WO2012110538A1 - Kommunikationssystem mit einer durch eine recheneinheit steuerbaren elektronischen schaltung, insbesondere für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Kommunikationssystem mit einer durch eine recheneinheit steuerbaren elektronischen schaltung, insbesondere für ein kraftfahrzeug Download PDF

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WO2012110538A1
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electronic circuit
data bus
signal lines
bus
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PCT/EP2012/052554
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Klaus-Dieter Schneider
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Continental Automotive Gmbh
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    • H04L2012/40273—Bus for use in transportation systems the transportation system being a vehicle

Definitions

  • Communication system with an electronic circuit controllable by a computing unit, in particular for a motor vehicle
  • the invention relates to a communication system, in particular for a motor vehicle, having a computer unit arranged in a central computer and having an electronic circuit which can be controlled by the arithmetic unit.
  • the central computer of such a communication system for example, an electronic control unit (ECU) in a motor vehicle, via which the electronic circuits in the form of actuators or sensors are controlled or read.
  • ECU electronice control unit
  • the stand-alone components can then be placed physically remote from the ECU. For reasons of cost, but also for reasons of reliability, efforts are being made to realize the communication between the ECU and the components connected thereto on the basis of known bus systems.
  • In the automotive field are (Local Interconnect Network) bus frequently used data buses at ⁇ play as CAN (Controller Area Network) or LIN. Both data buses are based on serial data communication, which is asynchronous.
  • a microcontroller is provided with one for conditioning the transmitted data Data storage required.
  • a specific sequence program for the ECU and attached to this component is included ⁇ .
  • the sequence program in the micro ⁇ controller of the component is used to control the electronic circuit of the component.
  • the electronic circuit is used to drive intelligent power semiconductor switches for loads, for reading sensors, etc.
  • the SPI (Serial Peripheral Interface) bus is a synchronous serial data bus.
  • the SPI bus enables the connection of digital circuits according to the master-slave principle.
  • the Master is for example a microcontroller, the principle any number of slave devices or -paving blocks of ⁇ are closed. Slave devices may be, for example, the already mentioned actuators.
  • the master determines which slave device it wants to communicate with.
  • a resulting disadvantage is that the cost of the outsourced component are very high, since for the connection of the component via the CAN or LIN bus in each case a microcontroller must be provided in the component. In addition to the pure hardware costs, this also includes costs for the implementation and maintenance of the sequence program provided in the microcontroller of the outsourced component.
  • the invention provides a communication system, in particular for a motor vehicle, having a computing unit arranged in a central computer and having an electronic circuit which can be controlled by the computing unit.
  • the communication system is characterized in that the electronic circuit of a spatially arranged away from the central computer component is arranged.
  • the arithmetic unit comprises a first interface for communication with the electronic circuit.
  • the electronic circuit includes a second interface for communication with the rake ⁇ unit, wherein the first and the second interface on a clock-synchronized serial data bus with a plurality of signal lines based.
  • the extending between the central computer and the component portions of the plurality of signal lines ⁇ are adapted to transmit the signals with a transmission method different from the clock synchronous serial data transmission.
  • the direct communication of the arithmetic unit (for example in the form of a microcontroller) of the central computer with the electronic circuit of the remote component according to the specifications of the first data bus has a number of advantages. This results in a sig ⁇ nifikante cost savings in hardware and software in the spatially remote component, because in this additional arithmetic unit is not required (for example in the form of another micro- roreaors). Thus, the data storage connected to the arithmetic unit and the sequence program provided thereon need not be provided. Also the costs for the software in the central computer are reduced, since the implementation of a protocol for Kom ⁇ communication between the central computer and the remote component is not required.
  • the computer comprises one of the plurality of signal lines corresponding number of first signal converter for converting the signals of the isochronous data bus to the different transmission method, and vice versa. It is also expedient if the component comprises a number of second signal converters corresponding to the plurality of signal lines for converting the signals of the isochronous data bus to the different transmission method, and vice versa.
  • Connected to the arithmetic unit and the electronic circuit is a number of signal lines corresponding to the number of the first data bus, which in turn are each coupled to one of the signal converters mentioned. Signals are then sent or received in accordance with the specifications of the first data bus via the signal lines.
  • the first data bus is preferably based on an SPI (Serial Peripheral Interface).
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the commonly ver ⁇ used in an SPI signals are a clock signal, a data signal over a downstream channel from the arithmetic unit to one of the electronic circuits (SDI - Serial Data In), a data signal over an upstream channel of one of the electronic circuits to the computing unit of the central computer (SDO - Serial Data Out) and an optional selection signal (CS - Chip Select).
