EP2801004A1 - Steuereinheit zur gerätesteuerung - Google Patents

Steuereinheit zur gerätesteuerung

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Publication number
EP2801004A1
EP2801004A1 EP12816001.7A EP12816001A EP2801004A1 EP 2801004 A1 EP2801004 A1 EP 2801004A1 EP 12816001 A EP12816001 A EP 12816001A EP 2801004 A1 EP2801004 A1 EP 2801004A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control unit
card controller
microcontroller
control
software
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
EP12816001.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Rankl
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.)
Giesecke+Devrient Mobile Security Germany GmbH
Original Assignee
Giesecke+Devrient GmbH
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 Giesecke+Devrient GmbH filed Critical Giesecke+Devrient GmbH
Publication of EP2801004A1 publication Critical patent/EP2801004A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Program-control systems
    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/04—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Program control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
    • G05B19/0421—Multiprocessor system

Definitions

  • the present invention relates to a control unit for controlling technical devices and the programming of such a control unit.
  • Microcontrollers for controlling devices e.g. self-sufficient sensors or actuators, components in sensor networks, devices in M2M-Computmg and small industrial controls, such as heating or alarm systems and the like, as well as controls of household appliances, have already found widespread use.
  • microcontrollers usually requires a lot of experience and is time consuming and costly. In most cases, near-hardware programming, e.g. in a programming language such as assembler or C, required. For the most part, a developer must first familiarize himself with the requirements of a microcontro- server that is to be pro- grammed. In addition, programming of such microcontrollers requires only very simple development environments equipped with basic functionalities. As a rule, these development environments are assigned to the respective microcontractor and thus differ for different microcontrollers. Consequently, the resulting development times for program development and the resulting development costs are comparatively high. In US 5,896,507 additional commands are reloaded into the card of the terminal so that a server can call these commands.
  • the object of the present invention is to provide a cost-effective control unit. This object is solved by the features of the independent claims. Advantageous embodiments and further developments of the invention are specified in the dependent claims.
  • a control unit for controlling devices accordingly comprises a microcontroller with at least one interface for communication with a device to be controlled.
  • the device to be controlled is of a predetermined type of device.
  • the control unit further comprises a control software specific to the device type.
  • the control software determines control signals which are provided to control the device from the predetermined device type via the device interface.
  • Conventionally, such software has been executed on the microcontroller.
  • a chip card controller is connected to the microcontroller, which stores and executes the control software.
  • the control unit is enabled by the control software to determine control signals for the device from the predetermined device type.
  • the microcontroller itself can not control the device.
  • the microcontroller can be used for different device types of a device class.
  • the interface (s) of the microcontroller is configured to send control signals to the device and to receive device signals from the device. Control and device signals can be analog and / or digital signals.
  • the microcontroller has an operating software specific to the controller (processor). For a device class that includes a variety of different device types, the device interface function of the microprocessor is specific.
  • a smart card controller interface function, via which the control software can call the device interface function, is generic, ie depending on device type and device class.
  • the smart card controller forwards incoming device signals via the device interface to the chip card controller. If, for example, an analog device signal is present continuously, the smart card controller can set how often or in which cycle the current value of the device signal is to be transmitted to it.
  • the chip card controller can provide the MikrocontroUer with, for example, the device interface function, the forwarding function and / or its configuration.
  • the control software determines the necessary control signals.
  • the initialization phase between chip card controller and microcontroller is preferably carried out only once, for example during the first startup of the control unit.
  • the initialization phase is supported by an initialization software in the chip card controller.
  • a be- operating software of the microprocessor and software for communication with the chip card controller must be provided in advance in the microcontroller.
  • the smart card controller automatically switches to a control mode. This switching can be done for example by automatic selection of the control software instead of the initialization software.
  • An efficient method of providing controllers for different types of devices is based on microcontrollers that can be used for devices of different types of devices.
  • a microcontroller is permanently connected to a smart card controller.
  • a corresponding device-specific control software is loaded on the smart card controller.
  • the control software is stored on the smart card controller and is provided for execution on the smart card controller.
  • a development environment can be used to program the device-specific control software stored on and executed by the smart card controller.
  • the fact that the control is executed on the smart card controller these can be in any high-level language, eg. B. Java, and programmed using conventional well-known and equipped with a variety of functional development environments more comfortable and efficient than in the conventional controller programming is possible.
  • An introduction of the developer in the programming of the underlying microcontroller can thus be omitted in the programming of the essential for the device control special functions. This results in shorter development times and correspondingly lower development costs.
  • the invention can be realized with conventional chip card controllers which can be easily connected to the microcontroller in accordance with known communication protocols and which can provide the control unit with additional computing and storage capacities in a cost-effective manner, which in conventional micro-controllers only at significantly higher costs or at substantially the same cost.
  • the control unit according to the invention is particularly suitable for controlling sensors and actuators, which can also act autonomously. Controllable by means of the operating and control software of the control unit are further independently communicating devices in M2M computing applications and small industrial equipment, such as heating or alarm systems, but also model or household appliances such. Washing machines, dishwashers, toasters and the like.
