專利名稱：汽車的控制設(shè)備及其通信方法
現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明涉及用于控制汽車、特別是這樣的汽車的發(fā)動機(jī)的諸如燃料噴射、點火時刻等等的功能的控制設(shè)備，以及針對與這種設(shè)備進(jìn)行通信的方法。通常這樣的控制設(shè)備具有處理器，該處理器通過操作程序控制、從外部功能單元接收汽車的工作參數(shù)的測量值，并且由這些被傳輸?shù)焦δ軉卧臏y量值推導(dǎo)出用于控制相同的或其它的功能單元的命令。
已知針對控制設(shè)備和各種不同的功能單元之間的通信采用譬如按照CAN標(biāo)準(zhǔn)的總線，控制設(shè)備和各種不同的功能單元被連接在該總線上。這樣的總線一方面必須是有實時能力的，也就是說總線必須能保證，在通過功能單元接收測量值和在對測量值作出反應(yīng)的情況下由控制設(shè)備產(chǎn)生的控制指令到達(dá)相同的或另一個功能單元上之間不超過預(yù)定的延遲時間。此外，在該總線上的傳輸必須有效地防止傳輸誤差，以便避免錯誤控制。這些要求限制了總線上可到達(dá)的傳輸速率。
在控制設(shè)備的新研制中，提出以下問題，即必須與控制設(shè)備交換實質(zhì)上比在以后在該情況的汽車中采用已制成的控制設(shè)備中的數(shù)據(jù)量更大的數(shù)據(jù)量。由此，這些大的數(shù)據(jù)量實現(xiàn)，控制設(shè)備不僅必須與發(fā)動機(jī)的功能單元通信(或與仿真器通信，該仿真器相對控制設(shè)備充作功能單元)，而且還附加地與外部的開發(fā)工具通信，該開發(fā)工具使得研制人員能夠詳細(xì)跟蹤和影響通過處理器執(zhí)行控制程序。當(dāng)與開發(fā)工具的通信在同一條通過其控制設(shè)備與功能單元通信的總線上進(jìn)行時，得出以下問題，即其傳輸容量通過與功能單元的通信在很大程度上已經(jīng)用盡，并且針對與開發(fā)工具的通信不再有足夠的容量可供支配。由此得出的向開發(fā)工具傳輸數(shù)據(jù)的延遲會錯誤地引起控制設(shè)備的功能缺陷的影響。雖然可加速傳輸?shù)浇o其在總線上分配足夠高的優(yōu)先權(quán)的開發(fā)工具上，但是這將重新導(dǎo)致不能可靠地滿足對控制設(shè)備和功能單元之間的通信的實時特性的要求。
用于解決這個問題的方法是所謂的ETK(仿真器電鍵按鈕)技術(shù)。在這種技術(shù)中，針對研制和優(yōu)化新的控制設(shè)備采用專用的樣機(jī)，該樣機(jī)由此不同于以后大量生產(chǎn)的設(shè)備，即引出多個連接，這些連接允許置于上面的電鍵按鈕訪問控制設(shè)備的內(nèi)部的數(shù)據(jù)總線，并且這樣讀取和寫入控制設(shè)備的存儲器等等。
這種專用的樣機(jī)成本昂貴，并且所引出的連接在電氣上使控制設(shè)備電路負(fù)載，以致不完全排除樣機(jī)和大量生產(chǎn)型之間在時間特性和電氣特性上的區(qū)別。
本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明解決有限的傳輸容量的問題，其中本發(fā)明給控制設(shè)備的處理器提供第二接口，該接口只可用于與調(diào)試器或其它外部開發(fā)工具的通信。通過這個接口，控制設(shè)備和開發(fā)工具之間的任何信息都可進(jìn)行交換，而不用由此在通過第一接口通信時損害時間特性。由于該接口與控制設(shè)備的處理器集成在組件內(nèi)，所以處理器和接口之間的線路可保持很短，以致通過該接口使控制設(shè)備的開關(guān)電路的容性負(fù)載很小。
為能在短時間內(nèi)通過第二接口傳輸大數(shù)據(jù)量，優(yōu)選地針對塊傳送數(shù)據(jù)設(shè)計這個接口。
在處理器和第二接口被集于其中的組件中，涉及印刷電路板，在該印刷電路板上處理器和第二接口分別表示芯片或芯片組，可是優(yōu)選地涉及單個的將處理器和第二接口集成在其中的芯片。
