EP1766522A1 - Vorrichtung und verfahren zum datenaustausch auf mehreren bussystemen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Datenaustausch auf mindestens zwei Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3), mit mindestens einer Steuereinheit (8.1, 8.2, 8.3) zur Abarbeitung von schnittstellenbezogenen Funktionen, und ein zugehöriges Verfahren. Erfindungsgemäß sind mindestens zwei Steuereinheiten (8.1, 8.2, 8.3) vorhanden, die als rekonfigurierbare Hardwareeinheiten ausgeführt und die schnittstellenbezogene Funktionen zum Datenaustausch auf den mindestens zwei Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3) parallel abarbeiten, wobei die schnittstellenbezogenen Funktionen Botschaftsroutingfunktionen und/oder Signalroutingfunktionen und/oder Signalextraktionsfunktionen und/oder Protokoliwandlungsfunktionen und/oder Netzwerkmanagementfunktionen und/oder Diagnosefunktionen und/oder Funktionsmanagementfunktionen umfassen. Alternativ kann für jedes vorhandene Bussystem jeweils eine Steuereinheit vorgesehen sein.

Description

Vorrichtung und Verfahren zum Datenaustausch auf mehreren

Bussystemen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Datenaustausch auf mindestens zwei Bussystemen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein zugehöriges Verfahren.

Heutige Steuergeräte, insbesondere für Fahrzeuge, umfassen Mikrocontroller, die neben den primären Steuerfunktionen auch die Gatewayfunktionalität des Steuergeräts, d.h. die schnittstellenbezogenen Funktionen, die zum Austausch von Daten benötigt werden ausführen. Deshalb wird normalerweise die Rechenleistung der Mikrocontroller durch auftretende Interrupts belastet, da die Mikrocontroller die Interrupt- Aktionen und alle nachfolgenden Funktionalitäten in der Regel sequentiell abarbeiten.

In der DE 197 50 662 C2 wird eine Prozessoreinheit für ein datenverarbeitungsgestütztes elektronisches Steuerungssystem in einem Kraftfahrzeug beschrieben. Die Prozessoreinheit beinhaltet in ihrer funktionalen Struktur eine skalierbare Recheneinheit, eine

Fahrzeugkommunikationsschnittstelleneinheit mit wenigstens zwei Kommunikationsschnittstellen und einen Kommunikationscoprozessor als separate Strukturkomponente. Der Kommunikationscoprozessor ist zwischen die skalierbare Recheneinheit und die

Fahrzeugkommunikationsschnittstelleneinheit geschaltet und dient zur Ausführung von Datenkommunikationsvorgängen zwischen der skalierbaren Recheneinheit und der Fahrzeugkommunikationsschnittstelleneinheit sowie direkt zwischen Kommunikationsschnittstellen der Fahrzeugkommunikationsschnittstelleneinheit untereinander.

In der DE 102 18 448 Al wird ein elektronisches Steuergerät, insbesondere für ein Kraftfahrzeug beschrieben, das ein Gehäuse, eine Spannungsversorgung und Anschlusskontakte umfasst. In das Steuergerät ist ein Gateway zum Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Datennetzwerken integriert. Das Gateway ist unter einer gemeinsamen Nutzung der Spannungsversorgung und der Anschlusskontakte in das Gehäuse des Steuergeräts eingesetzt, wobei das Gateway und das Steuergerät jeweils separate Mikroprozessoren und Speichermodule umfassen.

In der DE 101 39 610 Al wird eine universelle Rechnerarchitektur für ein Verkehrsmittel mit einem Mikroprozessor zur Abarbeitung von Steuerungsprogrammen beschrieben. Die Rechnerarchitektur umfasst Speichermittel für die dabei berechneten Daten und eine Schnittstelle, die eine Anbindung des Rechners an einen Datenbus im Verkehrsmittel zulässt, wobei der Rechner Steuerungsprogramme zur Steuerung von im Verkehrsmittel vorgesehnen Geräten aufweist und die Steuerbefehle über Geräteschnittstellen zu dem zu steuernden Gerät übertragen werden, wobei der Rechner eine rekonfigurierbare Hardware aufweist, die im eingebauten Zustand des Rechners ein nachtägliches Umkonfigurieren von peripheren Komponenten oder einer Schnittstelle zulässt. Zudem sind Übertragungsmittel vorgesehen, die einen Algorithmus zum Rekonfigurieren der Hardware auf das Speichermittel im Verkehrsmittel übertragen, so dass ein Prozess zur Umkonfigurierung der die peripheren Komponenten oder die Schnittstelle betreffenden Hardware durchführbar ist.

