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Die Erfindung betrifft ein modulares
und skalierbares System von Elektronikkomponenten für Fahrzeuge
mit integrierten Unterhaltungs-, Telekommunikations-, Steuerungs- und Überwachungsfunktionen.
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Heutige Fahrzeuge, insbesondere Automobile,
weisen neben mechanischen, hydraulischen und pneumatischen Systemen
im zunehmenden Maße
elektronische Systemen auf. Die elektronischen Systeme wurden bisher
schwerpunktmäßig für Steuerungs-
und Überwachungsaufgaben
von unterschiedlichsten Aggregaten und Geräten im Fahrzeug entwickelt.
Neben der Steuerung, Überwachung
und Diagnose des Antriebs (Motor-Steuerung, Motor-Management) und
des Antriebsstranges (Getriebe, Kupplung) führen diese elektronische Systeme hauptsächlich Steuerungs-
und Überwachungsaufgaben
im Bereich der aktiven und passiven Sicherheit im Fahrzeug durch
(z.B. Antiblockiersystem, Anti-Schlupf-Regelung, Airbag, Dämpfungs-
und Stabilitätsregelung,
Abstandsregelung, Wegfahrsperre, Türkontrollsystem). Derart hochkomplexe
Steuerungs- und Überwachungsfunktionen
ließen
sich erst durch die Entwicklung der Mikroelektronik verwirklichen.
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Neben diesen antriebsnahen und sicherheitsrelevanten
Meß-,
Steuer- und Regelungsaufgaben werden heute in Fahrzeugen verstärkt auch Komfortfunktionen
durch Elektronikkomponenten verwirklicht. Hierbei handelt es sich
einerseits um Funktionen zur Erhöhung
der Behaglichkeit in der Fahrgastzelle (z.B. Klimaanlage, Audio-
und Videosysteme), um die Automatisierung von Bedienfunktionen (z.B.
elektronische Fensterheber, elektronische Scheibenwischer, automatisierte
Sitzverstellung) und um Telekommunikationsfunktionen (z.B. Mobilfunk, Navigation).
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Im Bereich der Unterhaltung-Infotainement – ist das
klassische Autoradio längst
durch einen RDS-Tuner mit CD- /DVD-Player
ersetzt. Elektronikmodule für
den TV-Empfang gewinnen zunehmend an Bedeutung im Fahrzeug. Im Bereich
der Telekommunikation wird die Mobiltelefonie über das GSM-Netz mit Internetzugriff
nach dem GPRS-Kommunikationsstandard durch entsprechende Empfangsmodule
realisiert. Elektronische Navigationssysteme, die auf Basis des
satellitengestützten
globalen Ortungssystems (global position system = GPS) arbeiten,
stellen hochkomplexe Elektroniksysteme im Fahrzeug dar. Analoge
Anzeigen werden zunehmend durch hochauflösende Vollgrafikbildschirme
ersetzt. Die Bedienung der einzelnen Aggregate und Geräte im Fahrzeug
erfolgt nicht nur durch mechanische Tasten und Drehknöpfe, sondern
wird zukünftig
auch über
elektronikunterstützte
Spracheingabe verwirklicht.
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Alle diese elektronischen Geräte sind über leistungsfähige Bussysteme,
im Automobilbereich insbesondere den elektronischen CAN- und Firewire-Bus
sowie den optoelektronischen MOST-Bus, miteinander vernetzt. Speichermedien
wie Flash-Speicher,
CD-ROM, DVD oder Festplatte bieten genügend Speicherkapazität für die speicherintensiven
Anwendungen im Fahrzeug. Eine Bluetooth-Schnittstelle für drahtlose
Kommunikation sowie eine Ethernet-Schnittstelle für Netzwerkanschluß bieten
die Möglichkeit
zum Anschluß eines
mobilen Rechners an die Fahrzeugelektronik.
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Die einzelnen elektronischen Geräte und Module
sind bisher als autarke Systeme konzipiert und somit für ihre jeweilige
Anwendung für
sich allein voll funktionsfähig.
Jede Elektronik-Einheit weist deshalb eine eigene Prozessor-Einheit,
eigene Speichermodule und eigene Schnittstellenbausteine zur Peripherie
und zu den Kommunikationsbussen auf. Neben proprietären Bausteinen
handelt es sich dabei meistens um Standardbausteine. Ein Datenaustausch
zwischen den einzelnen Elektronikgeräten und -modulen über Kommunikationsbusse
ist möglich,
aber auf Grund proprietärer
Schnittstellenbausteine stark begrenzt (z.B. kein Zugriff eines
Elektronikmoduls auf lokale Speicher eines anderen Elektronikmoduls).
Auch die Nutzung von Hardware-Ressourcen auf benachbarten Elektronikmodulen
durch Anwendungen, die auf einem bestimmten Elektronikmodul implementiert
sind, sind auf Grund dieses Engpasses gar nicht (z.B. begrenzte
Prozessorleistung) oder nur beschränkt möglich (z.B. Zugriff auf Binär- oder
Analog- Eingänge
einer benachbarten Elektronikbaugruppe).
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Große Bedeutung gewinnt im Fahrzeug
vor allem die kundenindividuelle Konfiguration von multimedialen
Unterhaltungs- und Telekommunikationsfunktionen in elektronischen
Systemen. Hierbei ist ein Elektroniksystem zu konfigurieren, das
in seinem Umfang derart skalierbar ist, daß es jeweils nur die vom jeweiligen
Kunden gewünschten
Funktionen beinhaltet. Hierzu sind modulare Komponenten vorzuhalten,
mit denen entsprechend einem Baukastensystem das Elektroniksystem
im Fahrzeug kundenindividuell skaliert werden kann. Über eine
einfache und kompakte Verbindungstechnik sind gemäß dem Kundenwunsch
die entsprechenden Hardwaremodule inklusive der dazugehörigen Systemsoftware
in das Elektroniksystem des Fahrzeugs zu integrieren. Auch ein nachträgliches
Nachrüsten
von Elektronikkomponenten sowie eine Aktualisierung von Hard- und Systemsoftwareversionen
(Updating) ist in heutigen Elektroniksystemen in Fahrzeugen vorgesehen.
