DE4408488A1 - Verfahren zur zyklischen Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei verteilt arbeitenden Steuergeräten - Google Patents
Verfahren zur zyklischen Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei verteilt arbeitenden SteuergerätenInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur zyklischen
Übertragung von Daten zwischen mindestens zwei verteilt
arbeitenden Steuergeräten nach der Gattung des Hauptan
spruchs. Es ist schon ein Verfahren zur zyklischen Übertra
gung von Daten zwischen mindestens zwei verteilt arbeitenden
Steuergeräten aus dem Artikel "Bussystem für
Kfz-Steuergeräte" von W. Botzenhardt, M. Litschel und J.
Unruh, VDI Berichte Nr. 612, Seiten 459 bis 470, 1986 be
kannt. Darin wird als Beispiel die Motordrehzahl einer
Brennkraftmaschine von einer Motorsteuerung ermittelt und
zyklisch über ein CAN-Bussystem zu einer Getriebesteuerung
und einem Fahrerinformationssystem übertragen. Die Motor
drehzahl der Brennkraftmaschine ist im laufenden Betrieb der
Brennkraftmaschine einer ständigen Variation unterworfen.
Sie muß daher in kurzen Zeitabständen zyklisch von dem
Motorsteuergerät zur Getriebesteuerung und zu dem Fahrerin
formationssystem übertragen werden. Die Übertragung der
Drehzahldaten findet mit Hilfe einer Botschaft, die die
Drehzahldaten enthält, statt. Die CPU des Motorsteuergerätes
berechnet zyklisch die Motordrehzahldaten aus dem Meßsignal
des angeschlossenen Drehzahlsensors. Sie gibt dann an die
CAN-Schnittstelle des Steuergerätes eine Übertragungsanfor
derung für die Drehzahldaten. Dabei legt sie die zu übertra
genden Daten in einem Speicher der CAN-Schnittstelle ab und
setzt ein Übertragungsanforderungs-Bit in einem Statusre
gister der CAN-Schnittstelle. Zwischen der Übertragungsan
forderung und der tatsächlichen Übertragung der Drehzahlda
ten kann jedoch im ungünstigsten Fall eine größere Zeit
differenz auftreten.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merk
malen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß
die Aktualität der übertragenen Daten erheblich gesteigert
ist.
Ein weiterer Vorteil ist, daß zur Verringerung des Aktuali
tätsverlustes keine Eingriffe in das Übertragungs-Protokoll
für die serielle Datenübertragung erforderlich sind. Über
den seriellen Bus können weiterhin beliebig Botschaften aus
getauscht werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im
Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. So ist es vor
teilhaft, wenn in den mindestens zwei Steuergeräten, zwi
schen denen zyklisch Daten übertragen werden, jeweils ein
Zähler, insbesondere Zeit- oder Winkelzähler, kontinuierlich
gezählt wird und daß der Zähler in dem Steuergerät, das die
Daten empfängt aufgrund der empfangenen Daten auf einen de
finierten Wert gesetzt wird. Dadurch ist leicht eine Syn
chronisation zwischen den Steuergeräten möglich. Sehr vor
teilhaft ist dann auch, daß der definierte Wert durch die
empfangenen Daten direkt angegeben wird. Es muß dann erst
keine längere Berechnung durchgeführt werden, die zusätzlich
eine Zeitverzögerung bewirken würde.
Weiterhin vorteilhaft ist, daß die Zeit für die Übertragung
der Daten von dem Steuergerät, das die Daten absendet, der
art berücksichtigt wird, daß die letztlich übertragenen Da
ten einen in die Zukunft projizierten Wert angeben, wobei
dann der Wert dem Zählerstand des Steuergerätes, das die Da
ten absendet zu dem Zeitpunkt des voraussichtlichen Empfangs
der Botschaft, die die Synchronisationsdaten überträgt, ent
spricht. Dadurch kann also der Aktualitätsverlust der über
tragenen Daten noch weiter verringert werden. Ein nennens
werter Aktualitätsverlust entsteht dann nur noch, wenn die
Drehzahl der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Bereichen
großer Dynamik einer starken Änderung unterworfen ist.
Um diese Berücksichtigung einfach durchzuführen, ist es vor
teilhaft, daß in dem Steuergerät, das die Daten absendet,
während einer vorherigen Übertragung von Daten die auftre
tenden Zählerinkrementierungen oder Dekrementierungen ge
zählt werden und daß dieser Wert bei einer nachfolgenden
Übertragung von Daten zu dem aktuellen Zählerstand hinzu
addiert wird.
Eine weitere Möglichkeit der Berücksichtigung der Zeit
differenz ist, daß in dem Steuergerät, das die Daten absen
det, die Zeit für die Übertragung der Daten gemessen wird,
daß zyklisch ein Meßfenster für die Dauer des gemessenen
Zeitwertes erzeugt wird, daß in dem Meßfenster die auftre
tenden Zählerinkrementierungen oder Dekrementierungen ge
zählt werden und daß der jeweils aktuellste Wert bei einer
nachfolgenden Übertragung von Synchronisationsdaten zu dem
aktuellen Zählerstand hinzuaddiert wird. Dadurch wird die
Dynamik des Motors besser berücksichtigt.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Zeit für die Übertragung
der Daten von dem Steuergerät, das die Daten empfängt der
art, berücksichtigt wird, daß die empfangenen Daten so
korrigiert werden, daß sich ein Zählerstand für den Zähler
des empfangenden Steuergerätes ergibt, der dem Zählerstand
des Steuergerätes, das die Daten abgesendet hat zu dem Zeit
punkt des vollständigen Empfangs der Botschaft, die die Da
ten übertragen hat, entspricht. In diesem Fall würde die
Berücksichtigung der Übertragungszeit also von dem Steuer
gerät, das die Daten empfängt, vorgenommen werden. Dazu ist
es vorteilhaft, wenn das Steuergerät während der Übertragung
der Daten die auftretenden Zählerinkrementierungen oder De
krementierungen seines Zählers zählt und zu dem Wert, der
sich aus den empfangenen Daten ergibt, hinzuaddiert und dann
seinen Zähler auf den sich ergebenden Wert setzt. Der Gang
unterschied der Zähler in dem sendenden Steuergerät und dem
empfangenden Steuergerät ist dann wiederum nur noch bei
großen Dynamikänderungen der Drehzahl der Brennkraftmaschine
nennenswert.
Für eine Busteilnehmerstation zur Verwendung bei dem Ver
fahren zur zyklischen Datenübertragung ist es vorteilhaft,
daß sie Mittel aufweist, die bei der Abwicklung des Sende
auftrages mindestens einen Teil der zuvor in das Schiebe
register seiner Netzwerk-Schnittstelle eingespeicherten
Daten durch die neuesten, in der Zwischenzeit aktualisierten
Daten ersetzen. In den Unteransprüchen 11 und 12 sind vor
teilhafte Ausgestaltungen einer solchen Busteilnehmerstation
angegeben, die keinen allzu großen Schaltungsaufwand verur
sachen.
Weiterhin vorteilhaft ist, daß die Rechen/Steuereinheit der
Busteilnehmerstation so ausgelegt ist, daß sie den Sendeauf
trag zyklisch an die serielle Schnittstelle abgibt, wobei
die Steuereinheit hierzu einen kontinuierlich zählenden
Zähler aufweist, der jeweils nach dem Durchlaufen eines vor
bestimmten Zählerintervalls ein Signal abgibt, durch das ein
Sendeanforderungs-Bit in einem Statusregister der seriellen
Schnittstelle gesetzt wird. Dadurch wird die CPU von dieser
Aufgabe entlastet und die Zeitverzögerung zwischen Bereit
stellung der aktualisierten Daten und der Setzung des Sende
anforderungs-Bits wird um die CPU-Latenzzeit verringert.
Für eine weitere Busteilnehmerstation zur Verwendung bei dem
Verfahren zur zyklischen Übertragung von Daten ist es vor
teilhaft, wenn sie Mittel aufweist, die bei dem Empfang
einer Botschaft zumindest einen Teil der empfangenen Daten
parallel in ein zweites Schieberegister einspeichern. Dieser
Teil der Daten steht dann unverzüglich einer Datenver
arbeitungseinheit zur Verfügung, die diese Daten benötigt.
