DE10153085A1

DE10153085A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Programmierung einer Steuereinheit

Info

Publication number: DE10153085A1
Application number: DE10153085A
Authority: DE
Inventors: Martin Gruenewald; Axel Aue
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-30
Filing date: 2001-10-30
Publication date: 2003-05-15
Also published as: JP2003162303A; JP4643114B2; US7299098B2; US20030100980A1

Abstract

Vorrichtung und Verfahren zur Programmierung einer Steuereinheit (100), wobei die Steuereinheit (100) über eine Kommunikationsschnittstelle (110) mit einer externen Programmiereinheit (101) verbindbar ist, wobei eine interne Kommunikationsverbindung (104) die Kommunikationsschnittstelle (110) mit einer Kontrolleinheit (103) verbindet und die Kontrolleinheit (103) ein Programmierelement (108) und ein Kommunikationselement (107) aufweist, wobei ein Schaltmittel (105) vorgesehen ist, durch welches die Kommunikationsverbindung (104) zwischen dem Programmierelement (108) und dem Kommunikationselement (107) umgeschaltet wird.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Programmierung einer Steuereinheit, wobei die Steuereinheit über eine Kommunikationsschnittstelle mit einer externen Programmiereinheit verbindbar ist gemäß den unabhängigen Ansprüchen 1 und 8 sowie ein Schaltmittel mit Anschlüssen zur Verbindung mit einer Kommunikationsverbindung gemäß dem unabhängigen Anspruch 7.
Moderne Steuergeräte und Steuereinheiten, insbesondere im Fahrzeug wie z. B. Motorsteuergeräte, Getriebesteuergeräte, Bremsensteuergeräte usw. benötigen durch ihre immer größere Anzahl von Funktionen auch immer größere Speicherelemente, insbesondere Flash-Speicher, für Programme und Daten. Beim Fertigungsablauf in den Werken, bei der Bandendeprogrammierung der Fahrzeughersteller und evtl. auch in Werkstätten im Feld müssen diese Speicher programmiert werden.
Üblicherweise werden die zu programmierenden Daten über eine serielle Schnittstelle an das Steuergerät gesendet, die ansonsten zur Übertragung von Diagnoseinformationen verwendet wird.
Dazu zeigt die DE 43 32 499 A1 ein Verfahren zur Programmierung eines Speichers in einer Steuereinheit. Dabei werden die zu programmierenden Daten von einem externen elektronischen Gerät, wie z. B. einem Personalcomputer, zu der Steuereinheit übertragen. Als Schnittstelle für die Übertragung der zu programmierenden Daten dient dabei die vorhandene serielle Diagnoseschnittstelle, über welche das externe elektronische Gerät mit der Steuereinheit verbunden wird. Die begrenzten, hier erzielbaren Übertragungsraten von maximal ca. 250 kBaud führen zu zunehmend größeren Übertragungszeiten, beispielsweise für 8 MByte ca. 320 Sekunden.
Daraus ergibt sich die Aufgabe, bei der Programmierung eine Verkürzung der Übertragungszeiten mit begrenztem Aufwand zu erzielen.
Die Vernetzung von Steuergeräten, Sensorik und Aktuatorik mit Hilfe eines Kommunikationssystems, eines Bussystems hat in den letzten Jahren beim Bau von modernen Kraftfahrzeugen oder auch im Maschinenbau, insbesondere im Werkzeugmaschinenbereich und in der Automatisierung drastisch zugenommen. Synergieeffekte durch Verteilung von Funktionen auf mehrere Steuergeräte können dabei erzielt werden. Man spricht hierbei von verteilten Systemen oder einem Steuergeräteverbund. Die Kommunikation zwischen verschiedenen Stationen findet mehr und mehr über einen Bus bzw. ein Bussystem statt. Der Kommunikationsverkehr auf dem Bussystem, Zugriffs- und Empfangsmechanismen werden über ein Protokoll geregelt.
Als Protokoll im Kfz-Bereich etabliert ist der CAN (Controller Area Network). Dieses ist ein ereignisgesteuertes Protokoll, d. h. Protokollaktivitäten wie das Senden einer Nachricht werden durch Ereignisse iniziiert, die ihren Ursprung außerhalb des Kommunikationssystems haben. Der eindeutige Zugang zum Kommunikationssystem bzw. Bussystem wird über eine prioritätsbasierte Bitarbitrierung gelöst. Eine Voraussetzung dafür ist, dass jeder Nachricht eine eindeutige Priorität zugewiesen ist. Das CAN-Protokoll ist sehr flexibel; ein Hinzufügen weiterer Knoten und Nachrichten ist damit problemlos möglich.