  • control unit for a device
  • control unit which is permanently installed in the device
  • Figure 1 shows a preferred embodiment of a control unit according to the invention.
  • FIG. 2 schematically shows a sequence within the control unit from FIG. 1 during startup and during operation.
  • a controller 10 for controlling devices includes a microcontroller 20 and a smart card controller 30 connected to the microcontroller 20.
  • the particular type of microcontroller 20 is determined by the class of devices to be controlled.
  • the smart card controller 30 complies with the basic requirements of the standard ISO / IEC 7816, i. conventional smart card controllers 30 may be used within the control unit 10.
  • small form factors are used which are essentially as small as or smaller than a conventional contact field according to ISO 7816.
  • Such smart card controllers 30 can be programmed in high-level languages by means of conventional, widely-equipped development environments and can be comfortably debugged.
  • the control unit 10 is suitable depending on the technical design e.g. for controlling autonomous sensors and actuators, for autonomously communicating devices in M2M and perversive computing applications, and for controlling small industrial installations, for example heating or alarm systems, but also model construction systems or for domestic appliances, such as e.g. Washing machines, dishwashers, toasters and the like.
  • the chip card controller 30 is fixed, ie not detachable like a chip card, to be connected to the microcontroller 20.
  • the microcontroller 20 has various input 22 and output interface portions 24 and / or input and output channels for communication with the device to be controlled, i. in particular its components such as actuators and / or sensors.
  • analog and / or digital input and output channels can be provided, as well as known industrial interfaces, e.g. PC, RS232, CAN bus, USB or the like.
  • the control unit 10 comprises operating and control software 40, 50 for operating the control unit 10 and for controlling the device to be controlled.
  • part of the operating and control software 40, 50 is stored in the form of the software 50 on the chip card controller 30 and configured to be executed on a processor of the chip card controller 30.
  • Another part of the operating and control software 40, 50 includes the software 40, which is executed on the microcontroller 20 (stored and there).
  • the operating functions 42 and the interface software 46 to the chip card controller 30 are independent of the technical characteristics of the devices to be controlled.
  • the operating functions 42 are used to operate the microcontroller 20 itself, for example, its hardware components, in particular they manage the input and output interfaces 22, 24. Insofar this is an operating system of the microcontroller 20 equal.
  • the software 40 may further comprise basic functions capable of communicating with the entire class of devices to be controlled (even from different manufacturers), regardless of the technical differences of individual subclasses or individual devices of the class.
  • a subclass can be a manufacturer's device or a subset of such devices which are technically suitable for an add-on application but which require specific control.
  • the most important basic function is the interface function 44 to the device interfaces 22, 24.
  • the microcontroller comprises a forwarding function 48.
  • the forwarding function can be configured by forwarding criteria 49.
  • the software 50 stored on the chip card controller 30 and executable there includes operating system software 52 of the chip card controller, initialization software 54 and the device-specific software 56.
  • the initialization software 54 provides software executable to the microcontroller 20, in particular the device interface function 44 and the routing function 48 configurable by criteria 49.
  • the software provided may be specific to the device class, but makes no control decisions.
  • control software 56 executed on the smart card controller 30 determines which control signals are to be sent later to the device.
  • the control software 56 may send the control signal to the device via the interface functions 46 and 44 of the microcontroller.
  • control unit 10 a flow within the control unit 10 is schematically illustrated.
  • step S1 the chip card controller 30 is replaced by the microcontroller in a first step S1 in an initialization phase.
  • Troller 20 switched on by means of a power-up sequence.
  • the smart card controller 30 responds generically in step S2 with an ATR ("Answer to Reset").
  • steps S3 and S4 PPS, "Protocol Parameter Selection"
  • parameters of the communication protocol used are set in a known manner.
  • the initialization application 54 is stored on the smart card controller 30, the initialization application 54 is stored.
  • This application may be configured to functionally effect the result of steps S5 through S10 by controlling the microcontroller in the initialization phase.
  • the initialization phase in a control unit runs only once during the first startup.
  • Steps S5 and S6 serve to provide the software functions 44 and or 48 to the microcontroller 20.
  • the microcontroller 20 in step S5 requests the chip card controller 30, if present, to provide the corresponding updates.
  • the smart card controller 30 responds in step S6 by providing the requested program parts ("CODE"), if available, or by notifying that there are no (further) functions.
  • CODE the requested program parts
  • the microcontroller can directly integrate a received update, if no further RESET is necessary.
  • step S7 the microcontroller 20 requests time information from the chip card controller 30 by means of the command GET TIMER newly introduced in the chip card area. This time information gives the time span which may pass in the later control phase between two commands with device signals.
  • the smart card controller 30 supplies the corresponding information ("TIMER") in step S8.
  • the microcontractor is thus indicated in which rhythm values of a device signal, possibly continuously present, should be forwarded.
  • the microcontroller 20 requests an event list from the chip card controller 30 by means of a command GET EVENTS.
  • the event list can be device-specific. This event list defines, for a single device to be controlled, under what circumstances the microcontroller 20 has to forward a signal or the like received from the device to be controlled via an input interface 22 to the smart card controller 30.
