专利名称：汽车的控制设备及其通信方法
现有技术本发明涉及用于控制汽车、特别是这样的汽车的发动机的诸如燃料喷射、点火时刻等等的功能的控制设备，以及针对与这种设备进行通信的方法。通常这样的控制设备具有处理器，该处理器通过操作程序控制、从外部功能单元接收汽车的工作参数的测量值，并且由这些被传输到功能单元的测量值推导出用于控制相同的或其它的功能单元的命令。
已知针对控制设备和各种不同的功能单元之间的通信采用譬如按照CAN标准的总线，控制设备和各种不同的功能单元被连接在该总线上。这样的总线一方面必须是有实时能力的，也就是说总线必须能保证，在通过功能单元接收测量值和在对测量值作出反应的情况下由控制设备产生的控制指令到达相同的或另一个功能单元上之间不超过预定的延迟时间。此外，在该总线上的传输必须有效地防止传输误差，以便避免错误控制。这些要求限制了总线上可到达的传输速率。
在控制设备的新研制中，提出以下问题，即必须与控制设备交换实质上比在以后在该情况的汽车中采用已制成的控制设备中的数据量更大的数据量。由此，这些大的数据量实现，控制设备不仅必须与发动机的功能单元通信(或与仿真器通信，该仿真器相对控制设备充作功能单元)，而且还附加地与外部的开发工具通信，该开发工具使得研制人员能够详细跟踪和影响通过处理器执行控制程序。当与开发工具的通信在同一条通过其控制设备与功能单元通信的总线上进行时，得出以下问题，即其传输容量通过与功能单元的通信在很大程度上已经用尽，并且针对与开发工具的通信不再有足够的容量可供支配。由此得出的向开发工具传输数据的延迟会错误地引起控制设备的功能缺陷的影响。虽然可加速传输到给其在总线上分配足够高的优先权的开发工具上，但是这将重新导致不能可靠地满足对控制设备和功能单元之间的通信的实时特性的要求。
用于解决这个问题的方法是所谓的ETK(仿真器电键按钮)技术。在这种技术中，针对研制和优化新的控制设备采用专用的样机，该样机由此不同于以后大量生产的设备，即引出多个连接，这些连接允许置于上面的电键按钮访问控制设备的内部的数据总线，并且这样读取和写入控制设备的存储器等等。
这种专用的样机成本昂贵，并且所引出的连接在电气上使控制设备电路负载，以致不完全排除样机和大量生产型之间在时间特性和电气特性上的区别。
本发明的优点本发明解决有限的传输容量的问题，其中本发明给控制设备的处理器提供第二接口，该接口只可用于与调试器或其它外部开发工具的通信。通过这个接口，控制设备和开发工具之间的任何信息都可进行交换，而不用由此在通过第一接口通信时损害时间特性。由于该接口与控制设备的处理器集成在组件内，所以处理器和接口之间的线路可保持很短，以致通过该接口使控制设备的开关电路的容性负载很小。
为能在短时间内通过第二接口传输大数据量，优选地针对块传送数据设计这个接口。
在处理器和第二接口被集于其中的组件中，涉及印刷电路板，在该印刷电路板上处理器和第二接口分别表示芯片或芯片组，可是优选地涉及单个的将处理器和第二接口集成在其中的芯片。
为使这样的组件的从该组件引出的连接的数量保持很小，第二接口优选地是串行接口。譬如可涉及因特网接口、火线(Fire-Wire)接口或特别优选地涉及USB接口。
同样，第一接口优选地与第二接口和处理器集于相同的组件内。这样可放弃，从该组件中引出针对处理器与第一接口的通信的局部总线。
USB接口的更重要的优点是在同时简单、廉价的结构的情况下的灵活性。在USB总线的主机上、也就是说在此处所看到的开发工具中的应用的情况下装设耗费的管理功能。在控制设备本身上只需要简单的硬件。但是由于USB不是多主机总线，而是必须由主机触发全部的传输过程，所以在采用USB接口作为针对与开发工具通信的第二接口时需充分利用USB的几个特性。
USB接口的重要特点是其有能力支持传输到不同终点的不同传输模式。特别是块模式可供使用，以便在无总线开销的情况下传输更大的数据量。这样，就可给开发工具和控制设备之间的诸如值的测量、往返于控制设备传输旁路消息、改变控制设备的存储器中的数据值或调试控制设备的代码的不同的传输任务分别分配自己的终点，并且通过这些分别分配专用的优先权和与关于时间特性和容量的传输任务的要求相匹配的模式。这样，当必须具有高优先权的旁路消息以批量传输模式或等时传输模式通过专用于其的终点进行传输时，譬如是有利的。为先处理这些消息，除其终点以外，开发工具可如此长时间地询问，直到这些消息被处理完为止。另一个优点是沿传输方向传输高数据率的可能性。这样，譬如以等时模式，具有所保证的传输带宽的所配置的测量的测量值可以由开发工具专用的直至1023字节的数据包大小被传输。开发工具可在配置测量时，就已经保留所需带宽和由此确保，通过其它总线用户的存在(也即通过往返于其它终点的传输)不再有数据损失。
本发明的汽车控制设备仅能作为针对研制新的控制设备的样机，该控制设备无第二接口地成批使用。但是由于特别是在相同的半导体芯片上实现时附加第二接口的费用很小，所以这种控制设备也可成批地装入汽车内。这有另一个优点，即借助第二接口也可在制成的车辆上以简单的方式读出存储在控制设备中的工作参数。由此，通常譬如由昂贵的速度记录器执行的功能可简单地和廉价地集成在本发明的控制设备内。
