EP2163044A2 - Motor vehicle - Google Patents

Motor vehicle

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Publication number
EP2163044A2
EP2163044A2 EP08758524A EP08758524A EP2163044A2 EP 2163044 A2 EP2163044 A2 EP 2163044A2 EP 08758524 A EP08758524 A EP 08758524A EP 08758524 A EP08758524 A EP 08758524A EP 2163044 A2 EP2163044 A2 EP 2163044A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
motor vehicle
vehicle control
ste
unit
data
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08758524A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Daniel Herrscher
Carlos Urquizar
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP2163044A2 publication Critical patent/EP2163044A2/en
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/42Loop networks
    • H04L12/437Ring fault isolation or reconfiguration
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00Data switching networks
    • H04L12/28Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40Bus networks
    • H04L2012/40267Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/40273Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle with a plurality of motor vehicle control devices.
  • MOST Media Oriented Systems Transport
  • MOST25 optical fibers
  • MOST50 electrical conductors
  • Ethernet The predominant technology for networking local computers in an office environment today is Ethernet, especially "100-Mbit Ethernet" (100BASE-TX / FX, standardized in IEEE 802.3). Based on the Ethernet standard, point-to-point Point connections and star topologies with one central switch possible.
  • FIG. 1 A known Ethernet star topology is shown in FIG.
  • Several devices STE are connected to each other via a central exchange V to exchange data.
  • Each connection between a device STE and the switch V consists of two twisted pairs (one pair for each transmission direction, 100BASE-TX), or two optical fibers (one optical fiber (LWL) for each transmission direction, 100BASE-FX).
  • Devices STE with assigned or built-in 3-port switch V can also be connected in series in a "daisy-chain" to avoid the central switching device V (see Figure 7).
  • the weight and costs for the cabling of 100BASE-TX / FX are relatively high, since two (possibly shielded) wire pairs or fiber-optic cables (including the respective plug) are required between two devices. While the cost of electronic components of the same functionality is getting smaller and smaller, the cable and plug costs for their connection remain almost constant.
  • the invention is based on the object of specifying a motor vehicle with data-exchanging motor vehicle control units, which has a low weight.
  • the invention is based initially on the recognition that the bandwidths of the known technologies used in motor vehicles for transmitting data are no longer sufficient for future requirements.
  • the invention is based on the idea to use the well-known from the office environment, extensively tested and a wide bandwidth enabling Ethernet standard in the motor vehicle.
  • well-known Ethemet topologies star, daisy chain
  • the associated additional weight and the associated additional costs speak first against the use of the Ethemet standard in motor vehicles.
  • the invention is based on the further idea of motor vehicle control devices by means of a simple Ethernet ring connect to each other (simply connected Ethemet ring). As a result, connection lines and thus weight can be saved. The costs can be reduced.
  • a preferred motor vehicle has a multiplicity of motor vehicle control devices which, in terms of data technology, are simply connected to one another annularly based on an Ethernet standard.
  • data or data frames in particular with respect to the ring and / or physically, are transmitted in one direction only.
  • a data exchange between two adjacent motor vehicle control units in both directions is possible: once on the direct connection between two motor vehicle control units, and once with the exclusion of the direct connection between the two motor vehicle control units "outside" on the connections between the further motor vehicle control units or between the switching units associated with these motor vehicle control units.
  • the invention is not limited to a particular Ethernet standard or a certain Ethemet york.
  • two data-technologically adjacent motor vehicle control devices for data transmission by exactly one (less than two) optical waveguide (optical Ethernet) or exactly one (less than two) twisted-pair connection (electrical Ethernet) are connected to each other to realize the simple ring.
  • connection lines can be saved and still all connected motor vehicle control units exchange data with each other.
  • the simple ring topology provides less bandwidth than a double ring topology or a star; but because the provided by the Ethemet standard bandwidth is much larger than, for example the bandwidth provided by a MOST bus, the bandwidth achievable by the invention is also sufficient for future data applications in motor vehicles.
  • a preferred embodiment of the invention provides that the motor vehicle control units each have a receiving unit for receiving (via the Ethernet ring) of data frame from a data processing adjacent motor vehicle control unit and a transmitting unit for sending (via the Ethernet ring) of data frame to a data technically associated with adjacent motor vehicle control unit.
  • the motor vehicle control units are each assigned a switching unit which is set up in such a way that at least the data frames received via the ring, in particular broadcast or multicast data frames originating from the assigned motor vehicle control unit, are discarded, in particular not by the transmitting unit be sent.
  • the vehicle control units respectively associated switching unit, in particular a switching engine, transmitting unit and receiving unit elements of - the motor vehicle control unit associated - Ethemet switch (Ethemet switching device).
  • the at least partial use of known and produced in large quantities for other applications Ethemet switches or Ethernet components the cost can be further reduced.
  • a send port and receive port can be disabled, left idle, or removed.
  • the motor vehicle control unit and the Ethemet switch are located on a common board.
  • the switching unit respectively assigned to the motor vehicle control units comprises a programmable logic unit or is part of it a programmable logic unit, which is in particular an element of the motor vehicle control unit itself or advantageously shares a circuit board with the motor vehicle control unit.
  • the transmission units and receiving unit respectively assigned to the motor vehicle control units are elements of a phy.
