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Gebiet der
Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine elektronische Schaltungsanordnung, die es
ermöglicht,
Bussysteme und Netzwerke zu beobachten. Insbesondere betrifft die
Erfindung ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung, die keine elektrischen
oder physikalischen Zwangsbedingungen und Beeinflussung der Bussysteme
und Netzwerke bewirken. In weiteren Einzelheiten sieht die Erfindung
den Zugriff auf statische Bussysteme und Netzwerke vor, die insbesondere
von durch Echtzeit erzwungenen Systemen und Applikationen benutzt werden.
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Busse und Netzwerke, die zur Verschaltung von
Echtzeit-Elektroniksystemen
benutzt werden, werden in der Regel während Systemdefinition und -aufbau
definiert. Die Anzahl der Bus-Anbaugeräte (Verbraucher) und, in Abhängigkeit
von der Art des Netzwerks, auf das zugegriffen werden soll, die
Meldungs-IDs werden bei der Systemdefinition vordefiniert und können während der
Laufzeit des Systems nicht mehr geändert werden.
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Typische Vertreter für Echtzeit-Busse
sind z.B. Netzwerke, die in heutigen modernen Kraftfahrzeugen benutzt
werden, wie z.B. CAN (Controller Area Network), VAN (Vehicles Area
Network), J1939 (spezifiziert von der SAE, Society of Automotive
Engineers) und weitere. Der Bustyp, die Topologie und die Busteilnehmer
werden vom Kfz-Hersteller definiert. Aus mehreren Gründen ist
es nicht möglich,
zusätzliche
Vorrichtungen oder Einheiten an diese Busse anzuschließen, sobald
das Fahrzeug das Herstellerwerk verlassen hat:
- a)
Die wichtigste Tatsache ist durch Sicherheitsüberlegungen gegeben. In der
Regel sind sicherheitsrelevante Vorrichtungen, wie Bremssteuerung,
elektronische Motorsteuerung u.a., die Zugriff auf alle hauptsächlichen
elektronischen Steuereinheiten (ECU – Electronic Control Units)
im Fahrzeug haben, an die Echtzeit-Bussysteme angeschlossen.
- b) Die Echtzeit-Bussysteme haben in der Regel nur eine begrenzte
elektrische Ausgangsleistung und beschränken somit die Anzahl der Vorrichtungen,
die in einem Netzwerk unterstützt
werden können.
- c) Die Anzahl der Busteilnehmer und damit Adressen/Meldungs-IDs
wird auf ein Minimum beschränkt,
um kosteneffektive Systeme herstellen zu können.
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Als Konsequenz der oben erklärten Fakten sind
die Busse nicht 'frei
für die
Allgemeinheit' und lassen
es daher nicht zu, dass nachträglich
neue Vorrichtungen angeschlossen werden. Nur bei Befolgen dieser
Grundregel garantieren die ursprünglichen Hersteller
den Fahrzeugbetrieb laut Spezifikationen und, was noch wichtiger
ist, haften sie für
alle sicherheitsrelevanten Funktionen.
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Derzeit ist dieser Umstand eine strenge Zwangsbedingung
für die
weitere Entwicklung neuer, nachträglich einzubauender Vorrichtungen.
Eingeschränkt
durch den Status der Buszugriffsmöglichkeiten unterstützen diese
nachträglich
einzubauenden Vorrichtungen keine fortgeschrittenen Applikationen, die
Zugriff auf die Echtzeit-Busse und Netzwerke des Fahrzeugs voraussetzen.
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Beispielhafte typische Produkte sind
die heutigen, nachträglich
eingebauten Unterhaltungssysteme, Navigationssysteme und Telematiksysteme.
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Trotzdem erfordern neu entwickelte
Applikationen, wie online Dienste (Unterhaltung, Verkehrsinformationen
usw.), Echtzeit-Ferndiagnosen, fortgeschrittene 'dynamische' Navigationssysteme und andere, Zugriff
auf Daten, die von den verschiedenen Fahrzeug-Untersystemen (Radsensoren,
Gyrometer, Drehzahlmesser, Steuerungseinschlagwinkel) geliefert
werden.
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Infolge der einschränkenden
Fakten, wie erklärt,
kann dieser neue Dienstleistungstyp nur vom ursprünglichen
Hersteller als OEM (Original Equipment Manufacturer) Fremdaggregat
angeboten werden, wenn es in Zusammenarbeit mit den Fahrzeugkonstrukteuren
entwickelt wurde.
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Falls vom Fahrzeughersteller keine
Zusatzbusfähigkeit
ausdrücklich
vorgesehen und eingebaut wurde, werden nachträglich eingebaute Vorrichtungen
nicht unterstützt
und können
nicht im 'Plug and Play'-Verfahren an die
Fahrzeug-Domain-Netzwerke angehängt werden – eine sehr
bedeutsame Sicherheitsmaßnahme
mit möglichen
rechtlichen Folgen, falls sie außer Acht gelassen wird.
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Darüber hinaus offenbart die Offenlegungsschrift
DE 198 15 150 A1 eine
Anordnung von Sensoren zur Überwachung
eines Arbeitsgerätes,
welches in Abhängigkeit
der Schaltzustände
der Sensoren in Betrieb setzbar ist. Dabei wird die gesamte Datenübertragung
zwischen dem Master und den Slaves von einer an das Bussystem angeschlossenen redundanten
Auswerteeinheit abgehört
und überprüft. Nur
wenn die von sämtlichen
Empfängern über das
Bussystem übertragenen
Kodierungen fehlerfrei identifiziert werden, wird über die
Auswerteeinheit das Arbeitsgerät
in Betrieb gesetzt. Werden die Kodierungen nicht fehlerfrei identifiziert,
so ist entweder der Strahlengang einer Lichtschranke unterbrochen oder
die Übertragung
zwischen Master und Slaves fehlerhaft. In diesen Fällen wird
das Arbeitsgerät
außer
Betrieb gesetzt.
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Schließlich kann auf
DE 196 25 002 A1 "Fahrzeugkommunikationssystem" als allgemeinen Hintergrund
zu Fahrzeugkommunikationssystemen verwiesen werden. Diese Druckschrift
offenbart beispielshaft ein Fahrzeugkommunikationssystem mit einem
Zentralrechner zur Durchführung
von Telematik-Applikationen, mit Geräteeinheiten zum Senden, Empfangen,
Erfassen und/oder Verarbeiten von zu diesen Applikationen gehörigen Daten
und mit einem oder mehreren Datenübertragungskanälen mit
zugehörigen
Schnittstellen, über
welche die Geräteeinheiten
mit dem Zentralrechner verbindbar sind.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ohne
die obengenannten Nachteile Zugriff auf nicht-allgemeine, eingeschränkte Netzwerke
vorzusehen, wie sie in der Regel in Kraftfahrzeugen benutzt werden.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren vorzusehen, das die wichtigsten Merkmale der typischen
Buszugriffsmethoden vorsieht, wie sie in Standardnetzwerkadaptern
bekannt sind.
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Diese und noch weitere Aufgaben und
Vorteile werden durch Vorsehen eines elektronischen Steuersystems
laut Offenbarung in Anspruch 1, und durch ein Verfahren zum Zugreifen
auf ein Netzwerk laut Offenbarung in Anspruch 11 gelöst.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
enthalten.