Die US 5,671,355 zeigt bereits ein Gateway zur Datenprotokollwandlung zwischen mehreren Datenbussystemen. Dabei kommt ein FPGA zum Einsatz.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Datenaustausch auf verschiedenen Bussystemen zur Verfügung zu stellen, die einen zugehörigen MikroController entlastet und ein zugehöriges Verfahren für den Datenaustausch anzugeben.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellung einer Vorrichtung zum Datenaustausch auf mindestens zwei Bussystemen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren zum Datenaustausch auf mindestens zwei Bussystemen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.

Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß sind bei der Vorrichtung zum Datenaustausch mindestens zwei Steuereinheiten als rekonfigurierbare Hardwareeinheiten ausgeführt, welche schnittstellenbezogene Funktionen zum Datenaustausch auf mindestens zwei Datenbussystemen parallel abarbeiten, wobei die schnittstellenbezogenen Funktionen

Botschaftsroutingfunktionen und/oder Signalroutingfunktionen und/oder Signalextraktionsfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen und/oder

Netzwerkmanagementfunktionen und/oder Diagnosefunktionen und/oder Funktionsmanagementfunktionen umfassen

Bei einer alternativen Ausführungsform der Vorrichtung zum Datenaustausch auf mindestens zwei Datenbussystemen sind mehrere Steuereinheiten als rekonfigurierbare Hardwareeinheiten ausgeführt und schnittstellenbezogene Funktionen zum Datenaustausch auf mindestens zwei Datenbussystemen parallel abarbeiten, wobei die Anzahl der Steuereinheiten der Anzahl der Datenbussystemen entspricht, die miteinander Daten austauschen und die schnittstellenbezogenen Funktionen

Botschaftsroutingfunktionen und/oder Signalroutingfunktionen und/oder Signalextraktionsfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen und/oder

Netzwerkmanagementfunktionen und/oder Diagnosefunktionen und/oder Funktionsmanagementfunktionen umfassen.

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen der Vorrichtung zum Datenaustausch ermöglichen in vorteilhafter Weise eine parallele Abarbeitung der schnittstellenbezogenen Funktionen, die nachfolgend auch als Gatewayfunktionen bzw. Gatewayfunktionalität bezeichnet werden, d.h. die Erfindung übernimmt die vollständige Gatewayfunktionalität und arbeitet diese parallel ab. Dadurch wird der MikroController entlastet und die parallele Abarbeitung der Gatewayfunktionalität sorgt für ein wesentlich besseres Leistungsvermögen.

Durch die Ausführung als rekonfigurierbare Hardwareeinheit kann die Vorrichtung auch während der Laufzeit, d.h. während des Betriebs vollständig neu konfiguriert werden, um beispielsweise an neue Hardware- und/oder Softwarekomponenten angepasst zu werden.

Da der vollständige Umfang der schnittstellenbezogenen Funktionen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisiert ist, ist ein „Stand alone Betrieb" der Vorrichtung möglich.

Zudem können durch die parallele Abarbeitung der Gatewayfunktionalität in vorteilhafter Weise beliebig viele Bussysteme an die erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossen werden.

Bei einem Einsatz in einem Steuergerät wird der zugehörige Mikrocontroller durch die erfindungsgemäße Vorrichtung vollständig von der Schnittstelleninterruptlast befreit.