  • an event specification may e.g. state that a signal applied to an input channel 22 must always be forwarded to the chip card controller 30 whenever a certain threshold value is exceeded or undershot.
  • the initialization software 54 answers this request from the microcontroller 20 by sending it to e.g. an event list is provided which includes event specifications for all input interfaces 22. It is also possible that the event list contains event presets only for individual but not all input interfaces 22. This completes the initialization phase and the control unit 10 is ready for operation.
  • the smart card controller 30 now automatically selects the control software 56 as an application.
  • step Bl the microcontroller 20 forwards a device received by the device to be controlled via an input interface 22. nes device signal by means of the forwarding function 48 to the smart card controller 30 on.
  • step (s) Bl the event data is transmitted as data to the smart card controller 30.
  • the event data are stored in one Transfer command for requesting control data to the smart card controller 30. Different event data are thus transmitted with the same command.
  • the corresponding event data are processed by means of one of the control software 56 and then a control signal is determined.
  • Corresponding control data is transferred to the microcontroller 20 in step B2 in response to the event data.
  • the instruction may be transmitted as control data "set control signal B to 2.”
  • the microcontroller then sends the control signal determined by the control software to the device
  • the microcontroller 20 sends the device signals received from the device to be controlled cyclically, i. at predetermined time intervals, which are determined by the time information received in step S8, to the smart card controller 30th
  • the device signals are event-controlled by the microcontroller 20, ie in accordance with FIG the event list received by the smart card controller 30 in step S10 is forwarded to the smart card controller 30.
  • a control unit 10 for controlling devices in the described form, including embedded systems, allows the use of higher-level programming languages for programming the special functions 50 on the smart card controller 30 at a low cost.
  • control unit 10 is inexpensive to manufacture because smart card controllers 30 are available at low prices. This also applies in particular to the storage resources that can be provided by means of a chip card controller 30.
  • a chip card controller 30 can therefore also be used within the control unit and using the known smart card commands PUT DATA and GET DATA (in accordance with ISO / IEC 7816) as a low-cost data storage.

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Abstract

Eine Steuereinheit (10) zur Steuerung eines Gerätes von einem vorbestimmten Gerätetyp umfasst einen Mikrocontroller (20) mit zumindest einer Geräte-Schnittstelle (22, 24) zu dem zu steuernden Gerät. Eine für den Gerätetyp spezifische Steuerungs-Software (56) ist eingerichtet, Steuersignale zu bestimmen, welche zur Steuerung des Gerätes über die Geräte-Schnittstelle (22) vorgesehen sind. Ein Chipkartencontroller (30), der mit dem Mikrocontroller (20) verbunden ist, speichert und führt die Steuerungs-Software (56) aus. Die Steuereinheit (10) wird erst durch die Steuerungs-Software (56) befähigt, Steuersignale für das Gerät von dem vorbestimmten Gerätetyp zu bestimmen.

Description

S t e u e r e i n h e i t z u r G e r ä t e s t e u e r u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit zur Steuerung von technischen Geräten sowie die Programmierung einer solchen Steuereinheit.
MikrocontroUer zur Steuerung von Geräten, wie z.B. autarken Sensoren oder Aktoren, Bauteilen in Sensornetzwerken, Geräten im M2M-Computmg sowie kleine industrielle Steuerungen, beispielsweise von Heizungs- oder Alarmanlagen und dergleichen, sowie Steuerungen von Haushaltsgeräten, haben bereits weite Verbreitung gefunden.
Die Programmierung von Mikrocontrollern erfordert in der Regel viel Erfahrung und ist zeit- und kostenaufwändig. Zumeist ist eine hardwarenahe Programmierung, z.B. in einer Programmiersprache wie Assembler oder C, erforderlich. Ein Entwickler hat sich in die Anforderungen, die ein zu pro- grarnmierender MikrocontroUer stellt, zumeist erst einzuarbeiten. Hinzu kommt, dass zur Programmierung solcher MikrocontroUer nur sehr einfache und lediglich mit Basisfunktionalitäten ausgestattete Entwicklungsumgebungen bereitstehen. In der Regel sind diese Entwicklungsumgebungen dem jeweiligen MikrocontroUer zugeordnet und unterscheiden sich demnach für verschiedene MikrocontroUer. Folglich sind die sich ergebenden Entwicklungszeiten zur Programmentwicklung sowie die resultierenden Entwicklungskosten vergleichsweise hoch. In US 5,896,507 werden zusätzliche Kommandos in die Karte des Terminals nachgeladen, damit ein Server diese Kommandos aufrufen kann.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Steuereinheit vorzusehen. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Steuereinheit zur Steuerung von Geräten umfasst demnach einen Mikrocontroller mit zumindest einer Schnittstelle zur Kommunikation mit einem zu steuernden Gerät. Das zu steuernde Gerät ist von einem vorbestimmten Gerätetyp. Die Steuereinheit umfasst ferner eine für den Gerätetyp spezifische Steuerungs-Software. Die Steuerungssoftware bestimmt Steuersignale, welche zur Steuerung des Gerätes von dem vorbestimmten Gerätetyp über die Geräte-Schnittstelle vorgesehen sind. Herkömmlich wurde eine solche Software auf dem Mikrocontroller ausgeführt. Vorliegend wird ein Chipkartencontroller mit dem Mikrocontroller verbun- den, der die Steuerungs-Software speichert und ausführt. Die Steuereinheit wird erst durch die Steuerungs-Software befähigt, Steuersignale für das Gerät von dem vorbestimmten Gerätetyp bestimmen kann. Der Mikrocontroller selbst kann das Gerät also nicht steuern. Vorzugsweise ist der Mikrocontroller für unterschiedliche Gerätetypen einer Geräteklasse einsetzbar. Die Schnittstelle(n) des Mikrocontrollers ist(sind) eingerichtet, um Steuersignale an das Gerät zu senden und Gerätesignale von dem Gerät zu empfangen. Steuer- und Gerätesignale können dabei analoge und/ oder digitale Signale sein. Der Mikrocontroller weist eine für den Controller (Prozessor) spezifische Betriebssoftware auf. Für eine Geräteklasse, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Gerätetypen umfasst, spezifisch ist die Geräteschnittstellenfunktion des Mikroprozessors. Eine Chipkarten- controllerschnittstellenfunktion, über welche die Steuerungs-Software die Geräteschnittstellenfunktion aufrufen kann, ist dagegen generisch, d.h. un- abhängig von Gerätetyp und Geräteklasse.