為使這樣的組件的從該組件引出的連接的數(shù)量保持很小，第二接口優(yōu)選地是串行接口。譬如可涉及因特網(wǎng)接口、火線(Fire-Wire)接口或特別優(yōu)選地涉及USB接口。
同樣，第一接口優(yōu)選地與第二接口和處理器集于相同的組件內(nèi)。這樣可放棄，從該組件中引出針對處理器與第一接口的通信的局部總線。
USB接口的更重要的優(yōu)點是在同時簡單、廉價的結(jié)構(gòu)的情況下的靈活性。在USB總線的主機(jī)上、也就是說在此處所看到的開發(fā)工具中的應(yīng)用的情況下裝設(shè)耗費的管理功能。在控制設(shè)備本身上只需要簡單的硬件。但是由于USB不是多主機(jī)總線，而是必須由主機(jī)觸發(fā)全部的傳輸過程，所以在采用USB接口作為針對與開發(fā)工具通信的第二接口時需充分利用USB的幾個特性。
USB接口的重要特點是其有能力支持傳輸?shù)讲煌K點的不同傳輸模式。特別是塊模式可供使用，以便在無總線開銷的情況下傳輸更大的數(shù)據(jù)量。這樣，就可給開發(fā)工具和控制設(shè)備之間的諸如值的測量、往返于控制設(shè)備傳輸旁路消息、改變控制設(shè)備的存儲器中的數(shù)據(jù)值或調(diào)試控制設(shè)備的代碼的不同的傳輸任務(wù)分別分配自己的終點，并且通過這些分別分配專用的優(yōu)先權(quán)和與關(guān)于時間特性和容量的傳輸任務(wù)的要求相匹配的模式。這樣，當(dāng)必須具有高優(yōu)先權(quán)的旁路消息以批量傳輸模式或等時傳輸模式通過專用于其的終點進(jìn)行傳輸時，譬如是有利的。為先處理這些消息，除其終點以外，開發(fā)工具可如此長時間地詢問，直到這些消息被處理完為止。另一個優(yōu)點是沿傳輸方向傳輸高數(shù)據(jù)率的可能性。這樣，譬如以等時模式，具有所保證的傳輸帶寬的所配置的測量的測量值可以由開發(fā)工具專用的直至1023字節(jié)的數(shù)據(jù)包大小被傳輸。開發(fā)工具可在配置測量時，就已經(jīng)保留所需帶寬和由此確保，通過其它總線用戶的存在(也即通過往返于其它終點的傳輸)不再有數(shù)據(jù)損失。
本發(fā)明的汽車控制設(shè)備僅能作為針對研制新的控制設(shè)備的樣機(jī)，該控制設(shè)備無第二接口地成批使用。但是由于特別是在相同的半導(dǎo)體芯片上實現(xiàn)時附加第二接口的費用很小，所以這種控制設(shè)備也可成批地裝入汽車內(nèi)。這有另一個優(yōu)點，即借助第二接口也可在制成的車輛上以簡單的方式讀出存儲在控制設(shè)備中的工作參數(shù)。由此，通常譬如由昂貴的速度記錄器執(zhí)行的功能可簡單地和廉價地集成在本發(fā)明的控制設(shè)備內(nèi)。
對此，就可產(chǎn)生簡單地測量或診斷故障狀態(tài)的可能性。特別是商業(yè)上通用的PC為達(dá)到診斷的目的可直接與控制設(shè)備通信。
本發(fā)明的其它的特征和優(yōu)點可參考附圖從以下對實施例的說明中得出。
附圖其中

圖1示出傳統(tǒng)的汽車控制設(shè)備的方框圖；以及圖2示出本發(fā)明的控制設(shè)備的方框圖。
實施例說明為弄清本發(fā)明的控制設(shè)備的特點，借助圖1先簡單說明傳統(tǒng)的控制設(shè)備。這個控制設(shè)備1包括通向總線、特別是CAN總線5的微處理器2、存儲器組件3和接口4，汽車的多個功能單元6被連接在該總線上，該功能單元6通過總線5向控制設(shè)備1提供汽車的工作參數(shù)的測量值和/或接收和執(zhí)行控制設(shè)備1的命令。功能單元6的例子是汽車發(fā)動機(jī)的曲軸上的旋轉(zhuǎn)角接收器和發(fā)動機(jī)的火花塞，該旋轉(zhuǎn)角接收器將曲軸旋轉(zhuǎn)角的測量值提供給控制設(shè)備1，該火花塞接收由控制設(shè)備1從旋轉(zhuǎn)角接收器的測量值中推導(dǎo)出的點火命令。功能單元6也可是發(fā)動機(jī)中的針對燃料噴射的計量系統(tǒng)，該計量系統(tǒng)由控制設(shè)備控制，以便在換擋過程期間短時間地減少噴射量。