Damit muß nicht erst die CPU der Busteilnehmerstation damit
belastet werden, die empfangenen Daten von der seriellen
Schnittstelle abzuholen und in die notwendige Datenver
arbeitungseinheit einzuschreiben. Die Zeitverzögerung, die
sich durch den Abholvorgang der Daten über die CPU in die
Datenverarbeitungseinheit ergibt, kann dadurch entfallen.
Damit keine fehlerhaften Daten in die Datenverarbeitungsein
heit gelangen, ist es vorteilhaft, wenn die in das zweite
Schieberegister eingespeicherten Daten erst dann zur Verar
beitung übernommen werden, wenn die serielle Schnittstelle
die empfangene Botschaft auf Fehlerfreiheit überprüft hat
und dabei festgestellt hat, daß die Botschaft fehlerfrei
übertragen wurde.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er
läutert.
Es zeigen
Fig. 1 ein Zeitdiagramm für die Übertra
gung einer Botschaft, wie es nach dem aus dem Stand der
Technik bekannten Verfahren üblich ist;
Fig. 2 einen Steuergeräteverbund für ein verteiltes Motor
management;
Fig. 3 ein Signaldiagramm einer Übertragung einer Botschaft
gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 4 ein vereinfachtes Schaltbild für ein erstes Steuer
gerät des Steuergeräteverbundes und
Fig. 5 ein Signaldiagramm der nach dem CAN-Protokoll über
tragenen Daten einer Botschaft;
Fig. 6 ein Signaldiagramm, das die erfindungsgemäße Korrek
tur der übertragenen Daten zeigt;
Fig. 7 ein vereinfachtes Blockschaltbild für ein zweites
Steuergerät des Steuergeräteverbundes;
Fig. 8 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Steuer
einheit entsprechend Fig 7 mit einer zweiten Steuereinheit;
Fig. 9 ein Signaldiagramm, das eine Variante zu Fig. 6
zeigt.
Zuerst wird anhand der Fig. 1 erläutert, welche Effekte für
die Verzögerung der Datenübertragung der Drehzahl-Daten ge
mäß dem im Kapitel Stand der Technik angegebenen Anwendungs
fall verantwortlich sein können. Zum Zeitpunkt t1 findet die
Drehzahlerfassung in der CPU des Motorsteuergerätes statt.
Zum Zeitpunkt t2 setzt die CPU des Motorsteuergerätes das
Übertragungsanforderungs-Bit im Statusregister der
CAN-Schnittstelle. Die CAN-Schnittstelle kann den Sendeauf
trag nicht sofort ausführen, weil der Bus durch eine vorher
angefangene Übertragung einer anderen Botschaft noch belegt
ist. Erst zum Zeitpunkt t3 erkennt die CAN-Schnittstelle,
daß der Bus frei ist und beginnt mit der Übertragung der
Botschaft mit den Drehzahl-Daten. Zum Zeitpunkt t4 erkennt
die CAN-Schnittstelle, daß ein Fehler bei der Übertragung
der Botschaft mit den Drehzahldaten aufgetreten ist, so daß
sie die Botschaft noch einmal neu übertragen muß. Zum Zeit
punkt t5 ist die Botschaft dann vollständig übertragen. Die
Getriebesteuerung übernimmt die empfangene Botschaft aber
erst zum Zeitpunkt t6, weil die CPU der Getriebesteuerung
erst eine angefangene Berechnung beendet hat, bevor sie den
Interrupt der CAN-Schnittstelle des Getriebesteuergerätes
bezüglich des Botschaftsempfangs annimmt. Die Zeitver
zögerung t6-t5 kann auch daher rühren, daß die CPU der Ge
triebesteuerung die CAN-Schnittstelle nach einem
Polling-Verfahren daraufhin abfragt, ob Botschaften
empfangen wurden oder nicht. Die Zeitdifferenz t2-t1 wird
auch als CPU-Latenzzeit bezeichnet. Die Zeitdifferenz t3-t2
wird auch als Bus-Latenzzeit bezeichnet.
Insgesamt ergibt sich zwischen der Drehzahlerfassung und der
Übernahme der Drehzahldaten seitens des Ge
triebe-Steuergerätes bzw. des Fahrerinformationssystems eine
Zeitverzögerung von t6-t1.
Diese Zeitdifferenz spielt bei dem Anwendungsfall wie er im
Kapitel Stand der Technik angegeben ist keine ausschlagge
bende Rolle, da die Drehzahldaten für die Getriebesteuerung
und das Fahrerinformationssystem nicht innerhalb sehr kurzer
Zeit aktualisiert sein müssen. Jedoch kann diese Zeitverzö
gerung z. B. bei einem verteilten Motor-Management sich
negativ auf die Motorsteuerung (Kraftstoffverbrauch, Ver
schleiß, Abgaszusammensetzung, etc.) auswirken. Bei einem
verteilten Motor-Management ist ein zentrales Steuergerät
über einen seriellen Bus z. B. mit einem Ein
spritz-Steuergerät und einem Zünd-Steuergerät verbunden. Das
zentrale Steuergerät führt die Meßwerterfassung durch und
berechnet daraus die Zünd- und Schließwinkel für das Zün
dungs-Steuergerät sowie die Einspritzzeiten für das Ein
spritz-Steuergerät. Diese Werte werden dann über den seriel
len Bus zu dem Zünd- bzw. Einspritz-Steuergerät übertragen.
Die Zünd- und Einspritz-Befehle müssen jedoch für eine opti
male Motorsteuerung synchron zur Drehbewegung der Kurbel
welle der Brennkraftmaschine ausgelöst werden. Dabei ist es
erforderlich, daß auch die Zünd- und Einspritz-Steuergeräte
Kenntnis über die aktuelle Position der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine haben müssen. Damit jedoch nicht jedes
dieser Steuergeräte eine eigene Drehzahlerfassung vornehmen
muß, hat sich in letzter Zeit ein Vorschlag durchgesetzt,
nach dem nur das zentrale Steuergerät die Stellung der Kur
belwelle der Brennkraftmaschine erfaßt und diese Information
über den seriellen Bus zu den Zünd- bzw. Ein
spritz-Steuergeräten überträgt. Hier kommt es jedoch sehr
stark auf die Aktualität der übertragenen Daten an, so daß
es wünschenswert wäre, die Zeitverzögerung zwischen Dreh
zahlerfassung und Übernahme der übertragenen Drehzahldaten
bei dem empfangenden Steuergerät weiter zu minimieren.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugszahl 10 ein Hauptmodul eines
verteilten Motormanagementsystems. Die Bezugszahl 11 be
zeichnet das Zündungsmodul und die Bezugszahl 12 das Ein
spritzungsmodul für das verteilte Motormanagementsystem.
Hauptmodul 10, Zündungsmodul 11 und Einspritzungsmodul 12
sind über einen seriellen Bus 20 miteinander verbunden. Der
serielle Bus 20 kann z. B. als CAN-Bus ausgelegt sein. Die
Abkürzung CAN steht für Controller Area Network. Dieses
spezielle Bussystem wurde von der Anmelderin speziell für
den Einsatz im Kraftfahrzeug entwickelt. Einzelheiten zu
diesem Bussystem sind aus dem Stand der Technik hinreichend
bekannt. Es wird hierzu insbesondere auf die Patentschrift
DE 35 06 118 C2 Bezug genommen.
Das Hauptmodul 10 beinhaltet einen Mikrorechner 13, be
stehend aus einer CPU 16, einer seriellen Schnittstelle 17
und einer Datenerfassungseinheit 15. Die serielle Schnitt
stelle 17 ist z. B. als CAN-Schnittstelle ausgelegt. Der Auf
bau und die Funktionsweise einer CAN-Schnittstelle kann z. B.
aus der Druckschrift 82526 Serial Communications Controller
Architectural Overview, Intel Corp., 1989 entnommen werden.