Vorteile der Erfindung

Zur Lösung der obengenannten Aufgabe wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Programmierung einer Steuereinheit vorgeschlagen, wobei die Steuereinheit über eine Kommunikationsschnittstelle mit einer externen Programmiereinheit verbindbar ist, wobei eine interne Kommunikationsverbindung die Kommunikationsschnittstelle mit einer Kontrolleinheit verbindet und die Kontrolleinheit ein Programmierelement und ein Kommunikationselement aufweist.
Vorteilhafter Weise ist ein Schaltmittel vorgesehen, durch welches die Kommunikationsverbindung zwischen dem Programmierelement und dem Kommunikationselement umgeschaltet wird, so dass die Programmierung und die Kommunikation der Steuereinheit über die gleiche Kommunikationsschnittstelle erfolgt.
Heutige Steuergeräte, insbesondere Motorsteuergeräte, weisen wenigstens eine Busschnittstelle zur Kommunikation mit anderen Steuereinheiten bzw. Sensoren und/oder Aktuatoren auf. Als Beispiel für eine solche Busschnittstelle bzw. eine entsprechende Kommunikationsverbindung soll der CAN-Bus (Controller Area Network) dienen. Erfindungsgemäß soll eine solche CAN-Verbindung bei der Programmierung der Speicher, insbesondere der Flash-Speicher, entgegen ihrem eigentlichen Einsatzzweck der Kommunikation, zur Programmierung verwendet werden.
Ein solches CAN-System in der Steuereinheit besteht aus einer Kommunikationsverbindung, eben den CAN- Übertragungsleitungen, einem Kommunikationselement, eben dem CAN-Controller, einer Kommunikationsschnittstelle von der Steuereinheit nach außen sowie einem Treiberbaustein bzw. einem Treiberelement, im speziellen Fall eines CAN eben ein CAN-Treiber. Zur Programmierung wird jedoch nur der in der Steuereinheit enthaltene CAN-Schnittstellentreiber, die zugehörige CAN-Leitung, also die Kommunikationsverbindung sowie die CAN-Kommunikationsschnittstelle nach außen verwendet.
Die beispielhafte Verwendung eines CAN Bussystems als Kommunikationssystem der Steuereinheit kann nicht als Einschränkung im Rahmen der Erfindung betrachtet werden. Erfindungsgemäß kann auch ein anderes Bussystem, wie z. B. TTCAN oder sonstige zur Steuergerätekommunikation und damit zur Realisierung des erfindungsgemäßen Gegenstandes eingesetzt werden.
Dabei ist in der Kommunikationsverbindung ein Schaltmittel vorgesehen, das eine Umschaltung zwischen dem Kommunikationselement und einem Programmierelement, beispielsweise einem seriellen Schnittstellenbaustein, vornimmt. Zweckmäßiger Weise erfolgt hier die Datenübertragung über die Kommunikationsverbindung im Kommunikationsbetrieb über ein erstes Protokoll, ein Kommunikationsprotokoll, insbesondere ein CAN-Protokoll, wohingegen nach Umschaltung der Kommunikationsverbindung durch das Schaltmittel auf das Programmierelement ein zweites Busprotokoll, insbesondere ein übliches Standardprotokoll einer seriellen Schnittstelle zur Programmierung verwendet wird.
In der Steuereinheit ist eine Kontrolleinheit bzw. Recheneinheit, insbesondere ein Mikroprozessor enthalten, welcher das Programmierelement und das Kommunikationselement enthält, wobei das Kontrollelement zweckmäßiger Weise so gestaltet wird, dass an die Anschlüsse seines internen Kommunikationselementes, insbesondere des CAN-Controllers, durch interne Umkonfigurierung per Programm wahlweise auch auf die Anschlüsse seines internen Programmierelementes, insbesondere der internen seriellen Schnittstelle geschaltet werden können.
Neben dem Programmierelement und dem Kommunikationselement ist vorteilhafter Weise in einer besonderen Ausgestaltung das Schaltmittel ebenfalls in die Kontrolleinheit integriert.
Somit kann die Kommunikationsverbindung, die Kommunikationsschnittstelle und das Treiberelement in der Steuereinheit für die Kommunikation der Steuereinheit mit dem Steuergeräteverbund im Fahrzeug gleichzeitig für die Programmierung der Steuereinheit benutzt werden, wodurch keine Zusatzkosten durch zusätzliche Bauteile anfallen.
