控制设备、尤其是用于机动车辆的控制设备的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分所述的控制设备以及根据并列的专利权利要求所述的方法。

背景技术：

从市场上已知用于机动车辆的控制设备，借助于所述控制设备以高计算能力执行多个复杂控制任务。在此，尤其是需要在控制设备的不同部分之间交换数据。在逐渐的小型化或性能提升的过程中，可用于电气布线的结构空间变得更短缺和更昂贵。来自该专业领域的专利公开例如是de102005042493a1。

技术实现要素：

本发明所基于的问题通过根据权利要求1所述的控制设备以及通过根据并列的权利要求所述的方法来解决。有利的改进方案在从属权利要求中加以说明。对于本发明而言重要的特征此外可以在随后的描述中和在附图中找到，其中所述特征可以不仅单独地而且以不同的组合对于本发明而言是重要的，而对此不再次明确指出。

本发明涉及一种尤其是用于机动车辆的控制设备，其中该控制设备包括计算单元，所述计算单元被构造用于通过串行总线周期性地将数据帧传输给至少一个要借助于控制信号来操控的外围单元。在此，该计算单元被构造用于将表征所述控制信号的第一数据插入到每个数据帧中。

例如，数据帧在使用n位串行移位寄存器的情况下被产生。在此，n位串行移位寄存器周期性地分别在n个串行移位时钟之后并行地被加载第一数据，所述第一数据因此被插入到相应的数据帧中。“计算单元”当前特征在于，其包括所有为了形成数据帧以及为了数据帧的串行传输所需的装置。在更宽泛的理解中，计算单元还包括用于至少部分地产生第一数据的装置。同样，计算单元可以包括用于以适于串行传输的方式产生第二数据并且一起插入到数据帧中，如下面还将进一步被解释的。在一种设计方案中，计算单元至少部分地是处理器核心的一部分或者至少部分地是微控制器的一部分。

本发明具有如下优点：第一数据连续地按照周期性地形成的数据帧的时间网格（raster）被传输给外围单元，其中根据本发明在传输期间不出现逐帧的中断。因此，第一数据的传输不具有时间空隙。相应地，表征第一数据的传输的抖动（时钟波动或振动）有利地可以被最小化。由于这样被最小化的抖动，第一数据因此可以代替借助于相应电连接而有利地借助于串行总线共同地被传输，由此可以节省线路并由此节省电路板上的布线面积。此外，控制设备的集成半导体电路处的连接端子（“pins（引脚）”）可以被节省或者被用于其它目的。

在控制设备的一种设计方案中，计算单元被构造用于除了第一数据之外将第二数据插入到数据帧的至少一部分中，其中尤其是第二数据包括配置数据和/或控制数据和/或诊断数据。由此，第二数据有利地可以同样地一起被传输，其中第一数据的传输绝对不附加地被延迟、中断或以其它方式受影响。尤其是由此不引起第一数据的抖动。在一种设计方案中，计算单元还包括用于至少部分地产生配置数据和/或控制数据和/或诊断数据的装置。

第二数据例如可以包括所谓的“命令”或者应当由计算单元传输给外围单元的任意其它数据。在此，不强制性地需要连续地传输第二数据。例如，第二数据仅仅暂时地（即与第一数据不同不在每个数据帧中）和/或仅仅部分地存在，并且相应地需要仅仅在那时被传输。

此外，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据可以具有本身任意的结构。例如，这些数据可以至少部分地作为并行数据、例如作为字节存在。这些数据同样可以至少部分地作为多个彼此独立的单信号存在。

在另一设计方案中，每个数据帧的第一数目n1个数据位被分配给第一数据，并且数据帧的第二数目n2个数据位至少暂时地被分配给第二数据，其中优选地第一数目n1大于第二数目n2。由此，第一数据在每个数据帧中被传输，其中使第一数据有利地相对于第二数据实现总体上更大的传输容量。

在一种设计方案中规定，计算单元被构造用于在时间上不同的数据帧的情况下不同地测定数目n1和/或数目n2。例如，（在时间上所定义的）一组数据帧可以具有确定的数目n1和n2，并且紧接着的（在时间上所定义的）一组数据帧可以具有与此不同的数目n1和/或n2。在一种实施方式中，数目n1和/或n2甚至可以对每个数据帧都不同。由此，由数据帧的位数目表征的传输容量有利地可以针对相应需求被分派到第一数据和第二数据上。

在另一设计方案中规定，外围单元被布置在控制设备中，其中外围单元尤其是具有至少一个用于执行器的操控组件。因此，计算单元有利地也可以通过串行总线实施对执行器的比较时间关键的控制。例如，执行器可以是用于内燃机的喷油嘴的电磁执行器。

在另一设计方案中，第一数据表征至少一个实时控制信号、尤其是至少一个经脉宽调制的控制信号。例如，经脉宽调制的控制信号可以有利地被用于操控电磁执行器。计算单元可以通过串行总线将所述控制信号以比较小的延迟和比较小的抖动传输给外围单元的相应操控组件。