  • the motor vehicle control unit, said programmable logic unit and / or the Phy preferably share a common board.
  • the Phy may also be a part of one or the programmable logic unit, which in particular is an element of the motor vehicle control unit itself or advantageously shares a circuit board with the motor vehicle control unit.
  • FIG. 1 shows a simplified representation of a star topology
  • FIG. 2 shows a simplified representation of a daisy chain
  • FIG. 3 shows a simplified representation of a simple ring
  • FIG. 4 shows a simplified illustration of a motor vehicle
  • FIG. 5 shows a simplified illustration of a motor vehicle
  • FIG. 6 shows a simplified representation of a star topology
  • FIG. 7 shows a simplified representation of a daisy chain
  • Figures 1 to 3 each show four interconnected motor vehicle control units STE.
  • the motor vehicle control devices are, for example, navigation computer, radio, amplifier, telephone control unit.
  • the lines shown in dashed lines each represent a connecting line, in particular an optical fiber LWL or a twisted pair connecting line.
  • the arrows indicate the data transmission direction.
  • data-technically adjacent motor vehicle control units STE are connected to each other by two connecting lines; a trunk for each data transmission direction.
  • data-technically adjacent motor vehicle control units STE are each connected to one another by a connecting line.
  • a single connected ring of automotive ECUs requires fewer connections than a star or daisy chain.
  • a daisy-chain with n automotive control units requires 2 * (n-1) connection lines (for example, optical fiber LWLs) for connecting all motor vehicle control units; a star 2 * n and a ring only n. Due to the saved cables, the weight and the cable and connector costs are Thernet ring in about half of the star and daisy chain topology.
  • FIG. 4 shows, as part of such a simple Ethernet ring topology, a motor vehicle control unit STE which is connected to an Ethernet switch ES via a connection unit (port P3), which may comprise a transmission unit RX and a reception unit TX.
  • the Ethernet switch ES comprises as switching unit VE a switching engine.
  • Ethernet switch ES receives data via a connection unit P1, in particular via the associated receiving unit RX.
  • connection unit port P3
  • received data frames originating from the assigned motor vehicle control unit STE itself are discarded due to a corresponding program-technical device of the switching unit.
  • Other data frames, which are intended in particular for other motor vehicle control devices, on the other hand, are forwarded via a connection unit P2, in particular via the associated transmission unit TX, via the simple Ethernet ring to a data-processing-adjacent motor vehicle control unit (not shown).
  • the connection units, the motor vehicle control unit and the switching unit VE can be embodied on a common board P.
  • the transmission unit TX of the first connection unit P1 and the reception unit RX of the second connection unit P2 are not connected and switched off on the switch side or do not exist at all. These adjustments allow standard Ethemet components to be used to create a simply connected Ethemet ring.
  • Each motor vehicle control device of the ring is preferably assigned an Ethernet switch with at least three ports P1, P2, P3.
  • P1 is used only for receiving, P2 only for transmission, P3 for communication with the motor vehicle control unit. Only the Ethemet switch is responsible for the ring communication.
  • the ring topology is transparent.
  • the routing tables of the Ethernet switches are arranged to circulate all data frames to the receiver's Ethernet switch (receiver-vehicle controller) and then to the receiver-vehicle controller. This is achieved by data frame with the destination address of the connected motor vehicle control unit are forwarded to P3 through each Ethernet switch, as well as all broadcast and registered by the vehicle control unit Multicastrahmen. In addition, all broadcast and multicast frames, as well as all data frames with unknown receivers are routed to P2.
  • the Ethernet switches are set up to discard all data frames arriving at P1 sent by the motor vehicle control unit connected to the P3 were. This can be detected by the Ethernet switch either at the sender address or another, in particular specially introduced, feature of the data frame.
  • Ethernet switches An alternative implementation variant for the use of Ethernet switches is based on the use of an Ethernet Phy and a further module (For example, a FPGA), which are each assigned to a ring-participating motor vehicle control unit STE ( Figure 5).
  • a PHY is a special semiconductor device or functional group of circuitry responsible for encoding and decoding data between a purely digital system and a modulated analog system. PHY stands in particular for the physical interface.
  • the switching unit VE can be realized by a suitably configured logic, in particular an FPGA.
  • the FPGA may also be part of the motor vehicle control unit.
  • the transmitting unit TX, the receiving unit RX, the motor vehicle control unit STE and the switching unit VE can be embodied on a common board P.
  • the switching unit VE is set up in such a way that:

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Small-Scale Networks (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a motor vehicle comprising a plurality of motor vehicle control devices (STE) which are singly interconnected in a ring-shaped manner on the basis of an Ethernet standard. In said motor vehicle, data is transmitted only in one direction between two motor vehicle control devices (STE) which adjoin each other in a data-related manner.

Description

Kraftfahrzeug motor vehicle
Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Vielzahl von Kraftfahrzeug- Steuergeräten.The invention relates to a motor vehicle with a plurality of motor vehicle control devices.