功能單元還可滿足各種不同的其它的測量和調(diào)節(jié)任務(wù)，此處不詳細(xì)描述。
在控制設(shè)備1還處于試驗和研制階段時，接口7被連接在CAN總線5上，通過該接口在外部計算機(jī)上實現(xiàn)的開發(fā)工具18可與控制設(shè)備1通信。
在圖2中示出的本發(fā)明的控制設(shè)備11中，微處理器12通過內(nèi)部的地址數(shù)據(jù)總線和控制總線20與存儲器組件13和兩個接口14、17連接。由于內(nèi)部總線20的線路很短(當(dāng)控制設(shè)備是由多個布置在印刷電路板上集成的電路組件構(gòu)成時，內(nèi)部總線的線路長度一般不超過約10cm；當(dāng)部件12、13、14、17被集成在共同的半導(dǎo)體襯底上時，總線線路的長度最大位于幾個毫米的范圍中)，所以在內(nèi)部總線20上可達(dá)到很高的時鐘脈沖速度，該時鐘脈沖速度使得兩個接口14、17可能滿負(fù)載直至其傳輸容量的邊界。因而，微處理器12通過串行總線15與外部功能單元16通信的時間特性與微處理器12和連接在接口17上的開發(fā)工具18之間的通信范圍無關(guān)。這樣避免，通過所連接的開發(fā)工具18使控制設(shè)備11的實時特性失真。
將接口17與開發(fā)工具18連接的外部總線19是串行總線。希望在控制設(shè)備11和開發(fā)工具18之間達(dá)到高的傳輸容量雖然可促進(jìn)采用并行總線，但是卻優(yōu)選應(yīng)用串行總線，因為串行總線能夠使控制設(shè)備11有少量的輸入/輸出連接就夠用了。當(dāng)完整的控制設(shè)備11應(yīng)被集成在半導(dǎo)體襯底上時，這種觀點才特別重要。
作為外部總線，原則上可采用任意串行的總線，該總線滿足在個別情況下對傳輸容量提出的要求，特別是因特網(wǎng)總線、Fire-Wire總線或USB總線可滿足該要求。其中因為不同類型的數(shù)據(jù)傳送特別優(yōu)選的是USB總線，這樣的總線按照標(biāo)準(zhǔn)支持該不同類型的數(shù)據(jù)傳送，并且該不同類型的數(shù)據(jù)傳送分別適于不同的在研制和優(yōu)化過程中出現(xiàn)的傳輸過程。
在外部計算機(jī)上實現(xiàn)的開發(fā)工具18在控制設(shè)備11的研制階段期間可用于各種不同的應(yīng)用，例如-調(diào)試監(jiān)控和影響位于控制設(shè)備1中的程序，并且必要時改變該程序的命令；-測量以對應(yīng)于通過微處理器2更新的頻率的頻率，將存儲器組件3的單個單元的內(nèi)容傳輸給開發(fā)工具18，并且通過開發(fā)工具顯示對應(yīng)于該單元的內(nèi)容的物理值；-調(diào)整改變由控制設(shè)備應(yīng)用的參數(shù)，以檢查該變化對由控制設(shè)備控制的發(fā)動機(jī)的特性產(chǎn)生的影響；-功能的旁路由于控制設(shè)備1中的計算時間和資源有限，所以控制設(shè)備的編程中的變化可改變其時間特性。為了在不考慮控制設(shè)備的有限的功率性能的情況下首先研發(fā)功能，功能的值的計算可在控制設(shè)備中斷開，并且可傳輸該功能的輸入值到開發(fā)工具。這執(zhí)行該功能的計算，并且接著將功能結(jié)果傳輸回給控制設(shè)備。
對開發(fā)工具18和控制設(shè)備11之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間特性的不同的要求對應(yīng)于這些各種不同的應(yīng)用。