In Ausgestaltung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung als FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgeführt, wobei die Steuereinheiten auf einem gemeinsamen FPGA oder getrennt auf mindestens zwei FPGAs angeordnet sein können. Derartige FPGAs wiesen Speicherzellen, wie Flip Flops auf, die ihre Funktion auch nach der Herstellung verändern können. Diese Speicherzellen sind untereinander frei konfigurierbar, wobei elektrisch leitende Verbindungen neu beschaltet werden, so dass diverse logische Schaltungen dadurch aufgebaut werden können.

In weiterer Ausgestaltung umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens einen Routingspeicher der mindestens einem Bussystems zugeordnet ist und in dem Informationen über die schnittstellenbezogenen Funktionen des zugeordneten Bussystems gespeichert sind, die von der mindestens einen Steuereinheit zur Abarbeitung der schnittstellenbezogenen Funktionen angefordert werden. Durch die Speicherung der Gatewayfunktionalität in einem Speicher wird sichergestellt, dass sich die Konfiguration der Vorrichtung auch zur Laufzeit verändern lässt.

In weiterer Ausgestaltung ist mindestens ein Konfigurationsspeicher vorgesehen, der Konfigurationsdaten für Bussteuerschaltungen umfasst, die jeweils einem der Bussysteme zugeordnet sind.

Zur Anpassung an verschieden Bussysteme umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise mindestens eine Busmanagementeinheit, die jeweils eine Konfigurationseinheit und einen Rx/Tx-Handler umfasst.

An die Vorrichtung zum Datenaustausch können beispielsweise die Bussysteme CAN und/oder LIN und/oder FLEXRAY und/oder MOST und/oder FIREWIRE und/oder RS232 und/oder USB und/oder S-ATA angeschlossen werden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Datenaustausch auf mindestens zwei Datenbussystemen eine erste Nachricht auf einem ersten Bussystem und eine zweite Nachricht auf einem zweiten Bussystem gleichzeitig empfangen. Anschließend wird die erste Nachricht an eine erste Steuereinheit und die zweite Nachricht an eine zweite Steuereinheit übergeben. Die jeweilige Steuereinheit lädt aus einem zugehörigen ersten oder zweiten Routingspeicher die zur ersten Nachricht oder zur zweiten Nachricht gehörende Schnittstellenfunktionalität und arbeitet die Informationen ab. Danach übergibt die erste Steuereinheit die erste Nachricht an das zweite Bussystem, gemäß den gespeicherten Informationen aus dem ersten Routingspeicher) , und die zweite Steuereinheit übergibt die zweite Nachricht an das erste Bussystem, gemäß den im zweiten Routingspeicher gespeicherten Informationen.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum

Datenaustausch auf mehreren Bussystemen, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Busmanagementeinheit der

Vorrichtung aus Fig. 1, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuereinheit der

Vorrichtung aus Fig. 1, und Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Routingspeichers der

Vorrichtung aus Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum rekonfigurierbaren Datenaustausch auf verschiedenen Bussystemen 2.1, 2.2, 2.3, die in einem ASIC, System On Chip (SOC) oder in einer beliebigen rekonfigurierbaren Hardware realisiert werden kann, vorzugsweise in einem Field Programable Gate Array (FPGA), da dieses Modul intern integrierte Speicherressourcen zur Verfügung stellt, welche aufgrund des Designs der Vorrichtung direkt verwendet werden können.

Die Vorrichtung 1 bildet ein rekonfigurierbares Gateway zwischen verschiedenen Bussystemen 2.1, 2.2 und 2.3, d.h. die Vorrichtung arbeitet schnittstellenbezogene Funktionen parallel ab, wie beispielsweise Botschaftsroutingfunktionen und/oder Signalroutingfunktionen und/oder Signalextraktionsfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen und/oder Netzwerkmanagementfunktionen und/oder Diagnosefunktionen und/oder Funktionsmanagementfunktionen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist für jedes Datenbussystem 2.1, 2.2, 2.3 eine entsprechende Steuereinheit 8.1, 8.2 und 8.3 vorhanden, d.h. die Anzahl der Steuereinheiten 8.1, 8.2, 8.3 entspricht der Anzahl der Datenbussystemen 2.1, 2.2, 2.3, die miteinander Daten austauschen. Diese Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 können sich in einem Kraftfahrzeug oder in beliebigen elektronisch vernetzten Systemen befinden. Die Vorrichtung 1 kann in jedem beliebigen elektronischen System eingesetzt werden, wo die Kommunikation zwischen verschiedenen oder mehreren gleichartigen Bussystemen 2.1, 2.2, 2.3 gewährleistet werden muss. Das bedeutet, es können von einem Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 mehrere Busse oder nur einer angeschlossen sein. Jedes Bussystem besitzt einen speziellen Physical Layer. Physical Layer können z.B. sein: CAN, LIN, FLEXRAY, MOST, FIREWIRE, RS232, USB, 5-ATA. Die Vorrichtung 1 kann somit eine Verbindung zwischen jedem beliebigen Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 realisieren.

