EP3710949A1 - Modulare rechner-architektur eines cockpit- und infotainmentsystems für ein fahrzeug - Google Patents

Modulare rechner-architektur eines cockpit- und infotainmentsystems für ein fahrzeug

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Publication number
EP3710949A1
EP3710949A1 EP18804254.3A EP18804254A EP3710949A1 EP 3710949 A1 EP3710949 A1 EP 3710949A1 EP 18804254 A EP18804254 A EP 18804254A EP 3710949 A1 EP3710949 A1 EP 3710949A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
node
interface
module
modular computer
computer architecture
Prior art date
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Ceased
Application number
EP18804254.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen LERZER
Matthijs Paffen
Hans-Georg GRUBER
Michael Schmailzl
Christoph Dalke
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.)
Audi AG
Original Assignee
Audi 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 Audi AG filed Critical Audi AG
Publication of EP3710949A1 publication Critical patent/EP3710949A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F15/00—Digital computers in general; Data processing equipment in general
    • G06F15/76—Architectures of general purpose stored program computers
    • G06F15/78—Architectures of general purpose stored program computers comprising a single central processing unit
    • G06F15/7803—System on board, i.e. computer system on one or more PCB, e.g. motherboards, daughterboards or blades
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D11/00—Passenger or crew accommodation; Flight-deck installations not otherwise provided for
    • B64D11/0015—Arrangements for entertainment or communications, e.g. radio, television
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L2012/40267—Bus for use in transportation systems
    • H04L2012/4028—Bus for use in transportation systems the transportation system being an aircraft

Definitions

  • the invention relates to a modular computer architecture of a cockpit and infotainment system for a vehicle.
  • MIB2 infotainment kit
  • ECU Electronic Control Unit
  • peripheral components whereby different hardware variants with submodules are used.
  • DE 10 2015 005 704 A1 describes an infotainment system whose sound system comprises in a basic configuration at least one audio channel with a loudspeaker permanently installed in the vehicle, which can be controlled by a main unit of the infotainment system and which has at least one interface to the communication connection with at least one external unit. has a portable device.
  • the main unit has an identification unit, by means of which, to expand the sound system, at least one porous loudspeaker can be integrated as an external portable device and as an additional audio channel into the sound system.
  • An infotainment expansion module consists of a microprocessor and a video and audio data decoding hardware decoder, an API (Application Programming Interface) interface for connecting a preconfigured IVI system and a Storage unit that enables data exchange between the preconfigured IVI system and an external device. For this purpose, a predefined software interface of the external device is translated into a software interface of the preconfigured IVI system.
  • the infotainment expansion module connects to the IVI system wirelessly or by wire via the API interface.
  • the object of the invention is to specify a cockpit and infotainment system for a vehicle which is improved compared with the prior art, in particular such that different configurations can be realized in a simple manner and hardware components can be replaced interchangeably and for software components in a flexible and cost-effective manner Software update and upgrade is enabled. Furthermore, such a cockpit and infotainment system with hardware components should be easily functionally extensible in a simple manner.
  • Such a modular computer architecture of a cockpit and infotainment system for a vehicle comprises
  • an I / O compute node with at least one data store, wherein the I / O compute node is designed to process audio data and as a host computer to perform host functions with ASIL security requirements,
  • At least one interface of a vehicle bus system and - at least one computing module with - a computing node with at least one data memory for performing cockpit and infotainment functions, and
  • Region-specific functions are, for example, country variants of the radio tuner.
  • Series-specific and brand-specific functions relate, for example, to the processing of audio data, the functions relating to the tuner and the host functions with ASIL security requirements.
  • a common microprocessor for general processor applications can be used for the computational node, so that infotainment properties of the highest quality can be realized, for example the display resolution, the graphics quality. Performance affecting network connection quality, etc. This means that no application-specific SoC systems are required for the calculation nodes.
  • the I / O computational node is designed for carrying out host functions with shortest acceleration times in the system start-up phase of the cockpit and infotainment system. This ensures that compliance with the run-up times of critical host functions with regard to the start-up times is ensured in the case of desolation on the IO computing node
  • host functions relate, for example, to the cluster instruments designed as displays, virtual exterior mirrors and the output of warning tones.
  • the I / O rake node is designed to perform host functions which are at least partially executable after a system shutdown of the cockpit and infotainment system during a follow-up phase an execution of such a host function on the I / O computing node by switching off the other computational nodes can be implemented optimized in terms of power consumption.
  • host functions relate, for example, to the combination instruments implemented as displays, virtual exterior mirrors and the output of warning tones.
  • the development of the invention, according to which the I / O rake node is designed to perform host functions with critical latency behavior in addition to that an execution of such a host function on the I / O rake node optimized according to the Latency behavior can be implemented.
  • host functions are, for example, an augmented reality head-up display (AR-HUD).
  • AR-HUD augmented reality head-up display
  • I / O computational node is connected to a driver assistance system module via a PCI (Peripheral Component Interconnect) bus, this leads to the exchange of data between the cockpit and infotainment system and the driver assistance system. with a correspondingly large bandwidth and low latency.
  • PCI Peripheral Component Interconnect
  • the I / O computing node has a USB interface, for example for connecting a device for receiving storage media.
  • the I / O computational node is formed according to further development with at least one display interface, optionally also at least one camera interface is provided.
  • the displays and cameras connected to the display interface and camera interface must comply with the ISO safety standard 26262, ie meet a specific ASIL (Automotive Safety Integrity Level) level.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the we least one rake node has an interface of a vehicle bus system. This makes it possible to communicate with the vehicle.
  • the at least one computational node has a USB interface according to further development, which makes it possible that further external devices, such as a TV tuner, can be connected via USB.
  • the I / O arithmetic node and the at least one arithmetic node are connected to one another via a PCIe interface. This ensures that the exchange of data with a correspondingly large bandwidth and low latency is possible.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention results when the modular computer architecture having a memory module having a non-volatile memory for storing programs and data for implementation and use by the at least one computational node, wherein the storage node by means of a PCIe interface with the at least one compute node is connected.
  • a central storage unit can access both the I / O arithmetic node and the at least one arithmetic node, which makes it possible to exchange data with correspondingly high bandwidth and low latency.
  • the modular computer architecture further development according to a backplane with slots for the I / O module and the at least one computing module.
  • the backplane is formed with kommunikati- ons effeten for the realization of the PCIe interfaces.
  • the backplane has a microcontroller (housekeeping controller) for carrying out administrative and ancillary tasks.
  • a microcontroller housekeeping controller
  • serial interfaces such as. UART interfaces and / or hardware lines with the I / O compute node and the at least one compute node is connected.
  • management and auxiliary functions are, for example, a wake-up function, an on / off function and power management functions.
  • Such a microcontroller is preferably formed with an interface of a vehicle bus system, whereby the required communication with the vehicle is made possible.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the modular computer architecture is formed with at least one further computer module with a computational node, wherein the computational nodes are each formed with an internal cache memory and are connected via an interface with cache coherency.
  • the caches of the computer modules can be synchronized without additional performance losses.
  • an expansion module exhibiting expansion nodes for the functional enhancements of cockpit and infotainment functions, such as the integration of functions of a currently separate control unit or the extension of an arithmetic unit , which provides functions for the implementation of an artificial intelligence or the processing of a neural network, provided.
  • the computing module of the modular computer architecture should be designed with at least one camera interface.
  • the I / O module and all computing modules have an Ethernet interface as the vehicle interface. According to training, the Ethernet interfaces of the I / O module and all the computing modules are connected via an Ethernet switch function and have a common Ethernet interface as the vehicle interface.
  • the displays and cameras that are connected to the display interfaces and camera interfaces of the computer module must also comply with the ISO 26262 safety standard, d. H. meet a specific AS IL level.
  • FIG. 1 shows a circuit diagram of a modular computer architecture of a first
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a modular computer architecture of a second exemplary embodiment of the invention
  • Figure 3 is a circuit diagram of a modular computer architecture of a third
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of a modular computer architecture of FIG. 4.
  • the modular computer architecture according to the invention is constructed in the manner of a modular system with various components, from each of which specific computer architectures for a cockpit and infotainment system are used.
  • System In-Vehicle Infotainment, IVI
  • FIGS. 1 to 4 show different computer architectures 1 from these components.
  • This modular system consists of an I / O module 2 with an I / O computing node 2.0, a computing module 3 with a computing node 3.0 and a memory module 6 with a nonvolatile memory 6.0. If necessary, an expansion module 5 with a computing node 5.0 is also provided (see FIG.
  • the computer architecture 1 according to FIG. 1 and according to FIG. 3 consists of an I / O module 2, two arithmetic modules 3 and 4 and a memory module 6. These components are arranged as printed circuit boards on corresponding slots via plug connectors of a backplane 7 and via data communication lines connected to the backplane.