对此，就可产生简单地测量或诊断故障状态的可能性。特别是商业上通用的PC为达到诊断的目的可直接与控制设备通信。
本发明的其它的特征和优点可参考附图从以下对实施例的说明中得出。
附图其中
图1示出传统的汽车控制设备的方框图；以及图2示出本发明的控制设备的方框图。
实施例说明为弄清本发明的控制设备的特点，借助图1先简单说明传统的控制设备。这个控制设备1包括通向总线、特别是CAN总线5的微处理器2、存储器组件3和接口4，汽车的多个功能单元6被连接在该总线上，该功能单元6通过总线5向控制设备1提供汽车的工作参数的测量值和/或接收和执行控制设备1的命令。功能单元6的例子是汽车发动机的曲轴上的旋转角接收器和发动机的火花塞，该旋转角接收器将曲轴旋转角的测量值提供给控制设备1，该火花塞接收由控制设备1从旋转角接收器的测量值中推导出的点火命令。功能单元6也可是发动机中的针对燃料喷射的计量系统，该计量系统由控制设备控制，以便在换挡过程期间短时间地减少喷射量。
功能单元还可满足各种不同的其它的测量和调节任务，此处不详细描述。
在控制设备1还处于试验和研制阶段时，接口7被连接在CAN总线5上，通过该接口在外部计算机上实现的开发工具18可与控制设备1通信。
在图2中示出的本发明的控制设备11中，微处理器12通过内部的地址数据总线和控制总线20与存储器组件13和两个接口14、17连接。由于内部总线20的线路很短(当控制设备是由多个布置在印刷电路板上集成的电路组件构成时，内部总线的线路长度一般不超过约10cm；当部件12、13、14、17被集成在共同的半导体衬底上时，总线线路的长度最大位于几个毫米的范围中)，所以在内部总线20上可达到很高的时钟脉冲速度，该时钟脉冲速度使得两个接口14、17可能满负载直至其传输容量的边界。因而，微处理器12通过串行总线15与外部功能单元16通信的时间特性与微处理器12和连接在接口17上的开发工具18之间的通信范围无关。这样避免，通过所连接的开发工具18使控制设备11的实时特性失真。
将接口17与开发工具18连接的外部总线19是串行总线。希望在控制设备11和开发工具18之间达到高的传输容量虽然可促进采用并行总线，但是却优选应用串行总线，因为串行总线能够使控制设备11有少量的输入/输出连接就够用了。当完整的控制设备11应被集成在半导体衬底上时，这种观点才特别重要。
作为外部总线，原则上可采用任意串行的总线，该总线满足在个别情况下对传输容量提出的要求，特别是因特网总线、Fire-Wire总线或USB总线可满足该要求。其中因为不同类型的数据传送特别优选的是USB总线，这样的总线按照标准支持该不同类型的数据传送，并且该不同类型的数据传送分别适于不同的在研制和优化过程中出现的传输过程。
在外部计算机上实现的开发工具18在控制设备11的研制阶段期间可用于各种不同的应用，例如-调试监控和影响位于控制设备1中的程序，并且必要时改变该程序的命令；-测量以对应于通过微处理器2更新的频率的频率，将存储器组件3的单个单元的内容传输给开发工具18，并且通过开发工具显示对应于该单元的内容的物理值；-调整改变由控制设备应用的参数，以检查该变化对由控制设备控制的发动机的特性产生的影响；-功能的旁路由于控制设备1中的计算时间和资源有限，所以控制设备的编程中的变化可改变其时间特性。为了在不考虑控制设备的有限的功率性能的情况下首先研发功能，功能的值的计算可在控制设备中断开，并且可传输该功能的输入值到开发工具。这执行该功能的计算，并且接着将功能结果传输回给控制设备。
对开发工具18和控制设备11之间的数据传输的时间特性的不同的要求对应于这些各种不同的应用。
开发工具18和控制设备11之间的第一组数据传输过程不是对时间要求严格的传输。该传输过程主要在调试时出现。特别是传输控制程序和应利用其工作的输出数据在存储器组件13中操作控制设备的开始或在中断控制设备11的工作期间改变这些数据都属于此。所谓的USB总线的批量传输模式特别适于这种类型的传输。在批量传输模式中传输最大为64字节的数据包，并且传输时的误差被识别和消除。这种传输模式比其它由USB总线支持的模式具有更低的优先权，并且因而当应以其它模式之一传输数据时，可被中断。批量传输模式的数据包的较小的长度也便于使用具有较高优先权的传输过程之间的较小的间隙。
为在控制程序中找到误差，通常需分阶段地执行程序，其中在程序代码中确定所谓断点，在该断点上控制设备应中断执行该程序。为传输断点到控制设备和为将在这种阶段的过程中出现的处理器的寄存器内容、参数等的值等回答给开发工具18，同样可采用批量传输模式。