Aufgrund des besonderen Aufbaus kann die Vorrichtung 1 ihre Funktionalität zur Laufzeit ändern. Dies ist möglich, da die komplette Funktionalität in Routingspeichern 9.1, 9.2, 9.3 und in Konfigurationsspeichern 7.1, 7.2, 7.3 hinterlegt ist, d.h. die Gatewayfunktionalität ist komplett durch den Speicherinhalt dieser Speicherzellen konfigurierbar und zur Laufzeit veränderbar. Jeder der Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3 beinhaltet beispielsweise die vollständige Information der Gatewayfunktionalität eines Bussystems 2.1, 2.2, 2.3. Jedem Bussystem 2.1, 2.2, 2.3, das mit der Vorrichtung verbunden ist, ist ein Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3 zugewiesen. Diese Aufteilung gewährleistet die parallele Verarbeitung und vereinfacht das Erstellen der Konfigurationsdateien für die Gatewayfunktionalität. Die empfangene Identifikation eines der Bussystems 2.1, 2.2, 2.3 wird direkt an die Adressleitungen 9Al, 9Bl, 9Cl des jeweiligen Routingspeichers

9.1, 9.2, 9.3 gelegt. An der entsprechenden Speicherstelle 9A, 9B, 9C, im Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3 befindet sich die kodierte Information, was mit der empfangenen Nachricht geschehen soll. Die Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 dekodiert die Information und führt die entsprechende Funktion bzw. Aktion aus.

Kommt eine Nachricht von einem der Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 über einen dem jeweiligen Bussystem zugeordneten Bustransceiver 3.1, 3.2, 3.3 zur Vorrichtung 1, dann wird diese von einem dem jeweiligen Bussystem zugeordneten Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 eingelesen und zwischengespeichert. Der entsprechende Buscontroller 5.1,

5.2, 5.3 signalisiert einer zum entsprechenden Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 gehörigen Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3, dass eine neue Nachricht zur Verfügung steht. Die jeweilige Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3 umfasst, wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, eine Konfigurationseinheit 6A und einen Rx/Tx-Handler 6B. Der Rx/Tx-Handler holt die Nachricht ab und überträgt diese an eine dem jeweiligen Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 zugeordneten Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3, welche anhand der im zugehörigen Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3 hinterlegten Informationen die entsprechende Funktionalität abarbeitet und ausführt.

Der entsprechende Bustransceiver 3.1, 3.2, 3.2 ist seriell oder parallel mit dem zugehörigen Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 verbunden und wandelt die auf dem Bus 2,1, 2.2, 2.3 befindliche Nachricht in ein digitales Signal um und sendet diese Nachricht seriell oder parallel an den jeweiligen Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3.