  • the SPI signals are removed for transmission between the arithmetic unit and the electronic circuitry arranged component converted to a specification used in the data transmission method of the plurality of sections.
  • the signal converters are designed to adapt a voltage level of the isochronous serial data bus and of the different data transmission method.
  • the signal converter thereby no protocol conversion. Rather, only the electrical properties of the first data bus and the further transmission method are taken into account and adapted to one another.
  • the various transmission information model used is one which is suitable for standardized Ka ⁇ belbäume, particularly within the scope of motor vehicles.
  • the sections of the plurality of signal lines are bus lines of another data bus, which is different from the clock-synchronous serial data bus, and have their electrical properties.
  • the other data bus may have the electrical characteristics of a CA bus or a LIN bus.
  • Signal converter used in the case of a CA bus for the majority of the sections of signal lines.
  • transceivers are used in the central computer and the remote electronic component.
  • LIN transceivers are used as signal converters.
  • further suitable data buses preferably based on a serial transmission method.
  • the first and second interfaces are, as mentioned, preferably based on an SPI (Serial Peripheral Interface) with at least three signal lines.
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the use of an SPI as first and second interface has the advantage that the communication between the arithmetic unit in the central computer and the electronic circuit in the remote component can take place with a comparatively increased bandwidth. In particular, full-duplex operation is possible in which data can be transmitted in parallel via the downstream and upstream channels.
  • an SPI has the advantage that no protocol overhead arises because no arbitration and data collision detection is required.
  • Another advantage of using an SPI for the first and second interface is that several components and thus electronic circuits can be connected in parallel in accordance with the invention. Similarly, the interconnection in a daisy chain is possible. It is irrelevant whether the additional components internal components of the central computer or the relevant electronic circuits are arranged in remote components.
  • the communication system 1 consists of a central computer 10, for example an electronic control unit (ECU) in one Motor vehicle.
  • the central computer 10 includes a arranged in this computing unit 11.
  • the computing unit 11 is formed at ⁇ example by a microcontroller ( ⁇ ).
  • Le ⁇ is a spatially remote from the central computer 10 component 20 shown diglich example.
  • the component 20 includes an electronic circuit 21.
  • the electronic circuit 21 is used for example for driving a load or for reading sensors. The necessary components (actuator and / or sensor) are not shown in Fig. 1.
  • the microcontroller 11 and the electronic circuit 21 each have a communication interface 12, 22 for data transmission over an isochronous serial data bus 30.
  • the data bus 30 is based on an SPI (Serial Peripheral Interface).
  • SPI Serial Peripheral Interface
  • the SPI bus enables the connection of digital circuits according to the master-slave principle.
  • the master is the arithmetic unit 11. Any number of slave devices (here: electronic circuits 21) can in principle be connected to the master. In the embodiment, only a single such electronic circuit is shown. If a plurality of slave devices are connected to the master, the master determines which slave device it wants to communicate with.
  • the data bus of an SPI has at least three common lines to which each slave device and the master are connected. Via a signal line 36, data MTSR are transmitted from the master to the electronic circuit 21 in the so-called downstream channel.
  • the signal line 36 is connected to an output SDO (Serial Data Out) of the arithmetic unit 11 and an input SDI Serial Data In) of the electronic circuit 21.
  • SDO Serial Data Out
  • SDI Serial Data In
  • the signal line 33 is connected to a data output SDO (Serial Data Out) of the electronic circuit 21 and a data input SDI (Serial Data In) of the arithmetic unit 11. concluded.
  • the third common line 35 is used to transmit a clock signal SP_CLK, which is generated by the arithmetic unit 11 and the electronic circuit 21 is provided.
  • the signal line 35 is provided between a clock terminal CLK of the arithmetic unit 11 and a clock terminal of the electronic circuit 21.
  • a principle optional selection line 34 is also provided, via which a selection signal is transmitted SPI_CS. The selection signal is controlled by the arithmetic unit and makes it possible to specifically address one of a plurality of electronic circuits.
  • the arithmetic unit 11 and the electronic circuit are thus connected via their interfaces 12 and 22 to signal lines of an SPI bus and send or receive the signals MRST, SPI_CS, SP_CLK and MTSR according to the specifications of the SPI bus.
  • the signal transmission in the portions 33 ', 34', 35 ', 36' with a different one of a SPI transfer process. occurs
  • the sections 33 ', 34', 35 ', 36' are based for example on lines of a CAN or a LIN bus or another, preferably serial data bus.
  • the sections 33 ', 34', 35 ', 36' may be formed in the form of the cable harnesses of the data bus in question.
  • the according to The cables used in the CAN or LIN bus must be twisted and / or shielded.
