DE4113966A1 - Zeitgebersysteme - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zeitgebersystem zur Verwendung in Steueranwendungen, wie etwa bei der Kraftfahrzeugmotorsteuerung, der Robotik, bei eingebetteten Steueranwendungen, Antiblockier-Bremssystemen (ABS) und dergleichen.

In Kraftfahrzeugmotorsteuerungsanwendungen verwendete Zeitgebersysteme umfassen typischerweise eine Verarbeitungseinheit (hiernach als eine Ausführeinheit bezeichnet) zum Verarbeiten von Operationsinformation, die von einem speziellen Bereich des Kraftfahrzeugmotors, wie zum Beispiel dem Fliehkraftrad, erhalten wird. Die Ausführeinheit ist mit einem Mikroprozessor verbunden, dessen Funktion die Steuerung des Motorbetriebs ist. Um dies durchzuführen, müssen viele Parameter überwacht und gesteuert werden. Daher gibt es im allgemeinen eine bestimmte Anzahl von Ausführeinheiten in dem Zeitgebersystem, wobei jede einzelne von verschiedenen Motorbereichen erhaltene Informationen verarbeitet.

Das Zeitgebersystem kann auch einen Taktgeber umfassen, der mit jeder der Ausführeinheiten verbunden ist. Die Ausführeinheiten verwenden das Taktsignal, das ein Sägezahnsignal sein kann, in der Form eines fortschreitenden, binären Zählworts, das von 0 in modularer Weise nach oben zählt, um die Information zu verarbeiten. Der Mikroprozessor wird in Abhängigkeit von den von den Ausführeinheiten erzeugten Daten in der Lage sein, den Betrieb des Motors durch Steuern zum Beispiel des Zündsystems und des Kraftstoffsystems zu regeln.

Bekannte Zeitgebersysteme umfassen einen Taktgeber und einen Satz von Ausführeinheiten zum Verarbeiten von Informationen. Die Verarbeitungsleistung der Ausführeinheiten ist auf Funktionen beschränkt, die ein Taktsignal verwenden. Und um den Betrieb des Motors zu steuern, muß der Mikroprozessor eine große Anzahl von Operationen durchführen, die die Zykluszeit zum Überwachen jedes Parameters vergrößern. Da der Mikroprozessor mehr Zeit benötigt, um die Parameter zu überwachen, und da die Parameter allgemein nach kurzen Intervallen aufgefrischt werden müssen, ist die Auflösung des Überwachungsprozesses schlecht. Das kann die Genauigkeit des Steuersystems verringern.

Und zum Beispiel das Kraftstoffeinspritzungssystem eines Fahrzeugs zu regeln, ist es wichtig, daß die Einspritzventile zu genauen Zeitpunkten im Motorzyklus geöffnet und nach einer bestimmten Zeit geschlossen werden. Um dies zu erreichen, bestimmt der Mikroprozessor zuerst die Geschwindigkeit und Stellung des Motors durch Vergleich von den Detektoren im Motor erzeugten Signalen mit Motordaten, die in der Form nach Nachschlagetabellen vorliegen. Wenn der Motor eine bestimmte Geschwindigkeit und Position erreicht, erzeugt der Mikroprozessor ein Signal zum Öffnen der Ventile. Der Mikroprozessor taktet dann das Öffnen der Ventile, so daß sie nur eine bestimmte Periode geöffnet sind. Also wird zur Steuerung des Kraftstoffeinspritzsystems eine beachtliche Menge der Verarbeitungszeit des Mikroprozessors verwendet.

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Zeitgebersystem zur Verfügung zu stellen.

Diese und weitere Aufgaben werden durch die Merkmale der beigefügten Patentansprüche gelöst.

Insbesondere wird entsprechend einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ein Zeitgebersystem zur Verfügung gestellt, welches umfaßt:
eine Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen;
eine Mehrzahl von Zählvorrichtungen; und
Busvorrichtungen, zum Koppeln der Mehrzahl von Zählvorrichtungen mit der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen, wodurch jede von der Mehrzahl der Verarbeitungsvorrichtungen ein Signal von jeder von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen erhalten kann, wobei die Busvorrichtungen so angeordnet sind, daß zum gleichen Zeitpunkt, zu dem eine von der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen ein Signal von einer ersten der Mehrzahl von Zählvorrichtungen empfängt, wenigstens eine der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen, die zum Beispiel dieselbe eine von der Mehrzahl der Verarbeitungsvorrichtungen sein kann, ein Signal von wenigstens einer zweiten von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen empfangen kann.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfassen die Busvorrichtungen einen ersten Bus, einen zweiten Bus und einen dritten, gemeinsamen Bus, wobei der erste Bus so angeordnet ist, daß er wenigstens die erste von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen mit wenigstens einer von der Mehrzahl der Verarbeitungsvorrichtungen verbindet, wobei der zweite Bus so angeordnet ist, daß er wenigstens die zweite von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen mit wenigstens einer verschiedenen der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen verbindet, und wobei der dritte Bus so angeordnet ist, daß er jede beliebige von der Mehrzahl von Zählvorrichtungen mit jeder beliebigen von der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen verbindet.