Zur Datenübertragung zwischen Kraftfahrzeug-Steuergeräten hat sich der so genannte MOST-Bus (MOST = Media Oriented Systems Transport) etabliert. Es handelt sich dabei um ein serielles Bussystem zur Übertragung von Daten über Lichtwellenleiter (MOST25) oder über elektrische Leiter (MOST50). Für den in Zukunft weiter zunehmenden Einsatz von Informationstechnologien im Kraftfahrzeug, die beispielsweise auch den Zugriff auf Festplatten umfassen werden, wird die über den MOST-Bus übertragbare Bandbreite nicht mehr ausreichen.For data transmission between motor vehicle control devices, the so-called MOST bus (MOST = Media Oriented Systems Transport) has been established. It is a serial bus system for the transmission of data via optical fibers (MOST25) or via electrical conductors (MOST50). For the future in the increasing use of information technology in motor vehicles, which will include, for example, access to hard drives, the transferable via the MOST bus bandwidth is no longer sufficient.
Die heute vorherrschende Technologie zur Vernetzung von lokalen Rechnern in einer Büroumgebung ist Ethernet, insbesondere „100-Mbit-Ethernet" (100BASE-TX/FX, standardisiert in IEEE 802.3). Basierend auf dem Ether- net-Standard sind bislang Punkt-zu-Punkt-Verbindungen und Stern- Topologien mit einem zentralen Switch möglich.The predominant technology for networking local computers in an office environment today is Ethernet, especially "100-Mbit Ethernet" (100BASE-TX / FX, standardized in IEEE 802.3). Based on the Ethernet standard, point-to-point Point connections and star topologies with one central switch possible.
Eine bekannte Ethernet-Sterntopologie ist in Figur 6 gezeigt. Mehrere Geräte STE sind über eine zentrale Vermittlungseinrichtung V miteinander verbunden, um Daten auszutauschen. Jede Verbindung zwischen einem Gerät STE und der Vermittlungseinrichtung V besteht aus zwei verdrillten Aderpaaren („Twisted Pair", ein Paar für jede Übertragungsrichtung, 100BASE-TX), oder zwei Lichtwellenleitern (ein Lichtwellenleiter (LWL) für jede Übertragungsrichtung, 100BASE-FX).A known Ethernet star topology is shown in FIG. Several devices STE are connected to each other via a central exchange V to exchange data. Each connection between a device STE and the switch V consists of two twisted pairs (one pair for each transmission direction, 100BASE-TX), or two optical fibers (one optical fiber (LWL) for each transmission direction, 100BASE-FX).
Geräte STE mit zugeordnetem oder eingebautem 3-Port-Switch V können auch hintereinander in einer „Daisy-Chain" geschaltet werden, um die zentrale Vermittlungseinrichtung V zu vermeiden (siehe Figur 7). Das Gewicht und die Kosten für die Verkabelung von 100BASE-TX/FX sind relativ hoch, da zwischen zwei Geräten zwei (ggf. geschirmte) Aderpaare oder Lichtwellenleiter (incl. der jeweiligen Stecker) nötig sind. Während die Kosten für Elektronikkomponenten gleicher Funktionalität immer kleiner werden, bleiben die Kabel- und Steckerkosten für deren Verbindung fast konstant.Devices STE with assigned or built-in 3-port switch V can also be connected in series in a "daisy-chain" to avoid the central switching device V (see Figure 7). The weight and costs for the cabling of 100BASE-TX / FX are relatively high, since two (possibly shielded) wire pairs or fiber-optic cables (including the respective plug) are required between two devices. While the cost of electronic components of the same functionality is getting smaller and smaller, the cable and plug costs for their connection remain almost constant.
Eine Reduzierung des Fahrzeuggewichts ist ein zentrales Anliegen bei der der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge.A reduction in vehicle weight is a key concern in the development of modern motor vehicles.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Kraftfahrzeug mit datenaustauschenden Kraftfahrzeug-Steuergeräten anzugeben, das ein niedriges Gewicht hat.The invention is based on the object of specifying a motor vehicle with data-exchanging motor vehicle control units, which has a low weight.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.This object is solved by the features of the independent claim. Advantageous developments of the invention can be found in the dependent claims.
Die Erfindung basiert zunächst auf der Erkenntnis, dass die Bandbreiten der bekannten, in Kraftfahrzeugen eingesetzten Technologien zur Übertragung von Daten für zukünftige Anforderungen nicht mehr ausreichen.The invention is based initially on the recognition that the bandwidths of the known technologies used in motor vehicles for transmitting data are no longer sufficient for future requirements.
Die Erfindung basiert auf dem Gedanken, den aus der Büroumgebung bekannten, ausgiebig erprobten und eine große Bandbreite ermöglichenden Ethernet-Standard im Kraftfahrzeug einzusetzen. Allerdings erfordern bekannte Ethemet-Topologien (Stern, Daisy-Chain) einen großen Verkabelungsaufwand. Das damit verbundene Zusatzgewicht und die damit verbundenen Zusatzkosten sprechen zunächst gegen einen Einsatz des Ethemet- Standards im Kraftfahrzeug. Die Erfindung basiert nun auf dem weiteren Gedanken, Kraftfahrzeug-Steuergeräte mittels eines einfachen Ethernet-Ringes miteinander zu verbinden (einfach verbundener Ethemet-Ring). Dadurch können Verbindungsleitungen und damit Gewicht eingespart werden. Auch die Kosten können dadurch reduziert werden.The invention is based on the idea to use the well-known from the office environment, extensively tested and a wide bandwidth enabling Ethernet standard in the motor vehicle. However, well-known Ethemet topologies (star, daisy chain) require a lot of cabling. The associated additional weight and the associated additional costs speak first against the use of the Ethemet standard in motor vehicles. The invention is based on the further idea of motor vehicle control devices by means of a simple Ethernet ring connect to each other (simply connected Ethemet ring). As a result, connection lines and thus weight can be saved. The costs can be reduced.