  • the use of imported components, in particular of commonly used harnesses is not only cost technically favorable, but also ensures a secure transmission, as a protection against interference pulses, EMC or
  • the signal converters make it possible to convert the signals MRST, SPI_CS, SP_CLK, MTSR of the isochronous data bus to the transmission method used in the sections 33 ', 34', 35 ', 36', and vice versa. In this case, no protocol conversion takes place, but the signals are merely converted into signals having other electrical properties which are required for the harness used for the sections 33 ', 34', 35 ', 36'.
  • the signal converter 13, 14, 15, 16 and 23, 24, 25, 26 are in the case of the embodiment of the sections 33 ', 34', 35 ', 36' as
  • CA transceiver trained.
  • the voltage level of the signal is adjusted.
  • the component 20 is represented as an SPI module, which is connected to the arithmetic unit 11 in a conventional manner via the signal lines used in an SPI bus.
  • the signal converters described for the signal conversion can be selected according to the selected technology of the sections 33 ', 34', 35 ', 36' of the signal lines. All components necessary for this purpose are known from the prior art standard components, which are available at low cost.
  • the proposed communication system requires the presence of a wire harness and respective signal converter at its ends for each signal line of the SPI data bus to be replaced.
  • the extra effort required for this is still less expensive than the provision of complex components with independent processing units, data storage and maintenance program to be maintained.
  • a plurality of outsourced components may also be connected to the central computer 10.
  • the further outsourced components can be connected in parallel to the component 20 shown in FIG.
  • electronic circuits that are communicatively connected via the SPI bus to the arithmetic unit 11, be integrated into the parallel circuit with other outsourced components.
  • internal and external outsourced components in a daisy chain can be interconnected in a known manner.

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Abstract

Die Erfindung beschreibt ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner (10) angeordneten Recheneinheit (11) und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung (21). Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Schaltung (21) in einer räumlich von dem zentralen Rechner (10) entfernt angeordneten Komponente (20) angeordnet ist. Die Recheneinheit (11) umfasst eine erste Schnittstelle (12) zur Kommunikation mit der elektronischen Schaltung. Ferner umfasst die elektronische Schaltung (21) eine zweite Schnittstelle (22) zur Kommunikation mit der Recheneinheit, wobei die erste und die zweite Schnittstelle (12, 22) auf einem taktsynchronen seriellen Datenbus (30) mit einer Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) basieren. Die zwischen dem zentralen Rechner (10) und der Komponente (20) verlaufenden Abschnitte (33', 34', 35', 36') der Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) sind dazu ausgebildet, die Signale mit einem von dem taktsynchronen seriellen Datenbus (30) verschiedenen Übertragungsverfahren zu übertragen.

Description

Beschreibung
Kommunikationssystem mit einer durch eine Recheneinheit steuerbaren elektronischen Schaltung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner angeordneten Recheneinheit und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung.
Der zentrale Rechner eines solchen Kommunikationssystems ist beispielsweise eine Electronic Control Unit (ECU) in einem Kraftfahrzeug, über die die elektronischen Schaltungen in Gestalt von Aktoren oder Sensoren angesteuert oder ausgelesen werden. Bedingt durch räumliche Erfordernisse sowie den Wunsch, die ECU mit so geringen Abmaßen wie möglich bauen zu können, werden zumindest manche der elektronischen Schaltungen aus der ECU in eigenständige Komponenten ausgelagert. Die eigenständigen Komponenten können dann räumlich entfernt von der ECU angeordnet werden. Aus Kostengründen, aber auch aus Gründen der Zuverlässigkeit ist man bestrebt, die Kommunikation zwischen der ECU und den daran angeschlossenen Komponenten auf Basis bekannter Bussysteme zu realisieren. Im automobilen Umfeld sind bei¬ spielsweise der CAN (Controller Area Network) oder der LIN (Local Interconnect Network) -Bus häufig verwendete Datenbusse. Beide Datenbusse basieren auf einer seriellen Datenkommunikation, wobei diese asynchron ist.
Bei einem LIN- oder CAN-Bus erfolgt eine Datenübertragung zwischen den an der Kommunikation beteiligten Komponenten in der Regel im Halbduplex-Verfahren . Hierbei ist ein Arbitrierungs- und Fehlererkennungsmechanismus zur Vermeidung bzw. Erkennung von Datenkollisionen erforderlich. Diese Mechanismen sind entweder in Hardware (z.B. beim CAN-Bus) oder in Software zu implementieren. Sowohl in der ECU als auch in der an die ECU angebundenen Komponente (Sensor oder Aktuator) ist zur Aufbereitung der übertragenen Daten ein Mikrocontroller mit einem Datenspeicher erforderlich. In einem jeweiligen Speicher ist ein spezifisches Ablaufprogramm für die ECU und die an diese an¬ gebundene Komponente enthalten. Das Ablaufprogramm im Mikro¬ Controller der Komponente dient zur Steuerung der elektronischen Schaltung der Komponente. Beispielsweise dient die elektronische Schaltung zum Ansteuern intelligenter Leistungshalbleiterschalter für Lasten, zum Auslesen von Sensoren usw.
