专利名称：具有微处理机和实现汽车特有的功能的组件的芯片的制作方法
技术领域：
本发明从根据独立权利要求的前序部分的、 一种用于车辆中的微 处理机的芯片以及一种具有微处理机的相应的芯片组出发。
背景技术：
不同集成度的集成电路的组合目前在汽车应用的控制设备中是汽 车特有的微处理机的电子环境。
在DE 103 34 014 Al中示出了 一种具有微处理机的外围芯片纟且。 其中展示了一种用于实现控制设备的硬件功能的、具有至少两个电子 单元的外围芯片组，这些电子单元允许用于为控制设备提供至少一种 基本功能的分割。在此，第一和/或第二电子单元可以典型地被构造为 专用电子电路。
在此示出了一种基本功能，该基本功能在需要时应可以简单地净皮 扩展，并且应专门被用于发动机控制设备中。不过，在此，整个、也 即还包括微处理机或计算机在内的芯片組被构造为汽车特有的。这提 高了复杂性和成本，因此必须针对汽车特有的功能来设计整个、也即 包括微处理机在内的单元。
发明内容
因此，本发明的任务是示出一种能够标准化的IC或芯片体系结构 或芯片组体系结构，其中围绕中央微处理机设计外围电子功能，使得 只须匹配这些外围电子功能。并且甚至明显筒化和方^t匹配。
本发明的优点
本发明从用于车辆中的微处理机的芯片出发，其中在该芯片中设 置有用于连接到微处理机上的接口元件，并且除了该接口元件之外， 在该芯片中还包含有其它的组件，其中有利地这些组件被单片地集成 在该芯片中并且被构造，使得这些组件实现汽车特有的功能。除此之 外，本发明芯片或芯片体系结构的新的主要特征是，执行元件的电子 功率输出级从芯片或芯片组中以及因此也从控制设备中被调出，并且
"就地"位于执行元件上。因此利用被分配给这些执行元件的功率输 出级形成尤其是智能的执行元件。于是因此可以利用例如在外围没有
汽车特有的模块的标准pC来实现具有至少两个IC的完整的域控制设备。
目前的高集成的系统在执行元件的电子功率输出级方面是集中
的。在根据本发明的o芯片中，出于上述的原因，电子功率输出级被
分散，并且被"就地"移置到执行元件上。
在一种特别优选的实施形式中，围绕微处理机来布置芯片，使得 该芯片完全地、尤其是环形封闭地包围微处理机。因此有利地可以将
汽车特有的功能集中在如此形成的o芯片中，由此有效率的标准微处
理机或微控制器(mC)可以作为0芯片中的中央单元，也就是可以使
用任意的非汽车特有的pC。通过将组件单片地集成到该o芯片中，可
以在微处理机的外围实现汽车特有的组件或模块的最少化。
微处理机被用于汽车功能的控制，其中汽车功能被划分为车辆的 不同的域、诸如驾驶舱电子设备、车身电子设备、安全系统、动力系、 底盘系统以及用于车辆导航的系统。在此尤其有利的是，域特有地构 造芯片的组件，使得在芯片中反映各个域的特性或功能个性。
另一方面，然而，由于o芯片的高的标准化程度，也提高了在具 有不同功能的不同域中能够采用同一个芯片体系结构(相同的IC)的 概率和可能性。0芯片为此首先独立于不同域的特殊的传感器和执行元 件要求，因为这些要求于是不在o芯片中被实现。在该扩展方案中，0
芯片通过标准化的数字接口仅仅与传感器和执行元件进行通信。于是 芯片有利地被用于汽车功能的控制，其中这些汽车功能被划分为车辆 的不同的域，并且芯片包含组件，这些组件被构造，使得该芯片可以 在不同的域中被采用。
在此，合理地在芯片中包含有安全组件，该安全组件被构造用于 在微处理机失效或故障时实施紧急运行功能。
同样有利地包含有能量供应组件，通过该能量供应组件在域之内 确保集中的电压和电流供应，使得可以针对整个域通过该能量供应组 件来控制能量分配。
在此，有利地可以通过能量供应组件在能量分配功能的范围内实 现中央唤醒方案或中央监视器和复位方案。
尤其有利的是，在芯片上设置有测试组件，该测试组件被构造，
使得该测试组件提供例如经由JTAG通向芯片的入口，通过该入口例如 借助边界扫描可以进行尤其是整个域的测试和/或验证。
合理地在芯片上设置有第一通信组件，该第一通信组件被构造， 使得可以在不同域的两个芯片或芯片组之间实现通信，以致因此确保
域间通信。