Ein bevorzugtes Kraftfahrzeug weist eine Vielzahl von Kraftfahrzeug- Steuergeräten auf, die datentechnisch basierend auf einem Ethernet- Standard einfach ringförmig miteinander verbunden sind. Jeweils zwischen zwei datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergeräten werden Daten oder Datenrahmen, insbesondere bezüglich des Rings und/oder physikalisch, nur in eine Richtung übertragen. Auch auf diese Weise ist ein Datenaustausch zwischen zwei benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergeräten in beide Richtungen möglich: einmal über die direkte Verbindung zwischen beiden Kraftfahrzeug-Steuergeräten, und einmal unter Ausschluss der direkten Verbindung zwischen beiden Kraftfahrzeug-Steuergeräten "außen herum" über die Verbindungen zwischen den weiteren Kraftfahrzeug-Steuergeräten bzw. zwischen den diesen Kraftfahrzeug-Steuergeräten zugeordneten Vermittlungseinheiten. Die Erfindung ist dabei nicht auf einen bestimmten Ethernet- standard oder eine bestimmte Ethemetgeschwindigkeit beschränkt.A preferred motor vehicle has a multiplicity of motor vehicle control devices which, in terms of data technology, are simply connected to one another annularly based on an Ethernet standard. In each case between two data-technologically adjacent motor vehicle control units, data or data frames, in particular with respect to the ring and / or physically, are transmitted in one direction only. In this way, a data exchange between two adjacent motor vehicle control units in both directions is possible: once on the direct connection between two motor vehicle control units, and once with the exclusion of the direct connection between the two motor vehicle control units "outside" on the connections between the further motor vehicle control units or between the switching units associated with these motor vehicle control units. The invention is not limited to a particular Ethernet standard or a certain Ethemetgeschwindigkeit.
Vorzugsweise sind zur Realisierung des einfachen Ringes jeweils zwei datentechnisch benachbarte Kraftfahrzeug-Steuergeräte zur Datenübertragung durch genau einen (weniger als zwei) Lichtwellenleiter (optisches Ethernet) oder genau eine (weniger als zwei) Twisted-Pair-Verbindung (elektrisches Ethernet) miteinander verbunden.Preferably, two data-technologically adjacent motor vehicle control devices for data transmission by exactly one (less than two) optical waveguide (optical Ethernet) or exactly one (less than two) twisted-pair connection (electrical Ethernet) are connected to each other to realize the simple ring.
Durch die einfache Ringtopologie können Verbindungsleitungen eingespart werden und dennoch alle angeschlossenen Kraftfahrzeug-Steuergeräte Daten miteinander austauschen. Die einfache Ringtopologie stellt zwar gegenüber einer zweifachen Ringtopologie oder gegenüber einem Stern eine geringere Bandbreite zur Verfügung; da aber die durch den Ethemet-Standard zur Verfügung gestellte Bandbreite wesentlich größer ist als beispielsweise die durch einen MOST-Bus bereit gestellte Bandbreite, ist die durch die Erfindung erzielbare Bandbreite auch für zukünftige Datenanwendungen im Kraftfahrzeug ausreichend.Due to the simple ring topology, connection lines can be saved and still all connected motor vehicle control units exchange data with each other. The simple ring topology provides less bandwidth than a double ring topology or a star; but because the provided by the Ethemet standard bandwidth is much larger than, for example the bandwidth provided by a MOST bus, the bandwidth achievable by the invention is also sufficient for future data applications in motor vehicles.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass den Kraftfahrzeug-Steuergeräten jeweils eine Empfangseinheit zum Empfang (über den Ethernet-Ring) von Datenrahmen von einem datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergerät und eine Sendeeinheit zum Senden (über den Ethernet-Ring) von Datenrahmen zu einem datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergerät zugeordnet ist. Außerdem ist den Kraftfahrzeug-Steuergeräten jeweils eine Vermittlungseinheit zugeordnet, die derart eingerichtet ist, dass zumindest die über den Ring empfangenen Datenrahmen, insbesondere Broadcast- oder Multicast-Datenrahmen, die von dem zugeordneten Kraftfahrzeug-Steuergerät stammen, verworfen werden, insbesondere nicht durch die Sendeeinheit gesendet werden.A preferred embodiment of the invention provides that the motor vehicle control units each have a receiving unit for receiving (via the Ethernet ring) of data frame from a data processing adjacent motor vehicle control unit and a transmitting unit for sending (via the Ethernet ring) of data frame to a data technically associated with adjacent motor vehicle control unit. In addition, the motor vehicle control units are each assigned a switching unit which is set up in such a way that at least the data frames received via the ring, in particular broadcast or multicast data frames originating from the assigned motor vehicle control unit, are discarded, in particular not by the transmitting unit be sent.