Solange eine elektronische Schaltung nicht in einer ausgela¬ gerten Komponente, sondern innerhalb einer ECU realisiert ist, erfolgt die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller der ECU und der elektronischen Schaltung häufig auf Basis eines
SPI-Busses. Der SPI (Serial Peripheral Interface ) -Bus ist ein synchroner serieller Datenbus. Der SPI-Bus ermöglicht die Verbindung digitaler Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip. Der Master ist beispielsweise ein Mikrocontroller, an den prinzipiell beliebig viele Slave-Geräte oder -bausteine an¬ geschlossen sind. Slave-Geräte können beispielsweise die bereits erwähnten Aktuatoren sein. In diesem Bussystem legt der Master fest, mit welchem Slave-Gerät er kommunizieren möchte.
Um die Ansteuerung der elektronischen Schaltung auch in einer ausgelagerten Komponente über bekannte und bewährte Kommuni¬ kationsmechanismen vornehmen zu können, ist auch in den ausgelagerten Komponenten erwünscht, die Kommunikation zwischen dem Mikrocontroller der ausgelagerten Komponente und der elektronischen Schaltung auf Basis des SPI-Busses vorzunehmen.
Ein sich hieraus ergebender Nachteil besteht darin, dass die Kosten der ausgelagerten Komponente sehr hoch sind, da für die Anbindung der Komponente über den CAN- oder LIN-Bus jeweils ein Mikrocontroller in der Komponente vorgesehen werden muss. Neben den reinen Hardwarekosten fallen dabei auch Kosten für die Implementierung und Pflege des in dem Mikrocontroller der ausgelagerten Komponente vorgesehenen Ablaufprogramms an.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kommunikationssystem der oben beschriebenen Art anzugeben, welches auf einfachere und kostengünstigere Weise die Anordnung einer elektronischen Schaltung in einer von einem zentralen Rechner ausgelagerten und entfernt angeordneten Komponente erlaubt. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Kommunikationssystem gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Ausge¬ staltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Die Erfindung schafft ein Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner angeordneten Recheneinheit und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung. Das Kommunikationssystem zeichnet sich dadurch aus, dass die elektronische Schaltung einer räumlich von dem zentralen Rechner entfernt angeordneten Komponente angeordnet ist. Die Recheneinheit umfasst eine erste Schnittstelle zur Kommunikation mit der elektronischen Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst eine zweite Schnittstelle zur Kommunikation mit der Rechen¬ einheit, wobei die erste und die zweite Schnittstelle auf einem taktsynchronen seriellen Datenbus mit einer Mehrzahl an Signalleitungen basieren. Die zwischen dem zentralen Rechner und der Komponente verlaufenden Abschnitte der Mehrzahl an Signal¬ leitungen sind dazu ausgebildet, die Signale mit einem von dem taktsynchronen seriellen Datenbus verschiedenen Übertra- gungsverfahren zu übertragen.
Die direkte Kommunikation der Recheneinheit (beispielsweise in Gestalt eines MikroControllers ) des zentralen Rechners mit der elektronischen Schaltung der räumlich entfernt angeordneten Komponente gemäß den Spezifikationen des ersten Datenbusses weist eine Reihe von Vorteilen auf. Es ergibt sich eine sig¬ nifikante Kosteneinsparung bei Hard- und Software in der räumlich entfernt angeordneten Komponente, da in dieser eine zusätzliche Recheneinheit (beispielsweise in Gestalt eines weiteren Mik- roprozessors ) nicht erforderlich ist. Damit braucht auch der mit der Recheneinheit in Verbindung stehende Datenspeicher und das darauf vorgesehene Ablaufprogramm nicht vorgesehen zu sein. Auch die Kosten für die Software in dem zentralen Rechner sind reduziert, da die Implementierung eines Protokolls zur Kom¬ munikation zwischen dem zentralen Rechner und der räumlich entfernt angeordneten Komponente nicht erforderlich ist. Aus dem gleichen Grund ergibt sich eine Einsparung an Ressourcen hinsichtlich Laufzeit und notwendigem Datenspeicher in dem zentralen Rechner. Die Verwaltung, z.B. Aktualisierung, der für den Betrieb des Kommunikationssystems im gesamten erforderlichen Software wird zudem vereinfacht. Es ist erfindungsgemäß le¬ diglich die Implementierung und Pflege eines Programms in der Recheneinheit des zentralen Rechners erforderlich.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung umfasst der Rechner eine der Mehrzahl an Signalleitungen entsprechende Anzahl an ersten Signalumsetzern zur Umwandlung der Signale des taktsynchronen Datenbusses auf das verschiedene Übertragungsverfahren, und umgekehrt. Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Komponente eine der Mehrzahl an Signalleitungen entsprechende Anzahl an zweiten Signalumsetzern umfasst zur Umwandlung der Signale des taktsynchronen Datenbusses auf das verschiedene Übertragungsver- fahren, und umgekehrt.