In der Datenerfassungseinheit 15 wird die Drehbewegung der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine erfaßt. Dazu ist an das
Hauptmodul 10 ein Kurbelwellensensor 14 angeschlossen. Der
Kurbelwellensensor 14 detektiert die Drehbewegung der Kur
belwelle dadurch, daß er jedesmal bei Umlauf einer Winkel
marke eines rotierenden Teils, das mit der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine gekoppelt ist, ein Signal erzeugt. Dieses
Signal wird nach Aufbereitung der Datenerfassungseinheit 15
zugeführt. In der Datenerfassungseinheit 15 werden die auf
tretenden Rechteckimpulse pro Zeiteinheit gezählt. Daraus
kann dann die Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt wer
den. Aber nicht nur die Drehzahl ist als Information wichtig
für die Motorsteuerung, sondern ebenfalls auch die jeweilige
Position der Kurbelwelle in bezug auf eine Bezugsmarke. Dar
aus ergibt sich dann nämlich jeweils die Stellung der ein
zelnen Zylinder der Brennkraftmaschine, die für die Zündung
und Einspritzungssteuerung notwendig sind. Es ist deshalb in
der Datenerfassungseinheit 15 ein Zähler 19 vorgesehen, der
bei dem Auftreten eines Signals aufgrund des Umlaufs einer
Winkelmarke an dem Kurbelwellensensor 14 inkrementiert wird.
Der Zählerstand dieses Zählers 19 gibt dann jeweils die
aktuelle Position der Kurbelwelle an. Der Zähler 19 wird da
her auch als Winkeluhr bezeichnet. Dabei wird noch erwähnt,
daß die Winkelauflösung aufgrund des Umlaufs einer Winkel
marke häufig nicht ausreichend ist, so daß die Winkelmarken
signale durch Sonderbehandlung in der Datenerfassungseinheit
15 feiner unterteilt werden. Der Zähler 19 zählt dann die
fein unterteilten Winkelimpulse.
Das Hauptmodul 10 dient auch noch zur Erfassung weiterer
Motorparameter, wie Motorlast, Motortemperatur,
Batteriespannung usw. Aus den Motorparametern berechnet es
dann die Zünd- und Schließwinkel sowie die Einspritzzeiten
für die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine voraus.
Diese Daten überträgt es dann über den seriellen Bus 20 zu
dem Zündungs- und Einspritzungs-Modul 11 und 12. Das Zün
dungsmodul 11 führt dann mit den empfangenen Werten die
Zünd- und Schließwinkelsteuerung durch. Dazu benötigt es
dann selbst keine eigene Motorparametererfassung mehr. Eben
falls führt dann das Einspritzungsmodul aufgrund der
empfangenen Daten die Einspritzungssteuerung für die einzel
nen Zylinder der Brennkraftmaschine durch. Auch das Ein
spritzungsmodul 12 benötigt dann keine eigene Motorpara
metererfassung mehr. An das Einspritzungsmodul 12 ist die
Endstufe 22 für die Ansteuerung des Einspritzventils ange
schlossen. Ah das Zündungsmodul 11 ist die Endstufe 21 für
die Ansteuerung der Zündspule angeschlossen. In dem Zün
dungsmodul 11 ist ebenfalls ein Mikrorechner 23 enthalten.
Dieser beinhaltet als Komponenten wiederum eine serielle
Schnittstelle 17 und eine CPU 16. Darüber hinaus ist darin
noch eine Steuereinheit 18 enthalten. In der Steuereinheit
18 befindet sich ebenfalls ein Zähler 19. Der Zähler 19
dient ebenfalls zur Angabe der Position der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine. Der Zähler 19 wird jedesmal nach einem
bestimmten Zeitintervall inkrementiert. Das Zeitintervall
kann dabei beliebig vorgegeben werden. Damit eine optimale
Steuerung des Motors gewährleistet ist, muß der Zähler 19 in
dem Hauptmodul 10 synchron mit dem Zähler 19 in dem Zün
dungsmodul 11 laufen. Dies wird dadurch erreicht, daß der
Zählerstand des Zählers 19 von dem Hauptmodul 10 in bestimm
ten Zeitabständen ausgelesen wird und über den seriellen Bus
20 zu dem Zündungsmodul 11 übertragen wird. Anhand des
empfangenen Zählerstandes wird dann der Zählerstand des Zäh
lers 19 im Zündungsmodul nachkorrigiert.
Das Einspritzungsmodul 12 besitzt im Prinzip den gleichen
Aufbau wie das Zündungsmodul 11. Auch in ihm ist ein Mikro
rechner 23 mit einer seriellen Schnittstelle 177 einer CPU
16 und einer Steuereinheit 18 eingesetzt. In der Steuerein
heit 18 wird genauso ein Zähler 19 nachkorrigiert, wie dies
schon bei dem Zündungsmodul 11 beschrieben wurde.
Die Übertragung einer Botschaft mit den Daten für die Posi
tion der Kurbelwelle wird jetzt anhand der Fig. 3 erläu
tert.
Die Stellung der Kurbelwelle wird in dem zentralen Steuerge
rät in sehr kurzen Zeitabständen erfaßt, so daß jeweils zu
den Zeitpunkten t7, t8, t10, t12 und t14 aktualisierte Daten
bezüglich der Position der Kurbelwelle vorliegen. Es sei an
genommen, daß zum Zeitpunkt t7 ein Sendeauftrag für die
Übertragung der Position der Kurbelwelle der Brennkraftma
schine an die CAN-Schnittstelle des Steuergerätes, das die
Drehzahlerfassung macht, gestellt wird. Der Sendeauftrag
wird dann erst zum Zeitpunkt t9 ausgeführt, weil bis dahin
der Bus noch belegt war. Zum Zeitpunkt t9 werden dann aller
dings nicht die Daten, die zum Zeitpunkt t7 an die
CAN-Schnittstelle übergeben wurden, gesendet, sondern statt
dessen die in der Zwischenzeit aktualisierten Daten, die
seit dem Zeitpunkt t8 vorliegen. Zum Zeitpunkt t11 tritt
wiederum eine Störung auf. Die Botschaft wird daher erneut
abgesendet. Bei der erneuten Absendung werden allerdings
nicht die Daten, die bei dem Zeitpunkt t8 vorlagen gesendet,
sondern statt dessen die aktualisierten Daten, die seit dem
Zeitpunkt t10 vorliegen. Zum Zeitpunkt t13 ist die Übertra
gung der Botschaft mit den aktuellen Daten für die Position
der Kurbelwelle abgeschlossen. Zum Zeitpunkt t15 werden die
übertragenen Daten von dem empfangenen Steuergeräten über
nommen. Der Aktualitätsverlust der übertragenen Daten be
trägt also maximal die Zeitdifferenz t15-t10. Wenn die zu
übertragenden Daten von dem zentralen Steuergerät in noch
kürzeren Zeitabständen bereitgestellt werden, kann die Zeit
verzögerung weiter reduziert werden.
Anhand der Fig. 4 soll jetzt der Aufbau des Mikrorechners
13 des Hauptmoduls 10 näher erläutert werden. Gleiche Be
zugszahlen benennen hier die gleichen Teile, wie schon in
Fig. 2 erläutert. Die serielle Schnittstelle 17 beinhaltet
ein Schieberegister 30. Der Ausgang des Schieberegisters 30
ist mit einem Umschalter 31 verbunden. Von dem Umschalter 31
führt eine Leitung zu einem CRC-Schaltkreis 32 und zu einer
Bussteuerungseinheit 33. Der Ausgang der Bussteuerungsein
heit 33 ist dann mit dem seriellen Bus 20 verbunden. Von dem
Schieberegister 30 führt eine Leitung zu einem ersten
UND-Gatter 34. Über diese Leitung wird der Schiebetakt des
Schieberegisters 30 übertragen. Der zweite Eingang des
UND-Gatters 34 ist mit dem Ausgang eines R/S-Flip-Flop 35
verbunden. Der Ausgang des UND-Gatters 34 steht mit dem
Takteingang eines zweiten Schieberegisters 36 in Verbindung.
Der Ausgang des Schieberegisters 36 ist ebenfalls mit dem
Umschalter 31 verbunden. Über den Q-Ausgang des
R/S-Flip-Flops 35 kann der Umschalter 31 betätigt werden.
Von dem zweiten Schieberegister 36 geht eine Busverbindung
37 zu der Datenerfassungseinheit 15. Über diese Busverbin
dung 37 und den Schalter 38 werden die zu übertragenden Da
ten aus dem Zähler 19 permanent dem zweiten Schieberegister
36 eingespeist. Ein nicht unbedingt notwendiges Latch 46
dient als Datenpuffer der Busverbindung 37.