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In der
DE 101 27 327 A1 wird ein
KFZ-Netzwerk mit mehreren Busstationen vorgestellt, die jeweils
aus einer Basisstation, in der Standard-Bausteine wie Mikroprozessor,
Speicherbausteine und Netzwerkschnittstelle integriert sind, und
aus mehreren über
einen lokalen Bus verbundenen Erweiterungsmodulen besteht. In den
einzelnen Erweiterungsmodulen sind jeweils die oben genannten multimedialen
Unterhaltungs- und Telekommunikationsfunktionen realisiert.
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Da eine beliebige Anzahl von Erweiterungsmodulen über den
lokalen Bus in das Elektroniksystem integriert werden kann, ist
die Forderung nach einem flexibel und modular skalierbaren Elektroniksystem
erfüllt.
Nachteilig an dieser Systemarchitektur ist aber die hohe Anzahl
an anwendungsspezifischen Bausteinen (beispielsweise unterschiedlichste
Signalprozessoren in den einzelnen Erweiterungsmodulen), die einen
hohen Aufwand beim Design des Elektroniksystems bedeuten und einen
Datenaustausch zwischen implementierten Funktionen des Elektroniksystems
nicht unterstützen
bzw. nur unter Zwischenschaltung aufwendiger Schnittstellen- bzw. Konvertierungsbausteine
ermöglichen.
Als weiterer Nachteil kommt hinzu, daß in jeder Basisstation identische
Standardbausteine wie Mikroprozessoren, Speichermodule, Schnittstellenbausteine
vorliegen, die von den auf der Basisstation laufenden Anwendungen
bzw. Funktionen kapazitätsmäßig nicht
zwingenderweise vollständig
genutzt werden. Somit liegt eine gewisse unnötige Redundanz in der Auslegung des
Systems vor, die mit einem unnötigen
Verbrauch an Bauraum einhergeht.
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In dem Elektroniksystem für Fahrzeuge
der
DE 101 23 842
A1 sind die Steuerungs- und Überwachungsfunktionen bereits
in einer einzigen Zentralsteuereinheit und die Infotainement-Funktionen-Audioempfang,
CD-/DVD-/MD-Player – bereits
in einem Infotainment-Modul integriert, während die einzelnen Multimedia-Funktionen-Mobilfunk,
Navigation, Internetanbindung usw. – in mehreren über einen
Multimedia-Bus verbundenen Multimedia-Modulen verteilt sind. Die
Skalierbarkeit des Elektroniksystems vom Einfach-System mit Grundausstattung
bis zum High-End-Multimediasystem ist durch die flexible Einbindung
unterschiedlichster Multimedia-Module in den Multimedia-Bus gegeben.
Die funktionale Trennung der sicherheitssensiblen Steuerungs- und Überwachungsfunktionen
einerseits und der weniger sicherheitsrelevanten Multimedia- und
Infotainement-Funktionen
andererseits in jeweils einem Zentralmodul und mehreren über jeweils
einen Bus verbundenen Erweiterungskomponenten erhöht zwar die
Sicherheit des Systems, führt
aber zu einer ineffizienten Vorhaltung von Hardwaremodulen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein modulares und skalierbares System für Fahrzeuge
gemäß dem Oberbegriff
von Anspruch 1 derart weiterzubilden, daß für alle möglichen kundenindividuellen
Konfigurationen der multimedialen Unterhaltungs- und Telekommunikations-Funktionen sowie
Steuerungs- und Überwachungsfunktionen
bei Einhaltung der Echtzeitanforderungen der einzelnen Funktionen
die einzelnen Elektronikkomponenten möglichst effizient ausgelastet
sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch
ein modulares und skalierbares System von Elektronikkomponenten
für Fahrzeuge
mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
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Das modulare und skalierbare System
wird im Hinblick auf einem minimale Vorhaltung von Elektronikkomponenten
auf insgesamt zwei Elektronikbaugruppen reduziert. Um die einzelnen
Elektronikkomponenten auf den beiden Elektronikbaugruppen möglichst
optimal auszulasten, werden soweit wie möglich möglichst viele Standardbausteine – Mikroprozessoren,
Speichermodule, Schnittstellebausteinen und dgl. – eingesetzt,
die von einer möglichst großen Anzahl
von implementierten Funktionen genutzt werden können. Die Integration von anwendungsspezifischen
Spezialbausteinen wird entsprechend des maximal zu konfigurierenden
Funktionsumfangs des Systems auf das nötigste Maß reduziert.