An die Recheneinheit sowie die elektronische Schaltung ist eine der Anzahl des ersten Datenbusses entsprechende Anzahl an Signalleitungen angeschlossen, welche ihrerseits jeweils mit einem der erwähnten Signalumsetzer gekoppelt sind. Über die Signalleitungen werden dann Signale entsprechend den Spezifikationen des ersten Datenbusses gesendet bzw. empfangen.
Der erste Datenbus basiert vorzugsweise auf einem SPI (Serial Peripheral Interface) . Die in einer SPI üblicherweise ver¬ wendeten Signale sind ein Clock-Signal , ein Datensignal über einen Downstream-Kanal von der Recheneinheit zu einer der elektronischen Schaltungen (SDI - Serial Data In) , ein Datensignal über einen Upstream-Kanal von einer der elektronischen Schaltungen zu der Recheneinheit des zentralen Rechners (SDO - Serial Data Out) sowie ein optionales Auswahlsignal (CS - Chip Select) . Die SPI-Signale werden zur Übertragung zwischen der Recheneinheit und der elektronischen Schaltung der entfernt angeordneten Komponente auf eine dem Datenübertragungsverfahren der Mehrzahl an Abschnitten verwendete Spezifikation konvertiert. Ein Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass keine Zusatzkosten für die Implementierung proprietärer
Schnittstellen anfallen, da standardisierte, anwendungstaug¬ liche und eingeführte Komponenten verwendet werden können.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Signalumsetzer zur Anpassung eines Spannungspegels des taktsynchronen seriellen Datenbusses und des verschiedenen Datenübertragungsverfahrens ausgebildet sind. Durch die Signalumsetzer erfolgt dadurch keine Protokollumsetzung. Vielmehr werden lediglich die elektrischen Eigenschaften des ersten Datenbusses und des weiteren Übertragungsverfahrens berücksichtigt und aneinander angepasst. Insbesondere wird dabei durch das verschiedene Übertragungs¬ verfahren ein solches verwendet, das für standardisierte Ka¬ belbäume, insbesondere im Anwendungsbereich von Kraftfahrzeugen, geeignet ist.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen gegen Störpulse und/oder EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) und/oder Kurzschluss gegenüber in dem Kommunikationssystem auftretenden Versorgungsspannungen
(Versorgungspotential und/oder Bezugspotential) geschützt sind. Hierdurch vereinfacht sich nicht nur der Aufwand zur elektrischen Verbindung von Recheneinheit mit elektronischer Schaltung in den entfernt angeordneten Komponenten. Es kann darüber hinaus auch die Übertragungssicherheit auf das üblicherweise erforderliche Maß gebracht werden, ohne zusätzlichen Aufwand betreiben zu müssen .
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen Busleitungen eines anderen, von dem taktsynchronen seriellen Datenbus verschiedenen Datenbusses sind und deren elektrische Eigenschaften aufweisen. Beispielsweise kann der andere Datenbus die elektrischen Eigenschaften eines CA -Busses oder eines LIN-Busses aufweisen. Entsprechend der Realisierung des anderen Datenbusses werden entsprechende Signalumsetzer verwendet. Im Falle eines CA -Busses für die Mehrzahl der Abschnitte der Signalleitungen werden Transceiver in dem zentralen Rechner und der entfernt angeordneten elektronischen Komponente verwendet. Basieren die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen auf einem LIN-Bus, so werden als Signalumsetzer LIN-Transceiver eingesetzt. Neben den beiden genannten Datenbussen als andere Datenbusse können auch weitere geeignete, vorzugsweise auf einem seriellen Übertragungsverfahren beruhende Datenbusse eingesetzt werden.
