DE19625103A1 - Verfahren zur Steuerung von Informationsübertragung zwischen Komponenten und Komponente zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents
Verfahren zur Steuerung von Informationsübertragung zwischen Komponenten und Komponente zur Durchführung des VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung der
Informationsübertragung zwischen elektronischen Komponenten
vorzugsweise in einem Kraftfahrzeug nach der Gattung des
Hauptanspruchs.
Es sind bereits Verfahren zur Steuerung der
Informationsübertragung zwischen elektronischen Komponenten
in einem Kraftfahrzeug bekannt. Trotz Hochintegration nimmt
der Raumbedarf für Kfz-Komponenten im Bereich der
Information und Unterhaltung, aufgrund gesteigerter
Funktionalität sowie Komplexität zu. Dies führt zu
vernetzten Systemen und dezentral angeordneten Komponenten.
Neben Steuer- und Kontrollinformationen müssen auch Audio-
sowie Videodaten oder z. B. Daten einer CD-Rom übertragen
werden. Für die Übertragung dieser Daten wird ein modulares
Konzept benötigt, das die Übertragung über Koaxialkabel oder
Lichtwellenleitern, im allgemeinen aus Kunststoff, erlaubt.
Dabei werden u. a. aus Kostengründen
Standardübertragungsprotokolle für die Datenübertragung
verwendet.
Bekannt ist eine Vernetzung von Komponenten in
Kraftfahrzeugen in der Form einer Sterntopologie. Bei diesem
Aufbau werden eine gewisse Anzahl an Datenquellen an eine
Datensenke angeschlossen. Diese Anzahl kann durch die
limitierte Zahl von freien Eingängen nicht überschritten
werden. Zudem ist ein hoher Aufwand an Platz sowie eine
große Zahl an benötigter Steckkontakten an der Datensenke
von Nachteil.
Bekannt sind auch optische Ringstrukturen (Jitterverhalten
optischer Ringstrukturen, Schunk, N. Bosch Technische
Berichte 3/96), bei denen über das Übertragungsmedium sowohl
Daten als auch Steuer- und Kontrollinformationen übertragen
werden. Jede Komponente, sei es Datenquelle oder Datensenke,
besitzt eine Opto-Elektro-Wandler am Eingang sowie einen
Elektro-Opto-Wandler am Ausgang. Ein Protokollprozessor
ermöglicht das Dateneinlesen und -auslesen. Der Datenstrom
muß bei einer Ringstruktur getaktet werden. Nachteilig an
einer Ringtopologie sowie der Übertragung aller Daten über
dasselbe Medium ist die Tatsache, daß eine Unterbrechung an
beliebiger Stelle das gesamte Netzwerk außer Betrieb setzt.
Komponenten die außer Steuer- und Kontrolldaten kein eigenes
Datenaufkommen haben, z. B. Fernbedienungen, besitzen bei
einer Ringstruktur ein überdimensioniertes Interface.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil,
daß die reine Datenübertragung von der Steuerungs- und
Kontrollfunktion entkoppelt wird und eine gemeinsame
Steuerleitung zwei getrennt an eine erste und zweite
Datenleitung angeschlossenen Komponenten oder
Komponentengruppen verbindet. Durch die doppelten
Datenleitungen wird die Anzahl der übertragbaren Kanäle
erhöht, so daß gleichzeitig mindestens zwei Quellen Daten an
die verarbeitende Komponente, z. B. die Audiosenke ausgeben
können. Solange es keine Einschränkungen durch das
verwendete Protokoll gibt, ist es z. B. bei Audiodaten auch
möglich, 4 Monosignale und somit vier verschiedene
Quellensignale gleichzeitig zu übertragen. Eine
Unterbrechung einer der Datenleitungen führt zum Verlust der
Daten der Komponenten, die in der jeweiligen Datenleitung
jenseits der Bruchstelle von der Datenquelle aus gesehen
liegen, aber der Rest der Komponenten kann ungestört
weiterarbeiten.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ist
eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung des im
Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.
Durch den Aufbau einer zweifachen Kaskadenstruktur, bei der
die Reihenfolgen der Komponenten beliebig ist und auch die
Anzahl der Komponenten nicht durch die Zahl der Steckplätze
eingeschränkt wird, werden Vorteile bei der Datenübertragung
erzielt. Der Begriff Kaskade soll für die Aneinanderkopplung
von Komponenten, die eine gemeinsame Daten- und
Steuerleitung haben, in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
verwendet werden. Es ist ebenfalls von Vorteil, daß die
Datenströme über Bypass-Schaltungen durch die einzelnen,
elektronischen Komponenten geführt werden, die nicht aktiv
geschaltet sind. Das hat den Vorteil, daß eine einfache
Schaltung die Datenverbindung zwischen den Komponenten
übernimmt, und keine aktive Taktregenerierung mit einer
Phase Locked Loop benötigt wird.