Die Mehrzahl von Zählvorrichtungen kann einen Zeitgeber zum Bereitstellen eines Signals, das sich auf eine externe Taktquelle bezieht, einen Zeitgeber zum Bereitstellen eines Realzeitsignals und einen Zeitgeber, der ein Sägezahnsignal zum modularen Zählen von 0 an erzeugt, umfassen.

Es ist also zu erkennen, daß aufgrund der Flexibilität der Busvorrichtung erfindungsgemäß jede der Verarbeitungsvorrichtungen gleichzeitig oder der Reihe nach auf zwei der Zeitgeber zugreifen kann und die ihr zur Verfügung gestellten Daten verarbeiten kann. Daher wird die Verarbeitungsmenge für den Mikroprozessor reduziert, was die Zykluszeit verringert und die Auflösung des Überwachungsprozesses verbessert.

Zwei Zeitgeber nach der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen ersten, erfindungsgemäßen Zeitgeber.

Fig. 2 zeigt einen zweiten, erfindungsgemäßen Zeitgeber.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird die Gesamtarchitektur eines erfindungsgemäßen Zeitgebers nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Zeitgeber 2 umfaßt drei Zeitgeber-Zähler 10a-c, die über ein Zeitgeber-Bussystem 9 mit zwölf Ausführeinheiten 11a-h verbunden sind.

Das Zeitgeberbussystem 9 nach dem ersten Ausführungsbeispiel umfaßt zwei 16-Bit Busse X1 und Y1. Die Busse X1 und Y1 sind über Schalter 14a, 14b und 14c jeweils zu den Zeitgeber-Zählern 10a, 10b und 10c schaltbar.

Jeder der Schalter 14a-c umfaßt ein Paar von An/Ausschaltern unter getrennter Kontrolle der XSEL- und YSEL-Auswahllogik 15a-c und 16a-c. Ein Mikroprozessor (nicht gezeigt), der zur Verbindung mit dem Zeitgeber verbunden ist, ermöglicht der Auswahllogik 15a-c und 16a-c zu bestimmen, welcher Zeitgeber-Zähler mit dem Bus verbunden ist. So können zum Beispiel die Busse X1 und Y1 beide ihre Signale von dem Zeitgeber- Zähler 10a erhalten, oder einer kann seine Signale von dem Zeitgeber-Zähler 10a erhalten, während der andere seine Signale von dem Zeitgeber-Zähler 10b erhält.

Die drei Zeitgeber-Zähler 10a-c können individuell mit den beiden Bussen X1 und Y1 auf die folgenden Arten verbunden sein:
a) Der Zeitgeber-Zähler 10a kann abhängig von der Polarität der Steuerbits von jeweils der XSEL- und YSEL-Auswahllogik (15a, 16a) mit dem Bus X1 oder Y1 verbunden sein.
b) der Zeitgeber-Zähler 10b kann abhängig von der Polarität der Steuerbits von jeweils der XSEL- und YSEL-Auswahllogik (15b, 16b) mit dem Bus X1 oder Y1 verbunden sein. Zusätzlich ist, um einen Buskonflikt zu vermeiden, diese Verbindung hardwaremäßig überprüft unter Verwendung der Steuerbits der XSEL- und YSEL-Auswahllogik (15a, 16a) des Zeitgeber-Zählers 10a.
c) Der Zeitgeber-Zähler 10c kann abhängig von der Polarität der Steuerbits von jeweils der XSEL- und YSEL-Auswahllogik (15c, 16c) mit dem Bus X1 oder Y1 verbunden sein. Zusätzlich ist, um einen Buskonflikt zu vermeiden, diese Verbindung hardwaremäßig überprüft unter Verwendung der Steuerbits der XSEL- und YSEL-Auswahllogik (15b, 16b) des Zeitgeber-Zählers 10b.