Die erste und die zweite Schnittstelle basieren, wie erwähnt, vorzugsweise auf einer SPI (Serial Peripheral Interface) mit zumindest drei Signalleitungen. Die Verwendung einer SPI als erste und zweite Schnittstelle weist den Vorteil auf, dass die Kommunikation zwischen der Recheneinheit in dem zentralen Rechner und der elektronischen Schaltung in der entfernt angeordneten Komponente mit einer im Vergleich erhöhten Bandbreite erfolgen kann. Insbesondere ist ein Vollduplex-Betrieb möglich, in dem parallel Daten über den Downstream- und den Upstream-Kanal übertragen werden können. Darüber hinaus weist eine SPI den Vorteil auf, dass kein Protokoll-Overhead entsteht, da keine Arbitrierungs- und Datenkollisionserkennung erforderlich ist.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer SPI für die erste und zweite Schnittstelle besteht darin, dass in erfindungsgemäßer Weise mehrere Komponenten und damit elektronische Schaltungen parallel verschaltet werden können. Ebenso ist die Verschaltung in einer Daisy Chain möglich. Es ist dabei unerheblich, ob die zusätzlichen Komponenten interne Komponenten des zentralen Rechners oder die betreffenden elektronischen Schaltungen in entfernt angeordneten Komponenten angeordnet sind.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausfüh¬ rungsbeispiels erläutert. Die einzige Figur zeigt ein erfin¬ dungsgemäßes Kommunikationssystem 1.
Das Kommunikationssystem 1 besteht aus einem zentralen Rechner 10, beispielsweise einer Electronic Control Unit (ECU) in einem Kraftfahrzeug. Der zentrale Rechner 10 umfasst eine in diesem angeordnete Recheneinheit 11. Die Recheneinheit 11 ist bei¬ spielsweise durch einen Mikrocontroller (μθ) gebildet. Le¬ diglich beispielhaft ist eine räumlich entfernt von dem zentralen Rechner 10 angeordnete Komponente 20 dargestellt. Die Komponente 20 umfasst eine elektronische Schaltung 21. Die elektronische Schaltung 21 dient beispielsweise zum Ansteuern einer Last oder zum Auslesen von Sensoren. Die hierfür notwendigen Komponenten (Aktuator und/oder Sensor) sind in Fig. 1 nicht dargestellt.
Der Mikrocontroller 11 und die elektronische Schaltung 21 verfügen jeweils über eine Kommunikationsschnittstelle 12, 22 für eine Datenübertragung über einen taktsynchronen seriellen Datenbus 30. Der Datenbus 30 basiert auf einem SPI (Serial Peripheral Interface) . In einer dem Fachmann bekannten Weise ermöglicht der SPI-Bus die Verbindung digitaler Schaltungen nach dem Master-Slave-Prinzip. Der Master ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Recheneinheit 11. An den Master können prinzipiell beliebig viele Slave-Geräte (hier: elektronische Schaltungen 21) angeschlossen werden. Im Ausführungsbeispiel ist lediglich eine einzige solche elektronische Schaltung gezeigt. Ist eine Mehrzahl an Slave-Geräten an den Master angeschlossen, so legt der Master fest, mit welchem Slave-Gerät er kommunizieren möchte .
Der Datenbus einer SPI weist wenigstens drei gemeinsame Leitungen auf, an die jedes Slave-Gerät sowie der Master angeschlossen sind. Uber eine Signalleitung 36 werden Daten MTSR von dem Master an die elektronische Schaltung 21 im sog. Downstream-Kanal übertragen. Die Signalleitung 36 ist an einen Ausgang SDO (Serial Data Out) der Recheneinheit 11 und einen Eingang SDI Serial Data In) der elektronischen Schaltung 21 angeschlossen. Parallel hierzu erfolgt über eine Leitung 33 mit dem gleichen Takt die Übertragung von Daten MRST der elektronischen Schaltung 21 an die Recheneinheit 11, wobei dieser Kanal als Upstream-Kanal be¬ zeichnet wird. Die Signalleitung 33 ist an einen Datenausgang SDO (Serial Data Out) der elektronischen Schaltung 21 und einen Dateneingang SDI (Serial Data In) der Recheneinheit 11 ange- schlössen. Die dritte gemeinsame Leitung 35 dient zur Übertragung eines Clock-Signals SP_CLK, das von der Recheneinheit 11 erzeugt und der elektronischen Schaltung 21 zur Verfügung gestellt wird. Die Signalleitung 35 ist zwischen einem Clock-Anschluss CLK der Recheneinheit 11 und einem Clock-Anschluss der elektronischen Schaltung 21 vorgesehen. Je nach Topologie des Kommunikati¬ onssystems ist ferner eine prinzipiell optionale Auswahlleitung 34 vorgesehen, über die ein Auswahlsignal SPI_CS übertragen wird. Das Auswahlsignal wird von der Recheneinheit gesteuert und ermöglicht es, gezielt eines einer Vielzahl an elektronischen Schaltungen anzusprechen.