Der Schalter 38 kann über ein Signal von dem Q-Ausgang des
R/S-Flip-Flops durchgeschaltet werden. Die serielle Schnitt
stelle 17 steht weiterhin über eine Daten-/Adreß- und
Steuer-Busverbindung 39 mit der CPU 16 und der Datenerfas
sungseinheit 15 des Mikrorechners 13 in Verbindung. Von der
Busverbindung 39 führt eine Steuerleitung zu einem Eingang
eines zweiten UND-Gatters 40. Die serielle Schnittstelle 17
weist noch ein Statusregister 41 auf. Von diesem gehen
Steuerleitungen 42 und 43 zu weiteren Eingängen des zweiten
UND-Gatters 40. Der Ausgang des zweiten UND-Gatters 40 ist
mit dem Setzeingang des R/S-Flip-Flops 35 verbunden. Eine
weitere Steuerleitung 44 führt von dem Statusregister 41 zu
dem Rücksetz-Eingang des R/S-Flip-Flops 35. Die serielle
Schnittstelle 17 weist noch einen Bitzähler 45 auf. Anhand
des Zählerstandes des Bitzählers 45 wird bei einer Absendung
einer Botschaft entschieden, wann bestimmte Bits des Status
registers 41 gesetzt werden. In der Datenerfassungseinheit
15 kann noch ein weiterer Zähler 50 enthalten sein.
Nachfolgend wird jetzt die Funktionsweise der Anordnung in
Fig. 4 näher erläutert. Vor der Absendung einer Botschaft
gibt die Datenerfassungseinheit 15 einen Sendeauftrag an die
serielle Schnittstelle 17. Sie schreibt dazu die zu übertra
genden Daten in das Schieberegister 30 der seriellen
Schnittstelle 17 ein. Die Zeit, wann der Sendeauftrag je
weils gestellt wird, wird durch den Zähler 50 vorgegeben.
Gleichzeitig setzt sie auch ein Sendeanforderungs-Bit im
Statusregister 41 der seriellen Schnittstelle 17. Die
serielle Schnittstelle 17 wickelt dann den Sendeauftrag
selbständig ab. Die zu übertragenden Daten werden in einer
Botschaft mit einem bestimmten Botschaftsformat übertragen.
Das Botschaftsformat für den CAN-Bus ist in der Fig. 5
näher dargestellt. Die Botschaft beginnt mit einem SOF
(Start of Frame)-Bit. Anschließend folgt ein ID
(Identifier)-Feld. Dieses Feld gibt an, welche Daten mit
dieser Botschaft übertragen werden. Der Identifier hat also
die Funktion eines Datennamens (Position der Kurbelwelle der
Brennkraftmaschine, Motortemperatur der Brennkraftmaschine,
Motordrehzahl, Zündwinkel für Zylinder 1, etc.).
Anschließend wird ein CONTROL-Feld übertragen. Dieses Feld
kann für verschiedene Zwecke benutzt benutzt werden. Es kann
darin z. B. eine Information eingetragen werden, die die
Länge der nachfolgenden Daten angibt. Nach dem CONTROL-Feld
folgt dann das Data-Feld mit den eigentlichen Daten. Nach
dem Data-Feld wird dann noch ein CRC-Feld übertragen. Dieses
Feld dient zur Absicherung der Datenübertragung. Es wird
darin ein Code abgelegt, anhand dessen das empfangende
Steuergerät erkennen kann, ob die Botschaft fehlerfrei über
tragen wurde oder nicht. Die Botschaft wird abgeschlossen
durch ein ACK-Feld, in dem die empfangende Station den
Empfang der Botschaft bestätigen kann.
Nachdem die serielle Schnittstelle 17 den Sendeauftrag für
die Absendung der Daten bezüglich der aktuellen Position der
Kurbelwelle erhalten hatte, beobachtet sie den angeschlos
senen Bus 20 darauf, ob er belegt ist oder nicht. Sobald sie
den Bus als frei erkennt, startet sie dann die Absendung der
in Auftrag gegebenen Botschaft. Zu diesem Zeitpunkt ist der
Umschalter 31 in Position a geschaltet, so daß die Daten in
dem Schieberegister 30 der seriellen Schnittstelle 17 über
die Bussteuereinheit 33 auf den angeschlossenen seriellen
aus 20 gelangen können. Bei Absendung der Botschaft wurde
dann auch der Bitzähler 45 gestartet. Gleichzeitig mit dem
Start des Bitzählers wurde ein Bit im Statusregister 41 ge
setzt, so daß die Steuerleitung 42 an den entsprechenden
ingang des zweiten UND-Gatters 40 einen "1"-Signal anlegt.
Schon bei Stellung des Sendeauftrags an die serielle
Schnittstelle 17 wurde von Seiten der CPU 16 die erste Ein
gangsleitung des UND-Gatters 40 auf "1"-Pegel gesetzt. Nach
dem das Identifier-Feld und auch das CONTROL-Feld über das
Schieberegister 30 auf die Busleitung 20 übertragen wurde,
erreiche der Bitzähler 45 einen Zählerstand, durch den ein
weiteres Bit im Statusregister 41 gesetzt wird. Dadurch wird
auch über die Übertragungsleitung 43 ein "1"-Signal auf den
dritten Eingang des UND-Gatters 40 gelegt. Somit wird das
R/S-Flip-Flop 35 gesetzt. Über den Q-Ausgang des
R/S-Flip-Flops 35 wird daraufhin der Umschalter 31 in Stel
lung b umgeschaltet. Gleichzeitig wird der Schalter 38 aus
geschaltet und so der Stand des Zählers 19 zum Zeitpunkt des
Setzens des R/S-Flip-Flops 35 im zweiten Schieberegister 36
festgehalten. Durch das Signal am Q-Ausgang des
R/S-Flip-Flops 35 liegt an dem entsprechenden Eingang des
UND-Gatters 34 ein logisches "1"-Signal an. Dadurch wird
dann das UND-Gatter 34 jedesmal dann durchlässig, wenn das
Bittakt-Signal von dem Schieberegister 30 der seriellen
Schnittstelle 17 ein logisches "1"-Signal erzeugt. Somit
wird ab diesem Zeitpunkt das Schieberegister 36 getaktet und
die in dem Schieberegister 36 übernommenen Daten werden über
den Umschalter 31 auf den seriellen Bus 20 übertragen. Nach
dem das letzte Bit des Datenfeldes übertragen wurde, er
reicht der Bitzähler 45 wieder einen Zählerstand, durch den
ein weiteres Bit im Statusregister 41 gesetzt wird. Durch
dieses Setzen des Bits wird über die Übertragungsleitung 44
das R/S-Flip-Flop 35 zurückgesetzt. Über den Q-Ausgang des
R/S-Flip-Flops 35 wird somit der Umschalter 31 betätigt, so
daß er die Schaltposition a wiederum einnimmt. Es wird eben
falls das UND-Gatter 34 gesperrt, so daß keine weiteren
Taktsignale an das Schieberegister 36 gelangen können. An
schließend wird noch von der CRC-Einheit 32 das CRC-Feld auf
den seriellen Bus 20 übertragen. Die Bussteuereinheit 33
gibt dann noch das ACK-Feld auf den seriellen Bus 20 aus.
Ein Botschaftsübertragung ist danach beendet. Durch die er
findungsgemäße Anordnung wurde also erreicht, daß die Daten,
die die Datenerfassungseinheit 15 bei Stellung des Sendeauf
trags für die Übertragung der aktuellen Kurbelwellenposition
bereitgestellt hat, ersetzt wurden, durch diejenigen Daten,
die zum Zeitpunkt der Übertragung des Datenfeldes in dem
Zähler 19 anstanden und somit die größere Aktualität aufwie
sen. Dies ist in Fig. 6 auch dargestellt.
Nachfolgend wird anhand der Fig. 7 der Aufbau des Mikro
rechners 23 des Zündungs-Moduls 11 näher erläutert. Soweit
der Aufbau mit dem Aufbau des Mikrorechners 13 des
Haupt-Moduls 10 übereinstimmt, wurden bei der Darstellung
des Zündungs-Moduls 11 soweit es ging die gleichen Bezugs
zahlen verwendet. Es erübrigt sich daher, die gleichen Kom
ponenten noch einmal zu beschreiben. Ein Unterschied liegt
insofern vor, als daß für den Mikrorechner 23 kein Umschal
ter vorgesehen ist. Der serielle Bus 20 ist sowohl mit dem
Dateneingang des Schieberegisters 30 als auch mit dem Daten
eingang des zweiten Schieberegisters 36 verbunden. Ein
weiterer Unterschied besteht darin, daß der Schalter 38
nicht mehr von dem Q-Ausgang des R/S-Flip-Flops 35 ange
steuert wird und die im zweiten Schieberegister 36 bereit
stehenden Daten permanent einem Latch 46 zur Zwischen
speicherung übertragen werden. Der Schalter 38 wird eben
falls vom Statusregister 41 aus angesteuert. Das UND-Gatter
40 besitzt nur noch zwei Eingänge.