Der Zeitgeber-Zähler 10a kann ein Sägezahnsignal in der Form eines zunehmend zählenden, binären Worts, das von 0 an in modularer Weise zählt, erzeugen. Die anderen Zeitgeber-Zähler können andere Arten von Zählsignalen erzeugen; zum Beispiel kann der Zeitgeber-Zähler 10b ein Signal erzeugen, das sich auf eine externe Taktquelle, wie etwa im Falle von Kraftfahrzeugmotorsteueranwendungen auf einen Motorwinkeldetektor, bezieht; der Zeitgeber-Zähler 10c kann ein Realzeitsignal erzeugen. Also können zu jedem Zeitpunkt zwei beliebige der Zeitgeber-Zähler 10a-10c X1 und Y1 auf solche Weise betreiben, daß die Ausführeinheiten 11a-h, die mit dem Zeitgeberbussystem 9 verbunden sind, die Zeitgeber-Zählersignale von den Bussen X1 und Y1 verwenden können. Zum Beispiel kann die Ausführeinheit 11a zwei gleichzeitige Signale von dem Zeitgeber-Zähler 10a oder von den Zeitgeber-Zählern 10a und 10b verwenden, oder beide Ausführeinheiten 11a und 11b können gleichzeitig Signale vom Zeitgeber-Zähler 10a oder von den Zeitgeber-Zählern 10a und 10b verwenden.

Es ist klar, daß die beiden Busse X1 und Y1, auch wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf ein Zeitgeber-Bussystem mit zwei Bussen beschrieben wurde, jeweils durch Schalter (durch gepunktete Linien in Fig. 1 gezeigt) unter der Steuerung des Mikroprozessors geteilt werden können, um vier Busse X1, X2, Y1 und Y2 zu erzeugen.

Die Zeitgeber-Zähler können dann so angeordnet sein, daß 10a und 10b zum Beispiel die Busse X1 und Y1 betreiben, während der Zeitgeber-Zähler 10c die Busse X2 und Y2 betreibt. In der Tat können durch die Schalter die beiden Busse X1 und X2 und die beiden Busse Y1 und Y2 so verbunden werden, daß der verbundene X-Bus und der verbundene Y-Bus mit irgendeinem der Zeitgeber-Zähler 10a-c schaltbar sind. Darüber hinaus kann das Zeitgeber-Bussystem für einen Zeitgeber mit n Zeitgeber-Zählern und n Bussen umfassen, wobei n eine positive, ganze Zahl ist.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird ein zweiter Zeitgeber 102 nach der vorliegenden Erfindung beschrieben. Dieser umfaßt drei Zeitgeber-Zähler 110a-c und fünf Ausführeinheiten 111a-e, die über ein Zeitgeber-Bussystem 109 miteinander verbunden sind. Das Arbeitsprinzip des Zeitgebers 102 ist mit dem des Zeitgebers 2, der unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde, identisch, und gleiche Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen plus Hundert gekennzeichnet.

Das Zeitgeber-Bussystem 109 umfaßt drei Sechszehn-Bit-Busse X1, Y1 und XY. Der Bus X1 wird von den Zeitgeber-Zählern 110b und 110c betrieben, der Bus Y1 von dem Zeitgeber-Zähler 110a und der gemeinsame Bus XY wird von den Zeitgeber-Zählern 110a-c betrieben. Ein Mikroprozessor (nicht gezeigt) wählt über eine Busschnittstelle 120 aus, welcher Zeitgeber-Zähler mit welchen Bus verbunden wird. Die Busschnittstelle 120 steht über einen Datenbus 122 mit dem Mikroprozessor und über einen Datenbus 124 mit den Zeitgeber-Zählern 110a-c und den Ausführeinheiten 111a-e in Verbindung. Jeder der Zeitgeber-Zähler 110a-c und Ausführeinheiten 111a-e sind mit externen Pins 126 verbunden.

Das Zeitgebersystem 102 ermöglicht wenigstens einer der Ausführeinheiten 111a-e die Signale von einem oder zwei der Zeitgeber-Zähler 110a-c in Abhängigkeit von dem Mikroprozessor und/oder von einem jeweiligen externen Pin erhaltener Information zu verarbeiten. Zum Beispiel kann die durch die Ausführeinheit 111a durchgeführte Verarbeitung das Speichern des instantanen Werts des Zeitgeber-Zählers 110a in Abhängigkeit von einem externen Signal von dem Mikroprozessor oder einen externen Pin (z. B. Auffangen eines "Ereignisses") oder das Vergleichen des Werts des Zeitgeber-Zählers 110a mit einem vorher gespeicherten Wert und das Erzeugen eines Ausgangssignals, wenn der Wert des Zeitgeber-Zählers und der vorher gespeicherte Wert übereinstimmen, umfassen.

Da also die vorliegende Erfindung den Verarbeitungsfunktionen, wie etwa den Auffang- und Vergleichsfunktionen, erlaubt, von den Ausführeinheiten unter Verwendung von Werten, die von Zeitgeber-Zählern erzeugt werden, die sich im Falle von Kraftfahrzeugmotorsteueranwendungen auf zu überwachende Motorparameter beziehen, ausgeführt zu werden, kann die Zykluszeit des Mikroprozessors zum Überwachen jedes der Parameter reduziert werden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, daß aufgrund der Flexibilität des Zeitgeber-Bussystems eine Ausführeinheit Signale gleichzeitig von zwei Zeitgeber-Zählern empfangen kann. Also wird, da der Mikroprozessor nur eine Ausführeinheit adressieren muß, um zu ermöglichen, daß zwei "Ereignisse" aufgefangen oder verglichen werden, der Verarbeitungsaufwand für den Mikroprozessor verringert und die Wahrscheinlichkeit, ein "Ereignis" zu verpassen, wird auch verringert.