  • the two computer architectures 1 according to FIGS. 1 and 3 differ in terms of hardware in that, according to FIG. 1, a microprocessor (housekeeping controller) 7.0 for carrying out administrative and auxiliary functions is additionally arranged on the backplane 7.
  • the computer architecture 1 according to FIG. 2 comprises, in addition to an I / O module 2, only a single computing module 3. These two components 2 and 3 are also arranged on a backplane 7.
  • the computer architecture 1 according to FIG. 4 has, in addition to an I / O module 2 and a single computer module 3, an expansion module 5 instead of the further computer module 4.
  • the I / O module 2 consists of the arranged on a circuit board I / O computational node 2.0, which has a flash memory 2.1 and a DDR memory 2.1 as a working memory.
  • I / O calculation node 2.0 audio data is processed.
  • the I / O module 2 comprises a tuner 2.6 with associated antenna interface 2.7. Audio data is communicated via an audio interface 2.8, to which a microphone 9.1 and a speaker 9.2 can be connected with a booster as an amplifier.
  • a Digital Signal Processor (DSP) 2.80 can be switched to process audio and sound signals between the audio interface 2.8 and the I / O compute node 2.0.
  • DSP Digital Signal Processor
  • I / O computing node 2.0 with display interfaces 2.2 and and camera interfaces 2.3 for the connection of displays 11 as display devices for the instrument cluster of the vehicle and optionally for virtual mirrors and cameras 11.1 is formed.
  • a head-up display (HUD) is also referred to here as a display.
  • an infotainment peripheral module 2.9 is provided which, for example, serves for a smartphone authentication.
  • the I / O rake node 2.0 has a USB interface 2.5 for the connection of a media hub (media hub) 10.1, in order to connect peripheral components for cockpit, infotainment and vehicle interior functions, such as memory cards.
  • a media hub media hub
  • I / O computing node 2.0 also has interfaces 2.4 to vehicle bus systems, such as, for example, CAN vehicle bus 10.2 and Ethernet vehicle bus 10.3.
  • vehicle bus systems such as, for example, CAN vehicle bus 10.2 and Ethernet vehicle bus 10.3.
  • the I / O computational node 2.0 is used as a host computer for the computing module 3 and possibly for further computing modules 4 for performing host functions with ASIL security requirements according to security standard ISO 26262.
  • host functions relate, for example, virtual mirror, in which instead of a mirror surface, a display device (display) ver used, a head-up display (HUD) or realized with displays cluster instrument whose applications run with high security requirements.
  • display display device
  • HUD head-up display
  • I / O calculation node 2.0 host functions with shortest startup times of less than 2 s are implemented in the system startup phase of the cockpit and infotainment system. Such functions are, for example, instrument clusters, virtual exterior mirrors and the output of warning tones.
  • I / O computing node which are at least partially executable after a system shutdown of the cockpit and infotainment system during a follow-up phase.
  • Such functions relate, for example, to virtual exterior mirrors, including the associated cameras.
  • functions are also implemented with critical latency behavior, ie functions that relate to an augmented reality head-up display (AR-HUD).
  • AR-HUD augmented reality head-up display
  • an adapted SoC (silicon and chip) system and a correspondingly adapted software system for the I / O calculation node 2.0 can be used.
  • Such a SoC system achieves high energy efficiency and enables processing of real-time critical I / O interrupts.
  • the I / O module 2 may be formed with sensors, such as 3-axis acceleration sensors. These sensors are used, for example, for the optimized implementation of an AR-HUD function.
  • the I / O module 2 can optionally be connected to a driver assistance system module 8 via, for example, a PCIe (Peripheral Component Interconnect Express) interface using an NTB (Non-Transparent Bridge).
  • a PCIe Peripheral Component Interconnect Express
  • NTB Non-Transparent Bridge
  • a computing module 3 or 4 consists of a computing node 3.0 or 4.0 arranged on a printed circuit board with a CPU (Central Processor Unit), GPU (Graphic Processor Unit) and, if necessary, also coprocessors, so-called NPUs (Numerical Processing Unit) for increasing the Computational speed for AI (Artificial Intelligence) applications and data storage 3.1 or 4.1, such as flash memory and DDR memory as memory.
  • CPU Central Processor Unit
  • GPU Graphic Processor Unit
  • NPUs Numerical Processing Unit
  • AI Artificial Intelligence
  • data storage 3.1 or 4.1 such as flash memory and DDR memory as memory.
  • the computing module 3 or 4 is designed with an interface 3.4 or 4.4 for a vehicle bus system (eg Ethernet) and with a USB interface 3.5 or 4.5.
  • serial interfaces 3.6 or 4.6 as UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) interface and for a SP! (Serial Peripheral Interface) bus and an I2C (Inter-Integrated Circuit) bus provided.
  • two computational modules 3 and 4 are respectively provided for the modular computer architecture 1, which are provided either with PCIe interfaces via a data communication line 7.6 with cache coherency are connected when compute nodes 3.0 and 4.0 are running with cache memory.
  • the computing nodes 3.0 and 4.0 are connected via PCIe interfaces via data communication lines 7.1 and 7.3 as data communication lines to the I / O node 2.0.
  • boot blocks are placed for the booting of the system up to a certain software level, which is so general that it is neither regionally specific nor specific to a specific model nor brand-specific.
  • the marketable processors available for general processor applications can be used for the compute nodes 3.0 and 4.0, respectively, so that highest quality infotainment properties can be realized. for example, the display resolution, graphics performance, network connection quality, and so on. This means that no application-specific SoC systems are required for the calculation node.
  • a further component of the modular system for a modular computer architecture 1 is a memory module 6 with a nonvolatile memory 6.0, which in each case has a PCIe interface by means of a data communication line. tion 7.2 or 7.4 are connected to the computing nodes 3.0 and 4.0. As far as possible, all region-specific, model-specific and brand-specific software sections stored on a compute node 3.0 and 4.0 are stored on this memory 6.0.
  • the memory 6.0 can be run as SSD memory.
  • an expansion module 5 with a microprocessor as extension node 5.0 is provided for the functional enhancement of cockpit and infotainment functions.
  • the microprocessor as a rescue notes 5.0 are assigned a flash memory and DDR memory as a data memory 5.1.
  • the expansion node 5.0 is implemented with an interface 5.4 for a vehicle bus system (for example Ethernet) and with a USB interface 5.5. Furthermore, serial interfaces 5.6 are provided as a UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) interface as well as for a SRI (Serial Peripheral Interface) bus and an I2C (Inter-Integrated Circuit) bus.
  • UART Universal Asynchronous Receiver Transmitter
  • SRI Serial Peripheral Interface
  • I2C Inter-Integrated Circuit
  • expansion node 5.0 as a graphics node for improving graphics processes and for connecting further displays.
  • expansion module 5 can be operated by additional operating systems, such as, for example, Android. Furthermore, such expansion modules 5 can also make future applications feasible.
  • expansion modules 5 can also be used as a hardware extension and thus, for example, WIFI and / or BT and / or telephone and / or AI (Artificial Intelligence) applications can be realized.
  • the modular system for implementing a modular computer architecture for a cockpit and infotainment system of a vehicle is finally completed by the backplane 7 already mentioned above.
  • This backplane 7 serves both for data connection of the components of the modular system via PCIe interfaces or Ethernet interfaces including the power supply or power management of the individual components as well as the implementation of administrative and Hilfsfunktio NEN (housekeeping) by means of a on the backplane 7 arranged microprocessor 7.0 (see Figures 1, 2 and 4).
  • Such administrative and auxiliary functions are, for example, a wake-up function, an on / off function and a power control function.
  • This microprocessor 7.0 is connected via serial UART interfaces by means of data communication lines 7.5, 7.7 and 7.8 of the backplane 7 to the I / O computing node 2.0 and the computing node 3.0 and possibly also to the compute node 4.0.
  • UART interfaces SPI, I2C, PCI or CAN interfaces can also be used.
  • this microprocessor 7.0 is formed with a CAN interface 7.01, via which the microprocessor 7.0 is connected to a CAN bus 10.1 by means of a data communication line 7.9 of the backplane 7.
  • a modularity is given by the fact that for each module 2, 4, 5 and 6 independently of the others, an update, upgrade or replacement can be performed.
  • a variant reduction is achieved by means of the modular system in that all region-specific, model-specific and brand-specific functions are implemented in the I / O module 2 and the memory module 6. Just by adapting these modules 2 and 6 corresponding product variants are generated.