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Die vorliegende Erfindung beschreibt
ein Prinzip für
ein elektronisches Steuersystem, das eine Zugriffsmöglichkeit
auf geschützte
Netzwerke und Bussysteme für
Applikationsprozessoreinheiten vorsieht, wie sie besonders in Kraftfahrzeugen
benutzt werden. Das aktive Netzwerkzugriffswerkzeug, nachstehend
Virtual Network Adapter (VNA – virtueller Netzwerkadapter)
genannt, wird in einer einzigartigen virtuellen Art und Weise ausgeübt, in Wirklichkeit arbeitet
der VNA Netzwerkzugriff absolut passiv, somit beeinflußt er das
Netzwerk weder logisch noch physikalisch, insbesondere gibt es keine
elektrische Beeinflussung.
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Wie Standard-Busadapter/Controller
hat der VNA zwei Zugriffsports, die an die externen elektronischen
Systeme angeschlossen sind. Die Primärseite greift auf das im Zentrum
stehende geschützte
Echtzeitnetzwerk zu, während
der sekundäre
Zugriffsport des VNA über
Schnittstelle mit dem Controllersystem oder ECU, die an das Netzwerk
angeschlossen werden sollen, verbunden ist.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt, schreiben über den
Standardbuscontroller angehängte
Vorrichtungen aktiv auf Fahrzeug-Echtzeitnetzwerke. Beispielsweise
wird die Meldung 'Öltemperatur
abrufen' einen Schreibbefehl
aufrufen, der an das geschützte
Netzwerk gegeben eine spezifische Information von einer spezifischen
Fahrzeug-Domain-ECU anfordert. Unter der Annahme dieses typischen
Verfahrens, das im Normalfall von Standard-Buscontrollern ausgeführt wird,
kann daher die Hauptforderung, das Netzwerk nicht zu beeinflussen, nicht
erfüllt
werden.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
ist, dass das VNA-System
zwar in Wirklichkeit nicht auf das Echtzeit-Netzwerk einwirkt, jedoch
die hauptsächlichen
Buszugriffsfunktionen unterstützt,
wie
- – Daten/Meldung
auf Anforderung – aufgerufen durch
eine externe Abrufeinheit ('active
bus access mode' – aktiver
Buszugriffsmodus)
- – Daten/Meldung
auf Abruf – aufgerufen
durch eine externe Abrufeinheit ('active bus access mode')
- – Daten/Meldung-Senden – VNA-System
initialisiert ('passive
bus access mode' – passiver
Buszugriffsmodus)
- – Das
vom VNA-Prinzip vorgeschlagene Verfahren soll einen Zugriff auf
die Meldungen geben, die zu einem gegebenen Zeitpunkt auf den am meisten
benutzten Echtzeit-Bussystemen
liegen. Um das existierende (vordefinierte) Netzwerk aus keinem
Grund, weder logisch noch physikalisch, beeinflussen können, können die
Standard-Buscontroller,
die die typischen Buszuteilungs- und Buszugriffsverfahren anwenden,
nicht benutzt werden.
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Als Folge, da man also nicht in der
Lage ist, die Buszuteilung vorzunehmen und logisch in die entsprechenden
Busteilnehmer einzugreifen, und somit keine Möglichkeit besteht, benötigte Daten
auf Abruf 'anzufordern', ergibt sich 'als erster Gedanke' die Schlußfolgerung,
den für
die gedachte Applikation geeigneten Netzwerkzugriff nicht zu machen.
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Die nachstehende bedeutsame Aussage
liefert die elementaren Vorbedingungen für die Anwendbarkeit des VNA-Prinzips:
Jede
ECU, die an ein Echtzeit-Netzwerk angeschlossen ist, wird zu einem
bestimmten Zeitpunkt daten- und einheitsrelevante Informationen
an das Bussystem geben. Im Umkehrschluß: Wenn diese Tatsache nicht
gegeben wäre,
würde das
Recht dieser Einheit, auf dem Bus zu existieren, überhaupt
nicht gegeben sein. Mit anderen Worten, jede an das Netzwerk angeschlossene
Einheit wird Daten auf das Netz legen, die auf Anforderung durch
andere Einheiten abgerufen werden (ungeachtet Technik, Pooling oder
ausgelöstes
Ereignis), oder durch eigene Veranlassung, wie z.B. ausgelöst durch
einen integrierten Sensor oder ein anderes internes logisches Ereignis.
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In jedem Fall werden die datenliefernden Meldungen
ausgegeben und für
das Netzwerk freigegeben, ausgelöst
durch sinnvolle Ereignisse und in angemessener Häufigkeit.
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Genau diese Tatsache ist der Punkt,
der die Zulässigkeit
für die
Anwendbarkeit des vorgeschlagenen VNA-Systems bestimmt – und im
Unterschied zur Durchführbarkeit
wird jedes Netzwerk, das dieses grundlegende Attribut und Verhalten
nicht zeigt, von der VNA nicht, sinnvoll unterstützt.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Netzwerk/Client-Applikations-Bearbeitungseinheit, unterstützt vom
erfindungsgemäßen VNA;
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2 zeigt
ein Sekundärport-Netzwerk
als VNA-Erweiterung gemäß vorliegender
Erfindung;
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3 illustriert
eine funktionelle VNA-Erweiterung gemäß vorliegender Erfindung;
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4 zeigt
die erfindungsgemäßen VNA-Prozeßschritte;
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5 illustriert
ein Beispiel für
eine unidirektionale Hoch-Impedanz-Bitübertragungsschicht gemäß vorliegender
Erfindung; und
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6 zeigt
ein Beispiel für
ein eNet/Client-Bearbeitungssystem
gemäß vorliegender
Erfindung.
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Die Idee des VNA ist, auf die vorstehend
erklärten
Bedingungen und Konstellation Einfluß zu nehmen. Unter Anwendung
eines Bus-Überwachungsverfahrens,
das das Netzwerk nicht beeinflußt (unerheblicher
Energiestoß),
erfaßt
der VNA alle im Netzwerk stehenden Meldungen. Die internen Prozesse
sind so ausgelegt, dass sie die Meldungen identifizieren und programmierbare
Filteralgorithmen einsetzen, um auf diese Weise die Datenmengen
und Meldungen zu reduzieren, auf die die anfordernde Applikation
abzielt. Als letztendliches Ergebnis kann der drastisch reduzierte
Daten/Meldungsstrom entweder gesendet oder für die anfordernde Einheit bei Aufruf
bereitgestellt werden.
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Das in 1 gezeigte
Beispiel illustriert ein einfaches Netzwerk/Client-Applikationssystem.
Am primären
Zugriffs-Port ist
der VNA durch Zugriff auf ein Echtzeitbus-System an den geschützten Bereich der
Fahrzeug-Domain angehängt.
