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren bei Mikroprozessoren, bei denen die Ansteuerung des Schreib-Lesespeichers über eine Multiplex-Bussteuerung erfolgt, wobei während jedes Zyklus in einer ersten Phase eine Adressausgabe und in einer zweiten Phase ein Ein- oder Auslesen von Daten erfolgt. Die ansonsten schlechte Nutzung der Bus-Bandbreite beim Multiplex-Betrieb wird hierdurch für den zweiten Zugriff auf den Speicher in günstiger Weise ausgenutzt.
  • Eine besonders platzsparende Anordnung der Daten-Manipulationsvorrichtung wird dadurch erreicht, daß die gesamte Steuerung (außer den Speichern) auf einem Chip angeordnet wird. Hierdurch kann in einfacher Weise dieser Chip den Daten-/Programm-Lesespeicher des Steuergeräts problemlos ersetzt, auch bei seriennahen Steuergeräten oder bei Seriensteuergeräten. Zweckmäßigerweise ist dabei dieser Chip als programmierbarer ASIC-Chip ausgebildet.
  • Weitere Vorteile ergeben sich durch eine parallele Anordnung eines Daten-/Programm-Lesespeichers parallel zum Schreib-/Lesespeicher auf der Daten-Manipulationsvorrichtung. Dieser Daten-/Programm-Lesespeicher ist dabei zweckmäßigerweise als EEPROM ausgebildet. Die Dateninhalte der beiden Speicher können hierdurch befehlsgesteuert gegenseitig umgespeichert werden. Beispielsweise kann durch einen Rücksetzimpuls der Inhalt des EEPROM auf den Schreib-/Lesespeicher übernommen werden, um eine Initialisierung durchzuführen. Umgekehrt können emulierte Daten im EEPROM gesichert werden.
    •
  • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung im Blockschaltbild.
  • Beschreibung des Auführungsbeispiels
  • Ein Schreib-/Lesespeicher 10 (RAM) und ein Daten-/Programm-Lesespeicher 11 (EEPROM) sind über einen Daten-/Adress-Bus 12 parallel geschaltet. Zur Vereinfachung werden im folgenden die Begriffe RAM 10, EEPROM 11 und Bus 12 verwendet. Anstelle des EEPROM kann prinzipiell auch ein EPROM treten.
  • Der Bus 12 ist über eine Umschalteinrichtung 13 entweder mit einem Steuergerät 14 oder mit einem Steuerwerk 15 für eine serielle Schnittstelle 16 verbindbar. Die Umschalteinrichtung 13 ist nur schematisch dargestellt, sie kann in bekannter Weise durch Tore, Latches und Multiplexer realisiert sein. Ebenso kann prinzipiell eine getrennte Umschaltung für den Datenbus und den Adressbus vorgesehen sein.
  • Bei dem Steuergerät 14 handelt es sich beispielsweise um ein Zünd- und/oder Einspritzsteuergerät für ein Kraftfahrzeug, das in üblicher Weise einen Programm-Lesespeicher (PROM, EPROM od.dgl.) aufweist. Weiterhin weist ein solches Steuergerät Sensoreingänge und Steuerausgänge auf. Zur Vereinfachung ist das Steuergerät 14 jedoch lediglich als Block dargestellt. Das Steuerwerk 15 für die serielle Schnittstelle 16 ist in an sich bekannter Weise mit einem notwendigen Adresszähler oder Schieberegister 17 verbunden, um die eingehenden seriellen Informationen in parallele Adressworte umwandeln zu können. Die serielle Schnittstelle 16 ist insbesondere als V 24-Schnittstelle oder als Manchester II-kodierte Schnittstelle mit hoher Übertragungsrate (bis 10 Mbit/s) ausgebildet. An diese Schnittstelle 16 ist über eine serielle Leitung 18 ein externes Bediengerät 19 angeschlossen, für das jeder beliebige Rechner verwendet werden kann. Die Verbindung zwischen dem Bediengerät 19 und der seriellen Schnittstelle 16 kann beispielsweise auch über Lichtleiter erfolgen, insbesondere wenn größere Entfernungen zu überbrücken sind.