Die Funktionsweise bei dem Empfang einer Botschaft, die die
aktuelle Position der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
überträgt, wird nachfolgend näher erläutert. Sofort nach dem
Empfang des Start-of-Frame-Bits einer Botschaft wird der
Bitzähler 45 gestartet. Die empfangenen Bits werden nachein
ander in das Schieberegister 30 eingeschoben. Nachdem das
CONTROL-Feld vollständig empfangen wurde, erreicht der Bit
zähler 45 einen Zählerstand, bei dem ein Bit im Statusre
gister 41 gesetzt wird. Durch das Setzen dieses Bits wird
das UND-Gatter 40 über die Leitung 43 durchlässig, wenn
gleichzeitig von Seiten der CPU 16 an den ersten Eingang des
UND-Gatters 40 ein logisches "1"-Signal angelegt worden ist.
Die CPU 16 setzt diesen Eingang des UND-Gatters 40 schon bei
der Initialisierungsphase des Mikrorechners 23 auf ein "1"-
Signal. Mit dem Setzen des Bits im Statusregister 41 wird
somit auch das R/S-Flip-Flop 35 gesetzt. Über den Q-Ausgang
des R/S-Flip-Flops 35 wird dann das UND-Gatter 34 für die
Taktimpulse des Schieberegisters 30 durchlässig, so daß das
Schieberegister 36 nunmehr auch getaktet wird. Die jetzt an
kommenden Daten werden also sowohl in das Schieberegister 30
als auch in das Schieberegister 36 übernommen. Nachdem das
letzte Bit des Datenfeldes empfangen wurde, erreicht der
Bitzähler 45 erneut einen Zählerstand, an dem ein Bit im
Statusregister 41 gesetzt wird. Durch das Setzen dieses Bits
wird über die Leitung 44 das R/S-Flip-Flop 35 zurückgesetzt.
Dadurch wird das UND-Gatter 34 gesperrt und es können keine
weiteren Daten in das Schieberegister 36 aufgenommen werden.
Das CRC-Feld und das ACK-Feld wird dann noch in das
Schieberegister 30 eingespeichert. Nachdem die Botschaft
vollständig empfangen wurde, wird sie von der Bussteuerein
heit 33 und der CRC-Erzeugungseinheit 32 überprüft. Sind
Übertragungsfehler vorgekommen, so wird die Botschaft im
Schieberegister 30 verworfen. War die Botschaft jedoch feh
lerfrei empfangen worden und entsprach der Identifier dem
jenigen für die Daten für die Position der Kurbelwelle, so
wird im Statusregister 41 ein Bit gesetzt, so daß über die
Leitung 47 der Schalter 38 durchlässig geschaltet wird. Der
Speicherinhalt des Schieberegisters 36 wird sodann in das
Latch 46 übernommen. Es steht damit der Steuereinheit 18 ab
diesem Zeitpunkt über die Busverbindung 37 zur Verfügung.
Die Steuereinheit 18 kann den Speicherinhalt im Latch 46 di
rekt verwenden, um den Zähler 19 nachzusynchronisieren. Dies
kann im einfachsten Fall dadurch geschehen, daß die Steuer
einheit 18 den Zählerstand des Zählers 19 auf den Wert ein
stellt, der in dem Latch 46 abgespeichert ist.
Das über die Leitung 47 zum Schalter 38 herausgeführte Sta
tusbit des Statusregisters 41 wird vor dem Empfang eines
neuen Datenfeldes einer nachfolgenden Botschaft des
seriellen Busses 2 zurückgesetzt.
Durch das hier beschriebene Verfahren wird die Latenz zeit
der Übertragung von sich zeitlich ändernden Werten auf die
Übertragungszeit einer Botschaft reduziert. Wird als
serieller Bus 20 ein CAN-Bus eingesetzt, so liegt diese Zeit
bei einer Übertragungsrate von 1 MBAUD und 32 Datenbits für
die Position der Kurbelwelle und der Drehzahl des Motors
zwischen 50 und 75 Mikrosekunden. Dieser Wert kann durch Re
duktion der Anzahl der relevanten Datenbits noch weiter re
duziert werden. Dieser Wert ist so klein, daß die Latenzzeit
in den meisten Anwendungsfällen sogar vernachlässigt werden
kann.
Nachfolgend werden noch weitere Verfahren beschrieben, durch
die auch diese Latenzzeit noch verringert werden kann. Bei
einer geringen Dynamik-Änderung der Drehbewegung der Kurbel
welle der Brennkraftmaschine seit dem letzten Empfang einer
Botschaft mit der Position der Kurbelwelle kann man davon
ausgehen, daß die Zähler in dem Zündungs-Modul 11 und dem
Einspritzungs-Modul 12 einen bereits fast korrekten Wert für
die Position der Kurbelwelle anzeigen.
In der Steuereinheit 18 wird deshalb bei jeder empfangenen
Synchronisationsbotschaft ein weiterer Zähler gestartet, der
ab der Übertragung des ersten Bits des Datenfeldes der Bot
schaft bis zum vollständigen Empfang der Botschaft die auf
getretenen Inkrementierungen des Zählers 19 zählt. Das
Steuersignal für diesen Zähler liefert dabei zum Beispiel
der Q-Ausgang des R/S-Flip-Flops 35. Ist die Botschaft durch
die Aktivierung der Leitung 47 sowohl als gültig anerkannt,
als auch als eine Synchronisations-Botschaft erkannt, wird
der Zählerinhalt des weiteren Zählers zum Botschaftsdatum
auf der Busverbindung 37 addiert und ergibt so den aktu
ellen Stand für den Zähler 19, auf den dieser zu synchroni
sieren ist. Selbst bei großen Dynamik-Änderungen der Kurbel
welle ist der Fehler nur so groß, wie sich die Anzahl der
Inkrementierungen während der Übertragungszeit vom ersten
Datenbit bis zum Acknowledge-Feld verändern kann. Als Vor
teil dieser Lösung ist auch der nur geringe zusätzliche
Schaltungsaufwand zu sehen.
Eine weitere Lösung betrifft die senderseitige Vorkorrektur
der zu übertragenden Synchronisationsdaten. Das Hauptmodul
10 startet bei der Absendung einer Synchroni
sations-Botschaft einen weiteren Zähler, der die Anzahl der
auftretenden Inkrementierungen des Zählers 19 ab dem Senden
des ersten Datenbits bis zum vollständigen Absenden der Bot
schaft zählt. Wird die Botschaft abgebrochen oder tritt eine
Störung auf, so wird diese Information verworfen. Wurde die
Synchronisations-Botschaft vollständig abgesendet, wird die
ser Wert gespeichert und die Summe dieses Wertes und des
aktuellen Zählerstandes des Zählers 19 bei Absendung der
nächsten Sychronisations-Botschaft statt des aktuellen Zäh
lerstandes des Zählers 19 abgesendet. Auf diese Weise wird
der zu erwartende Wert des Zählers 19, der zum Ende der Ab
sendung der Synchronisations-Botschaft vorliegen müßte, ge
sendet. Auch hier bestimmt dann die Dynamik-Änderung der
Brennkraftmaschine seit der letzten Synchroni
sations-Botschaft die Genauigkeit der Winkeluhren.
Bei einer weiteren Lösungsmöglichkeit wird in der Datener
fassungseinheit 15 des Haupt-Moduls 10 ab dem Absenden des
Datenfeldes einer Synchronisations-Botschaft ein zusätz
licher Zähler gestartet, der die Zeit bis zum vollständigen
Absenden der Synchronisations-Botschaft mißt. Bei Abbruch
der Botschaft oder bei einer aufgetretenen Störung wird
diese Information verworfen. Bei erfolgreicher Absendung der
Botschaft wird dieser Wert gespeichert. Ein zweiter zusätz
licher Zähler (der mit dem ersten Zähler identisch sein
kann) generiert mit diesem gespeicherten Zeitwert ein Zeit
fenster, in dem ein dritter zusätzlicher Zähler die Anzahl
der in diesem Zeitfenster generierten Inkrementierungen des
Zählers 19 zählt. Die Summe dieses Wertes und des aktuellen
Zählerstandes des Zählers 19 wird bei Absendung der nächsten
Synchronisations-Botschaft übertragen. Diese Lösung hat den
Vorteil, daß die Dynamik-Unsicherheit auf die Zeit zwischen
zwei gemessenen Zeitfenstern begrenzt wird.