Besonders bevorzugt sind die den Kraftfahrzeug-Steuergeräten jeweils zugeordnete Vermittlungseinheit, insbesondere eine Switching-Engine, Sendeeinheit und Empfangseinheit Elemente eines - dem Kraftfahrzeug- Steuergerät zugeordneten - Ethemet-Switches (Ethemet- Vermittlungseinrichtung). Insbesondere durch die zumindest teilweise Verwendung an sich bekannter und in großen Stückzahlen für andere Einsatzgebiete hergestellter Ethemet-Switches oder Ethernet-Komponenten können die Kosten weiter reduziert werden. Bei - für den Einsatz in einer Stern- Topologie ausgerüsteten - Ethemet-Switches können ein Sendeport und ein Empfangsport deaktiviert werden, ungenützt bleiben oder entfernt werden. Insbesondere befinden sich dabei das Kraftfahrzeug-Steuergerät und der Ethemet-Switch auf einer gemeinsamen Platine.Particularly preferred are the vehicle control units respectively associated switching unit, in particular a switching engine, transmitting unit and receiving unit elements of - the motor vehicle control unit associated - Ethemet switch (Ethemet switching device). In particular, the at least partial use of known and produced in large quantities for other applications Ethemet switches or Ethernet components, the cost can be further reduced. In Ethemet switches equipped for star topology, a send port and receive port can be disabled, left idle, or removed. In particular, the motor vehicle control unit and the Ethemet switch are located on a common board.
Alternativ dazu umfasst die den Kraftfahrzeug-Steuergeräten jeweils zugeordnete Vermittlungseinheit eine programmierbare Logikeinheit oder ist Teil einer programmierbaren Logikeinheit, die insbesondere ein Element des Kraftfahrzeug-Steuergerätes selbst ist oder sich vorteilhafterweise mit dem Kraftfahrzeug-Steuergerät eine Platine teilt.Alternatively, the switching unit respectively assigned to the motor vehicle control units comprises a programmable logic unit or is part of it a programmable logic unit, which is in particular an element of the motor vehicle control unit itself or advantageously shares a circuit board with the motor vehicle control unit.
Vorzugsweise sind die den Kraftfahrzeug-Steuergeräten jeweils zugeordnete Sendeeinheit und Empfangseinheit Elemente eines Phy. Das Kraftfahrzeug- Steuergerät, die genannte programmierbare Logikeinheit und/oder das Phy teilen sich vorzugsweise eine gemeinsame Platine. Alternativ oder ergänzend dazu kann auch das Phy ein Teil einer oder der programmierbaren Logikeinheit sein, die insbesondere ein Element des Kraftfahrzeug- Steuergerätes selbst ist oder sich vorteilhafterweise mit dem Kraftfahrzeug- Steuergerät eine Platine teilt.Preferably, the transmission units and receiving unit respectively assigned to the motor vehicle control units are elements of a phy. The motor vehicle control unit, said programmable logic unit and / or the Phy preferably share a common board. Alternatively or additionally, the Phy may also be a part of one or the programmable logic unit, which in particular is an element of the motor vehicle control unit itself or advantageously shares a circuit board with the motor vehicle control unit.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren näher erläutert:In the following, the invention is explained in more detail by means of examples with reference to the following figures:
Figur 1 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Sterntopologie zurFIG. 1 shows a simplified representation of a star topology for
Verbindung von vier Geräten;Connection of four devices;
Figur 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Daisy-Chain-FIG. 2 shows a simplified representation of a daisy chain
Topologie zur Verbindung von vier Geräten;Topology for connecting four devices;
Figur 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer einfachen Ring-FIG. 3 shows a simplified representation of a simple ring
Topologie zur Verbindung von vier Geräten;Topology for connecting four devices;
Figur 4 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeug-FIG. 4 shows a simplified illustration of a motor vehicle
Steuergerätes mit zugeordnetem Ethernet Switch;Control unit with assigned Ethernet switch;
Figur 5 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeug-FIG. 5 shows a simplified illustration of a motor vehicle
Steuergerätes mit zugeordneter Vermittlungseinheit, die in einer programmierbaren Logikeinheit realisiert ist; Figur 6 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer SterntopologieControl unit with associated switching unit, which is implemented in a programmable logic unit; FIG. 6 shows a simplified representation of a star topology
(Stand der Technik);(State of the art);
Figur 7 zeigt eine vereinfachte Darstellung einer Daisy-Chain-FIG. 7 shows a simplified representation of a daisy chain
Topologie (Stand der Technik).Topology (prior art).
Die Figuren 1 bis 3 zeigen jeweils vier miteinander verbundene Kraftfahrzeug-Steuergeräte STE. Bei den Kraftfahrzeug-Steuergeräten handelt es sich beispielsweise um Navigationsrechner, Radio, Verstärker, Telefon- Steuergerät.Figures 1 to 3 each show four interconnected motor vehicle control units STE. The motor vehicle control devices are, for example, navigation computer, radio, amplifier, telephone control unit.