此外合理地设置有第二通信组件，该第二通信组件被构造，使得 可以实现与传感器和/或执行元件的通信，更确切地说使得为了减轻ju C的负担，在0芯片中尤其是利用信号调节或预处理来实现传感器的分 散，并且可以实现尤其是智能执行元件的分散，由此可以以高的精度 要求来实现高功率和大电流与传感器信号和参考信号的大的干扰电位 的去耦。这尤其是通过特别有利地将功率输出级、特别在一种有利的 扩展方案中将所有的功率输出级从0芯片中调出来实现。即与目前的 控制设备、IC和包含在其中的执行元件的功率输出级不同，将输出级 从芯片中并且也从控制设备中调出，并且"就地"置于执行元件上。 因此也使损耗功率从中央控制设备中分布或能够最佳地分布到各个执 行元件上。因此緩和由于中央控制设备或IC中的执行元件的上升的数 量而导致的损耗功率的目前的集中。此外，因此可以实现整个系统、 尤其是一个域的系统的最大抗干扰性。通过第二接口、也就是第二通 信组件，也可以实现当前输出级、但是甚至执行元件的调出，由此实 现损耗功率最佳地分布到多个电路UC)上。
合理地在芯片中此外还包含有诊断组件，该诊断组件净皮构造，佳_ 得实现域特有的诊断。
通过本发明，因此可以在芯片的范围内提供一种能够标准化的体 系结构，该体系结构在面向域的系统中将围绕中央微处理机的外围电
子功能统一在集成电路、即芯片中。在此，由一种o芯片环形地包围
计算机。通过汽车特有的、尤其是域特有的功能在芯片的组件中的可 能的集中，可以在计算效率和计算时间需求以及对汽车特有的外围模 块的需求方面大大减轻微处理机的负担。尤其是可以有利地在微处理 机之内避免第二安全和冗余计算机。同时通过该芯片能够实现功能扩 展和在不同功能环境、也即车辆中的域、诸如发动机控制装置、也即
动力系或甚至ABS、气嚢等等上的可应用性。同时以前面已经说明的优
点实现传感器和执行元件的分散。
从说明书以及权利要求的所述特征中得出其它的优点和有利的扩
展方案。
以下借助附图中所示的图来更详细地阐述本发明。其中
图1示出车辆中的域模型。
图2示出一种具有微处理机的本发明芯片。
最后图3示出具有本发明芯片的芯片组、和具有相应的执行元件 连接/传感器连接的不同域的微处理机。
具体实施例方式
现在下面借助实施例来更详细地阐述本发明。
在图1中首先示出了车辆F的不同的功能环境或域。在此，用200 表示驾驶舱电子设备域，用300表示车身电子设备域，用400表示安 全域或乘员(Occupant)安全，用500表示动力系域，用600表示底 盘域，以及用700表示具有周围可见度(Rundumsicht)的车辆导航 域(车辆导航和环境检测)。在此，示例性地更详细地示出了各个域 的几个组成部分。在驾驶舱电子设备域200中，例如这是组合了仪器 显示功能(仪器群)的方框201以及示出了多媒体功能或应用的方框 202。车身电子设备域300用方框301例如示出车身计算机、即该域中 的中央计算机的功能，该车身计算机示例性地包括并控制反光镜功能 ^3、开关3(H、车窗(翻开(Ausklappen)、窗玻璃升降器等等)"5、 锁和闭锁系统，例如还包括并控制驶离闭锁装置306、座位功能307、 光控制装置308以及活动车顶309。用方框302示例性地组合了车辆 中的空调和通风控制装置。安全系统400示例性地包含气嚢控制单元 401，其中也可以设置另外的约束系统和其它系统。
最后，动力系域500示例性地包含发动机控制装置501、变速箱控 制装置502、起动器发电机的控制装置503以及电池和能量管理504。 这里又示例性地将域700、即车辆导航与ACC控制装置701相耦合。 作为该实例中的最后的域，最终示出了域600、即底盘域，该底盘域包 括制动控制装置601、转向控制装置602以及可选地减震控制装置
603、全轮控制装置604、电子停车制动器606以及其它的可选的组件 605。因此ABS、 ASR和ESP以及坡路防滑器等等也属于该制动控制装 置、即底盘域。 一般适用应仅仅示例性地理解这里所示出的域，并 且当然可以设想另外的域划分以及另外的所分配的控制功能，并且在 此该特殊的域划分不是本发明的本质，并且因此由本发明看来也可以 被设计为非限制性的。