Somit wird der elektronische Aufwand für eine Komponente der
Datenvernetzung geringer.
Durch die Möglichkeit die Kaskade sowohl für die analoge als
auch die digitale Übertragung von Daten zu verwenden, ist
das Verfahren flexibel einsetzbar und kann vom heutigen
Stand der Technik schnell an zukünftige, höhere
Anforderungen angepaßt werden.
Das Verfahren eignet sich zu Übertragung von Daten mit
Standardübertragungsprotokollen, wobei die Datenübertragung
vorteilhafter Weise mit einer selbstgetakteten Codierung
erfolgt.
Bei Verwendung von Standardprotokollen ist gegebenenfalls
eine Verarbeitung von Daten aus den beiden getrennten
Datenleitungen oder aus zwei getrennten Kanälen möglich.
Das Verfahren wird am besten mit Lichtwellenleitern
Datenleitungen realisiert, wobei der Bypass-Schalter
elektrisch schaltet, nachdem das Licht gewandelt wurde. Das
ist eine kostengünstige Lösung, wobei allerdings zukünftig
die Verwendung eines optischen Schalter zu erwägen ist.
Die Komponenten für die Durchführung des Verfahrens haben
vorteilhafterweise einen Anschluß an den Steuerbus, sowie
eine Anschluß an die jeweiligen Datenleitung, der vom
Steuerbus aktiv geschaltet wird.
Vorteilhaft ist bei der Doppel-Kaskadierung, daß z. B. bei
der Audioübertragung die Datenleitungen in der Audiosenke in
einem Mischer enden, der es erlaubt, Signale aus zwei
Quellen zu überlagern.
Vorteilhaft ist auch einen Ausbildung der Komponenten, bei
der über einen Schalter auf mehrere Datenleitungen
zugegriffen werden kann.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erfindungsgemäßes
Vernetzungssystem,
Fig. 2 den Aufbau einer Quellen-Komponente
in der Datenkaskadierung,
Fig. 3 ein
Ausführungsbeispiel des Kaskadierungssystems,
Fig. 4 eine
Schaltung für eine Audiosenke in der doppelten Kaskade und
Fig. 5 eine Ausführung ohne Bypass-Schaltung.
Fig. 1 zeigt die Vernetzung bei einem doppelt-kaskadierten
System mit der Kaskade K1 und K2. Das erfindungsgemäße
Vernetzungssystem setzt eine Trennung von Steuer- und
Kontrolldaten sowie von Nutzdaten bei der Übertragung
voraus. Die Datenübertragung erfolgt über die Datenleitungen
3. Die Übertragung selbst verwendet vorteilhafterweise ein
digitales Übertragungsprotokoll, das eine selbsttaktende
Codierung verwendet. Eine solche Codierung ist z. B. eine
Biphase-Mark-Codierung, die eine synchrone Übertragung über
die Datenleitung 3 ermöglicht. Die Steuerung erfolgt über
den MMI-Master (Man Machine Interface), der auch in einer
Komponente integriert sein kann. Der Master stellt die
Schnittstelle zum Benutzer dar. Ein MMI-Master ist dadurch
gekennzeichnet, daß er sämtliche Zustände, die für die
Vernetzung der Daten relevant sind, kontrolliert und
eventuell in einem nichtflüchtigen Speicher speichert.
Die Komponenten 9 stellen jeweils Datenquellen 1 oder
Datensenken 2 dar. Innerhalb einer Kaskade besitzt jede
Komponente 9 einen Datenausgang 12 und einen Dateneingang
11. Die beiden Ein- und Ausgänge werden über einen Bypass 10
mit der Quelle 1 verschaltet. Die Endkomponenten können
Datenquellen sein, die dann nur einen Datenausgang 12
besitzen. Komponenten 9, die keine Datenquellen oder -senken
sind, sondern lediglich Steuerinformationen benötigen bzw.
zur Verfügung stellen, werden an den Steuerbus 5
angeschlossen. Im allgemeinen wird am Ende der Kaskade eine
Datensenke angeordnet. Datenquellen und Datensenken
beinhalten alle notwendigen Sender- und
Empfängerschnittstellen. Die Reihenfolge in der Datenkaskade
ist bei nur einer Datensenke beliebig.