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Da die entsprechend der gewünschten
Konfiguration zu realisierenden Funktionen unterschiedliche Echtzeitanforderungen
besitzen und eine unterschiedlich hohe Verarbeitungskomplexität-Algorithmik,
Datenkomplexität – aufweisen,
werden auf der ersten Elektronikbaugruppe auf einem sehr leistungsfähigen Mikroprozessor
rechenintensive Funktionen mit hohen Echtzeitanforderungen und hoher Verarbeitungskomplexität bearbeitet,
während
auf dem Mikroprozessor der zweiten Elektronikbaugruppe weniger rechenintensive
Funktionen mit geringeren Echtzeitanforderungen und geringerer Verarbei tungskomplexität berechnet
werden. Somit ist gewährleistet,
daß die
einzelnen Funktionen entsprechend ihres Rechenleistungsbedarfes
auf einer Elektronikbaugruppe mit einem Mikroprozessor implementiert
sind, der eine adäquate
Rechenleistung aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der
Erfindungen sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Das modulare und skalierbare System
ist derart ausgelegt, daß die
beiden Elektronikbaugruppen über
den gemeinsamen Kommunikationsbus kontinuierlich das Betriebsverhalten
der jeweils anderen Elektronikbaugruppe überwachen und bei Ausfall oder
bei nicht vorschriftsgemäßem Betriebsverhalten
der jeweiligen Elektronikbaugruppe zumindest die für den Fahrzeugbetrieb
wichtigen Funktionen der jeweils anderen Elektronikbaugruppe übernehmen.
Diese Redundanz des Systems ist bei der Systemauslegung – z.B. Bemessung
der Prozessorleistung und der Speicherkapazität usw. – berücksichtigt.
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Die Modularität und Skalierbarkeit des Systems
wird in Abgrenzung zu den in den obengenannten Druckschriften vorgestellten
Systemarchitekturen nicht durch Integration entsprechender Hardwaremodule
realisiert, sondern durch softwaretechnische Konfiguration des Systems.
Hierzu werden bei der Initialisierung des Systems mittels einer
Konfigurationssoftware die programmierbaren anwendungsspezifischen
Bausteine – beispielsweise
programmierbare FPGAs oder CPLDs – hinsichtlich ihrer Hardwarefunktionalitäten konfiguriert
und die Systemsoftware derjenigen festverdrahteten anwendungsspezifischen
Bausteine aktiviert, die für
die Implementierung der gewünschten
Funktionen erforderlich sind.
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Im Hinblick auf eine Offenheit des
modularen und skalierbaren Systems werden Standardschnittstellen
verwendet. Somit ist es möglich,
einen Datenaustausch zu Elektronikkomponenten über Standard-Bussysteme aufzubauen, die
sich im Fahrzeugbereich etabliert haben und noch etablieren werden (z.
B. CAN-, Firewire- und MOST-Bus). Auch zu standardisierten Netzen
(z. B. LAN, GSM, GPRS, GPS usw.) bestehen standardisierte Schnittstellen,
um einen Datenverkehr mit Systemen, Geräten und Komponenten außerhalb
des Fahrzeugs zu gewährleisten.
Auch der Anschluß von
Standard-Peripheriegeräten
(z. B. Grafikbildschirm, Touch-Screen, Drucker, Fax, Maus, Joystick,
Eingabetastatur, Mikrofon, Lautsprecher, Antenne usw.) wird über Standardperipherieschnittstellen
ermöglicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm des modularen und skalierbaren Systems,
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2 ein
Blockdiagramm der ersten Elektronikbaugruppe und
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3 ein
Blockdiagramm der zweiten Elektronikbaugruppe.
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Das erfindungsgemäße modulare und skalierbare
System wird mit seiner Ausführungsform nachfolgend
unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben.
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Das modulare und skalierbare System 1 im Fahrzeug
besteht gemäß 1 bis 3 aus der ersten Elektronikbaugruppe 2 und
der zweiten Elektronikbaugruppe 3. Die erste Elektronikbaugruppe 2 ist
mit der zweiten Elektronikbaugruppe 3 über eine digitale Datenverbindung 4 und
eine analoge Stromverbindung 5 verbunden. Die digitale
Datenverbindungen 4 zwischen der ersten Elektronikbaugruppe 2 und
der zweiten Elektronikbaugruppe 3 ist mit jeweils einem auf
der ersten Elektronikbaugruppe 2 und der zweiten Elektronikbaugruppe 3 plazierten
Dual- Port-RAM-Baustein 6 verbunden.
Diese beiden Dual-Port-RAM-Bausteine 6,
die flüchtige
Speicherbausteine mit jeweils einen Daten-Eingang für die erste
Elektronikbaugruppe 2 und die zweite Elektronikbaugruppe 3 darstellen,
werden jeweils von der ersten Elektronikbaugruppe 2 und
von der zweiten Elektronikbaugruppe 3 im Rahmen eines Datenverkehrs
zwischen der ersten und zweiten Elektronikbaugruppe 2 und 3 beschrieben
bzw. ausgelesen.
