DE19811235A1 - Computer-System für Kraftfahrzeuge - Google Patents
Computer-System für KraftfahrzeugeInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Computersystem für Multimedia-Anwendungen in Kraftfahrzeugen, wobei das Computersystem neben weiteren Baugruppen (3, 4, 5) in wenigstens 2 voneinander unabhängige Prozessor-Baugruppen (1, 2) unterteilt ist, die jeweils Microprozessoren aufweisen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Computersystem für Kraftfahrzeuge.
Derartige Computersysteme werden in Kraftfahrzeugen
installiert, um die Fahrzeuginsassen während der Fahrt über
zum Teil sicherheitsrelevante Fahrzeugdaten zu informieren.
Typische Daten, die mit solchen Computersystemen erfaßt
werden, sind z. B. die Motordrehzahl, Klimaanlageneinstellung,
Außentemperaturanzeige sowie u. a. auch die eingestellte Radio
frequenz. Die erfaßten Fahrzeugdaten werden üblicherweise über
den fahrzeuginternen Datenbus an das Computersystem über
mittelt und über geeignete Fahrzeuginstrumente den Insassen
zur Anzeige gebracht.
Neben der reinen Fahrzeugdatenerfassung wird von den Insassen
heutzutage allerdings immer mehr die Möglichkeit erwartet, im
Kraftfahrzeug auch informationsverarbeitende Prozesse durch
führen zu können. Hierbei kann es sich insbesondere um
Internet-Anwendungen, die Verarbeitung von CD-ROM Daten oder
auch um Bürokommunikation über Telefax und Telefon handeln.
Derartige Anwendungen erfordern Rechenkapazitäten und
Grafikleistungen, wie sie von bisherigen KFZ-tauglichen
Computersystemen nicht zur Verfügung gestellt werden. Darüber
hinaus ist es auch aus sicherheitsrelevanten Gesichtspunkten
nicht ratsam, die bekannten KFZ-Computersysteme mit derartigen
Anwendungen zu beschäftigen, da in diesem Fall eine Echtzeit-
Überwachung wichtiger Fahrzeugdaten nicht mehr gegeben wäre.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein erweiterbares und somit an
verschiedene und wachsende Anforderungen adaptierbares
Computersystem für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei dem auch
aus Sicherheitsgründen, die Systemteile, die multimediale
Aufgaben, und solche, die sicherheitsrelevante Aufgaben
wahrnehmen, streng voneinander entkoppelt sind. Weiterhin sind
für zukünftige Anwendungen die Rechenleistung, der Speicher
ausbau sowie die Grafikfähigkeiten variabel zu halten.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Computersystem
neben weiteren Baugruppen in wenigstens zwei voneinander
unabhängige Prozessor-Baugruppen unterteilt ist, die jeweils
Mikroprozessoren aufweisen. Durch die unabhängigen Prozessor-
Baugruppen ist eine hohe Variabilität gegeben, da beide
Prozessor-Baugruppen gleichzeitig für verschiedene,
voneinander unabhängige Aufgaben eingesetzt werden können, und
darüber hinaus an verschiedene Fahrzeughersteller und
Fahrzeugtypen anpaßbar sind.
So kann mit dem erfindungsgemäßen Computersystem für Kraft
fahrzeuge, neben der Ausführung von Multimedia Anwendungen
gleichzeitig den hohen Sicherheitsanforderungen der
Automobilindustrie genüge getan werden.
Als besonders vorteilhaft wird an dem erfindungsgemäßen
Computersystem für Kraftfahrzeuge angesehen, daß die erste
Prozessor-Baugruppe zur Echtzeit-Überwachung sicherheits- und
komfortrelevanter Fahrzeugdaten und zur Kommunikation mit der
Fahrzeugumgebung und die zweite Prozessor-Baugruppe für
Multimedia Aufgaben eingesetzt ist. Hierdurch ist eine
vollständige Entkopplung der beiden Prozessor-Baugruppen
gegeben, so daß durch die erste Prozessor-Baugruppe auch
weiterhin in Echtzeit wichtige Fahrzeugdaten, wie z. B.
Motordrehzahl, Kraftstoffverbrauch, verbleibende Reichweite,
Klimaanlagen- sowie andere Innenraumeinstellungen, System
ausfälle oder z. B. auch die Senderkennung beim Radio überwacht
werden können. Zur gleichen Zeit ist es hiervon unabhängig
möglich, über die zweite Prozessor-Baugruppe Multimedia-
Anwendungen durchzuführen, wie z. B. Informations- und
Datenaustausch via Internet z. B. E-mail, World-Wide-Web,
Telefax oder anderer Dienste.