開發(fā)工具18和控制設(shè)備11之間的第一組數(shù)據(jù)傳輸過程不是對時間要求嚴(yán)格的傳輸。該傳輸過程主要在調(diào)試時出現(xiàn)。特別是傳輸控制程序和應(yīng)利用其工作的輸出數(shù)據(jù)在存儲器組件13中操作控制設(shè)備的開始或在中斷控制設(shè)備11的工作期間改變這些數(shù)據(jù)都屬于此。所謂的USB總線的批量傳輸模式特別適于這種類型的傳輸。在批量傳輸模式中傳輸最大為64字節(jié)的數(shù)據(jù)包，并且傳輸時的誤差被識別和消除。這種傳輸模式比其它由USB總線支持的模式具有更低的優(yōu)先權(quán)，并且因而當(dāng)應(yīng)以其它模式之一傳輸數(shù)據(jù)時，可被中斷。批量傳輸模式的數(shù)據(jù)包的較小的長度也便于使用具有較高優(yōu)先權(quán)的傳輸過程之間的較小的間隙。
為在控制程序中找到誤差，通常需分階段地執(zhí)行程序，其中在程序代碼中確定所謂斷點，在該斷點上控制設(shè)備應(yīng)中斷執(zhí)行該程序。為傳輸斷點到控制設(shè)備和為將在這種階段的過程中出現(xiàn)的處理器的寄存器內(nèi)容、參數(shù)等的值等回答給開發(fā)工具18，同樣可采用批量傳輸模式。
在測量應(yīng)用中涉及到，跟蹤由功能單元16監(jiān)控和通知給控制設(shè)備11的發(fā)動機(jī)參數(shù)在時間上的發(fā)展。這些參數(shù)值由控制設(shè)備11分別存儲在所確定的存儲器組件13的存儲位置上，并且從那里出發(fā)讀取，并通過USB總線19轉(zhuǎn)交給開發(fā)工具18。為將同時以高速率出現(xiàn)的數(shù)據(jù)量傳輸給開發(fā)工具18，優(yōu)選地采用所謂的USB總線的等時模式。這種模式以每毫秒一個數(shù)據(jù)包的頻率應(yīng)用直至1023個字節(jié)的數(shù)據(jù)包。由于這種模式具有十分小的開銷，所以可有效傳輸大的數(shù)據(jù)量。用于以等時模式傳輸?shù)拇a使得可能識別傳輸誤差，但是不消除它。當(dāng)開發(fā)工具18在以等時模式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包中確定誤差時，只要有足夠的傳輸容量可供支配，就能要求重新傳輸；否則必須拒絕有關(guān)的數(shù)據(jù)包。
旁路包含通過開發(fā)工具18或另一個連接在USB總線上的外部計算機(jī)(在此稱為旁路計算機(jī))讀取控制設(shè)備11中的單個存儲單元的內(nèi)容，并且接著通過利用由開發(fā)工具或旁路計算機(jī)重新計算的值寫入存儲單元來替換該內(nèi)容。譬如采用這種旁路，以便在控制設(shè)備11的研制和優(yōu)化階段中相對功能單元16的存在模擬該旁路，該功能單元16在針對其裝設(shè)控制設(shè)備11的實際應(yīng)用環(huán)境中提供記錄在有關(guān)的存儲位置上的值。也可用來代替計算過程，該計算過程在控制設(shè)備11的研制結(jié)束后應(yīng)由這個控制設(shè)備11執(zhí)行，其編程在采用旁路的控制設(shè)備11的研制階段中還不能實現(xiàn)。
從有關(guān)存儲位置中讀取的值可與從其它的存儲位置中讀取的值一起以等時模式傳輸給開發(fā)工具18或旁路計算機(jī)；如果只有有關(guān)的存儲位置的值或數(shù)量很小的存儲位置的值應(yīng)傳輸給開發(fā)工具18或旁路計算機(jī)，則對此可采用USB總線的中斷模式。相同的中斷模式也用于在有關(guān)的存儲位置中重寫由開發(fā)工具18或旁路計算機(jī)計算的新的值。以中斷模式在13字節(jié)開銷的情況下傳輸最大為64字節(jié)的數(shù)據(jù)包。傳輸中的誤差被識別和消除。
權(quán)利要求
1.汽車控制設(shè)備、特別是發(fā)動機(jī)控制設(shè)備(11)，其具有處理器(12)和針對與汽車的功能單元(16)通信的第一接口(14)，其特征在于，至少第二接口(17)與處理器(12)被集于一個組件中。