Im vorliegenden Beispiel unterstützt
der VNA ein 'eNet/Client
Processing System',
das mit der sekundären
VNA-Zugriffsseite zusammengeschaltet ist. Eine Radio-Sender/Empfänger-Vorrichtung (Radio-TC),
die mit diesem Bearbeitungssystem zusammengeschaltet ist, liefert
die externe Zugriffsmöglichkeit
des Fahrzeugs über
ein drahtloses Link, und ermöglicht
so den weiten Bereich der e-Geschäfts-Applikationen, die über Netzwerk-Server und Provider
aktiviert werden. Die Applikationen, die vom eNet/Client-Prozessor ausgeführt werden,
nehmen Einfluß auf
den VNA-Controller
durch Gewinnen des Zugriffs auf die Fahrzeug-Domain-Daten, die vom internen Echtzeit-Bus des
Fahrzeugs geliefert werden.
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Der VNA-Controller erfaßt die Daten
und Meldungen 'unsichtbar' für das Netzwerk
und die Bus-Teilnehmer, und liefert ferner die 'vor-berechneten' Meldungen und Dateninformationen an
die internen und externen Netzwerk/Client-Einheiten des Fahrzeugs.
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Da die Netzwerk/Client-Einheiten
aktiviert sind, um an die fahrzeugexternen Netzwerke (d.h. Internet)
angeschlossen zu werden, arbeiten diese ECUs potentielle Ausführungsapplikationen
in einem 'ungeschützten' Bereich ab. Wie
oben bereits angedeutet, stellt diese Tatsache eine kritische Gefahr
für die
sicherheitsrelevanten Operationen dar, die von den am anderen Ende
an die Fahrzeug-Echtzeitnetzwerke
angeschlossenen Einheiten ausgeführt
werden.
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In strenger Beachtung der VNA-Forderung – das/die
sicherheitsrelevanten Fahrzeug-Domain-Netzwerk(e) darf/dürfen auf
keinen Fall beeinflußt
werden – ist
die spezifische Natur des VNA so ausgelegt, dass er unter allen
Betriebsbedingungen einen absolut sicheren Betrieb gewährleistet.
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Als Folgerung aus dieser strengen
Grundregel wird der VNA nicht aktiviert, um aktiv auf das sicherheitskritische
Fahrzeugnetzwerk zu schreiben oder es auf andere Weise zu stimulieren
oder zu manipulieren. Jedoch, um die typischen Funktionen, die von
den Standardbusadaptern vorgesehen sind, zu unterstützen, bietet
der VNA eine einzigartige Lösung,
um beide Forderungen – Unterstützen der Standardbusadapter-Modi
und gleichzeitig Garantieren der Betriebssicherheit – unter
einen Hut zu bringen.
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Die Schlüsselidee für den VNA ist, die Funktionalität des aktiven
Busadapters auf 'indirekte' Art und Weise vorzusehen – und damit
die Fahrzeug-Domain-Buszugriffsbefehle 'virtuell' zu erfüllen.
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Der VNA-Prozessor überwacht
und erfaßt kontinuierlich
alle Meldungen, die an das Fahrzeugdomain-Netzwerk gerichtet werden.
Diese 'Hintergrundoperation' wird vom VNA laufend
ausgeführt, unabhängig von
den steuernden ECU-Einheiten, die an den sekundären VNA-Port angeschlossen
sind, und ohne Beachtung von Befehlen und Anforderungen, die von
diesen ECUs ausgegeben werden. Gesteuert vom spezifischen internen VNA-Programm (VNA
Mikrocode / Firmware) werden die Meldungen gefiltert, analysiert
und kategorisiert. Das dieser Operation zugrundeliegende Motiv ist,
diese Meldungen und Dateninformationen genau zu identifizieren,
die potentiell (zu einem bestimmten Zeitpunkt) durch Applikationen
angefordert werden, die von den steuernden ECU-Einheiten ausgeführt werden.
Wenn eine 'Meldung
vom Anforderungstyp' in
Betracht gezogen wird, werden die entsprechenden erfaßten Daten
in der VNA-internen Daten/Meldungs-Ablage gespeichert. Die Meldungen
vom 'Anforderungstyp' werden während der
Spezifikation und Konstruktion des entsprechenden spezifischen VNA/ECU-Applikationssystems
identifiziert und vordefiniert und werden permanent im VNA-internen
Programmspeicher gespeichert.
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In direktem Bezug zur Operation der
Standardbusadapter schließen
diese Meldungen alle Meldungs-IDs ein, die von den Applikations-ECUs
ausgegeben werden, in Systemen auf dem Stand der Technik im Regelfall
aktive Schreibanforderungen für spezifische
Dateninformationen an das Fahrzeugdomain-Netzwerk (z.B. 'Lenkeinschlagwinkel abrufen'). Wie schon erklärt, erfaßt der VNA
diesen spezifischen Datentyp kontinuierlich – obwohl in diesem Moment keine
Anforderungen für
Meldungen von den angehängten
ECUs eingehen.
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In Abhängigkeit von den Gesamtsystemanforderungen
kann der VNA-Controller einen 'Zeitstempel' – der von der internen Echtzeituhr
(RTC – Real-Time-Clock)
geliefert wird – an
das entsprechende Datenfeld der zu bearbeitenden Meldung anhängen. Eine
weitere Aufgabe des VNA-Controllers ist das Bewahren (vorhergehende
Meldungen beibehalten/überspringen)
der Meldungsdatenablage, um so in der Lage zu sein, für jeden
Zeitpunkt die aktuellsten Daten/Meldungen zu liefern.
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Somit wird, wieder unter Bezugnahme
auf den Betrieb von Standard-Bus-Adaptern, der VNA, anstatt real
Zugriff auf das Netzwerk zu nehmen, die aktiv Daten aus Einheiten
im Fahrzeugdomain-Netzwerk anfordernden ECUs einfach durch Abrufen
der in der VNA-Datenablage gespeicherten Daten/Meldung bedienen – die durch
den kontinuierlichen VNA-Überwachungsprozeß kontinuierlich
erfaßt
werden. Diese Täuschung,
die einen aktiven Zugriff auf den Fahrzeugbus simuliert, wird von
der anfordernden Applikations-ECU-Einheit nicht erkannt, und die Datenlieferung
erscheint dem Anforderer wie ein Netzwerkzugriff in Echtzeit.
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Für
zusätzliche
Betriebsmodi könnte
der VNA aktiviert werden, um ausgewählte Echtzeitdaten, die durch
das Applikationsprogramm vordefiniert sind (z.B. Fahrzeuggeschwindigkeit,
Motortemperatur u.a.) über
den sekundären
VNA-Zugriffs-Port an alle an das sekundäre Bus-Link angehängten ECUs zu senden. Unter
Vorgabe dieser 'Fahrzeuginternas' wird das in 1 gezeigte beispielhafte
System aktiviert und vorbereitet, ein ganzes neues Applikationsspektrum
vorzusehen. In Kombination mit einem drahtlosen Link, das ferne
Netzwerke (z.B. GSM, Internet) an das Fahrzeug anschließt, wird
die beispielhafte 'Network/Client
Processing Unit' in
die Lage versetzt, zwingende Funktionen, wie On-line Ferndiagnose,
elektronische Fernwartung, dynamische Navigation, Notruf, fortgeschrittene
Fahrzeugsteuerung – und
viele andere – zu
unterstützen.