Auch aus Sicherheitsgründen wird bevorzugt, wenn gleichzeitig
auf den verschiedenen Prozessor-Baugruppen verschiedene
Betriebssysteme einsetzbar sind. So erfordert die zweite
Prozessor-Baugruppe für Multimedia-Anwendungen im allgemeinen
Betriebssysteme, wie sie von derzeit gängigen Personal
computern bekannt sind. Bei einem derartigen Betriebssystem
kann es sich z. B. um das Programm "Windows" handeln, so daß
mit dem kraftfahrzeuginternen Computersystem u. a. auch übliche
PC-Programme lauffähig sind.
Aufgrund der teilweise jedoch nicht ausreichenden System
stabilität bei derartigen Anwendungen, ist es ratsam, auf der
ersten Prozessor-Baugruppe, die u. a. für sicherheitsrelevante
Datenverarbeitung eingesetzt wird, ein anderes und wesentlich
stabileres Betriebssystem zu verwenden. Hierbei kann es sich
z. B. um das Betriebssystem "OSEK" handeln, daß speziell für
den Einsatz in Kraftfahrzeugen entwickelt wurde.
Mit diesem Betriebssystem ist es z. B. möglich, ohne die Gefahr
von Systemausfällen in Echtzeit wichtige Fahrzeugdaten aufzu
nehmen, auszuwerten und zur Anzeige zu bringen.
Weiterhin ist es empfehlenswert, daß jede Prozessor-Baugruppe
für sich über einen eigenen Speicherbereich verfügt, so daß
gerade im Bereich der Multimedia-Anwendungen auch speicher
intensive Programme ausgeführt werden können. Auch aus den
bereits oben erwähnten sicherheitsbedingten Überlegungen
hinsichtlich der eingesetzten Betriebssysteme ist zu
empfehlen, die für Sicherheitsanwendungen vorgesehene erste
Prozessor-Baugruppe mit einem eigenen Speicher auszurüsten, in
dem die Fahrzeugdaten gespeichert und weiter verarbeitet
werden.
Für Grafikanwendungen, wie z. B. die Eingabe von Video- und TV-Signa
len oder anderen grafischen Informationen sowie die
Ausgabe dieser Signale und grafischer Daten, ist eine
grafische Ein-/Ausgabe-Baugruppe vorgesehen. Die Ein-/Ausgabe-
Baugruppe, die u. a. für die Darstellung des Bildschirm
speichers auf einem fahrzeuginternen Bildschirm zuständig ist,
kann auch für die Kommunikation der beiden Prozessor-
Baugruppen eingesetzt werden, die jeweils ihre Daten in einem
Teil eines Grafikspeichers ablegen können.
Für besonders anspruchsvolle und/oder schnelle Grafiken ist
zur Grafikaufbereitung ein weiterer Grafik-Microcontroller
vorgesehen. Der Einsatz eines solchen Microcontrollers kann
dann empfehlenswert sein, wenn besonders rechenintensive
Grafikanwendungen eingesetzt werden, wie z. B. die 3D-Animation
von Landkarten oder ähnlichem. Dieser Grafikcontroller, der
z. B. für besonders schnelles Zeichnen von Linien zuständig
ist, ist frei progranierbar und somit in weiten Grenzen
variabel an die gewünschte Aufgabe anpaßbar. Ist die
Grafikanwendung von vornherein auf einen bestimmten Typ
beschränkt, so kann es von Vorteil sein, daß der Grafik-
Microcontroller auch hardware-unterstützt arbeitet. In diesem
Fall ist es dann z. B. denkbar, daß der Grafik-Microcontroller
eine hardwaremäßige Fließkomma-Einheit enthält, mit der
besonders rechenintensive Anwendungen, wie z. B. Matrix
operationen oder Polynomberechnungen durchführbar sind.