Die Recheneinheit 11 sowie die elektronische Schaltung sind somit über ihre Schnittstellen 12 und 22 an Signalleitungen eines SPI-Busses angeschlossen und senden bzw. empfangen die Signale MRST, SPI_CS, SP_CLK und MTSR entsprechend den Spezifikationen des SPI-Busses.
Nachdem der zentrale Rechner 10 und die Komponente 20 räumlich entfernt voneinander angeordnet sind, kann eine Signalübertragung von der Recheneinheit 11 zu der elektronischen Schaltung 21 nicht innerhalb eines einzigen Bauteils erfolgen. Die mit den Bezugszeichen 33', 34', 35', 36' gekennzeichneten Abschnitte der Signalleitungen 33, 34, 35, 36 verlaufen zwischen dem zentralen Rechner und der Komponente 20 in einer festgelegten Länge. Um auch bei der Signalübertragung über die Abschnitte 33', 34', 35', 36' einerseits eine zuverlässige Übertragung der Signale MRST, SPI_CS, SP_CLK und MTSR auf der einen Seite sicherstellen zu können und andererseits im Anwendungsbereich des Kommunika- tionssystems 1 auf bekannte und bewährte Übertragungstechno¬ logien zurückgreifen zu können, erfolgt die Signalübertragung in den Abschnitten 33', 34', 35', 36' mit einem von einer SPI unterschiedlichen Übertragungsverfahren. Die Abschnitte 33', 34', 35', 36' basieren beispielsweise auf Leitungen eines CAN- oder eines LIN-Busses oder eines anderen, vorzugsweise seriellen Datenbusses. Die Abschnitte 33', 34', 35', 36' können in Gestalt der üblicherweise verwendeten Kabelbäume des betreffenden Datenbusses ausgebildet sein. Beispielsweise können die gemäß dem CAN- oder LIN-Bus verwendeten Leitungen verdrillt und/oder geschirmt sein. Die Verwendung eingeführter Komponenten, insbesondere von üblicherweise verwendeten Kabelbäumen ist nicht nur kostentechnisch günstig, sondern sorgt auch für eine sichere Übertragung, da ein Schutz gegenüber Störpulsen, EMV oder
Kurzschlüssen nach Bezugspotential oder Versorgungspotential gegeben ist.
An den Übergängen von den Abschnitten 33', 34', 35', 36' der Signalleitungen zu dem zentralen Rechner 10 und der davon räumlich entfernt angeordneten Komponente 20 sind jeweilige Signalumsetzer 13, 14, 15, 16 bzw. 23, 24, 25, 26 vorgesehen. Die Signalumsetzer ermöglichen eine Umwandlung der Signale MRST, SPI_CS, SP_CLK, MTSR des taktsynchronen Datenbusses auf das in den Abschnitten 33', 34', 35', 36' verwendete Übertragungsverfahren, und umgekehrt . Dabei findet keine Protokollumsetzung statt, sondern die Signale werden lediglich in Signale mit anderen elektrischen Eigenschaften umgewandelt, die für den verwendeten Kabelbaum der Abschnitte 33', 34', 35', 36' er- forderlich sind.
Die Signalumsetzer 13, 14, 15, 16 bzw. 23, 24, 25, 26 sind im Fall der Ausgestaltung der Abschnitte 33', 34', 35', 36' als
CA -Transceiver ausgebildet. Sind die Abschnitte 33', 34', 35', 36' der Signalleitungen als Kabelbäume eines LIN-Busses aus¬ gebildet, so stellen die Signalumsetzer 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 LIN-Transceiver dar.
Bei der Signalumwandlung des elektrischen Signals in ein elektrisches Signal mit anderen Eigenschaften wird insbesondere der Spannungspegel des Signals angepasst.
Ein Vorteil des beschriebenen Vorgehens besteht darin, dass nunmehr eine Voll-Duplex-fähige Datenkommunikation zwischen der Recheneinheit 11 und der elektronischen Schaltung 21 möglich ist. Dabei braucht in der Komponente 20 keine eigenständige Re¬ cheneinheit vorgesehen werden. Hierdurch reduzieren sich die Kosten für die räumlich entfernt angeordnete Komponente 20. Aus Sicht der Recheneinheit 11 stellt sich die Komponente 20 als SPI-Baustein dar, welche in herkömmlicher Weise über die bei einem SPI-Bus verwendeten Signalleitungen an die Recheneinheit 11 angeschlossen ist. Die für die Signalwandlung beschriebenen Signalumsetzer können entsprechend der gewählten Technologie der Abschnitte 33', 34', 35', 36' der Signalleitungen gewählt werden. Sämtliche hierzu notwendigen Komponenten sind aus dem Stand der Technik bekannte Standardkomponenten, welche kostengünstig verfügbar sind.