  • the number of modules implemented as plug-in cards, with which a certain number of variants can be generated is substantially smaller than the number of those configurations, if a monolithic ECU is used for a corresponding computer architecture.
  • the modular computer architecture 1 represents a version of the components of the modular system in a demanding high-end configuration, ie with the highest quality characteristics in terms of cockpit and entertainment functions.
  • This modular computer architecture 1 according to FIG. 1 comprises the following components:
  • a memory module 6 with a memory 6.0 a memory module 6 with a memory 6.0
  • a backplane 7 with a microprocessor (housekeeping controller) 7.0 a backplane 7 with a microprocessor (housekeeping controller) 7.0.
  • modules 2, 3, 4 and 6 and the backplane 7 are realized according to the statements made above in terms of their structure and in terms of their functions.
  • the displays (display devices) 11 connected to the display interfaces 2.2 and the cameras 11.1 connected to the camera interfaces 2.3 are operated with high security requirements (ASIL), since these combination instruments, head-up displays (HUD ) and, for example, represent virtual exterior mirrors with associated cameras 11.1.
  • ASIL high security requirements
  • HUD head-up displays
  • the high security requirements are the reason that such displays 11 and associated cameras 11.1 are connected to the I / O rake node 2.0.
  • the displays 12 connected to the computing node 3.0 of the computing module 3 are display devices which are arranged, for example, in the area of the center console and / or in the region of a passenger seat of a vehicle.
  • the camera 12.1 represents, for example, a reversing camera or an interior camera.
  • the displays 13 connected to the further computing node 4.0 of the computer module 4 are display devices which are integrated, for example, in the rear region of a vehicle, for example as screens in the rear seatback of the front seats.
  • the camera 13.1 represents, for example, a reversing camera or an interior camera.
  • the modular computer architecture 1 according to FIG. 2 provides a lower performance level compared to that according to FIG. 1, since apart from the I / O module 2 only a single computer module 3 and no memory module are provided.
  • a microprocessor (housekeeping controller) 7.0 is arranged on a backplane 7 corresponding to that of FIG. Because of the lack of a memory module, the region-specific, construction-site-specific and brand-specific software sections are stored in an operating memory, for example the DDR memory 2.1 of the I / O computing node 2.0. Otherwise, these components 2, 3 and 7 correspond to the above-described modules 2, 3 and 7 in terms of their structure and their functions.
  • the modular computer architecture 1 according to FIG. 3 represents a version of the components of the modular system in a high-end configuration, ie with high quality properties with regard to the cockpit and entertainment functions.
  • This modular computer architecture 1 comprises the following components:
  • a memory module 6 with a memory 6.0 a memory module 6 with a memory 6.0.
  • the backplane 7 lacks a microprocessor (housekeeping controller) for Execution of administrative and auxiliary functions (so-called Houskeeping
  • the management and auxiliary functions are implemented in the I / O compute node 2.0, as is the performance management.
  • the I / O calculation node 2.0 is implemented without display interfaces and camera interfaces.
  • corresponding displays 12 and cameras 12.1 are connected to the computing node 3.0 and corresponding displays 13 and cameras 13.1 to the computing node 4.0.
  • a data traffic via the backplane 7 with high bandwidth, which would be caused by the video transmission avoided.
  • the computing nodes 3.0 and 4.0 of the two computing modules 3 and 4 are each connected via UART interfaces by means of corresponding data communication lines 7.10 and 7.11 to the I / O computing node 2.0 of the I / O module 2.
  • modules 2, 3, 4 and 6 as well as the backplane 7 are realized according to the above statements with respect to their construction and with respect to their functions.
  • the backplane 7 according to FIG. 3 only takes over the provision of the slots for the modules 2, 3, 4 and 6 and has corresponding data communication lines 7.1, 7.2, 7.3, 7.4, 7.10 and 7.11.
  • the modular computer architecture 1 represents a version of the components of the modular system with high quality characteristics with regard to the cockpit and entertainment functions.
  • This modular computer architecture 1 comprises the following components:
  • a memory module 6 with a memory 6.0 a memory module 6 with a memory 6.0
  • a backplane 7 with a microprocessor (housekeeping controller) 7.0 a backplane 7 with a microprocessor (housekeeping controller) 7.0.
  • modules 2, 3, 5 and 6 and the backplane 7 are realized in accordance with the above statements with respect to their structure and with regard to their functions.
  • the expansion node 5.0 of the expansion module 5 and the computing node 3.0 of the computing module 3 are connected via PCIe interfaces by means of a data communication line 7.6.
  • the described modular system for the realization of a modular computer architecture also allows only the use of the I / O module 2 as a computer architecture for a cockpit and infotainment system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Rechner-Architektur (1) eines Cockpit- und Infotainmentsystems für ein Fahrzeug und umfasst folgende Komponenten: – ein I/O-Modul (2) mit – einem I/O-Rechenknoten (2.0) mit wenigstens einem Datenspeicher (2.1), wobei der I/O-Rechenknoten (2.0) zur Verarbeitung von Audio- Daten und als Host-Rechner zur Durchführung von Host-Funktionen mit ASIL-Sicherheitsanforderungen ausgebildet ist, – einem Tuner (2.2) mit zugehöriger Antennen-Schnittstelle (2.3), und – wenigstens einer Schnittstelle (2.4) eines Fahrzeug-Bussystems, und – wenigstens ein Rechenmodul (3) mit – einem Rechenknoten (3.0) mit wenigstens einem Datenspeicher (3.1) zur Durchführung von Cockpit- und Infotainmentfunktionen, und – wenigstens einer Display-Schnittstelle (3.2).

Description

Modulare Rechner-Architektur eines Cockpit- und Infotainmentsystems für ein Fahrzeug
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft eine modulare Rechner-Architektur eines Cockpit- und Infotainmentsystems für ein Fahrzeug.
Moderne Fahrzeuge der Anmelderin sind mit einem Infotainmentsystem (In- Vehicle-Infotainment, IVI) ausgestattet, dessen Basis ein „Modularer Info- tainmentbaukasten“ (MIB2) ist. Der MIB3 ist für zukünftige Fahrzeug vorge- hen. Dieser MIB3 besteht im Wesentlichen aus einer Electronic Control Unit (ECU) mit einem monolithischen Mikrocontroller mit Peripheriekomponenten, wobei verschiedene Hardwarevarianten mit Submodulen eingesetzt werden.
Aus der EP 1 908 639 A1 ist ein Infotainmentsystem für Fahrzeuge bekannt, bei welchem bestimmte Komponenten durch aktuelle Komponenten ersetz- bar sind oder Softwarekomponenten mittels eines Update aktualisierbar sind, während andere Komponenten nicht aktualisiert oder ersetzt werden.
Die DE 10 2015 005 704 A1 beschreibt ein Infotainmentsystem, dessen Soundanlage in einer Grundausstattung zumindest einen Audiokanal mit ei- nem fest im Fahrzeug verbauten Lautsprecher aufweist, der von einer Haupteinheit des Infotainmentsystems ansteuerbar ist und die zumindest eine Schnittstelle zur Kommunikationsverbindung mit zumindest einem ex- ternen portablen Gerät aufweist. Die Haupteinheit weist eine Identifikations- einheit auf, mittels der zur Erweiterung der Soundanlage zumindest ein por- tabler Lautsprecher als externes portables Gerät sowie als zusätzlicher Au- diokanal in die Soundanlage einbindbar ist. Ein Infotainment-Erweiterungsmodul nach der DE 20 2015 005 533 U 1 be- steht aus einem Mikroprozessor und einem Video- und Audiodaten dekodie- renden Hardware-Dekodierer, eine API (Application Programming Interface)- Schnittstelle zur Anbindung eines vorkonfigurierten IVI-Systems und einer Speichereinheit, welche den Datenaustausch zwischen dem vorkonfigurier- ten IVI-System und einem externen Gerät ermöglicht. Hierzu wird eine vorde- finierte Software-Schnittstelle des externen Gerätes in eine Software- Schnittstelle des vorkonfigurierten IVI-Systems übersetzt. Das Infotainment- Erweiterungsmodul wird über die API-Schnittstelle drahtlos oder drahtgebun- den mit dem IVI-System verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Cockpit- und Infotainmentsystem für ein Fahrzeug an- zugeben, insbesondere derart, dass in einfacher Weise verschiedene Konfi- gurationen realisierbar sind und in flexibler und kostengünstiger Weise Hardwarekomponenten austauschbar und für Softwarekomponenten ein Software-Update und -Upgrade ermöglicht wird. Ferner soll in einfacher Wei- se ein solches Cockpit- und Infotainmentsystem mit Hardwarekomponenten in einfacher Weise funktionell erweiterbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Cockpit- und Infotainmentsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Eine solche modulare Rechner-Architektur eines Cockpit- und Infotainment- systems für ein Fahrzeug umfasst
- ein I/O-Modul mit
- einem I/O-Rechenknoten mit wenigstens einem Datenspeicher, wobei der I/O-Rechenknoten zur Verarbeitung von Audio-Daten und als Host-Rechner zur Durchführung von Host-Funktionen mit ASIL- Sicherheitsanforderungen ausgebildet ist,
- einem Tuner mit zugehöriger Antennen-Schnittstelle, und
- wenigstens einer Schnittstelle eines Fahrzeug-Bussystems, und - wenigstens ein Rechenmodul mit - einem Rechen knoten mit wenigstens einem Datenspeicher zur Durchführung von Cockpit- und Infotainmentfunktionen, und
- wenigstens einer Display-Schnittstelle.