Der jeweilige Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 handelt das Busprotokoll zum Empfang und Versenden von Nachrichten ab. Er empfängt die Nachrichten bzw. Daten vom jeweiligen Bussystem 2.1, 2.2, 2.3, speichert diese Nachrichten in einem internen Speicher und signalisiert der zugehörigen

Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3, dass eine neue Nachricht empfangen wurde und zur Abholung bereit steht. Wird dem entsprechenden Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 über die zugehörige Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3 von einer der Steuereinheiten 8.1, 8.2, 8.3 eine zu versendende Nachricht übertragen, dann speichert der Buscontroller diese Nachricht in einem internen Speicher zwischen, bis das jeweilige Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 frei ist, um diese Nachricht zu übertragen. Zudem umfasst der Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 verschiedene Konfigurationsregister, um nach einem Rücksetzvorgang das jeweilige Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 neu zu initialisieren. Die erforderlichen Konfigurationsdaten empfängt der jeweilige Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 nach dem Rücksetzvorgang über die Konfigurationseinheit 6A aus der zugehörigen Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3, welche die Daten aus dem zugeordneten Konfigurationsspeicher 7.1, 7.2, 7.3 ausliest. Dadurch ist nicht nur die Funktionalität der Vorrichtung 1 über die Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3, sondern auch die Konfiguration der einzelnen Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 über die Konfigurationsspeicher 7.1, 7.2, 7.3 frei konfigurierbar.

Die jeweilige Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3 umfasst wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, die Konfigurationseinheit 6A und den Rx/Tx-Handler 6B für den jeweiligen Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3. Die Konfigurationseinheit 6A der jeweiligen Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3 schreibt nach einem Rücksetzvorgang die Konfigurationsdaten für das jeweilige Bussystem 2.1, 2.2, 2.3, welche im zugehörigen Konfigurationsspeicher 7.1, 7.2, 7.3 hinterlegt sind, in den zugehörigen Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 und starten das entsprechende Bussystem 2.1, 2.2, 2.3. Der Rx/Tx-Handler 6B der jeweiligen Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3 sorgt dafür, dass von den Buscontrollern 5.1, 5.2, 5.3 empfangene Nachrichten an das entsprechende der Steuergeräte 8.1, 8.2, 8.3 weitergeleitet werden und von einem der Steuereinheiten 8.1, 8.2, 8.3 zu sendende Daten an den jeweiligen Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 übertragen werden. Besitzt die vom Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 empfangene Nachricht keine Identifizierung (ID) , beispielsweise wenn das entsprechende Bussystem kein nachrichtenorientiertes Übertragungsverfahren verwendet, sondern z.B. ein Time Division Multiplexing (TDM) Verfahren, dann ergänzt der Rx/Tx-Handler 6B die empfangene Nachricht zusätzlich mit einer für die entsprechende Steuereinheit 8.1, 8.2,8.3 erkennbaren Identifizierung. Beim Senden einer TDM-Nachricht erkennt der Rx/Tx-Handler 6B der jeweiligen Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, 6.3 anhand einer von der entsprechenden Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 übertragenen Identifikation, in welchen Zeitschlitz die zu sendende Nachricht eingefügt werden muss und gibt diese Information an den betreffenden Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 weiter. Somit kann je nach Bussystem der Rx/Tx-Handler 6B auch mit einem internen Speicher, zum Speichern der zu versenden Nachrichten und/oder einer Zeitscheibe beim TDM Verfahren, versehen sein.

Zur parallelen Bearbeitung umfasst jede der Busmanagementeinheiten 6.1, 6.2, 6.3 einen eigenen Rx/Tx- Handler 6B, der beispielsweise in das Modul 6 integriert ist und die empfangenen und zu sendenden Nachrichten verwaltet und jeweils an die Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 oder an die Steuereinheiten 8.1, 8.2, 8.3 weiterleitet. Durch die parallele Abarbeitung der einzelnen Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 entsteht eine beachtliche Leistungssteigerung. Die jeweilige Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 verarbeitet dann die empfangenen Nachrichten. Durch die parallele Abarbeitung, können beliebig viele Bussysteme an die Vorrichtung 1 angeschlossen werden.

Die Steuereinheiten 8.1, 8.2, 8.3 sind für die komplette Ablauffunktionalität verantwortlich und umfassen, wie aus den in Fig. 3 dargestellten Blöcken ersichtlich ist, jeweils eine Botschaftsroutingfunktion 8A, eine Signalroutingfunktion 8B, eine Signalextraktionfunktion 8C, eine Protokollwandlungsfunktions 8D, eine

Netzwerkmanagementfunktion 8E, eine Diagnosefunktion 8F und eine Funktionsmanagementfunktion 8G.