Wie aus der Fig. 1 ohne Weiteres hervorgeht, erfordert das vorgeschlagene Kommunikationssystem das Vorhandensein eines Kabelbaums sowie jeweiliger Signalumsetzer an dessen Enden für jede zu ersetzende Signalleitung des SPI-Datenbusses . Der hierfür notwendige Mehraufwand ist dennoch kostengünstiger als das Vorsehen aufwändigerer Komponenten mit eigenständigen Recheneinheiten, Datenspeicher und zu pflegendem Ablaufprogramm.
In einer Abwandlung des in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiels kann auch eine Mehrzahl an ausgelagerten Komponenten mit dem zentralen Rechner 10 verbunden sein. Die weiteren ausgelagerten Komponenten können dabei der in Fig. 1 gezeigten Komponente 20 parallel geschaltet sein. Dabei können auch innerhalb des zentralen Rechners 10 vorgesehene elektronische Schaltungen, die über den SPI-Bus mit der Recheneinheit 11 kommunikativ verbunden sind, in die Parallelschaltung mit anderen ausgelagerten Komponenten integriert sein. Ebenso können interne und externe ausgelagerte Komponenten in einer Daisy Chain in bekannter Weise miteinander verbunden sein.

Claims

Patentansprüche
1. Kommunikationssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer in einem zentralen Rechner (10) angeordneten Recheneinheit (11) und mit einer durch die Recheneinheit ansteuerbaren elektronischen Schaltung (21),
dadurch gekennzeichnet, dass
die elektronische Schaltung (21) in einer räumlich von dem zentralen Rechner (10) entfernt angeordneten Komponente (20) angeordnet ist,
die Recheneinheit (11) eine erste Schnittstelle (12) zur Kommunikation mit der elektronischen Schaltung (21) umfasst; die elektronische Schaltung (21) eine zweite Schnittstelle (22) zur Kommunikation mit der Recheneinheit umfasst, wobei die erste und die zweite Schnittstelle (12, 22) auf einem takt¬ synchronen seriellen Datenbus (30) mit einer Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) basieren;
die zwischen dem zentralen Rechner (10) und der Komponente (20) verlaufenden Abschnitte (33', 34', 35', 36') der Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) dazu ausgebildet sind, die Signale mit einem von dem taktsynchronen seriellen Datenbus (30) verschiedenen Übertragungsverfahren zu übertragen.
2. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass der Rechner (10) eine der Mehrzahl an Signalleitungen (33,
34, 35, 36) entsprechende Anzahl an ersten Signalumsetzern (13, 14, 15, 16) umfasst zur Umwandlung der Signale (MRST, SPI_CS, SP_CLK, MTSR) des taktsynchronen Datenbusses (30) auf das verschiedene Übertragungsverfahren, und umgekehrt.
3. Kommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (20) eine der Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) entsprechende Anzahl an zweiten Signalumsetzern (23, 24, 25, 26) umfasst zur Umwandlung der Signale (MRST, SPI_CS, SP_CLK, MTSR) des taktsynchronen seriellen Datenbusses (30) auf das verschiedene Übertragungs¬ verfahren, und umgekehrt.
4. Kommunikationssystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalumsetzer (13, 14, 15, 16; 23, 24, 25, 26) zur Anpassung eines Spannungspegels des taktsynchronen seriellen Datenbusses (30) und des verschiedenen Übertra- gungsverfahrens ausgebildet sind.
5. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte der Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 45, 46) gegen Störpulse und/oder EMV und/oder Kurzschluss gegenüber in dem Kommunikationssystem auftretenden Versorgungsspannungen geschützt sind.
6. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Abschnitte (33', 34', 35', 36') der Mehrzahl an Signalleitungen (33, 34, 35, 36) Busleitungen eines anderen, von dem taktsynchronen seriellen Datenbus (30) verschiedenen Datenbusses (40) sind.
7. Kommunikationssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , dass der andere Datenbus die elektrischen Eigenschaften eines
CA -Busses oder eines LIN-Busses aufweist.
8. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite
Schnittstelle (12, 22) auf einer SPI (Serial Peripheral In¬ terface) mit zumindest drei Signalleitungen basieren.
9. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Komponenten parallel verschaltet sind.
10. Kommunikationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Komponenten in einer Daisy Chain verschaltet sind.
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