依据一种实施方式，这样的“实时控制信号”的特征在于，最大大致为数据帧的两个时间周期的延迟和/或抖动还可以被容忍。这在下面还将进一步被解释。

在一种优选设计方案中，第二数据不包括这样的实时信号。由此，第二数据有利地可以至少部分地被串行化，如在下面还将进一步被解释的。由此，有利地可以在数据帧中一起传输附加的第一数据。

在另一设计方案中，控制设备具有至少一个变换器，所述变换器被构造用于从当前的配置数据和/或控制数据和/或诊断数据中产生第二数目n2个第二数据。由此，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据可以在插入到数据帧中之前有利地被处理。例如实现针对第二数据插入帧信息或其它附加信息。

在另一设计方案中，变换器被构造为并行-串行变换器，其中配置数据和/或控制数据和/或诊断数据至少暂时地分别单独地或者共同地具有比第二数据的数目n2更大的位宽。例如，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据（“数据”）可以至少部分地作为字节和/或至少部分地作为多个彼此独立的单信号存在。于是，上述的数据有利地可以至少部分地被串行化。相应地，第二数据的数目n2可以被缩小，并且第一数据的数目n2可以被扩大。在一种实施方式中，数目n2为1，由此上述的数据针对传输在某种程度上可以说被“完全串行化”。

在另一设计方案中，变换器或并行-串行变换器被构造用于将针对串行传输的帧信息和/或控制信息插入到第二数据中。由此，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据有利地可以在传输之后正确地被识别，而不需要附加的同步线路等等。

在另一设计方案中，变换器或并行-串行变换器包括uart接口（英语：“universalasynchronousreceivertransmitter（通用异步收发机）”）。由此，实现特别有利地从配置数据和/或控制数据和/或诊断数据中产生第二数据。

在另一设计方案中，串行总线是微秒总线msc（英语：“microsecondchannel（微秒通道）”）。由此，也可以有利地将微秒总线的特定特性用于控制设备。

此外，本发明涉及一种用于运行尤其是用于机动车辆的控制设备的方法，其中控制设备包括计算单元，所述计算单元被构造用于通过串行总线周期性地将数据帧传输给至少一个要借助于控制信号来操控的外围单元。在此，计算单元将表征所述控制信号的第一数据插入到每个数据帧中。得出与上面针对根据本发明的控制设备已经描述的优点类似的优点。

在该方法的一种设计方案中，由计算单元除了第一数据之外将第二数据插入到数据帧的至少一部分中，其中尤其是第二数据包括配置数据和/或控制数据和/或诊断数据。

在该方法的另一设计方案中，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据至少暂时地分别单独地或者共同地具有比第二数据的数目n2更大的位宽，其中配置数据和/或控制数据和/或诊断数据根据并行-串行变换器的类型被变换为数目n2个第二数据。

针对该方法的设计方案得出与上面针对控制设备的设计方案已经描述的优点类似的优点。

附图说明

随后参考附图解释本发明的示例性的实施方式。在附图中：

图1示出具有通过串行总线彼此连接的计算单元和外围单元的控制设备的第一实施方式；

图2示出具有通过串行总线彼此连接的计算单元和外围单元的控制设备的第二实施方式；以及

图3示出用于运行根据图1或2的控制设备的方法的流程图。

在所有图中即使在不同实施方式中相同附图标记也被用于功能等效的元件和参量。

具体实施方式

图1示出尤其是用于机动车辆的控制设备10的第一实施方式，其中控制设备10包括计算单元12（图1中左边），所述计算单元被构造用于通过串行总线16周期性地将数据帧17传输给至少一个要借助于控制信号来操控的外围单元14（图1中右边）。在此，计算单元12被构造用于将表征所述控制信号的第一数据22插入到每个数据帧17中。当前，外围单元14被布置在控制设备10中，其中外围单元14尤其是具有至少一个用于执行器（未示出）的操控组件（未示出）。

计算单元12包括第一设备18，以便通过串行总线16周期性地将数据帧17传输给外围单元14。简言之，设备18可以将总数目n个可周期性地输送的数据位连续地变换为数据帧17并串行地传输。

控制设备10的其余元件为了简单起见在图1中未一起被示出。控制设备10相应地借助于虚线框来描绘。在一种实施方式中，串行总线16是微秒总线msc（英语：“microsecondchannel（微秒通道）”）。

计算单元12此外被构造用于除了第一数据22之外将第二数据24插入到数据帧17的至少一部分中，其中尤其是第二数据24包括配置数据和/或控制数据和/或诊断数据。配置数据和/或控制数据和/或诊断数据当前通过共同的附图标记28来表征。

在此，每个数据帧17的第一数目n1个数据位被分配给第一数据22，并且数据帧17的第二数目n2个数据位至少暂时地被分配给第二数据24，其中第一数目n1优选地大于第二数目n2。示例性地，第一数目n1等于12，并且第二数目n2等于4。在一种实施方式中，第二数目n2为1。相应地，数目n1可以例如被提高3，使得每次（prozeit）可以通过串行总线16传输特别多的第一数据22。