图2示出一种具有微处理机或控制器101的本发明芯片100。在该 特殊的有利的扩展方案中，微处理机101被芯片IOO环形地完全包围。 该芯片100在此包含优选地^皮单片地集成的组件102至108。因此可 以在该芯片中实现汽车特有的功能的集中，由此该芯片因此能够实现 有效率的标准微处理机101的采用和汽车特有的模块、即芯片100中 的组件的最小化。这例如是A/D转换器、定时器、协议控制器。由此 如在同时提高功能的情况下减小微处理机的软件规模一样在计算功率 方面减轻微型计算机或微处理机的负担。
在此，以102在0芯片100中设置有安全组件或安全控制器，该 安全组件或安全控制器与芯片的其它模块的紧密配合允许在中央微处 理机101失效或故障时尤其域的提高的安全功能、诊断和冗余功能。 该安全控制器102在此在中央微处理机失效或故障时从域接管紧急运 行功能。这例如是系统到安全状态下的受控制的关闭或诊断数据在存 储器中、尤其是在存储组件109中的存储。同样在方框107中组合了 例如借助诊断接口和总线监控器(Guardian)在合理性方面对传感器 信号和执行元件信号的监控和必要时对用于达到安全状态的执行元件 的闭锁或控制。同样可以在安全控制器中尤其是在软件(实时和后台) 方面实现其它的功能、例如实时监控。因此可以有利地避免第二安全 和冗余计算机。以方框108设置有测试组件，该测试模块被构造成它 提供通向芯片的入口，通过该入口可以测试和/或验i正整个域。也称为 域测试接入端口的该方4匡108可以因此在直至最终用户的不同层或级 上实现整个域的测试和系统验证的设计。因此即使没有系统微处理机 和/或没有该系统微处理机的软件也可以执行测试和验证。为此，在芯 片的方框108中调出(auslagern)或绑定诸如JTAG接口或JTAG功
能的特有的功能。
109示出中央片上存储器，该中央片上存储器例如可以用作接口信
号的中间緩冲器并且因此减轻微处理机的负担。同时通过该存储模块
109可以对安全组件102进行编程。用方框103示出了作为能量供应 组件的中央能量供应。也即尤其是作为域、尤其是域的传感器的电压 供应和/或电流供应的该中央能量供应允许在损耗功率、温度管理和温 度分布的控制、在系统起动时以及在系统关断时的电流或电压需求和 定时方面最佳地协调所有的模块。即使在紧急运行和i會断时也可以因 此实现最佳的能量控制。
能量供应组件因此尤其是给中央微处理机供应能量。不过除此之 外也可以实现域的另外的元件、尤其是传感器和执行元件或其它控制 单元的能量的释放，使得也能够实现中央睡眠/唤醒模块，由此可以使 域的一般的唤醒方案集中。复位或监控器(Watchdog)方案的集中化 也是可能的，并且因此可以匹配于整个域，由此可以避免隐藏的不兼 容性和未定义的状态。该方案尤其可以与中央微处理机101匹配。通 过中央复位和/或监控器方案以及中央睡眠或唤醒方案，可以尤其在方 框103中包含中央唤醒模块，能够实现与正如复位或监控器信号一样 的其它片上信号的逻辑连接，由此可以实现对所有模块的扩展的控 制。在此，尤其是在唤醒方案方面，在最大的EMV兼容性的情况下可 以达到最小的待机电流消耗。因此也可以集中地针对整个域进行长时 间系统监控的跟踪控制以及循环的自唤醒程序。
同样将通信功能组合在芯片中。因此芯片可以在集成电路中承担 数字标准化形式的域的通信网关功能，使得可以在所有的层面上一致 地采用数字接口。在此，以方框106设置有芯片的通向微处理机101 的例如被构造为微秒总线(n-S-总线)SPI (串行外围接口 )或被构 造为并行接口的数字板上接口。同样设置有从域通过通信组件104至 域的数字接口 ，例如作为CAN总线或TTCAN总线或作为FlexRay总线 系统，正是作为域间总线系统IB。同样通过方框105设置有数字传感 器/执行元件连接。因此可以调出电气执行元件，并且因此降低芯片的 损耗功率以及芯片的管脚数量。在此，最佳地确保损耗功率到多个IC