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Bei der derzeitigen Kraftfahrzeug-Marktlage sind
alle diese Applikationen nur durch OEM-(Originalgerätehersteller)-Systeme vorgesehen,
die von Anfang an in Auftrag gegeben und bei der Produktion in das
Fahrzeug eingebaut werden. Im Regelfall sind diese Funktionen sehr
kostenintensive 'Extras' und werden nur für Fahrzeugklassen
der oberen Kategorien angeboten. Der VNA unterstützt die hauptsächlichen
Bus/Netzwerk-Zugriffsfunktionen, die bei Standardbusadaptern bekannt
sind. Es gibt keinen Unterschied zwischen Betriebsmodus, Buszugriffsverfahren
und der angebotenen Funktionalität
für eine
Steuereinheit, die an den VNA angeschlossen wird – der VNA
scheint wie ein Standardbusadapter zu arbeiten.
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Im Gegensatz zu Standardbusadaptern
wird der aktive Netzwerkzugriff virtuell ausgeführt. Auf das Netzwerk wird
mittels Bereitstellen eines typischen aktiven Netzwerkzugriffs auf
Anforderung der am Sekundär-Port
angeschlossenen ECUs virtuell zugegriffen. Z.B. schreibt eine ECU
den Befehl "get
oil temperature" (Öltemperatur
ablesen) über
den Busadapter aktiv auf das Netzwerk – dieser Befehl repräsentiert
eine Meldungsanforderung, die eine bestimmte ECU anspricht, die
im Echtzeit-Netzwerk sitzt. In Wirklichkeit führt der VNA einen internen
Meldungsabrufprozeß mittels
Durchsuchen des VNA-internen Speichers nach den angeforderten Daten
durch. Der VNA-internen
Speicher enthält
Daten/Meldungen, die kontinuierlich vom VNA erfaßt werden (unabhängig davon,
ob sie angefordert werden oder nicht). Das schließliche Senden
der angeforderten Information an die ECU erscheint der anfordernden
ECU als Gesamtprozeß wie
ein Standard-'active
bus access' (aktiver
Buszugriff) – auch
wenn er keine Verbindung und Aktivität auf dem Netzwerk bewirkt.
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In Zusammenfassung der realen Aktion
läuft der
VNA-Netzwerkzugriff
absolut passiv ab und beeinflußt
das Netzwerk weder logisch noch physikalisch. Dieses Attribut stellt
den Schlüsselvorteil
des VNA-Prinzips dar und ermöglicht
den Zugriff auf 'nichtöffentliche', sicherheitsgebundene
Netzwerke. Insbesondere gibt der VNA den Zugriff auf die internen 'geschützten' Echtzeitnetzwerke
moderner Kraftfahrzeuge frei – unter
Gewährleistung
der unbeeinflußten
Betriebssicherheit für
alle Fahrzeugdomain-Funktionen – ungeachtet
der Applikationen, Anzahl und Typ der applikationsbearbeitenden
Einheiten, die sekundärseitig
an den VNA angeschlossen sind.
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Anders als bei Standardbusadaptern
setzt der VNA keine Prioritätsverteilungstechniken
ein, wie von den entsprechenden betroffenen Netzwerken vorgeschrieben.
Als günstige
Folge ist es ein weiteres Attribut des VNA, dass er verschiedene
fahrzeuginterne 'geschützte' Echtzeitnetwerke
unterstützt, ungeachtet
Protokollstandard und Netzwerkbandbreite. Nur eine einzige VNA-Instanz
ist erforderlich um auf die entsprechenden (individuellen) Netzwerke zur
gleichen Zeit zuzugreifen. Ein ausgleichender Gateway-Controller,
der alle erforderlichen Informationen auf ein einziges, noch immer
geschütztes
Netzwerk konzentriert, ist nicht erforderlich.
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Nicht eingeschränkt durch die Zwangsvorgaben,
die für
Standard-Busadapter auf dem Stand der Technik vorgeschrieben sind,
ermöglicht
es der VNA, dass Fahrzeughersteller und auch Zulieferer neue Typen
zwingender Erzeugnisse entwickeln, die neue, fortgeschrittene Anwendungen
und Dienstleistungsangebote umfassen.
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Das Prinzip des vorgeschlagenen Systems und
der internen Struktur obiger Beschreibung, gibt eine typische VNA-Realisierung vor,
die zusätzliche Ergänzungsfunktionen
in der VNA-Einheit implementiert – die zu weiteren Vorteilen
für das
betrachtete Gesamtsystem führen.
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Die günstigsten funktionellen Erweiterungen werden
durch drei Themen abgedeckt, nämlich
- (1) Meldungs-Vorbearbeitung
- (2) Sekundär-Netzwerkport
- (3) Spezifisches Datensammeln
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Erklärung zu Funktion (1):
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Über
das Vorsehen der typischen Busadapter-Funktionalität hinaus
ist eine VNA-Implementierung, die mit allen Echtzeit-Netzwerken eines
Fahrzeugs verbunden ist, das prädestinierte
Element zum Vorsehen zusätzlicher
fortgeschrittener Meldungsüberwachungs-
und Meldungsvorbearbeitungsfunktionen:
- a) Datenreduktionsfunktionalität (ID- und/oder
dateninhalt-abhängig
Frequenz- oder quantitatives Filtern),
- b) Datenablage (einschließlich
Ablagedatenverwaltung),
- c) Intelligentes Datensenden (definiert nach Mengen- und/oder Zeitfenster
und/oder qualitatives Filtern), und
- d) Generieren 'newly
defined messages' (neudefinierte
Meldungen) – Kombinieren/Berechnen
der Daten unter Verwendung programm-vordefinierter selektiver Meldungen.
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Im Gegensatz zu Busadaptern auf dem Stand
der Technik ist der VNA infolge seiner inneren Architektur dazu
prädestiniert,
diese zusätzlich
Funktionalität
zu unterstützten,
während
er nur wenig kostentreibende Teile im System beibehält. Auf
dem Markt erhältliche
Busadapter mit fortgeschrittenem Standard sind in der Lage, nur
sehr eingeschränkte Meldungs-ID-Filterfunktionen
auszuführen.
Die für
a) bis d) beschriebenen erweiterten Funktionen müssen dann noch durch zusätzliche
Softwaremodule vorgesehen werden und von der zugehörigen Applikations-CPU
ausgeführt
werden. Infolge der dramatischen, durch diese Routinen geforderten
Leistungssteigerung auf Anforderung ist die Implementierung in der
Regel auf ein anwendbares Minimum beschränkt – noch immer unter signifikanter
Kostensteigerung für
das System.
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Beschreibung der Funktionen
a) bis d)
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Das von einem an mehrfache (alle)
Fahrzeugdomain-Busse angeschlossenen VNA erfaßte Datenvolumen kann sich
zu einem hohen Datenvolumen summieren und wird, als zweite Konsequenz, eine
sehr hohe Interruptrate generieren, die an die an der Sekundärseite des
VNA angeschlossenen ECUs ausgegeben wird. Beide Effekte führen potentiell
zu einem erweiterten Volumen der Elektronik, zur physikalischer
Größe und zu
erhöhtem
Stromverbrauch, und bewirken schließlich einen signifikanten Kostenanstieg
für das
Gesamtsystem.