Bei dieser erfindungsgemäßen modularen Rechner-Architektur werden alle regionalspezifischen, baureihenspezifischen und markenspezifischen Funkti- onen sowie die zugehörigen Schnittstellen von dem I/O-Modul durchgeführt, so dass ein hierfür angepasstes SoC (Silicon und Chip)-System und ein ent- sprechend angepasstes Software-System für den I/O-Rechenknoten ver- wendbar ist. Mit der Konzentration dieser Funktionen auf diesem I/O- Rechen knoten wird eine Variantenreduktion erreicht, da lediglich das I/O- Modul für neue Produktvarianten angepasst werden muss.
Regionalspezifische Funktionen sind bspw. Ländervarianten des Radio Tu- ners. Baureihenspezifische und markenspezifische Funktionen betreffen bspw. Verarbeitung von Audio-Daten, die den Tuner betreffenden Funktionen sowie die Host-Funktionen mit ASIL-Sicherheitsanforderungen.
Durch die Konzentration dieser Funktionen auf das I/O-Modul kann für den Rechenknoten ein marktgängiger Mikroprozessor für allgemeine Prozesso- ranwendungen eingesetzt werden, so dass damit Infotainment-Eigenschaften mit höchster Qualität realisierbar sind, die bspw. die Display-Auflösung, die Grafik-Leistung, die Netzwerk-Verbindungsqualität usw. betreffen. Damit sind für den Rechen knoten keine anwendungsspezifische SoC-Systeme erforder- lich.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der I/O- Rechen knoten zur Durchführung von Host-Funktionen mit kürzesten Hoch- laufzeiten in der Systemanlaufphase des Cockpit- und Infotainmentsystems ausgebildet. Damit wird erreicht, dass die Einhaltung der Hochlaufzeiten von bzgl. der Hochlaufzeiten kritischen Host-Funktionen bei Verödung auf dem IO-Rechenknoten sichergestellt wird Solche Host-Funktionen betreffen bspw. die als Displays ausgeführten Kombiinstrumente, virtuelle Außenspiegel und die Ausgabe von Warntönen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung der I/O-Rechen knoten zur Durchführung von Host-Funktionen ausgebildet ist, die nach einer Systemabschaltung des Cockpit- und Info- tainmentsystems während einer Nachlaufphase mindestens teilweise aus- führbar sind, da eine Ausführung einer derartigen Host-Funktion auf dem I/O- Rechenknoten durch Abschaltung der anderen Rechen knoten entsprechend optimiert bezüglich des Stromverbrauchs umgesetzt werden kann. Solche Host-Funktionen betreffen bspw. die als Displays ausgeführten Kombiin- strumente, virtuelle Außenspiegel und die Ausgabe von Warntönen.
Weiterhin führt die Weiterbildung der Erfindung, wonach der I/O- Rechen knoten zur Durchführung von Host-Funktionen mit kritischem Latenz- Verhalten ausgebildet ist, dazu dass eine Ausführung einer derartigen Host- Funktion auf dem I/O-Rechen knoten entsprechend optimiert bezüglich des Latenz-Verhaltens umgesetzt werden kann. Solche Host-Funktionen sind bspw. ein Augmented-Reality Head-up-Display (AR-HUD).
Wenn weiterbildungsgemäß der I/O-Rechen knoten über einen PCI (Peri- pheral Component lnterconnect)-Bus mit einem Fahrerassistenzsystem- Modul verbunden ist, führt dies dazu, dass der Austausch von Daten zwi- schen dem Cockpit- und Infotainmentsystem und dem Fahrerassistenzsys- tem mit entsprechend großer Bandbreite und niedriger Latenz möglich wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist der I/O- Rechenknoten eine USB-Schnittstelle, bspw. zur Anbindung eines Geräts zur Aufnahme von Speichermedien auf. Ferner ist weiterbildungsgemäß der I/O- Rechen knoten mit wenigstens einer Displayschnittstelle ausgebildet, wobei optional auch wenigstens eine Kamera-Schnittstelle vorgesehen ist.
Zur Umsetzung von Funktion, die eine bestimmte ASIL-Stufe erfüllen müs- sen, müssen die an die Displayschnittstelle und Kamera-Schnittstelle ange- schlossenen Displays und Kameras entsprechend die Sicherheitsnorm ISO 26262, d. h. eine bestimmte ASIL-Stufe (ASIL = Automotive Safety Integrity Level) erfüllen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der we nigstens eine Rechen knoten eine Schnittstelle eines Fahrzeug-Bussystems aufweist. Damit ist es möglich mit dem Fahrzeug zu kommunizieren.
Der wenigstens eine Rechenknoten weist weiterbildungsgemäß eine USB- Schnittstelle auf, wodurch es ermöglicht wird, dass weitere externe Geräte, wie zum Beispiel ein TV-Tuner, über USB angebunden werden können.
Weiterhin ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vor- teilhaft, wenn der I/O-Rechen knoten und der wenigstens eine Rechenknoten über eine PCIe-Schnittstelle miteinander verbunden sind. Damit wird erreicht, dass der Austausch von Daten mit entsprechend großer Bandbreite und niedriger Latenz möglich wird.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn die modulare Rechner-Architektur mit einem einen nichtflüchtigen Speicher aufweisenden Speichermodul zur Speicherung von Programmen und Daten zur Durchführung und Verwendung durch den wenigstens einen Rechenkno- ten aufweist, wobei der Speicherknoten mittels einer PCIe-Schnittstelle mit dem wenigstens einen Rechenknoten verbunden ist. Auf einer solchen zent- ralen Speichereinheit können sowohl der I/O-Rechen knoten als auch der zumindest eine Rechen knoten zugreifen, wodurch der Austausch von Daten mit entsprechend großer Bandbreite und niedriger Latenz möglich wird.
Des Weiteren weist die modulare Rechner-Architektur weiterbildungsgemäß eine Backplane mit Steckplätzen für das I/O-Modul und das wenigstens eine Rechenmodul auf. Vorzugsweise ist die Backplane mit Datenkommunikati- onsleitungen zur Realisierung der PCIe-Schnittstellen ausgebildet.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Backplane einen Mikrocontrol- ler (House Keeping Contoller) zur Durchführung von Verwaltungs- und Hilfs- funktionen (House-Keeping) des Cockpit- und Infotainmentsystems aufweist, wobei der Mikrocontroller über serielle Schnittstellen, wie bspw. UART- Schnittstellen und/oder Hardware-Leitungen mit dem I/O-Rechenknoten und dem wenigstens einen Rechen knoten verbunden ist. Solche Verwaltungs- und Hilfsfunktionen sind bspw. eine Wake-Up-Funktion, eine On/Off-Funktion und Funktionen zur Leistungssteuerung (Power Management). Ein solcher Mikrocontroller ist vorzugsweise mit einer Schnittstelle eines Fahrzeug- Bussystems ausgebildet, wodurch die benötigte Kommunikation mit dem Fahrzeug ermöglicht wird.
Es ist auch möglich anstelle des Mikrocontrollers auf der Backplane den I/O- Rechen knoten zur Durchführung von Verwaltungs- und Hilfsfunktionen des Cockpit- und Infotainmentsystems auszubilden.
Weiterhin sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die modulare Rechner-Architektur mit wenigstens einem weiteren Rechnermodul mit einem Rechenknoten ausgebildet ist, wobei die Rechen- knoten jeweils mit einem internen Cachespeicher ausgebildet sind und über eine Schnittstelle mit Cachekohärenz verbunden sind. Damit wird bei einem Einsatz von mehreren Rechnermodulen (bspw. auch mehr als zwei solcher Rechenmodule), die über einen solchen Bus mit Cachekohärenz verbunden sind, erreicht, dass die Caches der Rechenmodule ohne zusätzlich Perfor- mance-Einbußen synchronisiert werden können.