Die gestrichelt dargestellten Linien stellen jeweils eine Verbindungsleitung, insbesondere einen Lichtwellenleiter LWL oder eine Twisted-Pair Verbindungsleitung, dar. Die Pfeile geben die Datenübertragungsrichtung an. Bei der in Figur 1 gezeigten Sterntopologie und der in Figur 2 gezeigten Daisy- Chain-Topologie sind datentechnisch benachbarte Kraftfahrzeug- Steuergeräte STE jeweils durch zwei Verbindungsleitungen miteinander verbunden; eine Verbindungsleitung für jede Datenübertragungsrichtung. Bei der in Figur 3 gezeigten einfachen Ringtopologie sind datentechnisch benachbarte Kraftfahrzeug-Steuergeräte STE jeweils durch eine Verbindungsleitung miteinander verbunden.The lines shown in dashed lines each represent a connecting line, in particular an optical fiber LWL or a twisted pair connecting line. The arrows indicate the data transmission direction. In the star topology shown in FIG. 1 and the daisy chain topology shown in FIG. 2, data-technically adjacent motor vehicle control units STE are connected to each other by two connecting lines; a trunk for each data transmission direction. In the case of the simple ring topology shown in FIG. 3, data-technically adjacent motor vehicle control units STE are each connected to one another by a connecting line.
In jedem Szenario mit mindestens drei Kraftfahrzeug-Steuergeräten STE benötigt ein einfach verbundener Ring von Kraftfahrzeug-Steuergeräten weniger Verbindungen als ein Stern oder eine Daisy Chain. Je mehr Kraftfahrzeug-Steuergeräte im Netz sind, desto größer ist das Einsparpotential. Eine Daisy-Chain mit n Kraftfahrzeug-Steuergeräten benötigt 2*(n-1 ) Verbindungsleitungen (beispielsweise Lichtwellenleier LWLs) zur Verbindung aller Kraftfahrzeug-Steuergeräte; ein Stern 2*n und ein Ring nur n. Durch die eingesparten Kabel sind das Gewicht und die Kabel- und Steckerkosten beim E- thernet-Ring gegenüber der Stern- und Daisy-Chain-Topologie in etwa halbiert.In any scenario with at least three automotive ECUs STE, a single connected ring of automotive ECUs requires fewer connections than a star or daisy chain. The more vehicle control units in the network, the greater the savings potential. A daisy-chain with n automotive control units requires 2 * (n-1) connection lines (for example, optical fiber LWLs) for connecting all motor vehicle control units; a star 2 * n and a ring only n. Due to the saved cables, the weight and the cable and connector costs are Thernet ring in about half of the star and daisy chain topology.
Figur 4 zeigt als Teil einer solchen einfachen Ethernet-Ringtopologie ein Kraftfahrzeug-Steuergerät STE, das über eine Anschlusseinheit (Port P3), die eine Sendeeinheit RX und eine Empfangseinheit TX umfassen kann, mit einem Ethemet-Switch ES verbunden ist. Der Ethernet-Switch ES umfasst als Vermittlungseinheit VE eine Switching Engine.FIG. 4 shows, as part of such a simple Ethernet ring topology, a motor vehicle control unit STE which is connected to an Ethernet switch ES via a connection unit (port P3), which may comprise a transmission unit RX and a reception unit TX. The Ethernet switch ES comprises as switching unit VE a switching engine.
Von einem datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergerät (nicht dargestellt) empfängt der Ethernet-Switch ES über eine Anschlusseinheit P1 , insbesondere über die zugehörige Empfangseinheit RX, Datenrahmen.From a data-technically adjacent motor vehicle control unit (not shown), the Ethernet switch ES receives data via a connection unit P1, in particular via the associated receiving unit RX.
Diese Datenrahmen werden von der Vermittlungseinheit VE hinsichtlich ihrer Herkunft und ihres Zieles untersucht. Die für das zugehörige Kraftfahrzeug- Steuergerät STE bestimmten Datenrahmen werden über die Anschlusseinheit (Port P3) an das Kraftfahrzeug-Steuergerät STE weitergeleitet. Insbesondere empfangene Datenrahmen, die von dem zugeordneten Kraftfahrzeug-Steuergerät STE selbst stammen, werden aufgrund einer entsprechenden programmtechnischen Einrichtung der Vermittlungseinheit verworfen. Andere Datenrahmen, die insbesondere für andere Kraftfahrzeug- Steuergeräte bestimmt sind, werden dagegen über eine Anschlusseinheit P2, insbesondere über die zugehörige Sendeinheit TX über den einfachen E- thernet-Ring an eine datentechnisch benachbarte Kraftfahrzeug-Steuergerät (nicht dargestellt) weitergeleitet. Die Anschlusseinheiten, das Kraftfahrzeug- Steuergerät und die Vermittlungseinheit VE können dabei auf einer gemeinsamen Platine P ausgeführt sein.These data frames are examined by the switching unit VE with regard to their origin and their destination. The data frames intended for the associated motor vehicle control unit STE are forwarded via the connection unit (port P3) to the motor vehicle control unit STE. In particular, received data frames originating from the assigned motor vehicle control unit STE itself are discarded due to a corresponding program-technical device of the switching unit. Other data frames, which are intended in particular for other motor vehicle control devices, on the other hand, are forwarded via a connection unit P2, in particular via the associated transmission unit TX, via the simple Ethernet ring to a data-processing-adjacent motor vehicle control unit (not shown). The connection units, the motor vehicle control unit and the switching unit VE can be embodied on a common board P.