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Die erste Elektronikbaugruppe 2 ist
mit der Peripherie, die unterschiedlichste Peripherie-Komponenten,
-Geräte
und -Systeme enthalten kann, über die
Peripherie-Schnittstellenbausteine 7 verbunden. Zu
den Peripherie-Schnittstellenbausteinen 7 der ersten
Elektronikbaugruppe 2 gehören im Ausführungsbeispiel folgende Schnittstellen:
- – eine
Busschnittstelle 9 für
den CAN-Bus (Controller Area Network Bus)
- – eine
Busschnittstelle 10 für
einen Audiodaten-Bus,
beispielsweise den Inter-IC-Sound-Bus (I2S-Bus)
- – eine
Softwareschnittstelle 11 zur Diagnose und Software-Aktualisierung über einen
seriellen asynchronen Bus (universal ascynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
Busschnittstelle 12 für
eine Verbindung zu einer Mobilfunk-Antenne nach dem GSM-/GPRS-Kommunikationsstandard über einen
seriellen asynchronen Bus (universal ascynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
Busschnittstelle 13 für
eine Verbindung zu einer mit dem satellitengestützten globalen Ortungssystem
(GPS) verbundenen Antenne über einen
seriellen asynchronen Bus (universal ascynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
Busschnittstelle 14 für
eine Verbindung zu peripheren Bedienelementen und einfachen Anzeigeeinrichtungen über einen
seriellen asyn chronen Bus (universal ascynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
Schnittstelle 15 für
eine Teilnehmer-Identifizierungskarte
(subscriber identification module (SIM)) für einen berechtigten Zugang
des modularen und skalierbaren Systems als Teilnehmer an das Mobilfunknetz
(GSM-/GPRS-Netz)
- – eine
Schnittstelle 16 nach dem Bluetooth-Standard zur funkgestützten Datenübertragung
zu elektronischen Geräten
(Tastatur, Maus, tragbare Rechner) im Nahbereich
- – eine
analoge Verbindungsschnittstelle 17 (Audio Out) zur Ansteuerung
von Lautsprechern
- – eine
analoge Verbindungsschnittstelle 18 (Audio In) zur Radioantenne
- – eine
analoge Schnittstelle 19 zum Anschluß einer Fahrzeug-Bordspannung
- – ein
Dual-Port-RAM-Baustein 6 zum Datenaustausch mit der zweiten
Elektronikbaugruppe 3
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Die erste Elektronikbaugruppe 2 weist
zusätzlich
eine analoge Schnittstelle 20 auf, die über die Stromverbindung 5 mit
der zweiten Elektronikbaugruppe 3 zur Versorgung der zweiten
Elektronikbaugruppe 3 mit stabilisierten Spannungen verschiedener
Spannungspegel verbunden ist.
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Die zweite Elektronikbaugruppe 3 ist
mit der Peripherie über
die Peripherie-Schnittstellenbausteine 8 verbunden. Zu
den Peripherie-Schnittstellenbausteinen 8 der zweiten Elektronikbaugruppe 3 gehören folgende
Schnittstellen:
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- – ein
Dual-Port-RAM-Baustein 6 zum Datenaustausch mit der ersten Elektronikbaugruppe 2
- – eine
Softwareschnittstelle 21 zur Diagnose und Software-Aktualisierung über einen
seriellen asynchronen Bus (universal asynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
Busschnittstelle 22 für
eine Verbindung zu einer Mobilfunk-Antenne nach dem GSM-/GPRS- Kommunikationsstandard über einen
seriellen asynchronen Bus (universal asynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
Busschnittstelle 23 für
eine Verbindung zu einer mit dem satellitengestützten globalen Ortungssystem
(GPS) verbundenen Antenne über einen
seriellen asynchronen Bus (universal asynchronous receiver transmitter
(UART))
- – eine
standardisierte Schnittstelle 24 (nach ATAPI-Standard (AT
Atachment Packet Interface)) für die
Anbindung unterschiedlichster Massenspeicher (CD-ROM, DVD, Festplatte)
an einen einheitlichen Massenspeicher-Ansteuerungsbaustein
- – eine
Busschnittstelle 25 für
eine Hochgeschwindigkeitsbus (nach der LVDS-Technologie (low voltage
differential signal technology)) zum Datentransfer zu einem schnellen
nichtflüchtigen
Speicher-Modul (flasch-Speicher)
- – eine
Laufwerksschnittstelle 26 für eine Speicherkarte mit hohem
Sicherheitsstandard (secure digital Karte)
- – eine
Schnittstelle 27 zum Anschluß einer Tastatur und/oder einer
Maus nach dem PS/2-Standard
- – eine
Schnittstelle 28 zum Anschluß eines hochauflösenden Vollgrafikbildschirms
- – eine
Busschnittstelle 29 für
den optoelektronischen MOST-Bus (Media Oriented System Transport
Bus)
- – eine
Netzschnittstelle 30 nach dem Ethernet-Standard zum Anschluß an ein lokales Netzwerk (LAN)
- – eine
erste Erweiterungsschnittstelle 31 für eine Verbindung zu einer
ersten Erweiterungs-Elektronikbaugruppe 32
- – eine
zweite Erweiterungsschnittstelle 33 für eine Verbindung zu seiner
zweiten Erweiterungs-Elektronikbaugruppe 34
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Die zweite Elektronikbaugruppe 3 weist
zusätzlich
eine analoge Schnittstelle 20 auf, die über die Stromverbindung 5 mit
der ersten Elektronikbaugruppe 2 zur Versorgung der zweiten
Elektronikbaugruppe 3 mit stabilisierten Spannungen verschiedener
Spannungspegel verbunden ist. Über
eine analoge Schnittstelle 35 nach dem ATAPI-Standard werden
die Massenspeicherlaufwerke CD-ROM, DVD und Festplatte mit stabilisierten
Spannungen verschiedener Spannungspegel versorgt.
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Gemäß 2 ist die CAN-Bus-Schnittstelle 9 über die
Verbindungsleitung 36 mit einem CAN-Busschnittstellen-Ansteuerbaustein 37 verbunden.