Fig. 2 zeigt den Aufbau einer beliebigen Komponente 9. Der
Steuer- und Kontrollbus 5 wird in der Komponente an ein
Businterface, das von einem Mikroprozessor gesteuert wird,
angeschlossen. Die Datenquelle mit Codierschaltung 1
kommuniziert über das Mikroprozessorsystem mit der
Steuereinheit. Die Komponente 9 weist eine Bypass-Schaltung
10 auf. Der Eingang 11, der in unserem Fall an einen
Lichtwellenleiter angeschlossen wird, muß mit einem
optoelektronischen Wandler versehen sein. Der Schalter 13
kann den Eingang 11 auf den Ausgang 12 schalten.
Im allgemeinen aktiviert der MMI-Master die Quelle wie z. B.
den CD-Wechsler, über den Steuerbus mit einem Befehl. Im
Fall eines Navigationsgeräts wird eine Fahranweisung
angekündigt, indem die Datenquelle 1 das Vorhandensein von
Daten, die an die Datensenke gesendet werden sollen, das
über den Steuer- und Kontrollbus 5 dem Master der
Datenkaskade mitteilt. Über den Steuer- und Kontrollbus
kommt die Anweisung, diese Datenquelle aktiv zu schalten.
Daraufhin wird der Schalter 13 zur Datenquelle umgelegt, und
die Signale der Datenquelle gehen über den elektrooptischen
Wandler 15 auf den Ausgang 12 und die Datenleitung 3. In der
Kaskade ist immer eine Quelle aktiv, alle anderen
Komponenten schleifen den Datenstrom in der Bypass-Schaltung
10 durch. Ein wesentliches Merkmal der Bypass-Schaltung, ist
das elektrische Durchschleifen des Datenstroms ohne
Taktregenerierung als einfaches Bauteil. Der Schalter selbst
kann ein CMOS-Schalter sein, es ist aber auch alternativ
der Einsatz von optischen Bypass-Schaltern denkbar.
Die Anzahl der maximal zulässigen Komponenten in einer
Datenkaskade wird durch die Qualität der
Übertragungsstrecken 3 sowie der Anpassungsschaltunen 14
und 15 bestimmt. Bei dem Einsatz von geeigneten
Anpassungsschaltungen und Lichtwellenleitersystemen, z. B.
Kunststofflichtwellenleitern, lassen sich bis zu 10
Komponenten über die Kaskade verbinden. Auf die Kaskadierung
bezogen werden vier verschiedene Komponenten 9
unterschieden:
- a) Datensenken (Endkomponente): die Datensenke besitzt lediglich einen Eingang 11
- b) Kaskadierfähige Datenquellen: Die Komponenten besitzen jeweils einen Dateneingang 11 und einen Datenausgang 12. Weiterhin ist in ihnen eine Bypass-Schaltung 10 integriert, die im wesentlichen aus einem elektrischen Umschalter, beispielsweise in CMOS Technologie, mit zwei Stellungen besteht: interne Quelle aktiv/beliebige externe Quelle aktiv. Die Schalterstellung wird durch das Mikroprozessorsystem mit Businterface überwacht und über den Steuer- und Kontrollbus 5 vom MMI Master 8 gesteuert. Bei gestörtem Businterface wird der Schalter automatisch in Default-Einstellung auf Durchschleifen gestellt.
- c) Nicht kaskadierfähige Datenquelle (Endkomponente): Eine Endkomponente besitzt lediglich einen Datenausgang 12. In jedem System kann genau eine Endkomponente vorkommen. Ob eine Komponente als Endkomponente ausgeführt wird oder nicht, richtet sich im allgemeinen nach der Ausrüstungswahrscheinlichkeit und dem voraussichtlichen Einbauort.
- d) Die Komponenten ohne Datenverarbeitung im Sinne der Kaskadierung: Komponenten, die keinen Anschluß für eine Datenkaskade besitzen können trotzdem im Netzwerk über den Steuer- und Kontrollbus 5 betrieben werden.
Grundsätzlich ist die Kaskade sowohl für Koaxialkabel als
auch für Lichtwellenleiter geeignet. In beiden Fällen ist
eine Anpassungsschaltung (z. B. Potentialtrennung,
Signalwandlung von optisch in elektrisch, usw.) notwendig.
In einer Kaskade sollte für alle Komponenten dasselbe
Übertragungsprotokoll verwendet werden, jedoch können z. B.
bei der Audioübertragung unterschiedliche Abtastraten in den
Komponenten vorliegen. Die zulässigen Abtastraten hängen
lediglich vom verwendeten Übertragungsprotokoll sowie vom
PLL-Bereich der Datensenke ab. Es kann durchaus sinnvoll
sein, verschiedene Übertragungsprotokolle oder
Übertragungsmedien für die beiden Kaskaden zu verwenden. So
kann z. B. bei einer Servicekaskade die Übertragung über
Koaxialkabel erfolgen, bei einer Musikkaskade jedoch über
Lichtwellenleiter.