Des Weiteren ist nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung für die modulare Rechner-Architektur ein einen Erweiterungsknoten aufweisen- des Erweiterungsmodul zur funktionalen Erweiterungen von Cockpit- und Infotainmentfunktionen, wie bspw. der Integration von Funktionen eines ak- tuell separaten Steuergerätes oder der Erweiterung um eine Recheneinheit, welche Funktionen zur Umsetzung einer künstliche Intelligenz bzw. dem Verarbeiten eines neuronalen Netzwerks zur Verfügung stellt, vorgesehen. Ferner bietet es sich natürlich an, weiterbildungsgemäß das Rechenmodul der modularen Rechnerarchitektur mit wenigstens einer Kamera-Schnittstelle auszubilden. Schließlich hat sich in bevorzugter Weise als vorteilhaft erwiesen, wenn das I/O-Modul und alle Rechenmodule als Fahrzeugschnittstelle eine Ethernet- Schnittstelle aufweisen. Weiterbildungsgemäß sind hierbei die Ethernet- Schnittstellen des I/O-Moduls und aller Rechenmodule über eine Ethernet- Switch-Funktion verbunden und weisen eine gemeinsame Ethernet- Schnittstelle als Fahrzeugschnittstelle auf.
Auch die Displays und Kameras, die an die Displayschnittstellen und Kame- ra-Schnittstellen des Rechenmoduls angeschlossen sind, müssen die Si- cherheitsnorm ISO 26262, d. h. eine bestimmte AS IL -Stufe erfüllen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugten Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen: Figur 1 ein Schaltbild einer modularen Rechner-Architektur eines ersten
Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Figur 2 ein Schaltbild einer modularen Rechner-Architektur eines zwei- ten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Figur 3 ein Schaltbild einer modularen Rechner-Architektur eines dritten
Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Figur 4 ein Schaltbild einer modularen Rechner-Architektur eines 4.
Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Die erfindungsgemäße modulare Rechner-Architektur ist in der Art eines Baukastensystems mit verschiedenen Komponenten aufgebaut, aus denen jeweils spezifische Rechner-Architekturen für ein Cockpit- und Infotainment- System (In-Vehicle-Infotainment, IVI) eines Fahrzeugs aufgebaut werden können. In den Figuren 1 bis 4 sind aus diesen Komponenten unterschiedli- che Rechner-Architekturen 1 dargestellt.
Dieses Baukastensystem besteht aus einem I/O-Modul 2 mit einem I/O- Rechenknoten 2.0, einem Rechenmodul 3 mit einem Rechen knoten 3.0 und einem Speichermodul 6 mit einem nichtflüchtigen Speicher 6.0. Bedarfswei- se ist auch ein Erweiterungsmodul 5 mit einem Rechen knoten 5.0 vorgese- hen (vgl. Figur 4).
Für den Aufbau eines Cockpit- und Infotainmentsystems können auch meh- rere solcher Rechenmodule 3 eingesetzt werden. So besteht die Rechner- Architektur 1 gemäß Figur 1 und gemäß Figur 3 aus einem I/O-Modul 2, zwei Rechenmodulen 3 und 4 sowie einem Speichermodul 6. Diese Komponenten werden als Leiterplatten auf entsprechende Steckplätze über Steckverbinder einer Backplane 7 angeordnet und über Datenkommunikationsleitungen der Backplane verbunden. Die beiden Rechner-Architekturen 1 gemäß den Figu- ren 1 und 3 unterscheiden sich hardwaremäßig dadurch, dass nach Figur 1 auf der Backplane 7 zusätzlich ein Mikroprozessor (House-Keeping Control- ler) 7.0 zur Durchführung von Verwaltungs- und Hilfsfunktionen angeordnet ist.
Die Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 2 umfasst dagegen neben einem I/O-Modul 2 nur ein einziges Rechenmodul 3. Auch diese beiden Komponen- ten 2 und 3 sind auf einer Backplane 7 angeordnet.
Die Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 4 weist neben einem I/O-Modul 2 und einem einzigen Rechenmodul 3 anstelle des weiteren Rechenmoduls 4 ein Erweiterungsmodul 5 auf.
Im Folgenden werden die Komponenten des Baukastensystems, das I/O- Modul 2, das Rechenmodul 3 bzw. 4, das Erweiterungsmodul 5 sowie das Speichermodul 6 beschrieben sowie deren Funktionen und Aufgaben erläu- tert. Das I/O-Modul 2 besteht aus dem auf einer Leiterplatte angeordneten I/O- Rechenknoten 2.0, welcher einen Flash-Speicher 2.1 und einen DDR- Speicher 2.1 als Arbeitsspeicher aufweist. Mit diesem I/O-Rechen knoten 2.0 werden Audio-Daten verarbeitet. Hierzu umfasst das I/O-Modul 2 einen Tu- ner 2.6 mit zugehöriger Antennen-Schnittstelle 2.7. Audio-Daten werden über eine Audio-Schnittstelle 2.8 kommuniziert, an welche ein Mikrofon 9.1 und ein Lautsprecher 9.2 mit einem Booster als Verstärker anschließbar ist. Zu sätzlich kann ein digitaler Signalprozessoer (DSP) 2.80 zur Verarbeitung von Audio- und Soundsignalen zwischen der Audio-Schnittstelle 2.8 und dem I/O- Rechenknoten 2.0 geschaltet werden.
Weiterhin ist der I/O-Rechen knoten 2.0 mit Display-Schnittstellen 2.2 und und Kamera-Schnittstellen 2.3 für den Anschluss von Displays 11 als Anzei- gevorrichtungen für das Kombiinstrument des Fahrzeugs und gegebenenfalls für virtuelle Spiegel und Kameras 11.1 ausgebildet. Ein Head-up-Display (HUD) wird hierbei ebenfalls als Display bezeichnet.
Ferner ist ein Infotainment-Peripheriemodul 2.9 vorgesehen, welches bspw. für eine Smartphone-Authentisierung dient.
Weiterhin weist der I/O-Rechen knoten 2.0 eine USB-Schnittstelle 2.5 für den Anschluss eines Medien-Knotenpunktes (Medien-Hub) 10.1 auf, um damit Peripheriekomponenten für Cockpit-, Infotainment- und Fahrzeuginnenraum- Funktionen anzuschließen, wie bspw. Speicherkarten.
Schließlich weist der I/O-Rechen knoten 2.0 auch Schnittstellen 2.4 zu Fahr- zeugbussystemen, wie bspw. CAN-Fahrzeugbus 10.2 und Ethernet- Fahrzeugbus 10.3 auf.
Mit diesen Funktionalitäten werden alle regionalspezifischen, baureihenspe- zifischen und markenspezifischen (bezogen auf eine Pkw-Marke) Funktio- nen sowie die zugehörigen Schnittstellen von dem I/O-Modul 2 realisiert. Diese betrifft insbesondere die Funktionen des Tuners 2.6 und die Host- Funktionen mit ASIL-Sicherheitsanforderungen.
Der I/O-Rechen knoten 2.0 wird als Host-Rechner für das Rechenmodul 3 und ggf. für weitere Rechenmodule 4 zur Durchführung von Host-Funktionen mit ASIL-Sicherheitsanforderungen gemäß Sicherheitsstandard ISO 26262 eingesetzt. Solche Host-Funktionen betreffen bspw. virtuelle Spiegel, bei denen anstelle einer Spiegelfläche eine Anzeigevorrichtung (Display) ver wendet wird, ein Head-up-Display (HUD) oder das mit Displays realisierte Kombiinstrument, dessen Applikationen mit hohen Sicherheitsanforderungen ablaufen.
Des Weiteren sind in dem I/O-Rechen knoten 2.0 Host-Funktionen mit kür zesten Hochlaufzeiten von weniger als 2 s in der Systemanlaufphase des Cockpit- und Infotainmentsystems implementiert. Solche Funktionen sind bspw. Kombiinstrumente, virtuelle Außenspiegel und die Ausgabe von Warn- tönen.
Ebenso sind auf dem I/O-Rechen knoten 2.0 Host-Funktionen implementiert, die nach einer Systemabschaltung des Cockpit- und Infotainmentsystems während einer Nachlaufphase mindestens teilweise ausführbar sind. Solche Funktionen betreffen bspw. virtuelle Außenspiegel einschließlich der zugehö- rigen Kameras. Schließlich sind auch solche Funktionen mit kritischem La- tenz-Verhalten implementiert, also Funktionen, die ein Augmented-Reality Head-up-Display (AR-HUD) betreffen.