  • Weiterhin ist ein Synchronisations-Steuerwerk 20 vorgesehen, das den wechselseitigen Zugriff auf das RAM 10 steuert und die serielle Schnittstelle 16 beziehungsweise dessen Steuerwerk 15 mit der zeitlichen Bussteuerung des Steuergeräts 14 synchronisiert. Hierzu sind die beteiligten Bauelemente über erforderliche Steuerleitungen verbunden.
  • Der Zweck der gesamten Anordnung besteht darin, eine Applikation des Steuergeräts 14 während seines Betriebs durchzuführen, d.h., Daten von Kennfeldern und Programmdaten mit Hilfe des Bediengeräts 19 zu verändern oder anzupassen. Hierzu wird der normalerweise vorgesehene Daten-/Programm-Lesespeicher des Steuergeräts 14 entfernt, wobei an die entsprechende Schnittstelle dann die durch die Bauteile 10 bis 13, 15 bis 17 sowie 20 gebildete Daten-Manipulations-Vorrichtung 22 angeschlossen wird. Die Schnittstelle 21 kann hierfür als Stecksockel ausgebildet sein, so daß lediglich der Lesespeicher herausgezogen und die Daten-Manipulationsvorrichtung 22 dafür eingesteckt wird. Diese Daten-Manipulationsvorrichtung 22 ist hierzu mit Ausnahme des RAM 10 und des EEPROM 11 als einzelner Chip 23 ausgebildet, z.B. als programmierbarer ASIC-Chip. Selbstverständlich ist auch eine Realisierung im Multilayer-Aufbau oder als Hybrid möglich.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Vorrichtung besteht dadurch, das de facto anstelle des ursprünglichen Lesespeichers des Steuergeräts 14 nunmehr das RAM 10 tritt. Die erforderlichen Programmdaten und Kennfelddaten können entweder schon zuvor eingelesen sein, wobei dann eine Batteriepufferung erforderlich ist, oder durch einen Initialbefehl wird der Dateninhalt des EEPROM 11 auf das RAM 10 übertragen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß entsprechende Daten vom Bediengerät 19 aus eingelesen werden.
  • Im Betrieb der Daten-Manipulationsvorrichtung 22 und des Steuergeräts 14 schaltet das Synchronisations-Steuerwerk 20 die Umschalteinrichtung 13 zyklisch um. Im ersten Zyklus liegt das RAM 10 am Steuergerät 14, und dessen Mikrocontroller kann Daten aus dem RAM 10 auslesen, und im darauffolgenden Zyklus kann die serielle Schnittstelle 16 über dessen Steuerwerk 15 auf dieses RAM 10 zugreifen und dort entweder Daten auslesen oder Daten einschreiben bzw. überschreiben. Bei diesem wechselseitigen Zugriff müssen stets die spezifizierten zeitlichen Parameter eingehalten werden, was durch das Synchronisations-Steuerwerk 20 gewährleistet ist. Auf den ersten Blick scheint es so, als ob bei dieser Anwendung ein mindest doppelt so schnelles RAM 10 verwendet werden müsste, weil für dieselbe Schreib- bzw. Lesezeit zweimal auf den gleichen Speicher zugegriffen werden muß. Im Multiplexbetrieb entschärft sich jedoch dieses zeitliche Problem, weil hier ohnehin ein Speicherzugriff in zwei Phasen aufgeteilt ist: In der ersten Phase wird die Adresse ausgegeben und in der zweiten Phase werden Daten eingelesen bzw. ausgegeben. Die prinzipiell schlechte Nutzung der Bus-Bandbreite beim Multplex-Betrieb wird hier für den zweiten Zugriff auf den Speicher ausgenutzt.
  • Im jeweils zweiten Zyklus kann mittels des Bediengeräts 19 über die serielle Schnittstelle 16 und das Steuerwerk 15 auf den RAM 10 zugegriffen werden, wobei dessen Programmdaten oder Kennfelddaten verändert werden können. Schon im darauffolgenden Zyklus können die veränderten Daten dann vom Steuergerät 14 ausgelesen werden, so daß während des Betriebs dieses Steuergeräts 14 dessen Betriebsverhalten verändert werden kann. Während des zweiten Zyklus können auch Daten aus dem RAM 10 in das Bediengerät 19 ausgelesen und ausgewertet werden, beispielsweise Meßdaten von Sensoren des Steuergeräts 14.