Dieser CAN-Busschnittstellen-Ansteuerbaustein 36 steuert
und überwacht
den gesamten Datenverkehr zwischen der ersten Elektronikbaugruppe 2 und
dem CAN-Bus mit typischerweise folgenden Funktionen:
- – Steuerung
und Überwachung
des gesamten Sende- und
Empfangsbetriebs (handshaking)
- – Protokollaufbau
(framing)
- – Fehlerbehandlung
(error handling)
- – Fehlerberichterstattung
(error reporting)
- – Protokollsynchronisierung
(frame synchronizing)
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Daneben führt der CAN-Busschnittstellen-Ansteuerbaustein 36 aufgrund
seines integrierten Mikroprozessors auch noch folgende nicht CAN-spezifischen
Funktionen aus:
- – Ansteuerung des Bedien-/Anzeige-Moduls 55
- – Ansteuerung
der Leistungsschalter im Stromschalter 63 (Leistungssteuerung)
- – Navigations-
und Telematikfunktionen
- – Softwarediagnose
und Softwareaktualisierung
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Die Audiodaten-Busschnittstelle 10 ist über die
Busverbindungen 38 mit dem digitalen Signalprozessor 39 für Audiodaten
verbunden. Außerdem
ist er mit den Audio-Endstufen 41 über die
Busverbindung 40 zur Übertragung
der Ansteuersignale und mit dem RDS-Tuner 42 über die
Verbindungsleitung 43 zum Empfang des demodulierten Empfangssignals
verbunden. Der digitale Signalprozessor 39 führt das
wesentliche Audiodaten-Management durch. Hierzu gehören vor
allem folgende Funktionen:
- – Demodulation des RDS-Signals
(digitale senderspezifische Zusatzdaten wie z.B. Senderbezeichnung,
Kurznachricht oder Sendefrequenzen zur Nachführung des Empfängers an
die optimale Sendefrequenz)
- – Absorption
von auftretenden Interferenzen im Empfangssignal
- – Rauschunterdrückung des
Empfangssignals (nach Dolby-Standard)
- – Signalbehandlung
von schwach empfangenen Signalen
- – Basisband-Signalverarbeitung
(Verstellung der Lautstärke,
der Höhen,
der Tiefen, der Balance des Stereotons usw.)
- – Signaldekodierung
und -verarbeitung zu Stereo-, Surround- und anderen Klang-Effekten
- – Generierung
der Ansteuersignalen für
die Audio-Endstufen
- – MP3-Kompression
und -Dekompression
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Die Audio-Endstufen 41 erzeugen
aus den vom digitalen Signalprozessor 39 für Audiosignale über die
Busverbindung 40 erhaltenen Ansteuersignale die für die jeweils
angeschlossenen Lautsprecher(-paare) erforderlichen Leistungssignale,
die über
den Leistungsbus 44 an die Schnittstelle 17 zu den
Lautsprechern übertragen
werden.
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Der RDS-Tuner 42 empfängt über die
Verbindungsleitung 45 von der Schnittstelle 18 zur
Radio-Antenne das Empfangssignal und führt im wesentlichen eine Demodulation
des amplituden- oder frequenzmodulierten Multiplexsignals durch
und führt das
demodulierte Signal über
die Verbindungsleitung 43 dem digitalen Signalprozessor 39 für Audiodaten zu.
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Die Schnittstelle 13 zum
globalen Ordnungssystem (GPS) ist über die Verbindungsleitung 46 mit dem
GPS-Modul 47 verbunden. Das GPS-Modul 47 empfängt über die
Schnittstelle 13 von einem GPS-Satelliten die aktuellen
geografischen Positionsdaten des Fahrzeugs in Echtzeit und führt im wesentlichen
folgende Funktionen durch:
- – Dekodierung der GPS-Daten
zur exakten Bestimmung der aktuellen Position in Echtzeit
- – Ermittelung
der aktuellen Bewegungsrichtung aus mehreren zurückliegenden GPS-Daten in Echtzeit
- – optionale
Recherche und Abfrage nach zusätzlicher
Standortinformationen zur aktuellen Position
- – Durchführung einer
Routenplanung auf der Basis von abgespeicherten Stadt- und Landkarten
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Zusätzlich zu den charakteristischen GPS-Funktionen
werden im GPS-Modul folgende GPS-fremden Funktionen zusätzlich ausgeführt:
- – Funktionen
der Sprachein- und -ausgabe
- – Audiodatenkompression
und -Dekompression nach dem MP3-Standard
- – Videodatenkompression
und -Dekompression nach dem MPEG-Standard
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Die Mobiltelefonie-Schnittstelle 12 ist über die
Verbindungsleitung 48 mit dem GSM-Modul 50 verbunden.
Für einen
berechtigten Zugriff des modularen und skalierbaren Systems 1 über das
GSM-Modul 50 an das Mobilfunknetz nach GSM-Standard ist eine
Teilnehmernidentifizierung des modularen und skalierbaren Systems 1 über eine
Teilnehmer- Identifizierung-Karte
(SIM = subscriber identification module) nötig. Hierzu wird an das GSM-Modul 50 über eine Verbindungsleitung 49 und
eine Schnittstelle 15 für die
Teilnehmer-Identifizierungs-Karte ein Laufwerk für eine SIM-Karte angeschlossen,
um auf diesem Wege die korrekte Teilnehmer-Identifizierung am GSM-Netz
zu verwirklichen. Die wesentlichen Funktionen des GSM-Moduls sind
folgende:
- – Authentifizierung
des Teilnehmers mittels Code der SIM-Karte
- – Modulation
bzw. Demodulation im Zeit-Multiplex-Verfahren
- – Kanalkodierung
bzw. -Dekodierung mit fehlerkorrigierendem Code (FEC, CRC) und Verschachtelungskodierung
(Interleaving)
- – Sprachkodierung
- – Entwicklung
von verschiedenen Diensten (z.B. GPRS: Internetzugriff; SMS: Kurznachrichten usw.)
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Die Softwareschnittstelle 11 ist
zu Diagnose- und Softwareaktualisierungzwecken über die Verbindungsleitung 51 mit
dem digitalen Signalprozessor 39 und der CAN-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 37 verbunden.
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Die Bluetooth-Schnittstelle 16 ist über die Verbindungsleitung 52 mit
dem Bluetooth-Modul 53 verbunden. Das Bluetooth-Modul 53 ist
auf dem Funk-Übertragungsweg
mit Peripheriegeräten
wie Tastatur, Maus, Joystick und Laptop, die sich in unmittelbarer
Nähe des
modularen und skalierbaren Systems 1 befinden, zum Datenaustausch
verbunden. Der Funktionsumfang des Bluetooth-Moduls 53 ähnelt aufgrund
der gleichen Datenübertragungsstrecke
dem Funktionsumfang des GSM-Moduls 50.