Für die Kommunikation der einzelnen Baugruppen untereinander
und mit der Außenwelt, werden vorzugsweise spezifische
Schnittstellen, insbesondere serielle Schnittstellen
eingesetzt. So kann die Kommunikation der ersten Prozessor-
Baugruppe, die u. a. für sicherheitsrelevante Anwendungen
zuständig ist, mit den unterschiedlichen Fahrzeugsystemen, wie
z. B. der Motorelektronik, über ein spezielles,
fahrzeuginternes Bus-System erfolgen. Bei diesem Bus-System
handelt es sich vorzugsweise um einen CAN-Bus (controller area
network). Auch andere Bus-Systeme sind hier denkbar.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn einzelne Baugruppen
auf einen gemeinsamen Speicher, insbesondere einen
Grafikspeicher Zugriff haben. Dieser Grafikspeicher kann in
mehrere Bereiche, wie z. B. Kommunikationsbereiche, Programm
speicher oder Bildschirmspeicher etc. unterteilt sein. Somit
ist es möglich, daß in den Kommunikationsbereich dieses
Grafikspeichers z. B. von der ersten Prozessor-Baugruppe
wichtige Fahrzeugdaten abgelegt werden, die von der zweiten
Prozessor-Baugruppe z. B. in Multimedia-Anwendungen weiter
verwendet werden. Zur Gewährleistung einer sicheren
Kommunikation können Hardware-MMU's in den jeweiligen
Prozessoren verwendet werden. Hierbei versteht man unter einer
MMU eine Memory Management Unit, also eine Speicher-
Verwaltungs-Einheit.
Wenn die Kommunikation der drei wesentlichen Baugruppen, also
der beiden Prozessor-Baugruppen sowie der Grafik-Baugruppe
immer über den vorhandenen gemeinsamen Speicher stattfindet,
so ist es möglich, jede einzelne Baugruppe soweit auszubauen,
daß eine individuelle Anpassung an die jeweils gestellte
Aufgabe möglich ist und trotzdem die Kommunikation unter den
Baugruppen erhalten bleibt. Diese Anpassung kann dadurch
erfolgen, daß z. B. je nach gewünschter Anwendung die eine oder
andere Prozessor-Baugruppe oder auch die Baugruppen, die für
Grafikanwendungen zuständig sind, z. B. mit besonders schnellen
Prozessoren, Controllern, Bus-Systemen hoher Bit-Breite oder
großen Speicherbereichen ausgerüstet werden.
Im umgekehrten Fall ist es jedoch auch möglich, daß einzelne
Baugruppen, wie z. B. der spezielle Grafik-Microcontroller
entfallen, sofern keine besonders rechenintensiven Grafik-
Anwendungen durchgeführt werden sollen.
Durch das Variieren, auch der für Multimedia-Anwendungen
vorgesehenen zweiten Prozessor-Baugruppe wird ein KFZ-taug
liches Computersystem geschaffen, das die Aufgaben bereits
bekannter Computersysteme übernimmt, jedoch darüber hinaus
eine flexible und individuelle Ausbaubarkeit bietet, so daß
das erfindungsgemäße Computersystem die bekannten Computer
systeme vollständig ersetzen kann und dennoch, je nach
Fahrzeugtyp, bzw. Fahrzeugklasse, auf einfachste Art und Weise
durch Hinzufügen der speziellen Baugruppen an die gewünschte
Anforderung anpaßbar ist.
Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Computersystems
sind in den nachfolgenden Abbildungen dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Den prinzipiellen Computersystemaufbau mit allen
wesentlichen Baugruppen.
Fig. 2 Ein für Multimedia und Grafik-Anwendungen maximal
ausgebautes Computersystem.
Fig. 3 Ein Computersystem für Standard-Anwendungen.
Fig. 4 Ein minimal ausgebautes Computersystem.
Die Fig. 1 zeigt ein Computersystem für Kraftfahrzeuge, das
neben weiteren Baugruppen in wenigstens zwei voneinander
unabhängige Prozessor-Baugruppen unterteilt ist, die jeweils
Mikroprozessoren aufweisen.
Bei den Prozessor-Baugruppen handelt sich um die Baugruppe 1,
die zur Echtzeit-Überwachung sicherheits- und komfort
relevanter Fahrzeugdaten und zur Kommunikation mit der
Fahrzeugumgebung eingesetzt wird, sowie um die Prozessor-
Baugruppe 2, die für Multimedia Aufgaben eingesetzt wird. Zur
Aufnahme der Fahrzeugdaten in Echtzeit ist die Prozessor-
Baugruppe 1 über serielle Anschlüsse 7 mit dem CAN-Bus des
Fahrzeugs verbunden. Genauso wie die Prozessor-Baugruppe 2 für
Multimedia-Anwendungen, weist die Prozessor-Baugruppe 1 einen
eigenen Speicherbereich 10 auf, der je nach gewünschter
Anwendung ausbaubar ist.