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Das Datenvolumen, ausgedrückt als
Speicherplatz, kann in der Regel von den entsprechenden ECUs bereitgestellt
werden. Jedoch wird die Datenverwaltung eine nicht vernachlässigbare
Prozessor-Arbeitslast feststellen und kann dazu zwingen, stärkere Prozessoren
für die
entsprechenden Applikations-ECUs
zu wählen.
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Die von einem an z.B. vier CAN-Echtzeit-Netzwerke
angeschlossenen VNA generierte Interrupt-Rate kann leicht eine Rate
von über
15.000 Interrupts/s erreichen. In Abhängigkeit von der Interrupt-Latenz
und von der für
die Ausführung
des Interrupt-Treibers benötigten
Zeit, können
sogar mächtige 32-Bit-Prozessoren
in einem sehr hohen Grad geladen werden – und beschränken auf
diese Weise dramatisch die Leistung, die für die aktuellen Applikationen
noch übrig
ist und von der betreffenden ECU ausgeführt werden muß. Wiederum
würde diese
Tatsache in der Folge zu einem drastischen Anstieg auf Anforderung
für Geschwindigkeit
und Leistung für den
Prozessor, prozessor-unterstützte
und Speichervorrichtungen führen,
die von den entsprechenden Applikations-ECUs benutzt werden.
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Aus beiden Gründen, wie oben erklärt, kann die
Meldungsberechnungsfähigkeit,
die von den Funktionen a) bis d) angegeben wird, einen signifikanten
Vorteil für
eine Gesamtsystemimplementierung bedeuten. Die VNA-interne Bearbeitungselektronik,
die die VNA-Prozeßschritte
3 bis 6 ausführt, wird
vorzugsweise durch einen Ablaufsteuerungs-Controller – eine Maschine mit zweckbedingtem
Zustand – realisiert,
der so ausgelegt ist, dass er die spezifischen VNA-Erfordernisse
am besten erfüllt.
Wenn die Konstruktionsbemühungen
bedeutsam sind und wenn leicht erhöhte VNA-Kosten akzeptabel sind,
kann ein Standard-Mikrocontroller oder
ein digitaler Signalprozessor benutzt werden, um auch diese Prozeßschritte
auszuführen.
Bei jeder Gelegenheit können,
infolge der internen Struktur des VNA, diese zusätzlichen Merkmale innerhalb
der VNA-Einheit implementiert werden, und bewirken so nur sehr geringe
Gesamtunkosten auf der Hardwareseite für die VNA-Einheit. Der Vorteil
für das
Gesamtsystem macht sich in einer drastischen Reduktion auf Anforderung
zur Berechnung der Leistung für
die steuernden ECUs bezahlt, und erlaubt auf diese Weise einen sehr
effektiven Betrieb der zu bedienenden Anwendung.
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Erklärungen zu Funktion (2):
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Standardbusadapter sind in der Regel
mit einem 8-Bit-Parallel-Zugriffsport
ausgerüstet.
Für eine Standardimplementierung
kann diese Art Port identisch von der VNA vorgesehen sein. Nichtsdestoweniger
regt die Art des VNA-Prinzips – in
der Lage zu sein, sich an eine Vielzahl (potentiell unterschiedlicher)
Netzwerke gleichzeitig anzupassen – die Unterstützung einer
Vielzahl von Applikations-ECUs an, die auch an den Sekundär-VNA-Port
angeschlossen sind.
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Als einfache Lösung kann jedes Bussystem so
implementiert werden, dass es als Sekundär-Port dient. Das Verwenden
akzeptierter Bus-Standards ermöglicht
die Unterstützung
und das Anhängen
von OEM-Vorrichtungen sowie auch verschiedener nachträglich eingebauter
Drittsysteme. Die Anzahl der unterstützten Anschlußvorrichtungen
wird durch auf das VNA-Prinzip
gerichtete theoretische Argumente nicht beschränkt.
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Das in 2 gezeigte
Beispiel illustriert ein Netzwerk/Client-Applikationssystem. Am
Primärzugriffs-Port
ist der VNA über
den Zugriff auf ein Echtzeit-Bussystem an den geschützten Bereich
der Fahrzeug-Domain angeschlossen. In diesem Beispiel unterstützt der
VNA ein 'Netzwerk/Client-Applikationssystem', bestehend aus drei
typischen Vorrichtungen, die an die VNA- Sekundärzugriffsseite angehängt sind.
Das erste System ist als Navigationssystem dargestellt, die zweite
ECU zeigt eine Human-Machine Interface (HMI – Mensch-Maschine-Schnittstelle)
und Multi-Media
(MM) Bearbeitungsfähigkeit,
und die dritte Einheit bringt die fahrzeug-externe Zugriffsmöglichkeit über das
drahtlose Link und sieht auf diese Weise den breiten Bereich der
e-Business-Applikationen vor, aktiviert durch Netzwerk-Server und -Provider.
Jede der angeschlossenen ECUs nimmt Einfluß auf den VNA-Controller durch
Gewinnen des Zugriffs auf die Fahrzeugdomain-Daten, der durch den
fahrzeuginternen Echtzeit-Bus ermöglicht wird.
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Anstatt ein standardverdrahtetes
Bus-Schema zu benutzen kann ein Radio-Link-Netzwerk eine zwingende
Lösung
für die
Sekundär-Port-Realisierung
bieten. Ein Beispiel, das ein Drahtlosnetzwerk für das VNA-System benutzt, wird
nachstehend gezeigt. Die in 6 gezeigte
Illustration unterstützt
die Kommunikation mit Mehrfacheinheiten, die in einem Nahabstands-Feld
lokalisiert sind – wie
es für
Kraftfahrzeuge typisch ist. In dieser spezifischen Realisierung
kann der VNA an jedem geeigneten physikalischen Ort innerhalb des
Fahrzeugs untergebracht werden, da er keinen Kabelbaum braucht,
um ihn mit den verteilten Anwendungs-ECUs zu verschalten. In der
Regel kann diese Tatsache ein überragender
Vorteil zum Unterstützen
und aktivieren nachgerüsteter und
nachträglich
gekaufter Vorrichtungen sein.
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Erklärung zu Funktion (3):
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Identisch mit der Funktionalität, wie sie
von Standard-Bus-Adaptern
vorgesehen ist, ist es die primäre
Aufgabe des VNA, sich an das/die spezifische(n) Netzwerk e) anzupassen
und darauf zuzugreifen. In Anlehnung an den zentralen Zugriffspunkt, der
angeforderte Daten und Meldungen an die entsprechenden, an den VNA-Sekundär-Port angeschlossenen
Applikationsbearbeitungseinheiten schickt, liegt es nahe, die Informationsdienstleistungsfähigkeit
des VNA noch weiter auszudehnen.