Die Sendeeinheit TX der ersten Anschlusseinheit P1 und die Empfangseinheit RX der zweiten Anschlusseinheit P2 sind nicht beschaltet und switchsei- tig abgeschaltet oder gar nicht vorhanden. Durch diese Anpassungen kann mit Standard-Ethemet-Komponenten ein einfach verbundener Ethemet-Ring realisiert werden.The transmission unit TX of the first connection unit P1 and the reception unit RX of the second connection unit P2 are not connected and switched off on the switch side or do not exist at all. These adjustments allow standard Ethemet components to be used to create a simply connected Ethemet ring.
Vorzugsweise ist jedem Kraftfahrzeug-Steuergerät des Rings ein Ethernet- Switch mit mindestens drei Ports P1 , P2, P3 zugeordnet. P1 wird nur zum Empfangen verwendet, P2 nur zum Senden, P3 zur Kommunikation mit dem Kraftfahrzeug-Steuergerät. Allein der Ethemet-Switch ist für die Ring- Kommunikation zuständig. Für das an P3 angeschlossene Kraftfahrzeug- Steuergerät ist die Ring-Topologie transparent. Die Weiterleitungstabellen der Ethernet-Switches sind so eingerichtet, dass alle Datenrahmen bis zum Ethernet-Switch des Empfängers (Empfänger-Kraftfahrzeug-Steuergerät) zirkulieren und dann dem Empfänger-Kraftfahrzeug-Steuergerät zugestellt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass durch jeden Ethernet-Switch Datenrahmen mit der Zieladresse des angeschlossenen Kraftfahrzeug- Steuergeräts zu P3 weitergeleitet werden, ebenso wie alle Broadcast- und die vom Kraftfahrzeug-Steuergerät registrierten Multicastrahmen. Außerdem werden alle Broad- und Multicastrahmen, sowie alle Datenrahmen mit unbekannten Empfängern zu P2 geleitet.Each motor vehicle control device of the ring is preferably assigned an Ethernet switch with at least three ports P1, P2, P3. P1 is used only for receiving, P2 only for transmission, P3 for communication with the motor vehicle control unit. Only the Ethemet switch is responsible for the ring communication. For the motor vehicle control unit connected to P3, the ring topology is transparent. The routing tables of the Ethernet switches are arranged to circulate all data frames to the receiver's Ethernet switch (receiver-vehicle controller) and then to the receiver-vehicle controller. This is achieved by data frame with the destination address of the connected motor vehicle control unit are forwarded to P3 through each Ethernet switch, as well as all broadcast and registered by the vehicle control unit Multicastrahmen. In addition, all broadcast and multicast frames, as well as all data frames with unknown receivers are routed to P2.
Um zu verhindern, dass Datenrahmen, deren Empfänger nicht existieren, sowie Broad- und Multicastrahmen endlos auf dem Ring zirkulieren, sind die Ethernet-Switches derart eingerichtet, dass alle an P1 ankommenden Datenrahmen verworfen werden, die von dem am P3 angeschlossenen Kraftfahrzeug-Steuergerät gesendet wurden. Dies kann der Ethernet-Switch entweder an der Senderadresse oder einem anderen, insbesondere eigens hierfür eingeführten, Merkmal des Datenrahmens erkennen.To prevent data frames whose receivers do not exist and broadcast and multicast frames from circulating endlessly around the ring, the Ethernet switches are set up to discard all data frames arriving at P1 sent by the motor vehicle control unit connected to the P3 were. This can be detected by the Ethernet switch either at the sender address or another, in particular specially introduced, feature of the data frame.
Eine zum Einsatz von Ethernet-Switches alternative Realisierungsvariante basiert auf dem Einsatz eines Ethernet Phy und eines weiteren Bausteins (z.B. eines FPGA), die jeweils einem ringteilnehmenden Kraftfahrzeug- Steuergerät STE zugeordnet sind (Figur 5).An alternative implementation variant for the use of Ethernet switches is based on the use of an Ethernet Phy and a further module (For example, a FPGA), which are each assigned to a ring-participating motor vehicle control unit STE (Figure 5).
Ein PHY ist ein spezieller Halbleiterbaustein oder eine funktionelle Gruppe eines Schaltkreises, die für die Codierung und Decodierung von Daten zwischen einem rein digitalen System und einem modulierten analogen System zuständig ist. PHY steht dabei insbesondere für die physikalische Schnittstelle.A PHY is a special semiconductor device or functional group of circuitry responsible for encoding and decoding data between a purely digital system and a modulated analog system. PHY stands in particular for the physical interface.
Dem Phy zugeordnet sind eine Sendeeinheit TX und eine Empfangseinheit RX. Die Vermittlungseinheit VE kann durch eine geeignet eingerichtete Logik, insbesondere einen FPGA, realisiert sein. Dabei kann der FPGA auch ein Teil des Kraftfahrzeug-Steuergerätes sein. Die Sendeeinheit TX, die Empfangseinheit RX, das Kraftfahrzeug-Steuergerät STE und die Vermittlungseinheit VE können dabei auf einer gemeinsamen Platine P ausgeführt sein.Associated with the Phy are a transmitting unit TX and a receiving unit RX. The switching unit VE can be realized by a suitably configured logic, in particular an FPGA. In this case, the FPGA may also be part of the motor vehicle control unit. The transmitting unit TX, the receiving unit RX, the motor vehicle control unit STE and the switching unit VE can be embodied on a common board P.