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Die Schnittstelle 14 zu
den Tasten, Drehknöpfen
und Anzeigen ist über
eine Verbindung 54 mit dem Bedien-/Anzeige-Modul 55, bestehend
aus LCD-Anzeige, Drehknöpfen
und Tasten, verbunden. Die entsprechenden Ansteuersignale für die LCD-Anzeige
und die entsprechenden Statussignale der Drehknöpfe und Tasten werden über die
Verbindungsleitung 56 zwischen der Schnittstelle 14 zu
den Tasten, Drehknöpfen
und Anzeigen und der CAN-Bus-Schnittstelle-Ansteuerung 37 ausgetauscht,
deren Mikroprozessor die Ansteuerung und Überwachung des Bedien-/Anzeige-Moduls 55 übernimmt.
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Die Stromversorgungsschnittstelle 19,
die von der Fahrzeug-Bordspannung mit Spannung versorgt wird, ist über eine
Verbindungsleitung 57 mit der Schutzschaltung 58 verbunden,
in der ein Überspannungsschutz
und eine Strombegrenzung vorgesehenen ist. Die begrenzte Ausgangsspannung
der Schutzschaltung 58 wird über die Leistungsverbindung 59 der
Audio-Endstufen-Ansteuerung 41 zur Erzeugung von Leistungssignalen
für die
eingesetzten Lautsprecher und über
die Leistungsverbindung 60 dem Stromversorgung-Modul 61 zugeführt. Im Stromversorgungs-Modul 61 erfolgt
die Erzeugung mehrerer Einzelspannungen unterschiedlicher Spannungspegel
aus der Fahrzeug-Bordspannung. Diese Einzelspannungen werden über die
Leistungsverbindung 62 dem Stromschalter 63 zugeführt, in
dem diese über
Leistungsschalter den einzelnen aktiven Elektronikkomponenten des
modularen und skalierbaren Systems 1 in zeitlicher Reihenfolge
zugeschaltet werden. Über
die Spannungsleitungen 64 werden die einzelnen aktiven
Elektronikkomponenten der ersten Elektronikbaugruppe 2,
der zweiten Elektronikbaugruppe 3 und des Bedien-/Anzeige-Moduls 55 mit
den jeweiligen Einzelspannungen vom Stromschalter 63 versorgt.
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Der Dual-Port-RAM-Baustein 6,
der über
die digitale Datenverbindungsleitung 4 mit der zweiten Elektronikbaugruppe 3 verbunden
ist, ist über
die Verbindungsleitung 65 mit dem GPS-Modul 47, über die
Verbindungsleitung 66 mit dem GSM-Modul 50, über die
Verbindungsleitung 67 mit dem Bluetooth-Modul 53, über die
Verbindungsleitung 68 mit dem digitalen Signalprozessor 39 und über die
Verbindungsleitung 69 mit der CAN-Bus- Schnittstellen-Ansteuerung 37 verbunden.
Die analoge Schnittstelle 20, die über die Stromverbindung 5 mit
der zweiten Elektronikbaugruppe 3 verbunden ist, wird von
den Spannungsleitungen 64 versorgt.
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Auf der zweiten Elektronikbaugruppe 3 ist
die Hochgeschwindigkeitsschnittstelle 25 (nach LVDS-Technologie) über die
Verbindungsleitung 70 mit dem Empfänger für den Hochgeschwindigkeit-Bus 71 verbunden.
Dieser Empfänger 71 für den Hochgeschwindigkeit-Bus
führt im
wesentlichen eine Wandlung des Spannungspegels des Hochgeschwindigkeitsbusses
zu Standardtechnologie-Spannungspegeln
(CMOS,TTL) durch. Über
die Verbindungsleitung 81 ist der Empfänger 71 für den Hochgeschwindigkeits-Bus
mit dem programmierbaren Logikbaustein (FPGA) 75 verbunden.
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Die MOST-Busschnittstelle 29 ist über die Verbindungsleitung 72 mit
der MOST-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 73 verbunden. Während in
der MOST-Busschnittstelle 29 die Umsetzung des elektrischen
Signals der Verbindungsleitung 27 auf das optische Signal
der Glasfaserleitung des optischen MOST-Busses erfolgt, führt die
MOST-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 73 die
hardwarenahen Funktionen des Sendens und Empfangens von Datenströmen und
Datenpaketen im synchronen und asynchronen Datenübertragungs-Modus des MOST-Busses
durch. Um über
die MOST-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 73 sowohl
asynchrone Datenströme
wie auch synchrone Datenpakete versenden und empfangen zu können, wird
die MOST-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 73 über die
Verbindungsleitung 74 mit dem programmierbaren Logikbaustein
(FPGA) 75 verbunden, in dem in Hardware entsprechende Datenpuffer
für die
Datenströme
und für
die Datenpakete im Sende- und Empfangs-Modus entsprechende Schnittstellen
zum FPGA-internen Datenbus und zur MOST-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 73 und geeignete
Steuerungsstrukturen implementiert sind.
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Die Schnittstelle 30 für das lokales
Netzwerk (LAN) ist über
eine Verbindungsleitung 76 mit der Netzwerk-Rnsteuerung 77 verbunden.
Die Netzwerk-Ansteuerung 77 steuert und überwacht
die Schnittstelle 30 für
das lokale Netzwerke (LAN) nach dem Ethernet-Standard und führt eine
Umwandlung der zu sendenden bzw. zu empfangenden Daten in die entsprechenden
Datenformate unter Zwischenspeicherung der Daten in entsprechenden
Datenpuffern durch. Die Netzwerk-Ansteuerung 77 ist mit
dem lokalen Bus 78 der zweiten Elektronikbaugruppe 3 verbunden.