Aus den bereits oben erwähnten Sicherheitsüberlegungen sind
auf den Prozessor-Baugruppen 1 und 2 jeweils verschiedene
Betriebssysteme, wie z. B. "OSEK" auf der Prozessor-Baugruppe 1
und "Windows" auf der Prozessor Baugruppe 2 einsetzbar. Die
beiden Prozessor-Baugruppen 1 und 2 kommunizieren darüber
hinaus untereinander und mit der Außenwelt über Schnittstellen
6, die über die grafische Ein-Ausgabe-Baugruppe 3 mit dem
gemeinsamen Grafikspeicher 4 verbunden sind. Dieser
Grafikspeicher 4 untergliedert sich in einen Kommunikations
bereich 11, einen Programmspeicher 12 für einen grafischen
Microcontroller und einen Bildschirmspeicher 13. Über den
Kommunikationsbereich 11 des Grafikspeichers 4 besteht die
Möglichkeit, daß Daten, die von einer der Prozessor-Baugruppen
1 oder 2 in diesen Bereich abgelegt werden von einer anderen
Baugruppe 3, 4, 5 weiterverwendet werden. Insofern ist ein
Datenaustausch zwischen den einzelnen Baugruppen (1, 2, . . ., 5)
gewährleistet.
Die grafische Ein-Ausgabe-Baugruppe 3 untergliedert sich
ihrerseits in einen DMA-Kontroller 14, ein Speicherbus-
Interface 15 sowie Ein- und Ausgabeeinheiten 16 und 17 für
Videodaten.
Daher ist es möglich, daß z. B. am Videoeingang 8 anliegende
Videodaten, die z. B. von einer Video-Kamera oder auch von
einem TV-Empfänger zur Verfügung gestellt werden, über den
Video-Eingang 16 der Baugruppe 3 und einen anschließenden DMA-Trans
fer (direct memory access) über das Speicherbus-Interface
15 der Baugruppe 3 in den Bildschirmspeicher 13 des Grafik
speichers 4 eingelesen wird. Der Bildschirmspeicher des
Grafikspeichers 4, auf den wiederum sämtliche Baugruppen des
Computersystems Zugriff haben, kann umgekehrt über das
Speicherbus-Interface 15 der Baugruppe 3 und einem DMA-Trans
fer über die Video-Ausgabeeinheit 17 auf einem Bildschirm
9 dargestellt werden.
In der vorliegenden Konfiguration sind die Ausbaustufen der
Prozessor-Baugruppen 1 und 2 sowie des Grafikspeichers 4 und
des Grafik-Microcontrollers 5 frei wählbar. Das heißt, diese
Baugruppen können durch unterschiedlich große Speicher
bereiche, bzw. durch verschieden schnelle Prozessoren
individuell an die gewünschte Anwendung angepaßt werden.
Der Grafik-Microcontroller 5, der seinerseits wiederum über
die grafische Baugruppe 3 mittels eines DMA-Transfers und des
Speicherbus-Interfaces 15 mit seinem Programmspeicher 12 im
Grafikspeicher 4 in Verbindung steht, kann für besonders
rechenintensive grafische Anwendung eingesetzt werden und
manipuliert z. B. die im Bildschirmspeicher abgelegten darzu
stellenden Daten. Dadurch, daß sich der Programmspeicher 12
des Grafik-Microcontrollers 5 im Grafikspeicher 4 befindet,
ist eine individuelle Anpassung der Programme für den Grafik-
Microcontroller 5 an jede gewünschte Anwendung möglich.
Durch die Verknüpfung der einzelnen Baugruppen (1, . . ., 5)
untereinander und die Nutzung des gemeinsamen Grafikspeichers
4 ist demnach die Möglichkeit gegeben, daß unabhängig vonein
ander sowohl Fahrzeugdaten als auch Multimedia-Anwendungen auf
einem Bildschirm 9 im Fahrzeuginneren dargestellt werden.
Die Fig. 2 zeigt eine mögliche maximale Ausbaustufe des KFZ-taug
lichen Computersystems. Hier ist insbesondere die für
Multimedia-Anwendungen ausgestattete Prozessor-Baugruppe mit
einem 200 MHz-schnellen Prozessor ausgerüstet. Bei dem
Prozessor kann es sich z. B. um standardmäßig verfügbare
Pentium-Prozessoren oder auch andere Arten handeln.
Für besonders schnelle Grafikanwendungen ist die Verbindung
zwischen der Grafik-Baugruppe 3 und dem gemeinsamen Grafik
speicher 4 über ein 64-Bit breites Speicherbus-Interface 15
realisiert. Zur weiteren Unterstützung schneller Grafiken ist
der Grafik-Microcontroller ebenfalls mit einem 200 MHz-schnel
len Prozessor ausgestattet.