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Aus diesem Grund prädestiniert
eine VNA-Implementierung, die die funktionelle Erweiterung (1) und
(2) wie beschrieben benutzt, den VNA als idealen Informationspartner,
um zusätzliche
Datendienste vorzusehen, die über
die Datenerfassungsfähigkeiten
hinaus gehen, die vom Zugriff auf das Fahrzeugnetzwerk vorgesehen
sind. Sogar in modernen Autos, aber ganz sicher in älteren Fahrzeugen,
oder ebenso wie höchst
typisch für
billigere Fahrzeuge, sind nicht alle gewünschten und/oder relevanten
Parameter für
die Applikationsbearbeitungseinheiten erforderlich, die in den Fahrzeugdomain-Netzwerken
verfügbar
sind. Die spezifischen Parameter können von OEM-Teilen vorgesehen
werden, die ursprünglich
in das Fahrzeug eingebaut wurden, oder können durch Nachrüst/Nachkaufvorrichtungen
generiert werden.
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Beispiele für diesen Typ von Dienstleistungselementen
und vorgesehenen Parametern sind
- – Außentemperatur-Sensoren
am Fahrzeug
- – Abstandsfühler, z.B.
wie sie bei Einparkhilfe-Applikationen
verwendet werden
- – Regendetektoren,
z.B. um den Scheibenwischer automatisch einzuschalten oder um das
Sonnendach zu schließen.
- – Alarmsensoren
- – RDS/TMC
Daten (Radiodatensystem/Verkehrsmeldungskanal)
- – GPS
Global-Positioniersystem)
- – Positionskoordinatendaten
- – RTC
(Echtzeituhr) – gibt
Zeit und Datum, z.B. durch Radio-Link-Service
- – Tageslichtfühler
-
Da das im besonderen für komplexe
Gesamtsysteme gilt, ist es sinnvoll, zum VNA zusätzliche Parametererfassungsmerkmale
und spezifische Vorrichtungsschnittstellen hinzuzufügen. 3 illustriert ein Beispiel
für eine
typische Hardware-Implementierung
und zeigt funktionelle Erweiterungen. Bei erweiterten Fähigkeiten,
im Gegensatz zur Grund-Busadapterfunktion,
ist der VNA an vier individuelle Echtzeit-Bussysteme angehängt, und
ermöglicht
das Erfassen aller Fahrzeugdomain-Daten, die vom VNA primärzugriffsseitig
auf diese Netzwerke gelegt werden.
-
Beispiele für potentielles Informationserfassen
und Datenabrufdienste sind
- (a) Das RDS/TMS-Daten-Link
ist an das Fahrzeug-Stereoradio angeschlossen und liefert die Verkehrsinformationen
und Datendienste, die von diesen Rundfunk-Dienstleistungen angeboten werden.
Dieses oder andere zusätzlich
hinzugefügten
Untersysteme (d.i. GPS-Einheiten) sind typisch durch serielle Standard-Links,
wie RS232, über
Schnittstelle angeschlossen;
- (b) Digitaldaten-Eingabeerfassung:
In der Regel unterstützt durch
digitale Ports, die z.B. an die Fahrzeugtür-Kontaktschalter, Kofferraum-Kontaktschalter oder
andere angeschlossen sind;
- (c) Analog-Eingabeerfassung:
In der Regel implementiert
durch ADCs (A/D-Wandler), die vom VNA vorgesehen werden. Sensoren
wie Temperaturelemente oder Füllstandsandanzeiger
sind typische Beispiele für diese
Art Elemente.
-
Alle Applikations-ECUs, die an den
VNA-Sekundärport
angeschlossen sind, sind so ausgelegt, dass sie diese zusätzlichen
Informationen anfordern und benutzen, um weiter fortgeschrittene
Anwendungen vom Gesamtsystem durchführen zu lassen.
-
Repräsentativ für fortgeschrittene Anwendungen
sind
- – Fortgeschrittene 'dynamische' Navigation unter Verwendung
von RDS/TMS und Informationen, die von fahrzeuginternen Sensoren
geliefert werden;
- – Diebstahlsicherung
unter Verwendung von GPS, GSM zusammen mit Daten, die von digitalen
und analogen Sensoren geliefert werden.
-
Diese beiden Beispiele sollen den
Ausblick auf potentielle erweiterte und neue zwingende Applikationen öffnen.
-
Hier nachstehend wird das VNA-Prinzip
in weiteren Einzelheiten beschrieben.
-
Die VNA-Einheit hat als Merkmal im
allgemeinen zwei Zugriffs-Ports. Primärzugriffsseitig ist der VNA
an das entsprechende betrachtete Bussystem, an das angepaßt werden
soll, angeschlossen. Der Sekundärport
liefert die Schnittstellen zur Bearbeitungseinheit, die an das Netzwerk
angepaßt
werden soll. Soweit sind diese Attribute identisch mit den Bus-Adaptern/Controllern,
die auf dem Stand der Technik bekannt sind.
-
Eine erste Unterscheidung kann gemacht werden
durch die funktionellen Erweiterungen, die vom VNA-Prinzip ermöglicht werden,
und die über die
Fähigkeiten
der Standard-Busadapter/Controller hinaus
gehen.
-
- (a) Die Primärseite kann so implementiert
werden, dass sie eine Vielzahl von Netzwerkzugriffsports unterstützt – die von
einer einzigen VNA-Einrichtung vorgesehen sind.
- (b) Die primärseitig
unterstützten
Netzwerke können
individuelle und unterschiedliche Protokolle, Prioritätenverteilungspläne und Datenformte
befolgen – die
von einer einzigen VNA-Einrichtung vorgesehen sind.
- (c) Als Folge der primärseitigen
Mehrfachnetzwerk-Zugriffsmöglichkeit
ist es ein potentieller Vorteil des VNA-Prinzips, eine Busstruktur
auch für
den Sekundärzugriffsport
zu unterstützen.
Die
Realisierung der internen Operation für die VNA-Verfahren wird in 4 durch eine Prozeßsequenz beschrieben, die fünf VNA-Prozeßschritte
ausführt:
Der
VNA paßt
an Fahrzeugnetzwerke unter Verwendung von nichtbeeinflussenden elektronischen
Abtast/Meßmethoden
an, z.B. kapazitives Ankoppeln, induktives Ankoppeln, Elektromagnetikfeld-Abtasten
usw.,
- (d) Signalaufbereiten unter Verwendung einer zweiphasigen Ausführung:
Phase
1 – Analogaufbereitung
unter Verwendung von Hochpaßfiltern
und Pegelkappen.
Phase 2 – Digitalbearbeitung
unter Verwendung einer Erfassungsmethode, die am besten mit Hochfrequenz-Übergangs-Abtasten beschrieben wird;
- (e) Meldungsidentifikation (Protokoll-Typ identifizieren, Meldungstyp
identifizieren); Datenvollständigkeit überprüfen.
- (f) Datenreduzierung durch intelligentes Filtern: ID-Filter
(spezifisch und Bereich), Meldungsvorkommnis (Zeitfenster und Frequenzfilter).
Meldungsablage-Speicherverwaltung,
die den Betrieb in einem Busadaptermodus in Übereinstimmung mit "Meldung auf Anforderung" ermöglicht.
- (g) Daten/Meldung liefern durch:
Meldung auf Anforderung/Anfrage;
Meldung auf Abruf, Meldungssendung.
-
Die Bearbeitungsschritte 1 bis 5
werden der Reihe nach ausgeführt.
Nachstehend wird eine detaillierte Beschreibung zur Darlegung der
spezifischen Operationen gegeben.
-
Im ersten Bearbeitungsschritt greift
der VNA zu und erfaßt
die digitalen Informationen des betrachteten Echtzeitnetzwerks.