在测量应用中涉及到，跟踪由功能单元16监控和通知给控制设备11的发动机参数在时间上的发展。这些参数值由控制设备11分别存储在所确定的存储器组件13的存储位置上，并且从那里出发读取，并通过USB总线19转交给开发工具18。为将同时以高速率出现的数据量传输给开发工具18，优选地采用所谓的USB总线的等时模式。这种模式以每毫秒一个数据包的频率应用直至1023个字节的数据包。由于这种模式具有十分小的开销，所以可有效传输大的数据量。用于以等时模式传输的代码使得可能识别传输误差，但是不消除它。当开发工具18在以等时模式传输的数据包中确定误差时，只要有足够的传输容量可供支配，就能要求重新传输；否则必须拒绝有关的数据包。
旁路包含通过开发工具18或另一个连接在USB总线上的外部计算机(在此称为旁路计算机)读取控制设备11中的单个存储单元的内容，并且接着通过利用由开发工具或旁路计算机重新计算的值写入存储单元来替换该内容。譬如采用这种旁路，以便在控制设备11的研制和优化阶段中相对功能单元16的存在模拟该旁路，该功能单元16在针对其装设控制设备11的实际应用环境中提供记录在有关的存储位置上的值。也可用来代替计算过程，该计算过程在控制设备11的研制结束后应由这个控制设备11执行，其编程在采用旁路的控制设备11的研制阶段中还不能实现。
从有关存储位置中读取的值可与从其它的存储位置中读取的值一起以等时模式传输给开发工具18或旁路计算机；如果只有有关的存储位置的值或数量很小的存储位置的值应传输给开发工具18或旁路计算机，则对此可采用USB总线的中断模式。相同的中断模式也用于在有关的存储位置中重写由开发工具18或旁路计算机计算的新的值。以中断模式在13字节开销的情况下传输最大为64字节的数据包。传输中的误差被识别和消除。
权利要求
1.汽车控制设备、特别是发动机控制设备(11)，其具有处理器(12)和针对与汽车的功能单元(16)通信的第一接口(14)，其特征在于，至少第二接口(17)与处理器(12)被集于一个组件中。
2.按照权利要求1所述的汽车控制设备，其特征在于，所述接口(17)能够不用处理器(12)的参与来访问汽车控制设备的存储器组件(13)。
3.按照权利要求1或2所述的汽车控制设备，其特征在于，所述接口(17)能够写入式地访问存储器组件(13)中的处理器(12)的代码。
4.按照上述权利要求之一所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第二接口(17)针对块传送数据被设计。
5.按照权利要求1-4之一所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第一接口(17)与所述处理器(12)和所述第二接口(14)被集于相同的组件中。
6.按照上述权利要求之一所述的汽车控制设备，其特征在于，所述组件是印刷电路板。
7.按照权利要求1-5之一所述的汽车控制设备，其特征在于，所述组件是半导体芯片。
8.按照上述权利要求之一所述的汽车控制设备，其特征在于，该汽车控制设备具有至少一个针对处理器的工作参数的存储器(13)，并且该存储器(13)可通过所述第二接口(17)写入和/或读取。
9.按照上述权利要求之一所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第二接口(17)是串行接口。
10.按照权利要求8所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第二接口是以太网接口或FireWire接口。
11.按照权利要求9所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第二接口(17)是USB接口。
12.按照权利要求11所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第二接口(17)能够以等时模式传输由处理器(12)通过所述第一接口(14)接收的数据。
13.按照权利要求11所述的汽车控制设备，其特征在于，所述第二接口(17)能够以批量传输模式传输所述处理器(12)的控制参数。
14.按照权利要求8和11所述的汽车控制设备，其特征在于，所述接口(17)能够以中断模式读取和/或写入所述存储器(13)的单个存储位置。
15.具有按照上述权利要求之一所述的汽车控制设备(11)的汽车，其特征在于，所述第二接口(17)不与汽车的要控制的功能单元连接。
16.用于在按照权利要求11-14之一所述的汽车控制设备和外部主机(18)之间通信的方法，其中该主机(18)针对不同类型的在该主机和汽车控制设备之间交换的数据确定不同的USB终点和传输模式。
17.按照权利要求16所述的方法，其中所述主机按照优先权顺序询问终点。
全文摘要
汽车控制设备、特别是发动机控制设备(11)包括处理器(12)、针对与该汽车的功能单元(16)通信的第一接口(14)和至少一个与该处理器(12)集于一个组件中的第二接口(17)。
文档编号G06F11/36GK1745367SQ200480003174
公开日2006年3月8日 申请日期2004年1月22日 优先权日2003年1月30日
发明者M·莱钦格尔, A·奥厄, J·黑克尔 申请人:罗伯特·博世有限公司