Die Botschaftsroutingfunktion 8A leitet eine von einem der Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 empfangene Nachricht ohne Veränderung des Informationsinhaltes auf ein anderes der Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 oder auf eine Schnittstelle 10 der Vorrichtung weiter.

Die Signalroutingfunktion 8B extrahiert von einer empfangenen Nachricht einzelne Informationen (Bits) und fügt diese in eine neu erzeugte Nachricht ein. Diese neue Nachricht wird dann an das gewünschte der Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 oder an die Schnittstelle 10 übertragen. Die Signalextraktionfunktion 8C extrahiert von einer empfangenen Nachricht einzelne Informationen (Bits) überträgt diese zur Weiterverarbeitung an die Schnittstelle 10.

Die Protokollwandlungsfunktion 8D gewährleistet eine Kommunikation zwischen Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 mit unterschiedlichen Protokollen. Sie sorgt für die Kompatibilität der unterschiedlichen Bussysteme 2.1, .2.2, 2.3. Die Protokollwandlungsfunktion 8d kann neben der Anpassung der Protokolle der unterschiedlichen Bussysteme zusätzliche Aufgaben übernehmen, welche vom Rx/Tx-Handler 6B nicht übernommen werden können, beispielsweise die Zwischenspeicherung von Nachrichten für Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 mit unterschiedlichen Übertragungsraten.

Die Netzwerkmanagementfunktion 8E übernimmt speziell in einem Kraftfahrzeug besondere Aufgaben, wie sie beispielsweise in der dem Fachmann bekannte OSEKIVDX Network Management Spezifikation beschrieben werden.

Die Diagnosefunktion 8F verwaltet busspezifische Diagnosebotschaften und führt in Abhängigkeit von der hinterlegten Funktionalität verschiedene Aktionen aus.

Die Funktionsmanagementfunktion 8G koordiniert beispielsweise das Zusammenspiel der einzelnen Funktionalitäten der entsprechenden Steuereinheit 8.1, 8.2 8.3. Die Funktionsmanagementfunktion 8G aktiviert z.B. bei der Botschaftsrouting-, Signalrouting- und/oder Diagnosefunktion 8A, 8B, 8F zwischen Bussystemen mit unterschiedlichen Übertragungsverfahren automatisch die

Protokollwandlungsfunktion 8D. Weiterhin koordiniert die Funktionsmanagementfunktion 8G die Kommunikation zwischen der jeweiligen Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 und der Schnittstelle 10. Das Funktionsmanagementfunktion koordiniert die zur Laufzeit mögliche Rekonfiguration der Speicher 7 und/oder 9, wodurch während des Betriebs die Funktionalität der Vorrichtung 1 bezüglich Botschaftsrouting 8A, Signalrouting 8B, Signalextraktion 8C und Diagnose 8F sowie die Konfiguration der Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3 geändert werden kann.

Die jeweilige Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 holt die vom entsprechenden Rx/Tx-Handler 6B empfangene Nachricht ab und identifiziert diese anhand der enthaltenen Identifikation. Mit der Identifikation kann die jeweilige Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 parallel die zu der Nachricht gehörige Funktionalität aus dem zugehörigen Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3 auslesen. Aufgrund der aus dem entsprechenden Routingspeicher 9.1, 9.2, 9.3 ausgelesenen Funktionalität führt die Steuereinheit 8.1, 8.2, 8.3 die entsprechenden Funktionen wie Botschaftsrouting 8A, Signalrouting 8B, Signalextraktion 8C, Netzwerkmanagement 8E und/oder Diagnose 8F mit einer eventuellen Protokollwandlung 8D aus.