2.按照權(quán)利要求1所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述接口(17)能夠不用處理器(12)的參與來訪問汽車控制設(shè)備的存儲器組件(13)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述接口(17)能夠?qū)懭胧降卦L問存儲器組件(13)中的處理器(12)的代碼。
4.按照上述權(quán)利要求之一所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第二接口(17)針對塊傳送數(shù)據(jù)被設(shè)計。
5.按照權(quán)利要求1-4之一所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第一接口(17)與所述處理器(12)和所述第二接口(14)被集于相同的組件中。
6.按照上述權(quán)利要求之一所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述組件是印刷電路板。
7.按照權(quán)利要求1-5之一所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述組件是半導(dǎo)體芯片。
8.按照上述權(quán)利要求之一所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，該汽車控制設(shè)備具有至少一個針對處理器的工作參數(shù)的存儲器(13)，并且該存儲器(13)可通過所述第二接口(17)寫入和/或讀取。
9.按照上述權(quán)利要求之一所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第二接口(17)是串行接口。
10.按照權(quán)利要求8所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第二接口是以太網(wǎng)接口或FireWire接口。
11.按照權(quán)利要求9所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第二接口(17)是USB接口。
12.按照權(quán)利要求11所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第二接口(17)能夠以等時模式傳輸由處理器(12)通過所述第一接口(14)接收的數(shù)據(jù)。
13.按照權(quán)利要求11所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述第二接口(17)能夠以批量傳輸模式傳輸所述處理器(12)的控制參數(shù)。
14.按照權(quán)利要求8和11所述的汽車控制設(shè)備，其特征在于，所述接口(17)能夠以中斷模式讀取和/或?qū)懭胨龃鎯ζ?13)的單個存儲位置。
15.具有按照上述權(quán)利要求之一所述的汽車控制設(shè)備(11)的汽車，其特征在于，所述第二接口(17)不與汽車的要控制的功能單元連接。
16.用于在按照權(quán)利要求11-14之一所述的汽車控制設(shè)備和外部主機(jī)(18)之間通信的方法，其中該主機(jī)(18)針對不同類型的在該主機(jī)和汽車控制設(shè)備之間交換的數(shù)據(jù)確定不同的USB終點和傳輸模式。
17.按照權(quán)利要求16所述的方法，其中所述主機(jī)按照優(yōu)先權(quán)順序詢問終點。
全文摘要
汽車控制設(shè)備、特別是發(fā)動機(jī)控制設(shè)備(11)包括處理器(12)、針對與該汽車的功能單元(16)通信的第一接口(14)和至少一個與該處理器(12)集于一個組件中的第二接口(17)。
文檔編號G06F11/36GK1745367SQ200480003174
公開日2006年3月8日 申請日期2004年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者M·萊欽格爾, A·奧厄, J·黑克爾 申請人:羅伯特·博世有限公司