Wichtig ist die mögliche Verwendung einer von dem Chipkartencontroller konfigurierbaren Weiterleitungsfunktion. Diese Funktion leitet über die Ge- räte-Schnittstelle eingehende Gerätesignale an den Chipkartencontroller weiter. Wenn beispielsweise ein analoges Gerätesignal kontinuierlich vorliegt, kann der Chipkartenkontroller einstellen, wie oft bzw. in welchem Zyklus der aktuelle Wert des Gerätesignals ihm zu übertragen ist. In einer bevorzugten Ausgestaltung überträgt der Chipkartencontroller dem MikrocontroUer eine Ereignisliste, wobei ein Ereignis vorzugsweise eine Kriterium für ein Gerätesignal ist (A>3 oder B=0). Der MikrocontroUer informiert den Chipkartencontroller, sobald ein Ereignis aus der Ereignisliste auftritt.
Es ist besonders effizient, wenn Software, die spezifisch für einen Gerätetyp und/ oder eine Geräteklasse ist von dem Chipkartencontroller bereitgestellt wird. Diese Bereitstellung erfolgt in einer Phase der Initialisierung zwischen MikrocontroUer und Chipkartencontroller. In dieser Betriebsphase der Steu- ereinheit kann der Chipkartencontroller dem MikrocontroUer beispielsweise die Geräteschnittstellenfunktion, die Weiterleitungsfunktion und oder deren Konfiguration bereitstellen. In einer danach folgenden Betriebsphase der Steuerung des Gerätes bestimmt die Steuerungssoftware die nötigen Steuersignale.
Bevorzugt wird die Initialisierungsphase zwischen Chipkartencontroller und MikrocontroUer nur einmalig, beispielsweise bei der ersten Inbetriebnahme der Steuereinheit, durchgeführt. Die Initialisierungsphase wird durch eine Initialisierungssoftware in dem Chipkartencontroller unterstützt. Eine Be- triebssoftware des Mikroprozessors sowie eine Software zur Kommunikation mit dem Chipkartencontroller müssen im Mikrocontroller vorab vorgesehen werden. Nach der Initialisierung schaltet der Chipkartencontroller automatisch um in einen Steuerungsmodus. Diese Umschaltung kann beispielsweise durch automatische Selektion der Steuerungssoftware anstelle der Initialisierungssoftware erfolgen. Ein effizientes Verfahren zur Bereitstellung von Steuereinheiten für unterschiedliche Gerätetypen geht von Mikrocontrollern aus, die für Geräte von unterschiedlichen Gerätetypen einsetzbar sind. Ein Mikrocontroller wird dauerhaft mit einem Chipkartencontroller verbunden. Abhängig vom Gerätetyp des Gerätes, für welches die Steuereinheit bereitgestellt werden soll, wird eine entsprechende gerätespezifische Steuer-Software auf den Chipkartencontroller geladen. Die Steuerungssoftware wird auf dem Chipkartencontroller gespeichert und ist zur Ausführung auf dem Chipkartencontroller vorgesehen. Zur Programmierung einer solchen Steuereinheit kann eine Entwicklungsumgebung verwendet werden, um die auf dem Chipkartencontroller gespeicherten und von dieser ausführbaren gerätespezifische Steuerungssoftware zu programmieren. Dadurch, dass die Steuerung auf dem Chipkartencontroller ausgeführt werden, können diese in einer beliebigen Hochsprache, z. B. Java, und unter Verwendung herkömmlicher bekannter und mit vielfältigen Funktionalitäten ausgestatteter Entwicklungsumgebungen komfortabler und effizienter programmiert werden als dies bei der herkömmlichen Controllerprogrammie- rung möglich ist. Eine Einarbeitung des Entwicklers in die Programmierung des zugrunde liegenden Mikrocontrollers kann somit bei der Programmierung der für die Gerätesteuerung wesentlichen Spezialfunktionen entfallen. Dadurch werden kürzere Entwicklungszeiten erreicht und die Entwick- lungskosten entsprechend gesenkt.