Zur Realisierung dieser Host-Funktionen kann ein hierfür angepasstes SoC (Silicon und Chip)-System und ein entsprechend angepasstes Software- System für den I/O-Rechen knoten 2.0 eingesetzt werden. Mit einem solchen SoC-System wird eine hohe Energieeffizienz erreicht und die Bearbeitung von echtzeitkritischen l/O-interrupts ermöglicht. Optional kann das I/O-Modul 2 mit Sensoren, wie bspw. 3-Achsen- Beschleunigungssensoren ausgebildet werden. Diese Sensoren dienen zum Beispiel zur optimierten Umsetzung einer AR-HUD Funktion.
Weitere Optionen bestehen in der Realisierung von WLAN- und BT(Bluetooth)-Funktionalitäten mittels des I/O-Moduls 2.
Schließlich kann das I/O-Modul 2 optional mit einem Fahrerassistenzsystem- Modul 8 über bspw. einen PCIe (Peripheral Component Interconnect Ex- press)-Schnittstelle unter Nutzung eines NTBs (Non-Transparent Bridge) verbunden werden. Über eine Datenkommunikationsleitung 8.0 werden Roh- daten und bearbeitete Daten von einem Kamerasensor des Fahrerassistenz- systems des Fahrzeugs übertragen. Damit können entsprechende Informati- onen des Fahrerassistenzsystems in dem Cockpit- und Infotainmentsystem angezeigt werden.
Ein Rechenmodul 3 oder 4 besteht aus einem auf einer Leiterplatte angeord- neten Rechenknoten 3.0 bzw. 4.0 mit CPU (Central Processor Unit), GPU (Graphic Processor Unit) und erforderlichenfalls auch Coprozessoren, soge- nannten NPUs (Numerical Processing Unit) zur Erhöhung der Rechenge- schwindigkeit für AI (Artificial Intelligence)-Anwendungen und Datenspeicher 3.1 bzw. 4.1 , wie Flash-Speicher und DDR-Speicher als Arbeitsspeicher.
Ferner ist das Rechenmodul 3 bzw. 4 mit einer Schnittstelle 3.4 bzw. 4.4 für ein Fahrzeug-Bussystem (bspw. Ethernet) und mit einer USB-Schnittstelle 3.5 bzw. 4.5 ausgeführt. Weiterhin sind serielle Schnittstellen 3.6 bzw. 4.6 als UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)-Schnittstelle sowie für einen SP! (Serial Peripheral Interface)-Bus und einen I2C (Inter-Integrated Circuit)-Bus vorgesehen.
Gemäß den Figuren 1 und 3 sind für die modulare Rechner-Architektur 1 jeweils zwei Rechenmodule 3 und 4 vorgesehen, die entweder mittels PCIe- Schnittstellen über eine Datenkommunikationsleitung 7.6 mit Cachekohärenz verbunden sind, wenn die Rechen knoten 3.0 und 4.0 mit Cache-Speicher ausgeführt sind.
Die Rechen knoten 3.0 und 4.0 sind über PCIe-Schnittstellen mittels Daten- kommunikationsleitungen 7.1 und 7.3 als Datenkommunikationsleitungen mit dem I/O-Knoten 2.0 verbunden.
Mit einem solchen Rechenmodul 3 oder 4 werden die eigentlichen Funktio- nalitäten für das Cockpit und für das Infotainmentsystem durchgeführt. Hier- bei sind diese Funktionen im Wesentlichen weder regionalspezifisch und baureihenspezifisch noch markenspezifisch, da solche Funktionen von dem I/O-Modul 2 ausgeführt werden.
In dem Flash-Speicher 3.1 bzw. 4.1 des Rechenknotens 3.0 bzw. 4.0 werden für das Booten des Systems Boot-Blöcke bis zu einem bestimmten Software- Niveau gelegt, welches derart allgemein ist, dass es weder regionalspezi- fisch und baureihenspezifisch noch markenspezifisch ist.
Eine Skalierbarkeit mit diesen Rechenmodulen ist einerseits über deren für die modulare Rechner-Architektur 1 ersetzbaren Anzahl und andererseits über unterschiedliche Leistungsniveaus erreichbar.
Mit dieser Aufteilung der Funktionen zwischen dem I/O-Modul 2 und dem Rechenmodul 3 bzw. 4 können die für allgemeine Prozessoranwendungen verfügbare marktgängige Prozessoren für den Rechenknoten 3.0 bzw. 4.0 eingesetzt werden, so dass damit Infotainment-Eigenschaften mit höchster Qualität realisierbar sind, die bspw. die Display-Auflösung, die Grafik- Leistung, die Netzwerk-Verbindungsqualität usw. betreffen. Damit sind für den Rechen knoten keine anwendungsspezifische SoC-Systeme erforderlich.
Eine weitere Komponente des Baukastensystems für eine modulare Rech- ner-Architektur 1 ist neben einem I/O-Modul 2 und einem Rechenmodul 3 bzw. 4 ein Speichermodul 6 mit einem nichtflüchtigen Speicher 6.0, welcher über jeweils eine PCIe-Schnittstelle mittels einer Datenkommunikationslei- tung 7.2 bzw. 7.4 mit den Rechenknoten 3.0 und 4.0 verbunden sind. Auf diesem Speicher 6.0 sind möglichst alle regionalspezifischen, baureihenspe- zifischen und markenspezifischen Softwa re-Absch n i tte gespeichert, die auf einem Rechen knoten 3.0 und 4.0 ausgeführt werden.
Der Speicher 6.0 kann als SSD-Speicher ausgeführt werden.
Als weitere Komponente des Baukastensystems für eine modulare Rechner- Architektur 1 ist ein Erweiterungsmodul 5 mit einem Mikroprozessor als Er- weiterungsknoten 5.0 zur funktionalen Erweiterungen von Cockpit- und Info- tainmentfunktionen vorgesehen. Dem Mikroprozessor als Rettungsnoten 5.0 sind ein Flash-Speicher und DDR-Speicher als Datenspeicher 5.1 zugeord- net.
Der Erweiterungsknoten 5.0 mit einer Schnittstelle 5.4 für ein Fahrzeug- Bussystem (bspw. Ethernet) und mit einer USB-Schnittstelle 5.5 ausgeführt. Weiterhin sind serielle Schnittstellen 5.6 als UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter)-Schnittstelle sowie für einen SRI (Serial Peripheral Interface)-Bus und einen I2C (Inter-Integrated Circuit)-Bus vorgesehen.
Mit solchen funktionalen Erweiterungen können bspw. qualitativ hochwertige Klangfunktionen realisiert werden. Weiterhin ist es möglich, den Erweite- rungsknoten 5.0 als Grafikknoten zur Verbesserung von Grafikprozessen und zur Anbindung von weiteren Displays auszuführen.
Des Weiteren können einem solchen Erweiterungsmodul 5 zusätzliche Be- triebssysteme, wie bspw. Android betrieben werden. Ferner können solche Erweiterungsmodule 5 auch zukünftige Anwendungen realisierbar machen.
Schließlich können die Erweiterungsmodule 5 auch als Hardware- Erweiterung eingesetzt und damit bspw. WIFI- und/oder BT- und/oder Tele- fon- und/oder AI (Artificial Intelligence)-Anwendungen realisiert werden. Das Baukastensystem zur Realisierung einer modularen Rechner-Architektur für ein Cockpit- und Infotainmentsystem eines Fahrzeugs wird schließlich vervollständigt durch die oben bereits erwähnte Backplane 7.
Diese Backplane 7 dient sowohl zur Datenverbindung der Komponenten des Baukastensystems über PCIe-Schnittstellen oder Ethernet-Schnittstellen ein- schließlich der Energieversorgung bzw. Powermanagement der einzelnen Komponenten als auch der Durchführung von Verwaltungs- und Hilfsfunktio nen (House-Keeping) mittels eines auf der Backplane 7 angeordneten Mik- roprozessors 7.0 (vgl. Figuren 1 , 2 und 4). Solche Verwaltungs- und Hilfs- funktionen sind bspw. eine Wake-Up-Funktion, eine On/Off-Funktion und eine Funktion zur Leistungssteuerung.
Dieser Mikroprozessor 7.0 ist über serielle UART-Schnittstellen mittels Da- tenkommunikationsleitungen 7.5, 7.7 und 7.8 des Backplanes 7 mit dem I/O- Rechen knoten 2.0 und dem Rechenknoten 3.0 und ggf. auch mit dem Re- chen knoten 4.0 verbunden. Anstelle von UART-Schnittstellen können auch SPI-, I2C-, PCI- oder CAN-Schnittstellen verwendet werden. Ferner ist dieser Mikroprozessor 7.0 mit einer CAN-Schnittstelle 7.01 ausgebildet, über die der Mikroprozessors 7.0 mit einem CAN-Bus 10.1 mittels einer Daten kom- munikationsleitung 7.9 der Backplane 7 verbunden ist.