Ebenso ist die serielle Schnittstelleneinheit, also das Programmierelement im Allgemeinen in der Kontrolleinheit enthalten, so dass hier ebenfalls keine Zusatzkosten anfallen. Die Implementation des internen Schaltmittels, beispielsweise eines Multiplexers zur Schnittstellenumschaltung bedeutet für den Funktionsumfang der Kontrolleinheit, also des Mikroprozessorchips, einen vernachlässigbar geringen Zusatzaufwand, wodurch fast keine Zusatzkosten entstehen. Somit kann eine sehr einfache, kostengünstige Möglichkeit zur Verfügung gestellt werden, welche eine deutlich höhere Übertragungsrate und damit eine deutliche Verringerung der Übertragungszeiten bei der Programmierung der Steuereinheiten möglich macht.
Wesentliche Vorteile, speziell bezogen auf die Übertragungsrate bzw. die Verringerung der Übertragungszeiten werden auch genutzt, wenn die Umschaltung außerhalb der Kontrolleinheit durch ein zu dieser externes Schaltmittel vorgenommen wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus der Beschreibung und den Ansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Weiteren anhand Fig. 1 näher dargestellt. Dabei zeigt Fig. 1 ein Steuergerät insbesondere im Fahrzeug, das über eine CAN- Kommunikationsverbindung mit allen dafür erforderlichen Bauteilen und Elementen ausgestattet ist und zusätzlich über ein Schaltmittel zur Umschaltung auf ein Programmierelement verfügt.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Da praktisch alle modernen Motorsteuergeräte heute eine oder mehrere CAN-Schnittstellen enthalten, kann diese zur Datenübertragung bei der Flash-Programmierung zweckentfremdet werden. Hierzu wird jedoch nur der im Steuergerät enthaltene CAN-Schnittstellentreiber und die zugehörigen Leitungen nach außen verwendet. Der im Steuergerät zum Einsatz kommende Mikroprozessor wird so gestaltet, dass an die Ein-/Ausgangspins, also die Anschlüsse seines internen CAN-Controllers, durch prozessorinterne Umkonfigurierung per Programm wahlweise auch die Ein-/Ausgangspins, also die Anschlüsse seiner internen seriellen Schnittstelle geschaltet werden können.
Wesentliche Vorteile (bis auf die weitgehende Kostenneutralität) werden auch genutzt, wenn die Umschaltung außerhalb des Mikroprozessors durch zusätzliche Schaltungselemente vorgenommen wird.
Dazu ist in Fig. 1 ein Steuergerät bzw. eine Steuereinheit 100 und ein Programmiergerät bzw. eine Programmiereinheit 101 dargestellt. Das Steuergerät besitzt eine Kommunikationsschnittstelle 110 nach außen, an welche intern eine Kommunikationsverbindung 104 mit den Leitungen TX und RX angeschlossen ist. In diese Kommunikationsverbindung 104, also die beiden Leitungen TX und RX, ist ein Treiberelement, insbesondere ein CAN-Treiber 102 geschaltet, der eine bidirektionale Verbindung mit den gewünschten Pegeln zur Kommunikationsschnittstelle 110 möglich macht. Die externen Leitungen, also die Kommunikationsverbindung nach außen 104a, sind mit CH und CL für das CAN-Beispiel also mit CAN- High und CAN-Low bezeichnet. Über diese externe Kommunikationsverbindung 104a ist das Programmiergerät 101 mit der Steuereinheit 100 verbindbar.
In der Steuereinheit 100 bzw. in dem Steuergerät ist eine Kontrolleinheit 103, insbesondere ein Mikroprozessor, Mikrocomputer oder Ähnliches enthalten. Dieser enthält eine Kommunikationseinheit bzw. ein Kommunikationselement 107, das in diesem Beispiel einem CAN-Controller entspricht. Ebenfalls im Mikroprozessor 103 enthalten ist ein Programmierelement 108, insbesondere ein serieller Schnittstellenbaustein(z. B. ein Asynchronous Serial Communication-Interface ASC), über welchen Daten zur Programmierung des Speichers 109, welcher insbesondere auch im Mikroprozessor integriert ist, empfangen bzw. gesendet werden können. Der Speicher kann dabei auch außerhalb der Kontrolleinheit 103 lokalisiert sein und ist vorzugsweise als Flash-Speicher ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist nun ein Schaltmittel 105, insbesondere ein programmgesteuerter Schnittstellenumschalter oder auch Multiplexer vorgesehen, welcher eine Umschaltung der Kommunikationsverbindung vom Kommunikationselement 107 auf das Programmierelement 108 ermöglicht. Eine solche Schnittstellenumschaltung kann innerhalb oder außerhalb des Mikroprozessors bzw. der Kontrolleinheit 103, vorgesehen sein.