Laut den Grundregeln des VNA-Prinzips muß die Anpassung an den Echtzeit-Bus
so ausgeführt
werden, dass es keine Beeinflussung des Netzwerks erkennbarer Größe gibt.
-
Im allgemeinen kann man unter zwei
grundlegend verschiedenen Zugriffs/Kontaktmethoden unterscheiden:
- 1) Kontaktfreie Abfühltechniken, wie:
a. Kapazitives
Ankoppeln,
b. Induktives Ankoppeln, und
c. Elektromagnetisches
Feld abtasten
- 2) Kontaktbehaftetes Abfühlen
sehr niedriger Ströme über Stromfühler, wie
Hoch-Eingangsimpedanzverstärker
(Impedanzwandlung).
-
Vorteilhaft ist es, einen "Anfangs"-Bandpfadfilter in
die Elektronik in Schritt 1 einzubauen, der es ermöglicht,
elektrisches Umgebungsrauschen auszufiltern – ein grundlegendes Grobfiltern
der zu erfassenden digitalen Daten. Der Netzwerktyp und die ablaufende
Bus-Protokoll-Spezifikation
ist in diesem Prozeßschritt
nicht relevant.
-
Die unter 2) beschriebene Zugriffs/Kontaktmethode
liefert eine sehr kosteneffektive elektronische Realisierung für den Prozeßschritt
2, der für
die meisten VNA-Implementierungen geeignet ist, und wird daher als
Beispiel benutzt.
-
5 illustriert
einen Verstärker
mit hoher Impedanz, der als primärer
VNA-Zugriffs-Port benutzt wird, und der das im Zentrum stehende
geschützte
Netzwerk überwacht.
Das beispielhafte Netzwerk für
diese physikalische Adapterimplementierung benutzt ein zweiadriges
elektrisches Differentialtransportmedium.
-
Typische Vertreter für diesen
Typ eines Echtzeit-Netzwerks, das weitgehend in modernen Kraftfahrzeugen
eingebaut ist, sind das CAN-Bussystem und das VAN-Bussystem, die
allgemein in Europa benutzt werden, so beispielsweise das SAE J1939, das
in von amerikanischen Kfz-Herstellern gebauten Kraftfahrzeugen benutzt
wird.
-
Die in 5 gezeigte
Schaltung benutzt einen Standard-Differentialverstärker, der
als Impedanzwandler arbeitet. Die Primärseite der Verstärkerschaltung
liefert eine hohe elektrische Impedanz und garantiert damit eine
minimale Beeinflussung und elektrisches Aufladen des Fahrzeug-Domain-Netzwerks. Die vom
Netzwerk durch diesen 'elektrischen Kontakt' der Busadapterlösung abgezogene
Energie ist so ausgelegt, dass sie die Primäreneregiebilanz für die entsprechende
Gesamtnetzwerkspezifikation auf einem unbedeutenden Wert hält.
-
Der Verstärker arbeitet im Unidirektionalmodus,
und erlaubt keinen aktiven Eingriff, der das geschützte Netzwerk
beeinflussen würde.
-
Das am Ausgang stehende Signal kann
zum weiteren Bearbeiten der vom Eingang überwachten Signale dienen.
Der Eingang ist geschützt
durch antiparallel geschaltete Dioden sowie Abfangdioden, die an
die hohe und die niedere Systemspannung gelegt sind.
-
In Abhängigkeit von der Entwicklung
und der Dimensionierung der Klammerschaltungen kann dieses Merkmal
bereits Teil der Signalaufbereitung – Teils des Prozeßschritts
2 sein.
-
Die praktische Realisierung kann
ein Adapter sein, der zwischen dem Standardsteckverbinder einer
beliebigen ECU-Vorrichtung
eingesteckt wird, (ein Verfahren wie z.B. durch die typischen 'Dongle'-Vorrichtungen (Kopierschutzverfahren)
bekannt ist, die in den Drucker-Steckverbinder eines Personalcomputers
eingesteckt werden).
-
Im zweiten VNA-Prozeß werden
die erfaßten Daten
zu plausiblen digitale Daten umgespeichert – im Hinblick auf Datenraten
und Impulsbreite – sowie die
Signalspannungshöhen,
die vom betreffenden System potentiell erwartet werden.
-
In der Realisierung können Standardtechniken
und -methoden benutzt werden:
- a) Abfangen nach
oben und nach unten (Spannungskappen),
- b) Bandpfad-Filtern (Analog- oder Digitaltechniken), und
- c) Spezifische Glitch-(Rausch)-Filterschaltungen (Analog- oder Digitaltechniken).
-
Auf diese Weise zulässigkeitsgeprüft können die
erfaßten
digitalen Signale in geeignete Zeitsignalbeziehungen wiederhergestellt
werden durch Anwenden der entsprechenden Echtzeit-Netzwerk-spezifischen Überabtastfrequenzen,
die für
die erwarteten Datenraten geeignet sind.
-
Der dritte Prozeßschritt wird benutzt, um das/die
Echtzeit-Busprotokoll(e)
zu identifizieren, und erfaßt
den Meldungstyp. An diesem Punkt ist es sinnvoll, die Protokollspezifische
Fehlerprüfung
und den Meldungsplausibilitätstest
durchlaufen zu lassen.
-
In der Spezifikation der Systemanforderungen
benutzt eine VNA-Implementierung im allgemeinen eine interne Bearbeitungsmaschine.
In der Regel führt
diese interne VNA-Bearbeitungsmaschine
diese Prozeßarbeit
(und höchstwahrscheinlich
auch die VNA-Prozeßschritte
4 und 5) aus.
-
Die Grundroutine, die den VNA-Prozeßschritt
3 ausführt,
vergleicht das erfaßte
Datenmuster mit den typischen Echtzeit-Busprotokoll-Prametern, die
von der spezifischen VNA-Konfiguration vorgesehen werden (vorabgespeichert
in Konfigurationsregistern). Weitere Mikroprogrammroutinen testen
auf Meldungsplausibilität
und Datenvollständigkeit. Nachdem
auf diese Weise das Meldungsprotokoll und der Meldungstyp identifiziert
ist, führen
weitere Mikroprogrammroutinen die entsprechende bus-spezifische
Fehlerüberprüfung (und/oder
Fehlerberichtigung) durch.
-
Wenn der Bustyp und das Protokoll
bekannt sind, oder ggf. auch vordefiniert sind, läßt sich
dieser Programmschritt signifikant vereinfachen.
-
Gemäß der Natur des VNA-Systems
wird durch virtuelles Erfassen aller auf dem geprüften Echtzeit-Netzwerk
laufenden Informationen potentiell eine sprichwörtliche Flut von Daten-Meldungen
generiert. Es ist daher eine Hauptaufgabe für den Prozeßschritt 4, die erhaltenen
Daten-Meldungen auf die Menge und die Typen der Meldungen zurechtzustutzen,
die potentiell im Mittelpunkt für
die dem VNA zugeordnete ECU stehen (in der Regel eine nachgekaufte
Einheit, z.B. ein MMI/MM-System).