Die Schnittstelle 10 der Vorrichtung 1 stellt eine Verbindung zur externen Peripherie 11 oder zu weiteren Funktionseinheiten 12 her, welche sich in derselben rekonfigurierbaren Hardware, ASIC oder SOC befinden. Über die externe Peripherie 11 oder über weitere Funktionseinheiten 12 kann die Gatewayfunktionalität bei der Initialisierung oder zur Laufzeit geändert werden. Weiterhin dient die Schnittstelle zum Datenaustausch der unterschiedlichen Bussysteme 2.1, 2.2, 2.3, mit weiteren Funktionseinheiten 12. Bei diesem Datenaustausch können vollständige Nachrichten oder nur einzelne Signalinformationen ausgetauscht werden. Die Schnittstelle 10 wird in der Regel an die angeschlossenen internen oder externen Funktionseinheiten individuell angepasst. Der Informationsaustausch der Schnittstelle mit weiteren Modulen kann beispielsweise in Form von Shared Memory —z.B. eines Dual Port RAM (beim Anschluss eines externen MikroController) oder über eine Bus-Bridge erfolgen.

Nachfolgend wird anhand eines Beispiels zum Botschaftsrouting die parallele Abarbeitung von Gatewayfunktionalitäten der Vorrichtung 1 beschrieben. Auf den Bussystemen 2.1 und 2.2 werden gleichzeitig Nachrichten mit den Bustransceivern 3.1, 3.2 empfangen. Diese Nachrichten werden von den beiden Bustransceivern 3.1, 3.2 an die jeweiligen Buscontroller 5.1, 5.2 der Vorrichtung 1 weitergeleitet. Die Buscontroller 5.1,

5.2 speichern diese Nachrichten jeweils in einem internen Speicher und signalisieren der zu dem jeweiligen Bussystem 2.1, 2.2 gehörenden Busmanagementeinheit 6.1, 6.2, dass eine neue Nachricht empfangen wurde und zum Abholen bereit steht. Die jeweiligen Rx/Tx-Handler 6A in den Busmanagementeinheiten 6.1, 6.2 holen diese Nachrichten ab und übergeben diese an die jeweilige zum Bussystem 2.1, 2.2 gehörige Steuereinheit 8.1, 8.2. Die jeweilige Steuereinheit 8.1, 8.2 überprüft anhand der empfangenen Botschaftsidentifikation die auszuführende Gatewayfunktionalität, welche in der zum jeweiligen Bussystem 2.1, 2.2 zugehörigen Speicherzelle 9A, 9B, 9C des Routingspeichers 9.1, 9.2 steht. Aufgrund der in der Routingspeicherzelle 9A, 9B, 9C hinterlegten dekodierten Information zur „Botschaftsroutingfunktion", übergibt die Steuereinheit 8.1, 8.2 die jeweilige Nachricht an den zum jeweiligen Zielbussystem 2.1, 2.2, 2.3 gehörigen Rx/Tx- Handler 6B. Der Rx/Tx-Handler 6B des Zielbussystems 2.1, 2.2,

2.3 sendet die entsprechende Nachricht an den zugehörigen Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 des Zielbussystems 2.1, 2.2, 2.3. Der zugehörige Buscontroller 5.1, 5.2, 5.3 speichert die entsprechende Nachricht in einem internen Speicher, bis das jeweilige Bussystem 2.1, 2.2, 2.3 frei ist, um diese Botschaft über den jeweiligen Bustransceiver 3.1, 3.2, 3.3 zu senden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Datenaustausch auf mindestens zwei Datenbussystemen umfasst mindestens eine als rekonfigurierbare Hardwareeinheit ausgeführte Steuereinheit zur parallelen Abarbeitung von schnittstellenbezogenen Funktionen, wie Botschaftsroutingfunktionen und/oder Signalroutingfunktionen und/oder Signalextraktionsfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen und/oder Netzwerkmanagementfunktionen und/oder Diagnosefunktionen und/oder Funktionsmanagementfunktionen, wodurch das Leistungsvermögen eines zugehörigen MikroControllers, insbesondere bei Steuergeräten in einem Kraftfahrzeug erhöht wird. Um die parallele Abarbeitung zu gewährleisten entspricht bei einer alternativen Ausführungsform die Anzahl der Steuereinheiten der Anzahl der Datenbussysteme, die über die erfindungsgemäße Vorrichtung miteinander Daten austauschen.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Datenaustausch zwischen mindestens zwei Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3) mit jeweils einem zugeordneten Buscontroller (5.1, 5.2, 5.3), der das Busprotokoll zum Empfangen und Versenden von Nachrichten auf dem Datenbus abhandelt, mit einem internen Speicher, der die Nachrichten bzw. Daten vom jeweiligen Bussystem (2.1, 2.2, 2.3) speichert, und mit einer zugehörigen Busmanagementeinheit (6.1, 6.2, 6.3), die die empfangenen Nachrichten an eine Steuereinheit (8.1, 8.2, 8.3) weiterleitet, um dort Signalroutingfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen von einem zum anderen Datenbus und umgekehrt ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Steuereinheiten (8.1, 8.2, 8.3) als Hardwareeinheit ausgeführt ist, die die Signalroutingfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen zwischen den Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3) zeitlich parallel zu einer der anderen parallel geschalteten Steuereinheiten abarbeitet und dass die Steuereinheiten (8.1, 8.2, 8.3) als eine oder mehrere rekonfigurierbare Hardwareeinheiten ausgeführt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheiten (8.1, 8.2, 8.3) die schnittstellenbezogenen Funktionen zum Datenaustausch zwischen den mindestens zwei Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3) parallel abarbeiten, wobei die Anzahl der Steuereinheiten