Fig. 3 zeigt eine konkrete Ausführungsform einer Vernetzung
im Automobil. Auf der Armaturentafel A des Kraftfahrzeugs
befindet sich ein Autoradio mit integrierter Steuerfunktion.
Diese Audiosenke steht über einen CAN-Bus 5 mit den
Komponenten, die zum Teil im Kofferraum eingebaut wurden, in
Verbindung. Die obere Datenkaskade ist die Service-und
Informationskaskade I für Datenkomponente, die nur zeitweise
an die Audiosenke übertragen werden müssen, wie z. B. Telefon
I1, digitale Radiodurchsagen über den Traffic Message
Channel I2, oder Navigation I3. Auf der Seite der
Musikkomponenten E sind Datenquellen wie Radioempfänger E1,
CD-Spieler mit Wechsler E2 usw. angeordnet.
Die Daten der Komponenten werden über Lichtwellenleiter 3
zur Datensenke, in diesem Fall dem Radio, weitergegeben. Für
eine Doppelkaskade muß die Audiosenke eine
Verarbeitungseinheit beeinhalten, die die Daten aus den
beiden Kaskadenzweigen verarbeitet.
Für den Steuer- und Kontrollbus wird das Controller-Area-
Network als Basis herangezogen. Das Übertragungsprotokoll
für die Audiodaten beider Kaskaden ist z. B. ein S/P-DIF, so
daß jeweils ein Stereokanal zur Verfügung steht.
Mit dieser Anordnung ist das Überblenden einer
Audiowiedergabe mit einer Nachricht aus der Servicekaskade
möglich.
In Abb. 4 werden die Details der Audio- und Datensenke
dargestellt. Die Datenströme der Datenleitungen 3 werden
optoelektronisch gewandelt 14 und an den Codeumwandler 17
weitergegeben. Der Codeumsetzer wandelt das S/P-DIF-Protokoll
in den intern verwendeten Dreileiterbus I²S um.
Zur Anpassung der Abtastrate oder -frequenz sowie zur
Synchronisation muß in einer der beiden Kaskaden direkt vor
der Senke ein Abtastratenwandler 18 sitzen. Der Takt für
diese Baugruppe wird entweder durch das Signal der anderen
Kaskade, d. h. durch eine interne oder externe Datenquelle
der jeweils anderen Gruppe, oder durch einen internen
Prozessortakt vorgegeben. Das DSP-System 19 kann dann die
digitalen Datenströme beliebig mischen, bzw. verarbeiten.
Interne Datenquellen, wie sie üblicherweise in einem
Autoradio vorkommen, sind nicht in Fig. 4 abgebildet. Durch
die doppelte Audiokaskade ist ein Mischen der Servicemeldung
in die aktuelle Musikquelle möglich. Nach der
Digital/Analog-Wandlung 21 kann das Signal ausgegen werden.
Die Sprachausgabe kann wahlweise auf jeden beliebigen Kanal
(linker oder rechter Kanal 1 oder 2) erfolgen. Getrennte
Klangeinstellungen für jede Quelle sind durch die zentrale
Datenaufbereitung in der Audiosenke sehr leicht zu
realisieren. Da die eigentliche Datenverarbeitung
ausschließlich in der Audiosenke erfolgt, werden aufwendige
Signalprozessoren nur einmal benötigt. Zudem ist die
Doppelkaskade mit jeder Einfachkaskade kompatibel.
Wenn über das Mischen von Service- und Musikkomponente ein
Mischen zweier Servicequellen gefordert wird, besteht bei
Servicequellen, die lediglich einen Monokanal erfordern, die
Möglichkeit, beide Datenströme synchron mit einem
Standardübertragungsprotokoll, z. B. wie S/P-DIF zu
übertragen. In diesem Fall steigt jedoch der Aufwand in den
Servicekomponenten an, da für die Datenübertragung die
beiden Quellen synchronisiert werden müssen. Dazu ist
zusätzlich ein Abtastratenwandler notwendig, sowie ein
Baugruppe, die die Kanalauswahl über den Steuerbus erlaubt.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, die auf eine
Bypass-Schaltung in den Komponenten 9 verzichtet.