-
Das Meldungsfiltern wird in der Regel
durch einen besonderen Mikroprozessor ausgeführt (ein Signalprozessor oder
eine spezifische Filterprozessorvorrichtung).
-
Über
diese Leistung hinaus, kann dieser Prozessor intelligente Meldungs-Filteroperationen durchführen, wie
- a) Quantitatives Filtern,
- b) Zeitbeschränktes
Filtern (Zeitfenster, Zeitpunkt),
- c) Dateninhalt filtern, oder
- d) Meldung anfügen
durch Zeitstempeldaten.
-
Die 'letztendlich' gültigen
Daten werden in einer Datenablage (Meldungspuffer) gespeichert.
Es ist eine weitere Aufgabe des Meldungsfilter-Controller, den Meldungspuffer
instandzuhalten, wie durch Löschen 'veralteter' Meldungen oder Duplikat-Informationen – oder Prioritätsmeldungen.
-
Der Bearbeitungsschritt 5 repräsentiert
die Bus-Controller-Schnittstellenkompetenz
zum Aufbau des 'Sekundär-Zugriffs-Ports' des VNA, der die
Anschlußmöglichkeit
an die fahrzeuginternen und -externen elektronischen Steuereinheiten
vorsieht.
-
Busadapter auf dem Stand der Technik
sehen in der Regel eine 8-Bit-Parallelschnittstelle (oder in einigen
Fällen
auch einen seriellen Standard-Port) vor, die es ermöglicht,
einen Anschluß zur
entsprechenden Steuereinheit herzustellen.
-
Bei der Differentiation wird der
sekundäre VNA-Schnittstellenport
vorzugsweise durch ein Standardbussystem implementiert, was die
Unterstützung von
Mehrfachsysteminternen und -externen ECUs unterstützt. Ungeachtet
der spezifischen Realisierung unterstützt der sekundäre VNA-Port
mindestens alle bekannten Funktionen, wie sie von Busadaptern auf
dem Stand der Technik vorgesehen sind.
-
In Übereinstimmung mit dieser Forderung, Unterstützen aller
hauptsächlichen
Standard-Busadapterzugriffsmethoden, werden die Meldungen gemäß den typischen
Daten/Meldungsabruftypen bearbeitet und vorgesehen, nämlich:
- a) Meldung auf Anforderung,
- b) Meldung auf Abruf, oder
- c) Meldungssendung.
-
Die Typen a) und b) werden eingeleitet
durch die aktiv angeschlossenen ECUs (z.B. das Navigationssystem,
die HMI/IMM-Bearbeitungseinheit oder das eNet/Client-System – gezeigt
in 2).
-
Mit anderen Worten, die eClient-ECU,
in diesem Operationstyp, 'schreibt' eine Abrufmeldung
auf den Echtzeit-Bus-Controller (VNA) und fordert damit Daten von
einer spezifischen Vorrichtung an, von der bekannt ist, dass sie
auf dem Echtzeitbus sitzt. Zum Beispiel könnte diese Korrespondenz sein: 'Öltemperatur angeben' – in der Erwartung einer Antwortmeldung,
die die Höhe
der augenblicklichen Öltemperatur
angibt.
-
Wie aber bereits früher erklärt, wird
diese Anforderung-Schreibe-Operation
nicht in Wirklichkeit ausgeführt,
da die VNA-Grundregel nicht zuläßt, dass
der Echtzeitbus auf irgendeine aktive Weise beeinflußt wird.
-
Vielmehr wird diese Anforderung-Schreibe-Operation 'virtuell' ausgeführt – ausgelöst durch die
Anforderung ruft der VNA-Prozessor eine Suchoperation auf, die schließlich die
angeforderte Dateninformation aus dem Meldungspuffer abruft, der
die 'vor-erfaßten' Meldungsinformationen
enthält.
-
Der interne VNA-Prozeß wird von
der aufrufenden ECU nicht erkannt. Für die aufrufende ECU sieht
diese Operation genau identisch mit einem aktiven Echtzeit-Buszugriff
aus – wie
er typisch von einem Standardbus-Controller ausgeführt wird
und entlang einer Bitübertragungsschichtvorrichtung
abläuft.
-
Die Meldungssendung c) wird vom VNA-Controller
eingeleitet. Die eClient-ECU wird unterbrochen und erhält die Sendungsmeldung. Höchstwahrscheinlich
gewinnen die Sendemeldungen die Oberhand über die VNA Filterfähigkeiten
und halten damit die eClient-ECU-Interruptrate auf einer gemäßigten Frequenz.
-
Der VNA-Prozeßschritt 5 kann durch einen dafür bestimmten
Niederleistungs-Controller ausgeführt werden, jedoch kann für die Mehrzahl
der Implementierungen der Prozessor, der die Operation des Schritts
4 durchführt,
diese Aktivität
mit abdecken.
-
Der VNA gibt den Echtzeitbus-Zugriff,
mit Unterstützen
der von dritter Seite installierten 'nachträglich eingebauten Vorrichtungen' sowie auch der OEM-Vorrichtungen
zum Zugriff auf interne Daten im Echtzeitsystem und Verwendung derselben,
die durch die Fahrzeug-Domain-Netzwerke erfaßt wurden. Das eröffnet ein
neues Gebiet für
Applikationen und Dienstleistungen, die heute nur durch OEM-Geräte möglich sind,
die vom ursprünglichen
Hersteller eingebaut werden.
-
Die Schlüsselvorteile des gezeigten
Prinzips sind:
- – Vorsehen des Zugriffs auf 'geschützte' Bus-Systeme und
Netzwerke, Unterstützen
der allgemeinsten Bus-Controller-Modi – 'Virtuell aktive/-Schreibmeldungsanforderung',
- – Keine
logische Beeinflussung des Netzwerks und/oder Beteiligter – 'Unsichtbarer Netzwerk-Zugriff',
- – Kein
bedeutsames elektrisches Aufladen oder Beeinflussung des Netzwerks,
- – Keine
signifikanten physikalischen Zwangsbedingungen für das Netzwerk, Daten/Meldungsreduktion
durch Meldungs-Vorauswahl und Filtern,
- – Netzwerkprotokoll-unabhängige Busüberwachung,
und Kostenvorteil gegenüber
dem Standard-Busadapterzugriff.
-
Typische Anwendungen der vorgeschlagenen
Idee sind:.
- – Netzwerküberwachungs-unterstützende OEM-Vorrichtungen
sowie von Dritten installierte 'nachträgliche' Einbauten zum Zugriff
auf Echtzeit-Netzwerke,
- – Fortgeschrittene
und neue Applikationen und Dienste, wie z.B.:
- – Telematische
Dienste (d.i. Notruf, automatischer Unfallsbericht...),
- – Dynamische
Navigation,
- – Multimedia-Dienste,
- – Ferndiagnosedienst
- – Fernwartung
- – Diebstahlsverhütung, Standort
des gestohlenen Fahrzeugs,
- – Neue,
fahrzeugexterne netzwerkgestützte Dienstleistungen
und Applikationen,
- – Fahrzeugdomain-Netzwerküberwachung,
Test und Diagnose,
- – Überwachung
und Diagnose für
Netzwerkvorrichtungen, und
- – Sendesystem
für fahrzeuginterne
und -externe Meldungen.