Hierzu ist das Kommunikationselement 107 über einen Verbindungsabschnitt 104b an das Schaltmittel 105 angeschlossen. Dazu sind die Leitungen TX0 und RX0 von 104b an die Anschlüsse ATX0 und ARX0 angeschlossen. Ebenso ist der Programmierbaustein 108 über einen Verbindungsabschnitt 106 an das Schaltmittel 105 angeschlossen. Dazu sind die Leitungen TX1 und RX1 von 106 an die Anschlüsse ATX1 und ARX1 angeschlossen. In Richtung zum Treiberelement 102 sind die Leitungen TX und RX der Kommunikationsverbindung 104 über die Anschlüsse ATX und ARX an Schaltmittel 105 kontaktiert.
Im Rahmen der normalen Kommunikation, insbesondere im Steuergeräteverbund im Fahrzeug, ist die Verbindung von CAN- Controller 107 über Kommunikationsverbindungsabschnitt 104b, Schnittstellenumschalter 105 und Kommunikationsverbindung 104 zum CAN-Treiber 102 und zur CAN-Schnittstelle 110 vorhanden, und es erfolgt eine übliche Datenübertragung im Rahmen der CAN-Kommunikation. D. h. es wird hierbei ein erstes Busprotokoll, insbesondere das CAN-Busprotokoll eingesetzt.
Soll nun die Steuereinheit programmiert werden, wird zu diesem Zweck die Steuereinheit 100 mit dem Programmiergerät 101 über 104a verbunden. Der Schnittstellenumschalter 105 kontaktiert dann die Verbindung zu Element 108 über Verbindungsabschnitt 106. Dadurch kann die Kommunikationsschnittstelle 110, CAN-Treiber 102 und die Kommunikationsverbindung 104 zum Mikroprozessor auch für die Programmierung genutzt werden. Allerdings wird hier erfindungsgemäß nun ein zweites Busprotokoll zur Programmierung, insbesondere ein Standardprotokoll einer seriellen Schnittstelle wie RS232, usw eingesetzt.
D. h. die Daten zur Programmierung von Flash-Bausteinen in einem Steuergerät werden anstatt über einen langsamen Treiber für eine standardmäßige serielle ASC-Schnittstelle über einen schnellen Treiber für eine standardmäßige CAN- Schnittstelle geschickt. Dabei soll jedoch weiterhin beispielsweise das standardmäßige serielle Protokoll verwendet werden. Um dies zu ermöglichen, soll der Prozessor intern die Leitungen seiner seriellen ASC-Schnittstelle auf die Leitungen der CAN-Schnittstelle umschalten. Dies hat zudem den großen Vorteil, dass der CAN-Treiberbaustein, der außerhalb der CPU, also des Mikroprozessors 103, im Steuergerät 100 vorhanden ist und während der Steuergeräteprogrammierung sonst keine Aufgabe zu erfüllen hat, hierfür verwendet werden kann, womit zusätzlicher Hardwareaufwand vermieden wird.
Es werden also die Prozessorpins bzw. ATX und ARX, die zum externen CAN-Treiber 102 führen, wahlweise an die prozessorinternen ASC-(108) oder CAN-(107)Einheiten geschaltet. Die dabei erzielbaren Datenübertragungsraten sind um ein Vielfaches höher als mit den üblichen Treibern für die serielle Schnittstelle. Im normalen CAN-Betrieb können dann Datenraten von beispielsweise 1 MBaud verwendet werden. Dies wäre allein schon um den Faktor 4 schneller. D. h. das CAN Protokoll würde vorteilhafter Weise auch zu Programmierung eingesetzt. Wenn über den CAN-Treiber kein CAN-Protokoll gefahren wird, sondern ein normales serielles Protokoll und bei der Programmierung mit den, im Vergleich zum CAN-Verbund im Fahrzeug, kleinen Leitungslängen bzw. Leitungskapazitäten gearbeitet wird, lassen sich hier auch noch weit höhere Übertragungsraten erzielen, z. B. bis zu 8 MBaud, also bei vorzugsweise unterschiedlichen Protokollen für Kommunikation und Programmierung. Damit wird beispielsweise die Übertragungszeit für 8 MByte Daten von bisher ca. 320 Sekunden auf ca. 10 Sekunden reduziert.
Durch die Verringerung der Übertragungszeiten in diesem Beispiel um den Faktor 32 wird der Aufwand, also Zeit, Kosten, Anzahl der Programmierstationen überall dort, wo Steuergeräte in großer Anzahl programmiert werden müssen, enorm reduziert. Vorteilhafter Weise müssen die Steuergeräte zur Programmierung nicht geöffnet sein, da die benötigten Steckerpins auch bei geschlossenem Gehäuse immer von außen zugänglich sind.