Die Erfindung lässt sich mit herkömmlichen Chipkartencontrollern verwirklichen, welche gemäß bekannter Kommunikationsprotokolle in einfacher Weise mit dem MikrocontroUer verbunden werden können und welche der Steuereinheit auf kostengünstige Weise zusätzliche Rechen- und Speicherkapazitäten zur Verfügung stellen können, welche in herkömmlichen Mikro- controllern nur zu wesentlich höheren Kosten oder bei gleichen Kosten in wesentlich geringem Umfang zur Verfügung stehen. Die erfindungsgemäße Steuereinheit eignet sich insbesondere zum Steuern von Sensoren und Aktoren, die auch autonom agieren können. Mittels der Betriebs- und Steuersoftware der Steuereinheit steuerbar sind weiterhin untereinander selbstständig kommunizierende Geräte in M2M-Computing- Anwendungen sowie kleine industrielle Anlagen, beispielsweise Heizungs- oder Alarmanlagen, aber auch Modellbauanlagen oder Haushaltsgeräte, wie z.B. Waschmaschinen, Spülmaschinen, Toaster und dergleichen.
Vorliegend wird als Steuereinheit für ein Gerät eine Steuereinheit verstanden, die fest in das Gerät eingebaut ist.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Darin zeigen: Figur 1 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuereinheit; und
Figur 2 schematisch einen Ablauf innerhalb der Steuereinheit aus Fig. 1 bei Inbetriebnahme und im Betrieb.
Mit Bezug auf Fig. 1 umfasst eine Steuereinheit 10 zum Steuern von Geräten (nicht gezeigt) einen Mikrocontroller 20 und eine mit dem Mikrocontroller 20 verbundenen Chipkartencontroller 30. Die spezielle Art des Mikrocontr ollers 20 wird durch die Klasse der zu steuernden Geräte bestimmt. Der Chipkartencontroller 30 genügt den grundlegenden Vorgaben der Norm ISO/IEC 7816, d.h. herkömmliche Chipkartencontroller 30 können innerhalb der Steuereinheit 10 verwendet werden. Vorzugsweise kommen dabei kleine Formfaktoren zum Einsatz, die im Wesentlichen so klein wie oder kleiner als ein herkömmliches Kontaktfeld nach ISO 7816 sind. Solche Chipkartencontroller 30 lassen sich mittels herkömmlicher, vielfältig ausgestatteter Entwicklungsumgebungen in Hochsprachen programmieren und komfortabel debuggen.
Die Steuereinheit 10 eignet sich je nach technischer Ausgestaltung z.B. zum Steuern von autonomen Sensoren und Aktoren, für selbstständig kommunizierende Geräte in M2M- und Perversive-Computing- Anwendungen sowie zur Steuerung kleiner industrieller Anlagen, beispielsweise Heizungs- oder Alarmanlagen, aber auch Modellbauanlagen oder für Haushaltsgeräte, wie z.B. Waschmaschinen, Spülmaschinen, Toaster und dergleichen.
Eine Datenkommunikation zwischen dem Mikrocontroller 20 und dem Chipkartencontroller 30 verläuft über ein herkömmliches Kommunikationsprotokoll, z.B. T=0, T=l oder USB, wobei der Mikrocontroller 20 in der Rolle eines Terminals als Master agiert und der Chipkartencontroller 30 als Slave behandelt. Der Chipkartencontroller 30 wird fest, d.h. nicht lösbar wie eine Chipkarte, mit dem Mikrocontroller 20 verbunden sein.
Der Mikrocontroller 20 besitzt verschiedene Eingangs- 22 und Ausgangs- schnittsteilen 24 und/ oder Eingangs- und Ausgangskanäle zur Kommunikation mit dem zu steuernden Gerät, d.h. insbesondere dessen Komponenten wie Aktoren und/ oder Sensoren. Dabei können analoge und/ oder digitale Eingangs- und Ausgangskanäle vorgesehen sein, wie auch bekannte industrielle Schnittstellen, z.B. PC, RS232, CAN-Bus, USB oder dergleichen.
Die Steuereinheit 10 umfasst eine Betriebs- und Steuersoftware 40, 50 zum Betreiben der Steuereinheit 10 und zum Steuern des zu steuernden Geräts. Dabei ist ein Teil der Betriebs- und Steuersoftware 40, 50 in Form der Software 50 auf dem Chipkartencontroller 30 gespeichert und eingerichtet, auf einem Prozessor der Chipkartencontroller 30 ausgeführt zu werden. Ein anderer Teil der Betriebs- und Steuersoftware 40, 50 umfasst die Software 40, die auf dem Mikrocontroller 20 (gespeichert ist und dort) ausgeführt wird.