上的分布。同时可以达到对诸如输出级极性变换、衬底电流等等的公 知的局部干扰影响的高抗扰性。通过经由调出电气执行元件、尤其是 电气执行元件的功率组件于是达到适度的固有功率损耗，可以运行0 芯片、即在较高的环境温度下的芯片。因此通过该芯片可以表示传感
器以及尤其是智能执行元件的分散，由此可以以高的精度要求实现传 感器信号和参考信号的高的功率和大的电流与大的干扰电位的去耦。 与没有"现场智能"的执行元件不同，恰好对于智能执行元件来说， 本发明方案提供所述的优点。整个系统因此实现最大的抗干扰性，并
且当前级的调出允许将损耗功率最佳地分布到多个IC上。同时通过数
字接口在所有层面上的集中和一致使用以及在o芯片中域的供应和通
信功能的集成来实现扩展的网关功能和效率。尤其是通过接口模块、
即通信组件104或105来实现集中的单片集成的网关功能，可以使接 口最佳地互相匹配，以及通过106来实现集中的单片集成的网关功能 也可以使接口匹配于微处理机本身。因此一方面可以在微处理机的通 信方面减轻负担，另一方面因此可以在组件中实现与域无关的标准网 关软件。通过在芯片上组合这些功能，产生外部传感器和执行元件的 可缩放性的改进和标准化程度的提高。
也正是通过集中的数字接口来实现标准化程度的这种提高，由此 也扩展地实现尤其是外围智能执行元件和传感器的诊断和紧急运行功 能，由此同时提高安全度。标准化的数字接口此外还允许在用户数量 的可控制性和缩放方面的更高的灵活性。数字接口同时降低域布线花 费并减少尤其是芯片和控制单元的管脚数量。同时提高传输精度并且 可以使EMV兼容性最大化。在图3中再次分别示出了不同域的芯片100a 和100b。芯片100a又环形地包围微处理才;L 101a以及没有示出的^皮芯 片100b包围的处理才几101b。通过域间总线IB来实现跨越域的通信， 其中在这里如已经提及的那样，智能传感器和智能执行元件被调出。 为此用800a和801a示出了连接到芯片100a上的尤其是智能的传感 器。同样将尤其是智能的传感器800b和801b耦合到芯片100b上。在 此，尤其是通过数字传感器执行元件105、即第二通信组件来实现耦 合。同样将尤其是被构造为智能执行元件的执行元件802a和803a连 接到芯片100a上。同样的内容适用于同样尤其是被构造为与芯片100b 相连接的智能执行元件的执行元件802b和803b。在这里也尤其是通 过刚才在图2中的方框105中示出的数字接口来实现连接。通过尤其 是电子输出级的这种传感器调出和执行元件调出，可以如已经提及的 那样大大减少中央控制设备和0芯片中的管脚的数量以及损耗功率。 在尤其是根据图2的巧妙的模块选择的情况下，因此可以在经过考验 的标准壳体中实现0芯片。在例如小于80的少的管脚数量以及例如小 于3瓦的小的损耗功率的情况下，以此也可以达到更高的质量水平。
尤其是片上存储模块109允许通过编程的最大灵活性。在此，片 上存储器尤其可以用作用于接口信号、尤其是也用于传感器和执行元 件的中间緩冲器，并且因此减轻微处理机的负担。即在这里实现数字 传感器/执行元件输入和控制信号的中间存储/緩冲。同样在该存储模 块109中实现在睡眠模式中的跟踪参数的存放。同时可以因此对安全 控制器、即安全组件102进行编程，或在诊断和紧急运行功能中支持 安全控制器、即安全组件102。
通过经由方框105将传感器和执行元件数字连接到芯片上，可以 尤其是在域之内最大地缩放系统。
因此根据本发明通过采用尤其是域特有地组合外围电子功能的芯 片产生可标准化的体系结构。因此该体系结构、即芯片可以应用于不 同功能范围的域，由此通过该标准化实现不兼容性风险的最小化以及 外围模块的容易的适配。即芯片展示一种高集成的IC体系结构，用于功能。
因此可以在汽车应用中采用有效率的标准微处理机，因为0芯片、 即芯片可以承担计算机、即微处理机的最大量的汽车特有的外围功 能。因此在微处理机本身中可以取消A/D转换器、TPU (时间处理单元)、 通信协议控制器以及其它的汽车特有的外围设备。
权利要求