  • Neben einzelnen Daten können gesamte Kennfelder und Programmbereiche im RAM 10 verändert werden, so daß grundsätzlich unterschiedliche Betriebsverhalten zeitlich direkt hintereinander getestet werden können.
  • Durch die Verwendung eines EEPROM 11 ist es auch möglich, nach Abschluß des Emulationsvorganges die neuen veränderten Daten im RAM 10 auf das EEPROM 11 umzuspeichern, um sie zu sichern. In einer einfacheren Ausführungsform kann das EEPROM 11 jedoch auch entfallen, da die Daten prinzipiell auch in das Bediengerät 19 eingelesen werden können, oder es wird ein batteriegepuffertes RAM 10 eingesetzt.
  • Das Synchronisations-Steuerwerk 20 wird auch dazu benutzt, um die Schreibbefehle des Steuergeräte-Prozessors in einen anderen Bereich des RAM 10 "umzulenken". Von diesem speziellen "nur Schreib"-Bereich können die gespeicherten Daten jederzeit von dem Steuerwerk 15 der seriellen Schnittstelle 16 ausgelesen werden, und als Meßdaten vom Bedienrechner 19 weiterverarbeitet werden. Durch dieses Verfahren ist gleichzeitig ein Schreibschutz für den "nur Lese"-Bereich (Programm- und Datenbereich) des RAM 10 gegeben.

Claims (11)

  1. Vorrichtung zur Applikation von Steuergeräten, insbesondere Zünd- und/oder Einspritzsteuergeräten für Kraft-fahrzeuge, die mit wenigstens einem Mikroprozessor und einem Daten-/Programm-Lesespeicher (PROM, EPROM od.dgl.) versehen sind, mit einem den Daten-/Programm-Lesespeicher des Steuergeräts ersetzenden, einen Schreib-/Lesespeicher (RAM) aufweisenden Daten-Manipulationsvorrichtung und mit einem über eine serielle Schnittstelle anschließbaren Bediengerät, dadurch gekennzeichnet, daß ein eine Umschalt-einrichtung (13) zyklisch umschaltendes Steuerwerk (20) vorgesehen ist, wobei der Schreib-/Lesespeicher (10) während des Betriebs des Steuergeräts (14) über die Umschalteinrichtung (13) beginnend in einem ersten Zyklus mit dem Steuergerät (14) zum Auslesen von Daten und in einem zweiten Zyklus mit der seriellen Schnittstelle (16) zum Ein-oder Auslesen von Daten verbunden ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, insbesondere für Mikroprozessoren im Steuergerät mit einer Multiplex-Bussteuerung, dadurch gekennzeichnet, daß während jedem Zyklus in einer ersten Phase eine Adressausgabe und in einer zweiten Phase ein Ein- oder Auslesen von Daten erfolgt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die serielle Schnittstelle (16) eine Manchester II-Kodierung mit hoher Übertragungsrate aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte Steuerung der Daten-Manipulationsvorrichtung (22) auf einem Chip (23) angeordnet ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Chip als programmierbarer ASIC-Chip ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Synchronisations-Steuerwerk ausgebildete Steuerwerk (20) zur Regelung des wechselseitigen Zugriffs auf den Schreib-/Lesespeicher (10) und zur Synchronisation der seriellen Schnittstelle (16) mit der zeitlichen Bussteuerung des Steuergeräts (14) vorgesehen ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Schreib-/Lesespeicher (10) ein Daten-/Programm-Lesespeicher (11) geschaltet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Daten-/Programm-Lesespeicher (11) als EEPROM ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Dateninhalte des Schreib-/Lesespeichers (10) und des Daten-/Programm-Lesespeichers (11) befehlsgesteuert gegenseitig umspeicherbar sind.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Synchronisations-Steuerwerk ausgebildete Steuerwerk (20) zur Umlenkung der Schreibbefehle des Mikroprozessors im Steuergerät (14) in einen speziell dafür vorgesehenen Bereich des Schreib-/Lesespeichers (10) vorgesehen ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Synchronisations-Steuerwerk ausgebildete Steuerwerk (20) zur Regelung des wechselseitigen Zugriffs auf den Schreib-/Lesespeicher (10) ohne Einfügung von "Wait-States" beim Lesezugriff des Mikropozessors des Steuergeräts (14) vorgesehen ist.
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