Die Betriebsfunktionen 42 sowie die Schnittstellensoftware 46 zum Chipkar- tencontroller 30 sind unabhängig von den technischen Eigenschaften der zu steuernden Geräte. Die Betriebsfunktionen 42 dienen zum Betreiben des Mikrocontrollers 20 selbst, beispielsweise dessen Hardwarekomponenten, insbesondere verwalten sie die Ein- und Ausgangsschnittstellen 22, 24. Insofern kommt dies einem Betriebssystem des Mikrocontrollers 20 gleich.
Die Software 40 kann weiterhin Grundfunktionen umfassen, die geeignet sind, mit der gesamten Klasse von zu steuernden Geräten (auch verschiedener Hersteller), unabhängig von den technischen Unterschieden einzelner Unterklassen oder einzelner Geräte der Klasse, in Verbindung zu treten. Eine Unterklasse kann beispielsweise aus den Geräten eines Herstellers bestehen oder aus einer Untermenge solcher Geräte, die sich für eine Zusatzanwendung technisch eignen, dafür aber einer spezifischen Steuerung bedürfen. Die wichtigste Grundfunktion ist die Schnittstellenfunktion 44 zu den Geräteschnittstellen 22,24.
Weiterhin umfasst der MikroController eine Weiterleitungsfunktion 48. Die Weiterleitungsfunktion ist durch Weiterleitungskriterien 49 konfigurierbar.
Die auf dem Chipkartencontroller 30 gespeicherte und dort ausführbare Software 50 umfasst eine Betriebssystem-Software 52 des Chipkartencontrollers, eine Initialisierungssoftware 54 und die gerätespezifische Software 56.
Die Initialisierungssoftware 54 stellt dem Mikrocontroller 20 ausführbare Software bereit, insbesondere die Geräteschnittstellenfunktion 44 und die durch Kriterien 49 konfigurierbare Weiterleitungsfunktion 48. Die bereitgestellte Software mag spezifisch für die Geräteklasse sein, trifft aber keine Steuerentscheidungen.
Nur die auf dem Chipkartencontroller 30 ausgeführte Steuerungssoftware 56 bestimmt, welche Steuersignale später an das Gerät zu senden sind. Die Steuerungssoftware 56 kann über die Schnittstellenfunktionen 46 und 44 des Mikrocontrollers das Steuersignal an das Gerät senden.
Mit Bezug auf Figur 2 wird schematisch ein Ablauf innerhalb der Steuereinheit 10 veranschaulicht.
Bei Inbetriebnahme der Steuereinheit 10 wird in einer Initialisierungsphase der Chipkartencontroller 30 in einem ersten Schritt Sl durch den Mikrocon- troller 20 mittels einer Anschaltsequenz eingeschaltet. Die Chipkartencontroller 30 antwortet gattungsgemäß im Schritt S2 mit einem ATR ("Answer to Reset"). Anschließend werden in den Schritten S3 und S4 (PPS, "Protocol Parameter Selection") in bekannter Weise Parameter des verwendeten Kommu- nikationsprotokolls eingestellt.
Auf dem Chipkartencontroller 30 ist die Initialisierungsanwendung 54 gespeichert. Diese Anwendung kann eingerichtet sein, funktional das Ergebnis der Schritte S5 bis S10 zu bewirken, indem es dem Mikrocontroller in der Initialisierungsphase steuert. Es ist also insbesondere nicht notwendig, dass auf dem Mikrocontroller eine Software vorgesehen ist, welche die in Figur 2 zur Erläuterung des Ablaufs dargestellten Kommandos S5, S7 und S9 sendet. Vorzugsweise läuft die Initialisierungsphase in einer Steuereinheit nur einmal bei der ersten Inbetriebnahme ab.
Die Schritte S5 und S6 dienen dazu, die Softwarefunktionen 44 und oder 48 dem Mikrocontroller 20 bereit zu stellen. Mittels des Kommandos GET CODE, das hier für Chipkarten erstmals beschrieben wird, fordert der Mikrocontroller 20 in Schritt S5 der Chipkartencontroller 30 auf, falls vorhanden, die entsprechenden Aktualisierungen bereitzustellen. Der Chipkartencontroller 30 antwortet in Schritt S6, indem sie, so vorhanden, die angeforderten Programmteile ("CODE") zu Verfügung stellt, oder aber mitteilt, dass keine (weiteren) Funktionen vorliegen. Der Mikrocontroller kann eine eventuell empfangene Aktualisierung in der Regel direkt integrieren, ohne dass ein weiterer RESET notwendig wäre.
In Schritt S7 fragt der Mikrocontroller 20 mittels des im Chipkartenbereich hier neu eingeführten Kommandos GET TIMER eine Zeitinformation von dem Chipkartencontroller 30 ab. Diese Zeitinformation gibt die Zeitspanne an, die in der späteren Steuerungsphase zwischen zwei Kommandos mit Gerätesignalen verstreichen darf. Die Chipkartencontroller 30 liefert in Schritt S8 die entsprechende Information ("TIMER"). Dem MikrocontroUer wird somit angegeben in welchem Rhythmus Werte eines, gegebenenfalls kontinu- ierlich vorhandenes, Gerätesignals weitergeleitet werden sollen.