Die Vermittlungseinheit VE ist dabei derart eingerichtet, dass:The switching unit VE is set up in such a way that:
- vom Kraftfahrzeug-Steuergerät gesendete Datenrahmen an den Phy durchgeleitet werden, und dadurch an den nächsten Ringteilnehmer geschickt werden.- Data sent by the vehicle control unit data frame are passed to the Phy, and thereby sent to the next ring participant.
- vom Ethernet-Ring ankommende Datenrahmen, deren Quelladresse der des Kraftfahrzeug-Steuergerät entspricht, verworfen werden.- From the Ethernet ring incoming data frame whose source address that corresponds to the motor vehicle control unit, be discarded.
- vom Ethernet-Ring ankommende Datenrahmen, deren Zieladresse der des Kraftfahrzeug-Steuergeräts entspricht, zum Kraftfahrzeug-Steuergerät geschickt werden; dies gilt auch für alle Broadcast- und solche Multicastrah- men, für die das Kraftfahrzeug-Steuergerät registriert ist. - vom Ethernet-Ring ankommende Datenrahmen mit anderen Zieladressen, sowie alle Broadcast- und Multicastrahmen, die nicht verworfen wurden, zum nächsten Ringteilnehmer weitergeleitet werden. - From the Ethernet ring incoming data frame, the destination address of which corresponds to the motor vehicle control unit, are sent to the motor vehicle control unit; This also applies to all broadcast and such multicast frames for which the motor vehicle control unit is registered. - Data frames arriving from the Ethernet ring with other destination addresses, as well as all broadcast and multicast frames that have not been discarded, are forwarded to the next ring subscriber.

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftfahrzeug1. Motor vehicle
- mit einer Vielzahl von Kraftfahrzeug-Steuergeräten (STE), die datentechnisch basierend auf einem Ethernet-Standard einfach ringförmig miteinander verbunden sind,with a plurality of motor vehicle control units (STE), which are connected to one another in terms of data technology based on an Ethernet standard, simply ring-shaped,
- bei dem jeweils zwischen zwei datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug- Steuergeräten (STE) Daten nur in eine Richtung übertragen werden.- In each case between two data technically adjacent motor vehicle control units (STE) data are transmitted in one direction only.
2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 , bei dem jeweils zwei datentechnisch benachbarte Kraftfahrzeug- Steuergeräte (STE) zur Datenübertragung durch genau einen Lichtwellenleiter (LWL) oder genau eine Twisted-Pair-Verbindung miteinander verbunden sind.2. Motor vehicle according to claim 1, wherein in each case two data-technically adjacent motor vehicle control units (STE) for data transmission by exactly one optical waveguide (LWL) or exactly one twisted pair connection are interconnected.
3. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem den Kraftfahrzeug-Steuergeräten (STE) jeweils eine Empfangseinheit (RX) zum Empfang von Datenrahmen von einem datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergerät (STE) und eine Sendeeinheit (TX) zum Senden von Datenrahmen zu einem datentechnisch benachbarten Kraftfahrzeug-Steuergerät (STE) zugeordnet ist, und bei dem den Kraftfahrzeug-Steuergeräten (STE) jeweils eine Vermittlungseinheit (VE) zugeordnet ist, die derart eingerichtet ist, dass empfangene Datenrahmen, die von dem zugeordneten Kraftfahrzeug-Steuergerät (STE) stammen, verworfen werden.3. Motor vehicle according to one of the preceding claims, wherein the motor vehicle control units (STE) each have a receiving unit (RX) for receiving data frames from a data processing adjacent motor vehicle control unit (STE) and a transmitting unit (TX) for sending data frames to a is assigned to the data-technologically adjacent motor vehicle control unit (STE), and in which the motor vehicle control units (STE) are each assigned a switching unit (VE) which is set up in such a way that received data frames originate from the assigned motor vehicle control unit (STE) , be discarded.
4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die einem Kraftfahrzeug-Steuergerät (STE) jeweils zugeordnete Vermittlungseinheit, Sendeeinheit und Empfangseinheit Elemente eines Ethernet-Switches sind. 4. Motor vehicle according to one of the preceding claims, in which the motor vehicle control unit (STE) respectively associated switching unit, transmitting unit and receiving unit are elements of an Ethernet switch.
5. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die einem Kraftfahrzeug-Steuergerät (STE) jeweils zugeordnete Vermittlungseinheit eine programmierbare Logikeinheit umfasst oder Teil einer programmierbaren Logikeinheit ist.5. Motor vehicle according to one of the preceding claims, in which the vehicle control unit (STE) respectively associated switching unit comprises a programmable logic unit or is part of a programmable logic unit.
6. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die einem Kraftfahrzeug-Steuergerät (STE) jeweils zugeordnete Sendeeinheit und Empfangseinheit Elemente eines Phy sind. 6. Motor vehicle according to one of the preceding claims, in which the motor vehicle control unit (STE) respectively associated transmitting unit and receiving unit are elements of a Phy.
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