Bei dem CAN-Bus wird von der Bussteuereinheit 33 der
CAN-Schnittstelle immer dann ein zusätzliches Stuff-Bit in
die Botschaft eingefügt, wenn sich sonst aufgrund der zu
übertragenden Daten eine ununterbrochene Sequenz von sechs
aufeinanderfolgenden Bits mit dem gleichen Bitpegel ergeben
würde. Durch die Einfügung dieser Stuff-Bits kommt auch bei
der Übertragung von Synchronisations-Daten eine Latenz
zeit-Unsicherheit hinzu. Diese Unsicherheit ist bei den bis
her vorgestellten Lösungen zur weiteren Verringerung der La
tenzzeit vorhanden. Bei einer weiteren Lösung wird daher die
Anzahl der während der Botschaft vorkommenden Stuff-Bits ge
schätzt. Es ergibt sich dann ein geschätzter konstanter Ge
samt-Zeitwert für die Generierung des Zeitfensters. Es wer
den dann während dieses Zeitfensters wieder die Inkre
mentierungen des Zählers 19 gezählt. Bei der Absendung der
nächsten Synchronisations-Botschaft wird dann wie bei der
vorher vorgestellten Lösung die Summe dieses Wertes und des
aktuellen Zählerstandes des Zählers 19 als Synchronisations
wert übertragen. Die Dynamik-Unsicherheit ist bei dieser Lö
sung genauso groß wie bei der vorhergehenden Lösung, jedoch
ist die mögliche Anzahl von Stuff-Bits mitberücksichtigt.
Bei einer weiteren Lösung wird versucht, die Dyna
mik-Unsicherheit weiter zu reduzieren. Dabei wird, wie bei
einer vorhergehenden Lösung die Zeit der Übertragung der
letzten Synchronisations-Botschaft gemessen. Das Haupt-Modul
10 speichert außerdem die Zeitpunkte der auftretenden In
krementierungen des Zählers 19 in einen FIFO-Speicher
(First-In-First-Out) ab. Bei jedem Eintrag überprüft das
Haupt-Modul 10, ob die zuerst eingetragenen Zeitpunkte noch
innerhalb des Meßfensters aufgetreten sind, wobei das Ende
des Meßfensters jeweils der Zeitpunkt der letzten Inkre
mentierung ist. Wenn der älteste Zeitpunkt außerhalb des
Meßfensters liegt, verwirft das Haupt-Modul 10 diese Eintra
gung des FIFO-Speichers, so daß in dem FIFO-Speicher nur die
letzten, aktuellen Inkrementierungen eingetragen sind. Die
Anzahl der Eintragungen in diesen Speicher wird dann letzt
lich bei Absendung der Synchronisations-Botschaft zu dem
aktuellen Zählerstand des Zählers 19 hinzuaddiert und die
Summe wird dann übertragen. Dadurch ist die Dyna
mik-Unsicherheit in etwa auf die Zeit eines Meßfensters re
duziert. Jedoch ist auch bei dieser Lösung die Anzahl der
Stuff-Bits unbestimmt.
Eine weitere Lösung versucht die Unsicherheit, die sich
durch die Stuff-Bits ergibt, weiter zu reduzieren. Die vor
aussichtliche Anzahl der Stuff-Bits kann außer mit einem zu
sätzlichen sehr leistungsfähigen Rechner praktisch nicht
vorausberechnet werden, da sie datenabhängig ist und dieses
Datum wiederum von der Anzahl der Stuff-Bits abhängt. Es gibt
aber eine mögliche Maximalzahl von Stuff-Bits, die zu be
rücksichtigen sind. Die minimale Zeit bis zum vollständigen
Absenden einer Synchronisations-Botschaft ohne Stuff-Bits
ist bei bekannter Übertragungsrate des seriellen Busses be
kannt. Für jede mögliche Zahl von Stuff-Bits wird dann ein
Zeitwert generiert. Eine Anzahl "erster Zähler" generiert
mit diesen Gesamtzeitwerten jeweils ein Zeitfenster, in dem
ein Satz "zweiter Zähler" die Anzahl der in diesen Zeit
fenstern auftretenden Zählerinkrementierungen des Zählers 19
wählt. Zusammen mit der Kenntnis des CRC-Codes wird die tat
sächliche Anzahl der Stuff-Bits für die einzelnen Messungen
ermittelt und die Messung mit der geringsten Differenz der
angenommenen und ermittelten Stuff-Bitzahl dann bei der
nächsten Absendung einer Synchronisations-Botschaft verwen
det. Bei dieser Lösung reduziert sich die Dyna
mik-Unsicherheit auf etwa die Zeit der Übertragung eines
Bits.
Bei der folgenden vorgestellten Lösung wird die Anzahl der
Stuff-Bits wiederum von dem Haupt-Modul 10 vor der Absendung
einer Synchronisations-Botschaft erneut geschätzt. Die mini
male Zeit bis zum vollständigen Absenden der Synchroni
sations-Botschaft ohne Stuff-Bits ist bei bekannter Übertra
gungsrate des seriellen Busses 20 bekannt. Ebenso ist die
maximale Zeit bei Verwendung der maximalen Anzahl von
Stuff-Bits bekannt. Das Haupt-Modul 10 berechnet nun die
Zeitpunkte der zukünftigen Inkrementierungen des Zählers 19
z. B. aus den gespeicherten Zeitpunkten zu denen jeweils vor
her eine Inkrementierung erfolgt war voraus. Er ermittelt
die Anzahl der Inkrementierungen für eine Botschaft ohne zu
sätzliche Stuff-Bits, wie bei den vorhergehenden Lösungen.
Ebenfalls wird die Anzahl der Zählerinkrementierungen für
eine Botschaft mit der maximalen Anzahl von Stuff-Bits er
mittelt. Stimmen diese beiden Anzahlen überein, wird diese
Anzahl zum aktuellen Zählerstand des Zählers 19 hinzuaddiert
und diese Summe als Synchronisations-Datum für die nächste
Synchronisations-Botschaft bereitgestellt.
Stimmen die beiden Anzahlen nicht überein, werden für jeden
dieser Werte und alle möglichen Zwischenwerte die Anzahlen
von Stuff-Bits ermittelt, die diesen Wert ebenfalls erzeu
gen. Es wird dann diejenige Summe für die Synchroni
sations-Botschaft verwendet, die die geringste Differenz von
angenommener zu den berechneten Zählerinkrementierungen er
gibt.
Ohne Stuff-Bits hätte die Botschaft eine Länge, bei der zehn
Zählerinkrementierungen nachkorrigiert werden müßten. Mit
der angenommenen Maximalzahl von ebenfalls zehn Stuff-Bits
hätte die Botschaft eine Länge, bei der zwölf Zählerinkre
mentierungen nachkorrigiert werden müßten. Da diese beiden
Anzahlen nicht übereinstimmen, muß weiter unterteilt werden:
Bei einer Stuff-Bitzahl zwischen 0 und 1 werden zehn Zählerinkrementierungen nachkorrigiert;
bei einer Stuff-Bitzahl zwischen 2 und 6 werden elf Zähle rinkrementierungen nachkorrigiert;
bei einer Stuff-Bitzahl zwischen 7 und 10 werden zwölf Zäh lerinkrementierungen nachkorrigiert.
Bei einer Stuff-Bitzahl zwischen 0 und 1 werden zehn Zählerinkrementierungen nachkorrigiert;
bei einer Stuff-Bitzahl zwischen 2 und 6 werden elf Zähle rinkrementierungen nachkorrigiert;
bei einer Stuff-Bitzahl zwischen 7 und 10 werden zwölf Zäh lerinkrementierungen nachkorrigiert.