Demgegenüber zeigt die Fig. 3 eine Standardversion des
Computersystems für Kraftfahrzeuge, bei dem die Multimedia-
taugliche Prozessor-Baugruppe 2 mit einem kleineren eigenen
Speicherbereich und mit einer nur 80 MHz-getakteten CPU
ausgestattet ist. Bei sonst gleichem Aufbau und 64 Bit breiten
Speicherbus-Interface 15 hat für geringere grafische
Anwendungen hier auch der grafische Microcontroller 5 nur eine
Taktfrequenz von 80 MHz.
Die Minimalausrüstung wird in der Abb. 4 dargestellt.
Hier entfällt vollständig die multimedia-taugliche Prozessor-
Baugruppe 2. Wegen der geringen Anforderungen an die Grafik
fähigkeit des gesamten Systems ist der Grafikspeicher 4
kleiner ausgelegt und verfügt nur über ein Speicherbus-
Interface 15 von 32 Bit-Breite. Auch die Taktfrequenz des
Grafik-Microcontrollers ist nur auf 60 MHz ausgelegt.
Mit diesem Mimimalsystem kann neben einer Video-Darstellung
lediglich eine Überwachung der wichtigsten Fahrzeugdaten und
deren Darstellung auf einem KFZ-internen Bildschirm 9
erfolgen, wie dies bereits von bestehenden Computersystemen
bekannt ist. Gegenüber diesen bekannten Computersystemen hat
das vorliegende Minimalsystem jedoch nach wie vor die
Möglichkeit, nachträglich an wachsende Aufgaben und
Anforderungen angepaßt zu werden. Als kostengünstigste
Variante ist dieses Minimalsystem daher geeignet, die
bestehenden Computersysteme abzulösen und als Grundversion
auch in Fahrzeuge der unteren Klasse eingebaut zu werden.
Soll das Computersystem lediglich dazu verwendet werden, die
Fahrzeuginsassen über Daten und Status der Fahrzeugsysteme zu
informieren, so kann auf die Verwendung eines Grafik-
Microcontrollers 5 und einer Video-Eingabe-Einheit 8
verzichtet werden. Ebenso reicht es, den Kommunikations
prozessor 1 mit nur 8-Bit Datenbreite auszustatten. Ein
derartiges System ist in der Fig. 5 dargestellt.
Eine nachträgliche Aufrüstung bis zur Maximalausstattung, wie
in Fig. 2 angegeben, ist jederzeit möglich.
Weiterhin ist zu erwähnen, daß es auch denkbar ist, im Sinne
einer höheren Integrationsdichte des gesamten Computersystems,
einzelne Baugruppe hardwaremäßig zusammenzufassen und damit
das Computersystem wesentlich zu vereinfachen. Hierbei ist
lediglich zu beachten, daß je nach Realisierung dieser höheren
Integrationsdichte, unter Umständen die weitere
Ausbaufähigkeit verlorengeht.
Claims (10)
1. Computersystem für Kraftfahrzeuge, dadurch
gekennzeichnet, daß das Computersystem neben weiteren Baugruppen
(3, 4, 5) in wenigstens 2 voneinander unabhängige Prozessor-
Baugruppen (1, 2) unterteilt ist, die jeweils Microprozessoren
aufweisen.
2. Computersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Prozessor-Baugruppe (1) zur Echtzeitüberwachung
sicherheits- und komfortrelevanter Fahrzeugdaten und zur
Kommunikation mit der Fahrzeugumgebung und die zweite
Prozessor-Baugruppe (2) für Multimedia-Aufgaben eingesetzt ist.
3. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig auf den verschiedenen
Prozessor-Baugruppen (1, 2) verschiedene Betriebssysteme
einsetzbar sind.
4. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß jede Prozessor-Baugruppe (1, 2) über
einen eigenen Speicherbereich (10) verfügt.
5. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß für Grafik-Anwendungen eine
grafische Ein-/Ausgabe-Baugruppe (3) vorgesehen ist.
6. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Grafikaufbereitung ein Grafik-
Microcontroller (5) vorgesehen ist.
7. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Grafik-Microcontroller (5)
hardware-unterstützt arbeitet.
8. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation der einzelnen
Baugruppen (1, . . ., 5) untereinander und mit der Außenwelt über
Schnittstellen (6, 7), insbesondere über serielle Schnittstellen
erfolgt.
9. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Baugruppen (1, . . ., 5)
auf einen gemeinsamen Speicher (4), insbesondere einen
Grafikspeicher Zugriff haben.
10. Computersystem nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbaustufe einer jeden
Baugruppe (1, . . ., 5) frei wählbar ist.
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