Mit diesen Komponenten des Baukastensystems ist eine Modularität dadurch gegeben, dass für jedes einzelne Modul 2, 4, 5 und 6 unabhängig von den anderen ein Update, ein Upgrade oder ein Ersatz durchgeführt werden kann.
Eine Variantenreduktion wird mittels des Baukastensystems dadurch er reicht, dass alle regionalspezifischen, baureihenspezifischen und marken- spezifischen Funktionen in dem I/O-Modul 2 und dem Speichermodul 6 real i- siert werden. Allein durch eine Anpassung dieser Module 2 und 6 werden entsprechende Produktvarianten erzeugt. Damit ist die Anzahl der als Steck- karten ausgeführten Module, mit welchen eine bestimmte Anzahl von Varian- ten erzeugbar ist, wesentlich kleiner als die Anzahl jener Konfigurationen, wenn für eine entsprechende Rechner-Architektur eine monolithische ECU eingesetzt wird.
Die modulare Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 1 stellt eine Version aus den Komponenten des Baukastensystems in einer anspruchsvollen High- End-Konfiguration, also mit höchsten Qualitätseigenschaften hinsichtlich der Cockpit- und Entertainmentfunktionen dar.
Diese modulare Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 1 umfasst folgende Komponenten:
- ein I/O-Modul 2 mit einem I/O-Rechenknoten 2.0,
- ein Rechenmodul 3 mit einem Rechenknoten 3.0,
- ein weiteres Rechenmodul 4 mit einem Rechen knoten 4.0,
- ein Speichermodul 6 mit einem Speicher 6.0, und
- eine Backplane 7 mit einem Mikroprozessor (House-Keeping Controller) 7.0.
Diese Module 2, 3, 4 und 6 sowie die Backplane 7 sind mit entsprechend den oben gemachten Ausführungen hinsichtlich deren Aufbau und hinsichtlich deren Funktionen realisiert.
Die an den Display-Schnittstellen 2.2 angeschlossenen Displays (Anzeige- vorrichtungen) 11 und die an den Kamera-Schnittstellen 2.3 angeschlosse- nen Kameras 11.1 werden mit hohen Sicherheitsanforderungen (ASIL) be- trieben, da diese Kombiinstrumente, Head-up-Displays (HUD) und bspw. virtuelle Außenspiegel mit zugehörigen Kameras 11.1 darstellen. Die hohen Sicherheitsanforderungen sind der Grund dafür, dass solche Displays 11 und zugehörige Kameras 11.1 an den I/O-Rechen knoten 2.0 angeschlossen werden.
Die an den Rechen knoten 3.0 des Rechenmoduls 3 angeschlossenen Dis- plays 12 sind Anzeigevorrichtungen, die bspw. im Bereich der Mittel konsole und/oder im Bereich eines Beifahrersitzes eines Fahrzeugs angeordnet sind. Die Kamera 12.1 stellt bspw. eine Rückfahrkamera oder eine Innenraumka- mera dar.
Die an den weiteren Rechen knoten 4.0 des Rechenmoduls 4 angeschlosse- nen Displays 13 sind Anzeigevorrichtungen, die bspw. im Fondbereich eines Fahrzeugs, bspw. als Bildschirme in der Rücksitzlehne der Vordersitze inte- griert sind. Die Kamera 13.1 stellt bspw. eine Rückfahrkamera oder eine In- nenraumkamera dar.
Die modulare Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 2 liefert im Vergleich zu derjenigen gemäß Figur 1 ein geringeres Leistungsniveau, da neben dem I/O-Modul 2 lediglich ein einziges Rechenmodul 3 und kein Speichermodul vorgesehen ist. Auf einer Backplane 7 ist entsprechend demjenigen von Fi- gur 1 auch ein Mikroprozessor (House-Keeping Controller) 7.0 angeordnet. Wegen des fehlenden Speichermoduls sind die regionalspezifischen, baurei- henspezifischen und markenspezifischen Software-Abschnitte in einem Ar beitsspeicher, bspw. dem DDR-Speicher 2.1 des I/O-Rechenknotens 2.0 ge- speichert. Ansonsten entsprechen diese Komponenten 2, 3 und 7 hinsichtlich deren Aufbau und deren Funktionen den oben beschriebenen Modulen 2, 3 und 7.
Die modulare Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 3 stellt eine Version aus den Komponenten des Baukastensystems in einer High-End-Konfiguration, also mit hohen Qual itätseigenschaften hinsichtlich der Cockpit- und Enter- tainmentfunktionen dar.
Diese modulare Rechner-Architektur 1 umfasst folgende Komponenten:
- ein I/O-Modul 2 mit einem I/O-Rechenknoten 2.0,
- ein Rechenmodul 3 mit einem Rechenknoten 3.0,
- ein weiteres Rechenmodul 4 mit einem Rechen knoten 4.0, und
- ein Speichermodul 6 mit einem Speicher 6.0.
Im Vergleich zu der modularen Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 1 fehlt jedoch der Backplane 7 ein Mikroprozessor (House-Keeping Controller) zur Ausführung von Verwaltung- und Hilfsfunktionen (sogenannte Houskeeping-
Funktionen).
Aufgrund des fehlenden Mikroprozessors 7.0 der Backplane 7 werden die Verwaltungs- und Hilfsfunktionen in dem I/O-Rechenknoten 2.0 implemen- tiert, ebenso das Leistungsmanagement.
Ferner ist der I/O-Rechen knoten 2.0 ohne Display-Schnittstellen und Kame- ra-Schnittstellen ausgeführt. Hierfür sind entsprechende Displays 12 und Kameras 12.1 an den Rechenknoten 3.0 sowie entsprechende Displays 13 und Kameras 13.1 an den Rechen knoten 4.0 angeschlossen. Dies betrifft insbesondere die als Kombiinstrument eingesetzten Displays, gegebenen- falls das Head-up-Display, die Displays im Bereich einer Mittelkonsole des Fahrzeugs, die Displays im Fondbereich des Fahrzeugs und die fahrzeugin- neren Kameras. Im Vergleich zu der Anbindung der Displays 11 und Kame- ras 11.1 an den I/O-Rechen knoten 2.0 des I/O-Moduls 2 wird ein Datenver- kehr über das Backplane 7 mit hoher Bandbreite, der durch die Videoüber- tragung verursacht würde, vermieden.
Die Rechenknoten 3.0 und 4.0 der beiden Rechenmodule 3 und 4 sind je- weils über UART-Schnittstellen mittels entsprechenden Datenkommunikati- onsleitungen 7.10 und 7.11 mit dem I/O-Rechen knoten 2.0 des I/O-Moduls 2 verbunden.
Ansonsten sind diese Module 2, 3, 4 und 6 sowie die Backplane 7 entspre- chend den obigen Ausführungen hinsichtlich deren Aufbau und hinsichtlich deren Funktionen realisiert. Die Backplane 7 gemäß Figur 3 übernimmt ledig- lich die Bereitstellung der Steckplätze für die Module 2, 3, 4 und 6 und weist entsprechende Datenkommunikationsleitungen 7.1 , 7.2, 7.3, 7.4, 7.10 und 7.11 auf.
Die modulare Rechner-Architektur 1 gemäß Figur 4 stellt eine Version aus den Komponenten des Baukastensystems mit hohen Qualitätseigenschaften hinsichtlich der Cockpit- und Entertainmentfunktionen dar. Diese modulare Rechner-Architektur 1 umfasst folgende Komponenten:
- ein I/O-Modul 2 mit einem I/O-Rechen knoten 2.0,
- ein Rechenmodul 3 mit einem Rechenknoten 3.0,
- ein Erweiterungsmodul 5 mit einem Erweiterungsknoten 5.0,
- ein Speichermodul 6 mit einem Speicher 6.0, und
- ein Backplane 7 mit einem Mikroprozessor (House-Keeping Controller) 7.0.
Diese Module 2, 3, 5 und 6 sowie die Backplane 7 sind entsprechend den obigen Ausführungen hinsichtlich deren Aufbau und hinsichtlich deren Funk- tionen realisiert. Der Erweiterungsknoten 5.0 des Erweiterungsmoduls 5 und der Rechen knoten 3.0 des Rechenmoduls 3 sind über PCIe-Schnittstellen mittels einer Datenkommunikationsleitung 7.6 verbunden. Zu den anderen Modulen 2 und 6 bestehen seitens des Erweiterungsmoduls 5 keine Daten- Verbindungen.
Das beschriebene Baukastensystem zur Realisierung einer modularen Rechner-Architektur lässt als einfachste Version auch lediglich die Verwen- dung des I/O-Moduls 2 als Rechner-Architektur für ein Cockpit- und Infotain- mentsystem zu.