Es wird errechnet, daß:
Bei einer Botschaft mit Winkeluhrwert + 10 sieben zusätz liche Stuffbits eingefügt werden müßten. In dieser Zeit wä ren aber 12 Zählerinkrementierungen erfolgt;
bei einer Botschaft mit Winkeluhrwert + 11 ein zusätzliches Stuffbit eingefügt werden müßte. In dieser Zeit wären aber nur 10 Zählerinkrementierungen erfolgt;
bei einer Botschaft mit Winkeluhrwert + 12 Null zusätzliche Stuffbits eingefügt werden müßte. In dieser Zeit wären aber nur 10 Zählerinkrementierungen erfolgt.
Bei einer Botschaft mit Winkeluhrwert + 10 sieben zusätz liche Stuffbits eingefügt werden müßten. In dieser Zeit wä ren aber 12 Zählerinkrementierungen erfolgt;
bei einer Botschaft mit Winkeluhrwert + 11 ein zusätzliches Stuffbit eingefügt werden müßte. In dieser Zeit wären aber nur 10 Zählerinkrementierungen erfolgt;
bei einer Botschaft mit Winkeluhrwert + 12 Null zusätzliche Stuffbits eingefügt werden müßte. In dieser Zeit wären aber nur 10 Zählerinkrementierungen erfolgt.
Die geringste Differenz ergibt sich also bei der angenom
menen Zahl von 11 zusätzlichen Zählerinkrementierungen, so
daß dieser Wert für die Synchronisationsbotschaft verwendet
wird.
Es soll angemerkt werden, daß weitere Iterationsschritte
zur Voraus-Korrektur der Stuffbit-Anzahl möglich sind, diese
aber nicht unbedingt bessere Ergebnisse liefern. Im obigen
Beispiel wird mit der Korrektur von 10 Inkrementen berech
net, daß eigentlich 12 Inkremente notwendig wären; bei einer
Korrektur von 12 Inkrementen wären 10 Inkremente notwendig.
Eine weitere Lösung der empfängerseitigen Korrektur berück
sichtigt die bereits vollständig übertragenen aber noch
nicht verifizierten Daten während des Empfangs des
CRC-Feldes bzw. des ACK-Feldes. Hierbei zählt ein zusätzli
cher Zähler im Mikrorechner 23 die für die Übertragung des
Datenfeldes notwendige Zeit. Ein zweiter Winkeluhr-Zähler
119 in einer zweiten Steuereinheit 118 wird (wie in Fig. 8
dargestellt) sofort nach Empfang des Datenfeldes, gekenn
zeichnet durch Aktivierung der Leitung 44, mit den empfange
nen Daten des zweiten Schieberegisters 36 korrigiert. Die
Verarbeitungsgeschwindigkeit (Frequenz der Zählerinkre
mentierungen) der zweiten Steuereinheit 118 wird dann er
höht, während der zusätzliche Zähler entsprechend dieser Ge
schwindigkeitserhöhung rückwärts gezählt wird, so daß bei
Erreichen der Null im zusätzlichen Zähler der zweite Winkel
uhr-Zähler 119 dem aktuellen Zustand des Zählers 19 des sen
denden Mikrorechners 13 entspricht. Die Verarbeitungsge
schwindigkeit des Winkeluhr-Zählers 119 wird dann wieder
normalisiert.
Der Zähler 19 der Steuereinheit 18 wird bei Betätigung der
Korrekturübertragung über die Aktivierung der Leitung 47 auf
den Wert des zweiten Winkeluhr-Zählers 119 der zweiten
Steuereinheit 118 korrigiert; werden die empfangenen Daten
als fehlerhaft erkannt, wird der Zählerstand des zweiten
Winkeluhr-Zählers 119 verworfen.
Die Erfindung ist nicht auf das hier vorgestellte Aus
führungsbeispiel beschränkt. Anstelle der Synchronisation
zweier Winkeluhren für ein verteiltes Motormanagement
könnten auch die Meßwerte jeder anderen uhrähnlichen Daten
quelle auf die hier beschriebene Art und Weise übertragen
werden. Über den seriellen Bus können außer der hier be
schriebenen Übertragung von Synchronisations-Botschaften
auch beliebige andere Botschaften mit anderen Identifiern
übertragen werden. In diesen Fällen bleibt der Umschalter in
Schaltposition a geschaltet, so daß keine Datenersetzung
stattfindet. Es wäre aber auch möglich, die Datenersetzung
für mehrere Botschaften mit bestimmten Identifiern vorzu
sehen. Auch Ausführungen mit mehreren parallelen externen
Schieberegistern sind denkbar, wobei dann auch ein er
weiterter Umschalter bzw. Multiplexer mit mehreren Eingängen
verwendet werden müßte. Schließlich könnten auch für ein
einzelnes externes Schieberegister mehrere unterschiedliche
Latches 46 vorgesehen sein.
In einer Variante der Erfindung kann in den Mikrorechner 23
der Module 11 bzw. 12 auf das zweite Schieberegister 36 ver
zichtet werden, wenn die parallelen Daten-Ausgänge des
Schieberegisters 30 aus der seriellen Schnittstelle 17 her
ausgeführt sind. In diesem Fall erübrigen sich auch die mit
den Ziffern 34, 35, 40, 43, 44 bezeichneten Elemente der
Fig. 7.
In einer zweiten Variante der Erfindung kann in dem Mikro
rechner 13 des Haupt-Moduls 10 auf das zweite Schiebere
gister 36 verzichtet werden, wenn die parallelen
Daten-Eingänge des Schieberegisters 30 aus der seriellen
Schnittstelle 17 herausgeführt sind und mit dem Einschalten
des R/S-Flip-Flops 35 die Daten der Busverbindung 37 in das
Schieberegister 30 übertragen werden. In diesem Fall er
übrigen sich auch die mit den Ziffern 31, 34, 38 bezeich
neten Elemente der Fig. 4.
In einer weiteren Variante der Erfindung wird nur ein nicht
notwendigerweise zusammenhängendes Teil des Datenfeldes aus
Fig. 5 während der Übertragung durch die Erfindung ersetzt
(vgl. Fig. 9).
Claims (20)
1. Verfahren zur zyklischen Übertragung von Daten, insbeson
dere von Synchronisationsdaten, zwischen mindestens zwei
verteilt arbeitenden Steuergeräten, wobei die mindestens
zwei Steuergeräte über einen seriellen Bus, insbesondere
CAN-Bus, miteinander verbunden sind, wobei die mindestens
zwei Steuergeräte mindestens eine serielle Schnittstelle und
eine Rechen-/Steuereinheit aufweisen, wobei von der
Rechen-/Steuereinheit eines der mindestens zwei Steuergeräte
zyklisch Daten bereitgestellt werden, wobei die Daten mit
Hilfe einer Botschaft über den seriellen Bus übertragen wer
den, wobei von der Rechen-/Steuereinheit des die Botschaft
absendenden Steuergerätes ein Sendeauftrag zur Absendung der
Botschaft an die serielle Schnittstelle gestellt wird, der
daraufhin von der seriellen Schnittstelle abgewickelt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß bei Absendung der Botschaft
nicht diejenigen Daten, die zum Zeitpunkt der Stellung des
Sendeauftrages an die serielle Schnittstelle (17) übergeben
wurden, verwendet werden, sondern statt dessen die von der
Rechen-/Steuereinheit (15) seit dem Zeitpunkt der Abgabe des
Sendeauftrages inzwischen aktualisierten Daten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in
den mindestens zwei Steuergeräten (10, 11, 12) jeweils ein
Zähler (19), insbesondere Zeit- oder Winkelzähler kontinu
ierlich gezählt wird, daß der Zähler (19) in dem mindestens
einen Steuergerät (11, 12), das die Daten empfängt, aufgrund
der empfangenen Daten auf einen definierten Wert gesetzt
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der definierte Wert durch die empfangenen Daten angegeben
wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Zeit für die Übertragung der Daten von dem Steuergerät
(10), das die Synchronisationsdaten absendet, derart berück
sichtigt wird, daß die letztlich übertragenen Daten einen in
die Zukunft projizierten Wert angeben, der dem Zählerstand
des Steuergerätes (10), das die Synchronisationsdaten absen
det, zum Zeitpunkt der vollständigen Absendung der Bot
schaft, die die Daten überträgt, entspricht.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Steuergerät (10), das die Daten absendet, während der
Übertragung von Daten die auftretenden Zählerinkremen
tierungen oder Dekrementierungen des Zählers (19) gezählt
werden, und daß dieser Wert bei einer nachfolgenden Übertra
gung von Daten zu dem aktuellen Zählerstand hinzuaddiert
wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Steuergerät (10), das die Daten absendet, die Zeit für
die Übertragung der Daten gemessen wird, daß in dem Steuer
gerät (10) zyklisch ein Meßfenster für die Dauer der ge
messenen Zeit erzeugt wird, daß in dem Meßfenster die auf
tretenden Zählerinkrementierungen oder Dekrementierungen des
Zählers (19) gezählt werden und daß der jeweils aktuellste
Wert dieser Zählungen bei einer nachfolgenden Übertragung
von Daten zu dem aktuellen Zählerstand des Zählers (19) hin
zuaddiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zeit für die Übertragung der Daten von dem min
destens einen Steuergerät (11, 12), das die Daten empfängt,
derart berücksichtigt wird, daß die empfangenen Daten nach
Empfang so korrigiert werden, daß sich ein Zählerstand für
den Zähler (19) des Steuergerätes (11, 12) ergibt, der dem
Zählerstand des Steuergerätes (10), das die Daten abgesendet
hat, zum Zeitpunkt des vollständigen Empfangs der Botschaft,
die die Daten überträgt, entspricht.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Steuergerät (11, 12), das die Daten empfängt, während
der Übertragung von Daten die auftretenden Zählerinkre
mentierungen oder Dekrementierungen des Zählers (19) gezählt
werden und zu dem Wert, der sich aus den empfangenen Daten
ergibt, hinzuaddiert werden und daß dieser Wert den defi
nierten Wert angibt, auf den der Zähler (19) in dem Steuer
gerät (11, 12) gesetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in
dem Steuergerät (11, 12), das die Daten empfängt, diese Da
ten durch eine zweite Steuereinheit (118) in der Zeit zwi
schen dem Empfang der Daten und der Bestätigung der Gültig
keit der Übertragung korrigiert werden und dieser Wert den
definierten Wert angibt, auf den der Zähler 19 in dem
Steuergerät (11, 12) bei Bestätigung der Gültigkeit der
Übertragung gesetzt wird.