In einem ebenfalls optionalen Schritt S9 fordert der MikrocontroUer 20 mittels eines Kommandos GET EVENTS von dem Chipkartencontroller 30 eine Ereignisliste an. Die Ereignisliste kann gerätespezifisch sein. Diese Ereignis- liste definiert für ein einzelnes zu steuerndes Gerät, unter welchen Umständen der MikrocontroUer 20 ein von dem zu steuernden Gerät über eine Eingangsschnittstelle 22 empfangenes Signal oder dergleichen an den Chipkartencontroller 30 weiterzuleiten hat. In der einfachsten Form kann eine solche Ereignisvorgabe z.B. aussagen, dass ein an einem Eingangskanal 22 anlie- gendes Signal immer dann an die Chipkartencontroller 30 weitergeleitet werden muss, wenn ein gewisser Schwellenwert über- bzw. unterschritten wird.
Die Initialisierungssoftware 54 beantwortet diese Anfrage des Mikrocontrol- lers 20, indem diesem z.B. eine Ereignisliste übergeben wird, welche Ereignisvorgaben für sämtliche Eingangsschnittstellen 22 umfasst. Es ist auch möglich, dass die Ereignisliste Ereignisvorgaben nur für einzelne, nicht aber alle Eingangsschnittstellen 22 enthält. Damit ist die Initialisierungsphase beendet und die Steuereinheit 10 betriebsbereit. Der Chipkartencontroller 30 selektiert nun als Anwendung automatisch die Steuerungssoftware 56.
Allgemein verläuft die Betriebsphase, durch eine sich stets wiederholende Folge von Schritten Bl und B2. Der MikrocontroUer 20 leitet in Schritt Bl ein von dem zu steuernden Gerät über eine Eingangsschnittstelle 22 empfange- nes Gerätesignal mittels der Weiterleitungsfunktion 48 an den Chipkartencontroller 30 weiter. Als Ereignisdaten können beispielsweise folgenden Daten übertragen werden. Das Eintreten eines bestimmten Ereignisses anhand einer Ereignisnummer (A>5 ist erfüllt => Sende Ereignis-ID=1). Alternativ kann das Ereignis selbst übertragen werden (A>5). Schließlich kann einfach der Wert des Gerätesignals und dessen Identifikator übertragen werden (A=8 => Sende„Aß")- In (den) Schritt(en) Bl werden die Ereignisdaten als Daten an den Chipkartencontroller 30 übertragen. Die Ereignisdaten werden insbesondere in einem Kommando zur Anforderung von Steuerdaten an den Chipkartencontroller 30 übertragen. Unterschiedliche Ereignisdaten werden also mit dem gleichen Kommando übertragen.
Im Chipkartencontroller werden die entsprechenden Ereignisdaten mittels einer der Steuerungssoftware 56 bearbeitet und daraufhin ein Steuersignal bestimmt. Entsprechende Steuerdaten werden als Antwort auf die Ereignisdaten dem Mikrocontroller 20 im Schritt B2 übergeben. Als Steuerdaten kann beispielsweise die Anweisung übertragen werden„Setze Steuersignal B auf 2". Der Mikrocontroller sendet daraufhin das von der Steuerungssoftware bestimmte Steuersignal an das Gerät. Diese beiden Schritte wiederholen sich während der Betriebsphase der Steuereinheit 10 für die verschiedenen Eingangsschnittstellen 22 in einer im Folgenden beschriebenen Weise.
Gemäß einer ersten Variante sendet der Mikrocontroller 20 die von dem zu steuernden Gerät empfangenen Gerätesignale zyklisch, d.h. in vorgegebenen zeitlichen Abständen, die durch die in Schritt S8 empfangene Zeitinformation bestimmt sind, an den Chipkartencontroller 30.