(8.1, 8.2, 8.3) der Anzahl der Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3) entspricht, die miteinander Daten austauschen. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Vorrichtung (1) als FPGA (Field Programmable Gate Array) ausgeführt ist, wobei die Steuereinheiten (8.1, 8.2, 8.

3) auf einem gemeinsamen FPGA angeordnet sind oder getrennt auf mindestens zwei FPGAs angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch mindestens einen Routingspeicher (9.1, 9.2, 9.3), der mindestens einem Bussystems (2.1, 2.2, 2.3) zugeordnet ist und in dem Informationen über die schnittstellenbezogenen Funktionen des zugeordneten Bussystems (2.1, 2.2, 2.3) gespeichert sind, die von der mindestens einen Steuereinheit (8.1, 8.2, 8.3) zur Abarbeitung der schnittstellenbezogenen Funktionen angefordert werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch mindestens einen Konfigurationsspeicher (7.1, 7.2, 7.3), der Konfigurationsdaten für

Bussteuerschaltungen (5.1, 5.2, 5.3) umfassen, die jeweils einem der Bussysteme (2.1, 2.2, 2.3) zugeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens eine Busmanagementeinheit (6.1, 6.2, 6.3), die jeweils eine Konfigurationseinheit und einen Rx/Tx-Handler umfasst.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bussysteme (2.1, 2.2, 2.3) einen CAN und/oder LIN und/oder FLEXRAY und/oder MOST und/oder FIREWIRE und/oder RS232 und/oder USB und/oder S-ATA umfassen. 8. Verfahren zum Datenaustausch zwischen mindestens zwei Datenbussystemen (2.1, 2.2), gekennzeichnet durch, die Schritte:

Empfangen und Versenden von Nachrichten auf den Datenbussystemen (2.1, 2.2), Speichern der vom jeweiligen Bussystem (2.1, 2.2, 2.3) empfangenen Nachrichten bzw. Daten in einem internen Speicher und Weiterleiten der empfangenen Nachrichten an eine Steuereinheit (8.1, 8.2, 8.3), um dort Signalroutingfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen von einem zum anderen Datenbus und umgekehrt ausführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalroutingfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen zwischen den Datenbussystemen (2.1, 2.2, 2.3) zeitlich parallel zu einer der anderen parallel geschalteten Steuereinheiten abgearbeitet werden und dass die Hardware der Steuereinheiten (8.1, 8.2, 8.3) als eine oder mehrere rekonfigurierbare Hardwareeinheiten ausgeführt sind, die durch eine Hardwarebeschreibungssprache konfiguriert wird und deren Hardware so umkonfiguriert werden kann, dass weitere Steuereinheiten (8.1, 8.2,

8.3) mit Signalroutingfunktionen und/oder Protokollwandlungsfunktionen hinzugefügt werden.