10. Busteilnehmerstation zur Verwendung bei dem Verfahren
nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer seriellen
Schnittstelle, an die ein serieller Bus anschließbar ist,
mit einer Rechen/Steuereinheit (15, 18), die zyklisch aktua
lisierte Daten für eine Übertragung über den seriellen Bus
bereitstellt, wobei die serielle Schnittstelle ein Schiebe
register aufweist, in das die abzusendenden Daten eingespei
chert werden, wobei die serielle Schnittstelle von einer
Steuerschaltung einen Sendeauftrag für die Absendung der
eingespeicherten Daten erhält, mit Mitteln zur Abwicklung
des Sendeauftrags, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel
(36, 31) aufweist, die bei der Abwicklung des Sendeauftrags
mindestens einen Teil der zuvor in das Schieberegister (30)
eingespeicherten Daten durch die neuesten, in der Zwischen
zeit von der Rechen/Steuereinheit (15, 18) aktualisierten
Daten ersetzen.
11. Busteilnehmerstation nach Anspruch 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie als Mittel zur Ersetzung des Teils der zu
vor eingespeicherten Daten durch die neuesten, in der Zwi
schenzeit von der Rechen/Steuereinheit (15, 18) aktualisier
ten Daten ein zweites Schieberegister (36) aufweist, in das
die aktualisierten Daten zu einem vorbestimmten Zeitpunkt
(T9) eingespeichert werden, daß der Ausgang des zweiten
Schieberegisters (36) mit einem Umschalter (31), insbeson
dere Multiplexer, in Verbindung steht, der in seinem einen
Schaltzustand (A) den Ausgang des ersten Schieberegisters
(30) mit dem seriellen Bus (20) verbindet und in seinem
zweiten Schaltzustand (B) statt dessen den Ausgang des zwei
ten Schieberegisters (36) mit dem seriellen Bus (20) verbin
det.
12. Busteilnehmerstation nach Anspruch 11, dadurch gekenn
zeichnet, daß die serielle Schnittstelle (17) einen Bit
zähler (45) aufweist, der die Anzahl der pro Botschaft ge
sendeten Bits mitzählt, daß der Zeitpunkt für die Einspei
cherung der aktualisierten Daten in das zweite Schiebere
gister (36) und für die Umschaltung des Umschalters (31) von
dem Bitzähler (45) vorgegeben wird.
13. Busteilnehmerstation nach Anspruch 11 oder 12, dadurch
gekennzeichnet, daß sie als Motor-Steuergerät für die
Steuerung einer Brennkraftmaschine ausgelegt ist, in dem
mindestens die Drehbewegung der Kurbelwelle der Brennkraft
maschine erfaßt wird und daß das Steuergerät als zyklisch
aktualisierte Daten, Daten, die die momentane Stellung der
Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder die momentane
Drehzahl der Brennkraftmaschine angeben, bereitstellt.
14. Busteilnehmerstation nach einem vorhergehenden Ansprüche
10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen kontinuier
lich zählenden weiteren Zähler (50) enthält, der jeweils
nach dem Durchlaufen eines vorbestimmten Zählerintervalls
ein Signal an die serielle Schnittstelle (17) abgibt, durch
das ein Sendeanforderungs-Bit in einem Statusregister (41)
der seriellen Schnittstelle (17) gesetzt wird.
15. Busteilnehmerstation zur Verwendung bei dem Verfahren
nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, mit einer
seriellen Schnittstelle, an die ein serieller Bus anschließ
bar ist, wobei die serielle Schnittstelle ein Schiebere
gister aufweist, in das die über den seriellen Bus
empfangenen Daten eingespeist werden, dadurch gekennzeich
net, daß sie Mittel (38, 46) aufweist, die bei dem Empfang
einer bestimmten Botschaft zumindest einen Teil der
empfangenen Daten bereits während der Gültigkeitsprüfung
der Daten einer zweiten Steuereinheit (118) zur Bearbeitung
zur Verfügung stellt.
16. Busteilnehmer nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß sie die durch die zweite Steuereinheit (118) berechneten
Daten erst dann zur Verarbeitung in der ersten Steuereinheit
(18) übernimmt, wenn die serielle Schnittstelle (17) die
empfangene Botschaft auf Fehlerfreiheit überprüft und dabei
festgestellt hat, daß die Botschaft fehlerfrei empfangen
wurde.
17. Busteilnehmerstation zur Verwendung bei dem Verfahren
nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, mit einer
seriellen Schnittstelle, an die ein serieller Bus anschließ
bar ist, wobei die serielle Schnittstelle ein Schiebere
gister aufweist, in das die über den seriellen Bus
empfangenen Daten eingespeichert werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie Mittel aufweist, die bei dem Empfang einer
bestimmten Botschaft zumindest einen Teil der empfangenen
Daten parallel in ein zweites Schieberegister (36) einspei
chern.
18. Busteilnehmerstation nach Anspruch 17, dadurch gekenn
zeichnet, daß sie die in das zweite Schieberegister (36)
eingespeicherten Daten erst dann zur Verarbeitung übernimmt,
wenn die serielle Schnittstelle (17) die empfangene Bot
schaft auf Fehlerfreiheit überprüft hat und dabei festge
stellt hat, daß die Botschaft fehlerfrei empfangen wurde.
19. Busteilnehmerstation nach einem der Ansprüche 15 bis 18,
dadurch gekennzeichnet, daß die serielle Schnittstelle (17)
einen Bitzähler (45) aufweist, der die Anzahl der pro
Botschaft empfangenen Bits mitzählt, und daß der Bitzähler
(45) die Zeitpunkte für den Beginn und das Ende der
Einspeicherung der Daten angibt, wobei die Daten nach den
Ansprüchen 17 und 18 in das zweite Schieberegister (36)
eingespeichert werden.
20. Busteilnehmerstation nach einem der Ansprüche 15 bis 19,
dadurch gekennzeichnet, daß sie als Motor-Steuergerät für
die Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere als
Zündungssteuergerät oder als Einspritzungssteuergerät, aus
gelegt ist und daß sie über den anschließbaren seriellen Bus
(20) zyklisch Botschaften mit Daten,die die momentane Stel
lung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine und/oder die
momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine angeben, empfängt.
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