Alternativ oder zusätzlich ist gemäß einer zweiten Variante vorgesehen, dass die Gerätesignale von dem Mikrocontroller 20 ereignisgesteuert, also gemäß der in Schritt S10 von der Chipkartencontroller 30 empfangenen Ereignisliste, an den Chipkartencontroller 30 weitergeleitet werden. Das heißt, dass ein Eingangssignal auch dann umgehend an den Chipkartencontroller 30 weitergeleitet wird, wenn das vorstehend beschriebene Zeitintervall zwischen zwei Signalweiterleitungen noch nicht verstrichen ist, das Signal aber die in den Ereignisvorgaben definierten Bedingungen erfüllt. Liegen für alle Eingangsschnittstellen 22 umfassende Ereignisvorgaben vor, so kann die Signalweiterleitung auch vollständig ereignisgesteuert vorgenommen werden. Eine Steuereinheit 10 zur Steuerung von Geräten in der beschriebenen Form, auch von eingebetteten Systemen, ermöglicht den Einsatz höherer Programmiersprachen zur Programmierung der Spezialfunktionen 50 auf der Chipkartencontroller 30 zu geringen Kosten. Hochwertige, herkömmliche Entwicklungsumgebungen können erstmals für die Steuerungsprogrammierung von Mikrocontrollern 20 unverändert eingesetzt werden. Dadurch wird es auch für Dritte, z. B. für Anwender der Steuereinheit 10, nachträglich möglich, Spezialfunktionen 50 individualisiert anzupassen oder hinzuzufügen, beispielsweise - im Falle einer Steuerung eines Sensors innerhalb eines Sensornetzwerks - eine Ver- und Entschlüsselung und Aufbereitung von Sens- ordaten bereitzustellen. Die Steuereinheit 10 ist kostengünstig herzustellen, da Chipkartencontroller 30 zu niedrigen Preisen verfügbar sind. Dies gilt insbesondere auch für die mittels eines Chipkartencontrollers 30 bereitstellbaren Speicherressourcen. Ein Chipkartencontroller 30 kann also innerhalb der Steuereinheit und unter Verwendung der bekannten Chipkartenkom- mandos PUT DATA und GET DATA (gemäß ISO/IEC 7816) zusätzlich als preisgünstiger Datenspeicher verwendet werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Steuereinheit (10) zur Steuerung eines Gerätes von einem vorbestimmten Gerätetyp, wobei die Steuereinheit umfasst:
- einen Mikrocontroller (20) mit zumindest einer Geräte-Schnittstelle (22, 24) zu dem zu steuernden Gerät,
- eine für den Gerätetyp spezifische Steuerungs-Software (56), wobei die Steuerungssoftware eingerichtet ist, Steuersignale zu bestimmen, welche zur Steuerung des Gerätes über die Geräte-Schnittstelle (22) vorgesehen sind, gekennzeichnet, durch
einen Chipkartencontroller (30), der mit dem Mikrocontroller (20) verbunden ist,
wobei der Chipkartencontroller (30) die für den Gerätetyp spezifische Steuerungs-Software (56) speichert,
wobei der Chipkartencontroller (30) die für den Gerätetyp spezifische Steuerungs-Software (56) ausführt, und
die Steuereinheit (10) erst durch die Steuerungs-Software (56) Steuersignale für das Gerät von dem vorbestimmten Gerätetyp bestimmen kann.
2. Steuereinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der
Mikrocontroller (20) für unterschiedliche Gerätetypen einer Geräteklasse einsetzbar ist und einen für die Geräteklasse spezifische Geräteschnittstellenfunktion (44) aufweist.
3. Steuereinheit (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipkartencontroller (30) dem Mikrocontroller (10) die Geräteschnittstellenfunktion (44) bereitstellt.
4. Steuereinheit (10) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (20) eine CWpkartencontrollerschnittstellenfunktion (46) aufweist, über welche die Steuerungs-Software (56) die Geräteschnittstellen- funktion (44) aufrufen kann.
5. Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (20) eine von dem Chipkartencontroller (30) konfigurierbare Weiterleitungsfunktion (48) aufweist, welche über die Geräte-Schnittstelle (24) eingehende Gerätesignale an den Chipkartencontrol- 1er (30) weiterleitet.
6. Steuereinheit (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipkartencontroller (30) dem Mikrocontroller (10) die Weiterleitungsfunktion (48) bereitstellt.
7. Steuereinheit (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipkartencontroller (30) die Weiterleitungsfunktion (48) durch Weiterleitungskriterien (49) konfiguriert.
8. Steuereinheit (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungskriterien (49) eine Liste von Ereignissen umfasst.
9. Steuereinheit (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungskriterien (49) einen zeitlichen Wert betreffen, der von dem Mikrocontroller (20) bestimmt und überwacht wird, wobei vorzugsweise die Weiterleitungsfunktion (49) zyklisch, gemäß dem zeitlichen Wert, ein Gerätesignal weiterleitet.
10. Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterleitungskriterien (49) einen Schwellwert für ein Gerätesignal betreffen.
11. Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Chipkartencontroller (30) fest mit dem Mikrocontroller (20) verbunden ist.
12. Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Chipkartencontroller (30) automatisch zwischen einer Initialisierungssoftware (54) für eine Phase der Initialisierung zwischen MikroController (20) und Chipkartencontroller (30) und der Steuerungssoftware (56) für eine Phase der Steuerung des Gerätes umschaltet.
13. Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontroller (20) Ereignisdaten in einem Kommando zur Anforderung von Steuerdaten an den Chipkartencontroller (30) überträgt.
14. Steuereinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die für den Gerätetyp spezifische Steuerungssoftware eingerichtet ist, für unterschiedliche von der Steuereinheit empfangene Gerätesignale gerätespezifisch unterschiedliche Steuersignale zu bestimmen.
15. Gerät mit einer integrierten Steuereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14.
16. Verfahren zur effizienten Bereitstellung von Steuereinheiten (10) für unterschiedliche Gerätetypen, mit den Schritten: dauerhaf tes Verbinden eines MikrocontroUer (20), der für Geräte von unterschiedlichen Gerätetypen einsetzbar ist, mit einem Chipkartencontroller (30),
abhängig vom Gerätetyp des Gerätes für welches die Steuereinheit (10) be- reitgestellt werden soll, Laden einer entsprechenden gerätespezifischen Steuer-Software (56) auf den Chipkartencontroller (30), die zur Ausführung auf dem Chipkartencontroller (30) vorgesehen ist.
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