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Die Schnittstelle für Vollgrafikbildschirme 28 ist über die
Verbindungsleitung 79 mit der Grafik-Ansteuerung 80 verbunden.
Die Grafik-Ansteuerung 80 wandelt die darzustellenden Bilddaten,
die sie über den
lokalen Bus 78 von den informationsverarbeitenden Einheiten
erhält,
in das für
den hochauflösenden Vollgrafik-Bildschirm
geeignete Bilddatenformat um.
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Der programmierbare Logikbaustein 75 ist mit
der Schnittstelle 26 für
Hochsicherheits-Speicherkarten über
die Verbindungsleitung 82, mit der Schnittstelle 27 nach
dem PS/2-Standard für
Tastatur und Maus über
die Verbindungsleitung 83, mit der Universalschnittstelle 24 nach
dem ATAPI-Standard für
CD, DVD und Festplatte über
die Verbindungsleitung 85, mit der ersten Erweiterungsschnittstelle 31 über die
Verbindungsleitung 86, mit der zweiten Erweiterungsschnittstelle 33 über die
Verbindungsleitung 87, mit der Schnittstelle 23 zum
globalen Ortungssystem über
die Verbindungsleitung 88 und mit der Mobiltelefonieschnittstelle 22 über die
Verbindungsleitung 89 verbunden.
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Die Softwareschnittstelle 21 ist über die
Verbindungsleitung 84 mit dem programmierbaren Logikbaustein
nach FPGA-Technologie 75, mit dem Mikroprozessor 90 und
mit dem programmierbaren Logikbaustein nach CPLD-Technologie 96 zur
Softwarediagnose und Softwareaktualisierung verbunden.
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Der programmierbare Logikbaustein 75 (FPGA)
führt im
wesentlichen Schnittstellenfunktionen zwischen dem lokalen Bus 78 der
zweiten Elektronikbaugruppe 3 und den Peripherie-Schnittstellen-Bausteinen 8 sowie
deren Ansteuer-Bausteinen 71, 73, 77 und 80 durch. Über den
lokalen Bus 78 ist der programmierbare Logikbaustein 75 mit
dem Mikroprozessor 90, einem flüchtigen Speicherbaustein (RAM) 91,
einem nicht flüchtigen
Speicherbaustein (ROM) 92 und einem schnellen nicht flüchtigen
Speicherbaustein (Flash) 93 verbunden.
-
Auf dem Mikroprozessor 90,
der durch eine hohe Rechenleistung gekennzeichnet ist, ist auf der Basis
eines Echtzeit-Betriebssystems die Anwendungssoftware implementiert,
die folgende Aufgaben wahrnimmt:
- – Realisierung
einer Anwendungsumgebung zur Implementierung von kundenspezifischer
Software
- – Grafikfunktionen-Grafikschnittstelle – für die Darstellung
unterschiedlichster Informationen (z. B. Zustandsdaten aus dem Motor-Management, Navigationsdaten,
Daten des Audio- und Videosystems usw.) auf Vollgrafikbildschirmen
im Cockpit bzw. im Bereich der Rücksitze
- – Spracherkennungs-
und -synthesefunktionen
- – höherwertige
Signalverarbeitungsfunktionen (z.B. MPEG-Kodierung/Dekodierung von
Videodaten, MP3-Kodierung/Dekodierung von Audiodaten, Audiodatenmanagement)
- – Softwarediagnose
und Softwareaktualisierung
- – Navigationsfunktionen
und andere Fahrerinformationsfunktionen
- – Internetnahe
Anwendungsfunktionen
-
Die im Rahmen dieser Aufgaben erzeugten Daten
werden vom programmierbaren Logikbaustein 75 und Mikroprozessor 90 über den
lokalen Bus 78 in den flüchtigen Speichern (RAM) 91 gespeichert. Festwertdaten
(z.B. Parameter, Konstanten) werden über den lokalen Bus 78 aus
dem nicht flüchtigen Speicher
(ROM) 92 abgerufen. Die Konfigurationsdaten für den programmierbaren
Logikbaustein (FPGA) 75 werden im schnellen nicht flüchtigen
Speicher (Flash-Speicher) 93 und die System- und Anwendungssoftware
des Mikroprozessors 91 wird im elektrisch löschbaren
nicht flüchtigen
Speicher (EEPROM) 94 gehalten. Während der Initialisierung des modularen
und skalierbaren Systems 1 werden die Konfigurationsdaten
aus dem Flash-Speicher 93 dem programmierbaren Logikbaustein
nach FPGA-Technologie 75 über die Verbindungsleitung 95 mittels
Steuerung durch einen programmierbaren Logikbaustein 96 nach
CPLD-Technologie zugeführt.
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Zur Taktung der informationsverarbeitenden Einheiten – programmierbarer
Logikbaustein nach FPGA-Technologie 75, Mikroprozessor 90,
programmierbarer Logikbaustein nach CPLD-Technologie 96 auf
der zweiten Elektronikbaugruppe 3, CAN-Bus-Schnittstellen-Ansteuerung 37 und
digitaler Signalprozessor 39 auf der ersten Elektronikbaugruppe 2 – dient
ein Echtzeituhr-Baustein 97. Dieser ist über die
Verbindungsleitungen 98 mit den entsprechenden elektronischen
Bausteinen 75, 90 und 96 der zweiten
Elektronikbaugruppe 3 und den entsprechenden elektronischen
Bausteinen 37 und 39 der ersten Elektronikbaugruppe 2 über das
Dual-Port-RAM 6 und über
die digitale Datenverbindung 4 verbunden ist.