Es ist klar, daß, auch wenn das erfindungsgemäße Zeitgebersystem mit einem Zeitgeber-Bussystem mit zwei Bussen beschrieben wurde, die Anzahl der Busse zwischen einem und n variieren kann, wobei n die Anzahl der Zeitgeber-Zähler ist.

Zum Beispiel könnten für den Fall der hierin beschriebenen, bevorzugten Ausführungsbeispiele drei Busse, einer für jeden Zeitgeber-Zähler, verwendet werden, die multiplexed werden, bevor sie mit jeder der Ausführeinheiten verbunden werden. Wann immer also die Ausführeinheit den Wert eines der Zeitgeber-Zähler erfordert, kann der Wert instantan durch Auswahl eines der drei Busse aufgenommen werden, und daher kann die beste Auflösung erhalten werden. Jedoch hat dies den Nachteil, daß drei auf diese Weise angeordnete Busse mehr Siliziumfläche verbrauchen als ökonomisch durchführbar ist.

Alternativ müssen, wenn ein Bus verwendet ist, um die drei Zeitgeber-Zähler mit der Mehrzahl der Ausführeinheiten zu verbinden, die Werte der Zeitgeber-Zähler durch Zeitmultiplexing über den Bus geschickt werden, was die minimale Auflösung verringert. Es wurde herausgefunden, daß die Verwendung von zwei oder drei Bussen entsprechend der Erfindung genügend Auflösung zur Verfügung stellt ohne zu viel Siliziumfläche zu verbrauchen.

Claims (9)

1. Zeitgebersystem (2, 102), dadurch gekennzeichnet, daß es umfaßt: eine Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen (11a-h, 111a-e); eine Mehrzahl von Zählvorrichtungen (10a-c, 110a-c); und Busvorrichtungen (9, 109), zum Koppeln der Mehrzahl von Zählvorrichtungen mit der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen, wodurch jede von der Mehrzahl der Verarbeitungsvorrichtungen ein Signal von jeder von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen erhalten kann, wobei die Busvorrichtungen so angeordnet sind, daß zum gleichen Zeitpunkt, zu dem eine von der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen ein Signal von einer ersten der Mehrzahl von Zählvorrichtungen empfängt, wenigstens eine der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen ein Signal von wenigstens einer zweiten von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen empfangen kann.

2. Zeitgebersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es dieselbe von der Mehrzahl der Verarbeitungsvorrichtungen ist, die ein Signal von der ersten und von der zweiten der Mehrzahl der Zählvorrichtungen empfängt.

3. Zeitgebersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Verarbeitungsvorrichtungen so angeordnet ist, daß sie einen empfangenen Wert verarbeitet, wobei die Verarbeitung das Speichern eines instantanen Werts des empfangenen Signals in Abhängigkeit von einem externen Signal oder das Vergleichen des empfangenen Signals mit einem zuvor gespeicherten Wert und das Erzeugen eines Ausgangssignals umfaßt, wenn das empfangene Signal und der zuvor gespeicherte Wert übereinstimmen.

4. Zeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es m Zählvorrichtungen umfaßt, und bei dem die Busvorrichtungen n Busse umfassen, wobei n kleiner oder gleich m ist, wobei m und n positive, ganze Zahlen sind.

5. Zeitgebersystem nach Anspruch 4, wobei die Busvorrichtung Auswahlvorrichtungen (14a-c) umfaßt, um zu bestimmen, welche n der Zählvorrichtungen mit den n Bussen zum gleichen Zeitpunkt verbunden werden.

6. Zeitgebersystem nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Busvorrichtungen einen ersten Bus (X1), einen zweiten Bus (Y1) und einen dritten, gemeinsamen Bus (XY) umfassen, wobei der erste Bus wenigstens die erste von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen mit wenigstens einer von der Mehrzahl der Verarbeitungsvorrichtungen verbindet, wobei der zweite Bus wenigstens die zweite von der Mehrzahl der Zählvorrichtungen mit wenigstens einer verschiedenen der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen verbindet, und wobei der dritte Bus jede beliebige von der Mehrzahl von Zählvorrichtungen mit jeder beliebigen von der Mehrzahl von Verarbeitungsvorrichtungen verbindet.

7. Zeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Zählvorrichtungen einen Moduluszähler umfassen.

8. Zeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Zählvorrichtungen einen Realzeitzähler umfassen.

9. Zeitgebersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Zählvorrichtungen einen Zähler zum Erzeugen von Signalen umfassen, die eine externe Taktquelle darstellen.