BEZUGSZEICHEN
1 Modulare Rechner-Architektur
2 I/O-Modul
2.0 I/O-Rechen knoten des I/O-Moduls 2
2.1 Datenspeicher des I/O-Rechenknotens 2.0
2.2 Display-Schnittstelle des I/O-Rechenknotens 2.0
2.3 Kamera-Schnittstelle des I/O-Rechenknotens 2.0
2.4 Schnittstelle eines Fahrzeug-Bussystems 2.5 USB-Schnittstelle
2.6 Tuner
2.7 Schnittstelle des Tuners
2.8 Audio-Schnittstelle
2.80 Digitaler Signalprozessor
2.9 Infotainment-Peripheriemodul
3 Rechenmodul
3.0 Rechenknoten des Rechenmoduls 3
3.1 Datenspeicher des Rechenknotens 3.0
3.2 Display-Schnittstelle des Rechenknotens 3.0
3.3 Kamera-Schnittstelle des Rechenknotens 3.0
3.4 Schnittstelle eines Fahrzeug-Bussystems
3.5 USB-Schnittstelle
3.6 serielle Schnittstellen
4 Rechenmodul
4.0 Rechenknoten des Rechenmoduls 4
4.1 Datenspeicher des Rechenknotens 4.0
4.2 Display-Schnittstelle des Rechenknotens 4.0 4.3 Kamera-Schnittstelle des Rechenknotens 4.0
4.4 Schnittstelle eines Fahrzeug-Bussystems
4.5 USB-Schnittstelle
4.6 serielle Schnittstellen 5 Erweiterungsmodul
5.0 Erweiterungsknoten des Bearbeitungsmoduls 5
5.1 Datenspeicher des Erweiterungsknotens 5.0
5.4 Schnittstelle eines Fahrzeug-Bussystems 5.5 USB-Schnittstelle
5.6 serielle Schnittstelle
6 Speichermodul
6.0 nichtflüchtiger Speicher
7 Backplane
7.0 Mikroprozessor der Backplane 5
7.01 CAN-Schnittstelle
7.1 Datenkommunikationsleitung
7.2 Datenkommunikationsleitung
7.3 Datenkommunikationsleitung
7.4 Datenkommunikationsleitung
7.5 Datenkommunikationsleitung
7.6 Datenkommunikationsleitung
7.7 Datenkommunikationsleitung
7.8 Datenkommunikationsleitung
7.9 Datenkommunikationsleitung
7.10 Datenkommunikationsleitung
7.11 Datenkommunikationsleitung
8 Fahrerassistenzsystem-Modul
8.0 Datenkommunikationsleitung
9.1 Mikrophon
9.2 Lautsprecher mit Booster
10.1 Medien-Knotenpunkt
10.1 CAN-Fahrzeugbus
10.2 Ethernet-Fahrzeugbus 11 Displays
11.1 Kameras 12 Displays
12.1 Kamera
13 Displays
13.1 Kameras

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1. Modulare Rechner-Architektur (1 ) eines Cockpit- und Infotainmentsystems für ein Fahrzeug, umfassend
- ein I/O-Modul (2) mit
- einem I/O-Rechenknoten (2.0) mit wenigstens einem Datenspei- cher (2.1 ), wobei der I/O-Rechenknoten (2.0) zur Verarbeitung von Audio-Daten und als Host-Rechner zur Durchführung von Host- Funktionen mit ASIL-Sicherheitsanforderungen ausgebildet ist,
- einem Tuner (2.2) mit zugehöriger Antennen-Schnittstelle (2.3), und
- wenigstens einer Schnittstelle (2.4) eines Fahrzeug-Bussystems, und
- wenigstens ein Rechenmodul (3) mit
- einem Rechen knoten (3.0) mit wenigstens einem Datenspeicher (3.1 ) zur Durchführung von Cockpit- und Infotainmentfunktionen, und
- wenigstens einer Display-Schnittstelle (3.2).
2. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach Anspruch 1 , bei welcher der I/O- Rechen knoten (2.0) zur Durchführung von Host-Funktionen mit kürzesten Hochlaufzeiten in der Systemanlaufphase des Cockpit- und Infotainment- systems ausgebildet ist.
3. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) zur Durchführung von Host-Funktionen aus- gebildet ist, die nach einer Systemabschaltung des Cockpit- und Infotain- mentsystems während einer Nachlaufphase mindestens teilweise aus- führbar sind.
4. Modulare Rech ner-Arch itektu r (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) zur Durchführung von Host-Funktionen mit kritischem Latenz-Verhalten ausgebildet ist.
5. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) über einen PCI-Bus mit einem Fahrerassistenzsystem-Modul (8) verbunden ist.
6. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) eine USB-Schnittstelle (2.5) aufweist.
7. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) wenigstens eine Display- Schnittstelle (2.2) aufweist.
8. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) wenigstens eine Kame- ra-Schnittstelle (2.3) aufweist.
9. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) zur Durchführung von Host-Funktionen unter Einhaltung der Sicherheitsstandards nach ISO 26262 ausgebildet ist.
10. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der wenigstens eine Rechen knoten (3.0) eine Schnittstelle (3.4) eines Fahrzeug-Bussystems aufweist.
11. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der wenigstens eine Rechen knoten (3.0) eine USB-Schnittstelle (3.5) aufweist.
12. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der I/O-Rechenknoten (2.0) und der wenigstens eine Rechenknoten (3.0) über PCIe-Schnittstellen miteinander verbun- den sind.
13. Modulare Rech ner-Arch itektu r (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche mit einem Speichermodul (6) mit einem nichtflüchtigen Speicher (6.0) zur Speicherung von Programmen und Daten zur Durchführung und Verwendung durch den wenigstens einen Rechen knoten (3.0), wobei der Speicher mittels einer PCIe-Schnittstelle mit dem wenigstens einen Re- chenknoten (3.0) verbunden ist.
14. Modulare Rech ner-Arch itektu r (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche mit einer Backplane (7), welche Steckplätze für das I/O- Rechenmodul (2) und das wenigstens eine Rechenmodul (3) aufweist.
15. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , bei welcher die Backplane (7) mit Datenkommunikationsleitungen (7.1 , 7.2) zur Verbindung der PCIe-Schnittstellen ausgebildet ist.
16. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach Anspruch 14 und 15, bei welcher die Backplane (7) einen Mikrocontroller (7.0) zur Durchführung von Ver- waltungsfunktionen oder Hilfsfunktionen des Cockpit- und Infotainment- systems aufweist, wobei der Mikrocontroller (7.0) über serielle Schnittstel len und/oder Hardware-Leitungen mit dem I/O-Rechenknoten (2.0) und dem wenigstens einen Rechenknoten (3.0) verbunden ist.
17. Modulare Rechner-Architektur (1 ) nach Anspruch 16, bei welcher der Mikrocontroller (7.0) mit einer Schnittstelle (7.01 ) eines Fahrzeug- Bussystems ausgebildet ist.
18. Modulare Rech ner-Arch itektu r (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche 1 bis 12, bei welcher der I/O-Rechen knoten (2.0) zur Durchfüh- rung von Verwaltungsfunktionen oder Hilfsfunktionen des Cockpit- und In- fotainmentsystems ausgebildet ist.
19. Modulare Rech ner-Arch itektu r (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche mit wenigstens einem weiteren Rechnermodul (4) mit einem Re- chenknoten (4.0), wobei die Rechen knoten (3.0, 4.0) jeweils mit einem in- ternen Cachespeicher ausgebildet sind und über eine Schnittstelle mit Cachekohärenz mittels einer Datenkommunikationsleitungen (7.6) ver- bunden sind.
20. Modulare Rechnerarchitektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche mit einem einen Erweiterungsknoten (5.0) aufweisenden Erweite- rungsmodul (5) zur funktionalen Erweiterungen von Cockpit- und Infotain- mentfunktionen.
21. Modulare Rechnerarchitektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- sprüche, bei welcher das wenigstens eine Rechenmodul (3) mit wenigs- tens einer Kamera-Schnittstelle (3.3) ausgebildet ist.
22. Modulare Rechnerarchitektur (1 ) nach einem der vorhergehenden An- Sprüche, bei welchem das I/O-Modul (2) und alle Rechenmodule (3, 4) als
Fahrzeugschnittstelle eine Ethernet-Schnittstelle aufweisen.
23. Modulare Rechnerarchitektur (1 ) nach Anspruch 22, bei welchem die Ethernet-Schnittstellen des I/O-Moduls (2) und aller Rechenmodule (3, 4) über eine Ethernet-Switch-Funktion verbunden sind und eine gemeinsame Ethernet-Schnittstelle als Fahrzeugschnittstelle aufweisen.
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