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Das Dual-Port-RAM 6, das über die
digitale Datenverbindung 4 mit der ersten Elektronikbaugruppe 2 verbunden
ist, ist daneben über
den Datenbus 99 mit dem programmierbaren Logikbaustein
nach FPGA-Technologie 75 und über den Datenbus 100 mit
dem Mikroprozessor 90 zum Datenaustausch mit der ersten
Elektronikbaugruppe 2 verbunden.
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Die Stromverbindung 4 von
der ersten Elektronikbaugruppe 2 ist über die Stromschnittstelle 20 und
die Stromleitungen 101 mit Stromverbindungsschnittstelle 35 zur
ATAPI- Schnittstelle
und mit allen aktiven elektronischen Bausteinen 71, 73, 75, 77, 80, 91, 92, 93 und 94 der
zweiten Elektronikbaugruppe 3 zur stabilisierten Spannungsversorgung
verbunden.
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Um die Übersichtlichkeit in den 2 und 3 der Zeichnung nicht zu gefährden, wurde
die Darstellung sämtlicher
Ansteuer- und Verbindungsleitungen auf die obige beschriebenen Leitungen
beschränkt.
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Aus der obigen Beschreibung geht
hervor, daß auf
der ersten Elektronikbaugruppe 2 alle diejenigen Funktionen
realisiert sind, die einen gewissen minimalen Standardumfang für multimediale
Komfortfunktionen darstellen und die von ihrer Echtzeitverarbeitung
hohe Echtzeitanforderungen aufweisen. Zu diesen Funktionen zählen:
- – die
Ansteuerung einer einfachen Anzeige, beispielsweise einer LCD-Anzeige
- – die Überwachung
von Bedienvorrichtungen wie Tasten und Drehknöpfe
- – die Überwachung
und Steuerung der einzelnen stabilisierten Spannungsversorgungen
- – der
Rundfunkempfang mit RDS-Tuner
- – Audiodatenmanagementfunktionen
für den Standardumfang
- – die
Ansteuerung von Audio-Leistungsendstufen
- – die
Ansteuerung und Überwachung
von Nebenbetrieben im Fahrzeug (z.B. Scheibenwischer, Fensterheber) über den
CAN-Bus
- – Telematikdienste
(Ortung mittels GPS, Mobiltelefonie über GSM-Netz)
- – Anschlußmöglichkeit
an Fahrzeug-Bordspannung
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Auf der zweiten Elektronikbaugruppe 3 sind dagegen
alle diejenigen Funktionen implementiert, die höherwertige, aber nicht zwingend
erforderliche multimediale Komfortfunktionen darstellen und von ihrer
Echtzeitverarbeitung eher geringere Echtzeitanforderungen an die
Rechnerleistung stellen. Zu diesen Funktionen zählen:
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- – Ansteuerung
eines hochauflösenden
Vollgrafikbildschirms
- – Internetzugriff über GSM-Netz
und Durchführung
von internetnahen Anwendungen
- – Spracherkennung
und -synthese
- – Ansteuerung
und Überwachung
von Nebenbetrieben im Fahrzeug über
den optoelektronischen MOST-Bus
- – Navigation
und Fahrerinformationssystem
- – höherwertige
Signalverarbeitung im Audio- und Videobereich (MP3- und MPEG-Kompression und -Dekompression)
- – Anschlußmöglichkeit
von CD, DVD, Festplatte und Hochsicherheitsspeicherkarte (SD-Karte)
- – Anschlußmöglichkeit
von Tastatur, Maus, Joystick und Laptop
- – Anschlußmöglichkeit
an lokales Netzwerk (LAN) zur Softwarediagnose und -aktualisierung
- – Anschlußmöglichkeit
an Erweiterungs-Elektronikbaugruppen
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Die Aufrechterhaltung einer Redundanz
zumindest hinsichtlich der wichtigen Funktionen der Ausfall einer
der beiden Elektronikbaugruppen 2 und 3 ist gewährleistet.
Bei Ausfall der zweiten Elektronikbaugruppe 3 werden die
wichtigen Funktionen des modularen und skalierbaren Systems 1 von
der ersten Elektronikbaugruppe 2 aufgrund der Tatsache übernommen,
daß die
zweite Elektronikbaugruppe 3 aufgrund der Systemarchitektur
nur höherwertige und
nicht zwingend erforderliche Komfortfunktionen ausführt.
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Bei Ausfall der ersten Elektronikbaugruppe 2 kann
die Spannungsversorgung über
die Stromschnittstelle 20 von der Fahrzeug-Bordspannung
abgezweigt werden und über
die Stromverbindung 5 der Audio-Endstufen-Ansteuerung 41 auf
der ersten Elektronikbaugruppe 2 zugeführt werden. Die Überwachung
der Tasten und Drehknöpfe über die Schnittstelle 14 und
die Ansteuerung der Lautsprecher über die Schnittstelle 17 auf
der ersten Elektronikbaugruppe 2 kann auch durch den Mikroprozessor 90 bzw.
den programmierbaren Logikbaustein 75 der zweiten Elektronikbaugruppe 3 auf
dem Weg über die
digitale Datenverbindung 4 erfolgen. Die Telematikdienste
(Ortung und Mobiltelefonie) sind über die Schnittstellen 22 und 23,
den programmierbaren Logikbaustein 75 und den Mikroprozessor 90 der
zweiten Elektronikbaugruppe 3 realisiert. Somit ist bei Ausfall
der ersten Elektronikbaugruppe 2 ein Notbetrieb durch die
zweite Elektronikbaugruppe 3 möglich.