1.用于车辆中的微处理机(101)的芯片(100)，其中在所述芯片(100)中设置有用于连接到所述微处理机上的接口元件(106)，并且除了所述接口元件之外，在所述芯片中包含有其它的组件(102-108)，其特征在于，所述组件被单片地集成在所述芯片中，并且被构造，使得这些组件实现汽车特有的功能，其中从所述芯片中调出执行元件的电子功率输出级。
2. 按照权利要求1所述的芯片，具有至少一个执行元件，其特征 在于，至少一个功率输出级被分配给至少一个执行元件。
3. 按照权利要求2所述的芯片，具有至少一个执行元件，其特征 在于，所述至少一个功率输出级被调出到所述至少一个执行元件的空 间附近。
4. 按照权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片完全地、 尤其是环形封闭地包围所述微处理机。
5. 按照权利要求1所述的芯片组，其特征在于，所述芯片被用于 控制汽车功能，并且所述汽车功能被划分为车辆的不同的域(200-700 )，其中域特有地构造所述芯片的组件(102-108 )。
6. 按照权利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片被用于控 制汽车功能，并且所述汽车功能被划分为车辆的不同的域(2 00-7 00 )， 其中所述芯片的组件(102-108 )被构造，使得所述芯片能够在不同的 域中被采用。
7. 按照权利要求1所述的芯片，其特征在于，包含有安全组件 (102)，该安全组件被构造，使得该安全组件实施紧急运行功能。
8. 按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，包含有能量供 应组件(103),该能量供应组件被构造，使得该能量供应组件针对整 个域控制能量分配。
9. 按照权利要求8所述的芯片，其特征在于，所述能量供应组件 包含对于所述域来说中央的唤醒模块。
10. 按照权利要求8所述的芯片，其特征在于，所述能量供应组件 被构造，使得该能量供应组件实现对于所述域来说中央的监控器和复 位方案。
11. 按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，包含有测试组件(108),该测试组件被构造，使得该测试组件提供通向所述芯片的 入口，通过该入口可以测试和/或验证整个域。
12. 按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，设置有第一通 信组件(104)，该第一通信组件被构造，使得在不同域的两个外围芯 片组之间实现通信。
13. 按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，设置有第二通 信组件(105)，该第二通信组件被构造，使得实现与传感器和/或执 行元件的通信。
14. 按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，包含有诊断组 件(107)，该诊断组件被构造，使得能够实现域特有的诊断。
15. 按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，设置有被构造 为所述域的中央存储器的存储组件(109)。
16. 具有微处理机并且具有按照权利要求1至15之一所述的芯片 的芯片组。
17. 具有至少两个按照权利要求16所述的芯片组的设备，该芯片 组各具有按照权利要求5或6所述的芯片，其特征在于，每一个芯片 组被分配给不同的域，并且所述芯片互相连接。
全文摘要
本发明涉及车辆中的具有微处理机(101)的芯片(100)，其中在该芯片中设置有用于连接到微处理机上的接口元件(106)，并且除了该接口元件之外，在该芯片中包含有其它的组件(102-108)，其中这些组件被单片地集成在该芯片中并且被构造，使得这些组件实现汽车特有的功能，其中从该芯片中调出执行元件的电子功率输出级。
文档编号G06F15/76GK101171581SQ200680015265
公开日2008年4月30日 申请日期2006年5月3日 优先权日2005年5月4日
发明者B·埃尔布莱特, R·基恩兹勒 申请人:罗伯特·博世有限公司