Die Datenquellen 1 können über die Schalter 13 mit den
Datenleitungen 3 verbunden werden. Dazwischen muß für
optische Übertragung ein optoelektrischer oder
elektrooptischer Wandler 14 geschaltet sein. Der Schalter 13
wird über eine Steuereinheit 16 vom Steuerbus 5
angesprochen. Die Schalter können die Datenquellen 1
und/oder Datensenken 2 entweder mit der oberen oder der
unteren Datenleitung verbinden, so daß zwei unterschiedliche
Sender 1 ihre Information auf zwei getrennte Datenleitungen
3 geben können. Eine solche Schaltung ist allerdings nur
bedingt für die optische Übertragung einsetzbar, da die
Anschlußpunkte A nur mit einem gewissen Aufwand zu
realisieren sind. Man wird einen solche Schaltung für eine
elektrische Übertragung ohne Wandelelemente 14 verwenden.
Claims (15)
1. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung
zwischen elektronischen Komponenten, vorzugsweise in einem
Kraftfahrzeug, die entweder Informationen liefern oder
verarbeiten und über einen Steuerbus untereinander und mit
einer steuernden Komponente verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet,
daß durch die steuernde Komponente zwei Komponenten zum Senden der Information und mindestens eine Komponente zum Verarbeiten der Information aktiv geschaltet werden,
daß eine erste und zweite unabhängig voneinander geführte Datenleitung vorgesehen ist und
daß die Information der einen aktiv geschalteten, sendenden Komponente in die erste Datenleitung und die Information der zweiten aktiv geschalteten, sendenden Komponente in die zweite Datenleitung eingespeist wird.
daß durch die steuernde Komponente zwei Komponenten zum Senden der Information und mindestens eine Komponente zum Verarbeiten der Information aktiv geschaltet werden,
daß eine erste und zweite unabhängig voneinander geführte Datenleitung vorgesehen ist und
daß die Information der einen aktiv geschalteten, sendenden Komponente in die erste Datenleitung und die Information der zweiten aktiv geschalteten, sendenden Komponente in die zweite Datenleitung eingespeist wird.
2. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenleitungen
die elektronischen Komponenten in Form einer Kaskade
verbinden und Informationsdaten innerhalb der nichtaktiver
Komponenten der Kaskade über eine Bypass-Schaltung
durchgeschaltet werden.
3. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Datenleitungen Informationen, die in analoger und/oder
digitaler Form vorliegen, übertragen.
4. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
Standardübertragungsprotokolle für die Übertragung der
Informationsdaten zwischen zwei Komponenten über die
Datenleitungen eingesetzt werden.
5. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Datenübertragung in den beiden Datenleitungen seriell von
Punkt zu Punkt mit einem selbstgetakteten Codierung erfolgt.
6. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an der
verarbeitenden Komponente eingehenden Signale aus getrennten
Datenleitungen stammen.
7. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die an der
verarbeitenden Komponente eingehenden Signale aus einer
Datenleitung mit mehreren Übertragungskanälen stammen.
8. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Datenleitung ein Kunststoff-Lichtwellenleiter ist und der
Informationsein- und -ausgang über Optokoppler an den
elektrischen Schalter angeschlossen ist.
9. Verfahren zur Steuerung der Informationsübertragung nach
Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung
der Komponenten von einer gesonderten Steuerkomponente aus
erfolgt.
10. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten
einen Eingang für den Steuerbus aufweisen, mittels dessen
Signale eine Umschaltvorrichtung betätigbar ist, bei deren
Aktivierung die Komponente in einen sendenden und/oder
empfangenden Zustand umschaltbar ist.
11. Komponente zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch
1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Komponenten, die keine
Endkomponenten sind, eine Bypass-Schaltung und einen Eingang
für den Steuerbus aufweisen, mittels dessen Signale eine
Umschaltvorrichtung betätigbar ist, bei deren Aktivierung
die Komponenten in einen sendenden und/oder empfangenden
Zustand umschaltbar sind.
12. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß digitale
Informationen ohne Taktregenerierung durch die Bypass-Schaltung
geführt werden, wobei elektrisch oder optisch
geschaltet werden kann.
13. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Steuerungsfunktion für den Steuerbus in einer Komponente
integriert ist.
14. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die
verarbeitenden Komponenten Mittel zum Mischen und Ausgeben
der eingehenden Signale enthält.
15. Komponenten zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
Komponenten eine Schaltung aufweisen, die, gesteuert von
Signalen des Steuerbus, Ein- und Ausgänge für zu sendende
und/oder zu empfangende Daten mit unterschiedlichen
Datenleitungen verbindet.
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US6025654A (en) | 2000-02-15 |
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