Claims

1. Vorrichtung zur Programmierung einer Steuereinheit (100), wobei die Steuereinheit über eine Kommunikationsschnittstelle (110) mit einer externen Programmiereinheit (101) verbindbar ist, wobei eine interne Kommunikationsverbindung (104) die Kommunikationsschnittstelle (110) mit einer Kontrolleinheit (103) verbindet und die Kontrolleinheit (103) ein Programmierelement (108) und ein Kommunikationselement (107) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass ein Schaltmittel (105) vorgesehen ist, durch welches die Kommunikationsverbindung (104) zwischen dem Programmierelement (108) und dem Kommunikationselement (107) umgeschaltet wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kommunikationsverbindung (104) zwischen Kommunikationsschnittstelle (110) und Schaltmittel (105) ein einziges Treiberelement (102) für die Kommunikationsverbindung (104) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Kommunikationsverbindung (104) mit Schnittstelle (110) um eine CAN-Verbindung handelt, wobei in die Kommunikationsverbindung (104) zwischen Kommunikationsschnittstelle (110) und Kontrolleinheit (103) eine CAN-Treiberschaltung (102) zwischengeschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind welche eine Datenübertragung über die Kommunikationsverbindung (104) zwischen Kommunikationsschnittstelle (110) und Kommunikationselement (107) durch ein erstes Busprotokoll, insbesondere ein CAN- Protokoll, durchführen, wobei weitere Mittel enthalten sind, welche bei Umschaltung der Kommunikationsverbindung (104) auf das Programmierelement (108) eine Datenübertragung nach einem zweiten Busprotokoll durchführen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (105) und das Programmierelement (108) sowie das Kommunikationselement (107) in der Kontrolleinheit (103) integriert sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Programmierelement (108) und das Kommunikationselement (107) in die Kontrolleinheit (103) integriert sind, wobei das Schaltmittel (105) außerhalb der Kontrolleinheit (103) ausgebildet ist.

7. Schaltmittel mit Anschlüssen (ATX, ARX) zur Verbindung mit einer Kommunikationsverbindung (104), wobei das Schaltmittel so in die Kommunikationsverbindung (104) zwischenschaltbar ist, dass einerseits die Anschlüsse (ATX, ARX) zur Verbindung mit einer Kommunikationsschnittstelle (110) enthalten sind und andererseits Anschlüsse (ATX0, ARX0) zur Verbindung mit einem Kommunikationselement (107) dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltmittel (105) zusätzlich Anschlüsse (ATX1, ARX1) zur Verbindung mit einem Programmierelement (108) aufweist.

8. Verfahren zur Programmierung einer Steuereinheit, welche eine Kommunikationsverbindung, ein Programmierelement und ein Kommunikationselement enthält, wobei Daten zur Kommunikation mit einem ersten Busprotokoll über die Kommunikationsverbindung von und zum Kommunikationselement übertragen werden dadurch gekennzeichnet, dass Daten zur Programmierung mit einem zweiten Busprotokoll über die gleiche Kommunikationsverbindung übertragen werden, wobei dabei von dem Kommunikationselement auf das Programmierelement umgeschalten wird.