当前，第一数据22表征至少一个实时控制信号、尤其是至少一个经脉宽调制的控制信号。例如，经脉宽调制的控制信号可以分别被用于操控内燃机的喷油嘴的驱动级。

控制设备10具有变换器26，所述变换器被构造用于从当前的配置数据和/或控制数据和/或诊断数据（附图标记28）中产生第二数目n2个第二数据24。

在图1中，变换器26被构造为并行-串行变换器26，其中配置数据和/或控制数据和/或诊断数据至少暂时地分别单独地或者共同地具有比第二数据24的数目n2更大的位宽。该位宽在图1中示例性地为8位。补充地，变换器26被构造用于将针对串行传输的帧信息30a和/或控制信息30b插入到第二数据24中。帧信息30a和控制信息30b由设备18透明地传输，也就是说，设备18和20不分析这些信息并且也不改变这些信息。

与计算单元12的第一设备18相对应地在外围单元14中存在第二设备20，以便借助于通过串行总线16周期性地传输的数据帧17再次以并行的形式建立数目n个数据位。在此，由计算单元12将信息传送给外围单元14，由此在数据帧17中所包含的第一和第二数据22和24可以再次无误地并且明确地在外围单元14中被再生。

例如，这些信息在状态位中被传输，所述状态位补充地被插入到数据帧17中。在一种优选实施方式中，这些信息通过附加的线路被传输，其中数据帧17优选地仅仅包括第一和第二数据22和24，对此参看图2。

例如，串行总线16可以包括一个、两个、三个或更多电线路或电路板印制导线。所需或所使用的线路的数目尤其是可以依赖于数据帧17的串行数据的编码的程度。例如，可能需要时钟信号36、数据信号42和可选地同步信号。对此下面参看图2。

当数据信号42以被编码的形式包括时钟、数据帧17的数据以及同步信息或帧信息时，甚至单个线路可能对于串行总线16而言就足够了。另外，必要时需要附加的位，这些位补充地被插入在数据帧17中。然而这样的附加的位在图1中未一起被示出。

与计算单元12的并行-串行变换器26相对应地在外围单元14中布置有串行-并行变换器32。串行-并行变换器32可以在使用帧信息30a和/或控制信息30b的情况下从被恢复的第二数据24'中无误地且明确地再次确定原始的配置数据和/或控制数据和/或诊断数据（附图标记28'）。第一数据22'同样借助于第二设备20无误地且明确地被恢复。

图2示出控制设备10的第二实施方式。与图1类似地，在左边区域中示出了计算单元12并且在右边区域中示出了外围单元14。串行总线16在图2的下面的中间的区域中被示出。

在图2的实施方式中，串行总线16是所谓的“微秒总线”（英语：msc，microsecondchannel（微秒通道））。

在计算单元12中布置有时钟发生器34，所述时钟发生器产生对图2中所示出的元件中的多个元件进行定时的时钟信号36。时钟信号36尤其是形成用于第一设备18的移位寄存器18a的串行移位时钟。在使用移位寄存器18a的情况下周期性地产生数据帧17以用于传输给外围单元14。

此外，时钟信号36借助于时钟分频器38以第一因子被分频。该第一因子在当前的示例中为16并且对应于串行移位寄存器18a的位数。由此，得出分频后的时钟信号40，该分频后的时钟信号尤其是实现并行地将第一和第二数据22和24接收到串行移位寄存器18a中。

图2的实施方式的串行总线16当前包括时钟发生器34的时钟信号36、以及被时钟分频器38分频的时钟信号40、以及由数据帧17表征的数据信号42，所述数据信号逐位地相继地包括第一数据22和第二数据24。因此当前数据帧17具有16的位数。分频后的时钟信号40同时表征同步信息，借助于所述同步信息在外围单元14的设备20中明确地恢复第一数据22和第二数据24。

此外，在计算单元12中总共示出了5个块44a、44b、44c、44d和44e，所述块共同地产生或表征6个实时控制信号。当前，块44a、44b和44c的实时控制信号由3个经脉宽调制的控制信号来表征，并且块44d和44e的实时控制信号由应当被传输给外围单元14的总共3个逻辑信号来表征。

在图2中左上区域中，利用附图标记28标记的块表征相应的配置数据和/或控制数据和/或诊断数据，所述配置数据和/或控制数据和/或诊断数据可以并行地被插入到在其之下所描绘的并行-串行变换器26的移位寄存器26a中。该过程在图2中通过垂直的粗箭头来象征性地表现。移位寄存器26a示例性地具有16个位位置，其中移位寄存器26a的位长可以独立于第一设备18的移位寄存器18a的位长被预先给定。此外，上述的16个位位置包括已经在图1中所描述的帧信息30a和/或控制信息30b。

分频后的时钟信号40作为串行移位时钟被输送给移位寄存器26a。由此，移位寄存器26a的时钟频率当前是第一设备18的移位寄存器18a的1/16（wirddasschieberegister26avorliegendsechzehnmallangsamergetaktetalsdasschieberegister18aderersteneinrichtung18）。

在图2的实施方式中，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据在使用移位寄存器26a的情况下被变换成1位串行形式。第二数据24的第二数目n2（参见图1）相应地为1。当前，关于要传输的数据帧17，第二数据14在时间上在第一数据22之前被插入到第一设备18的串行移位寄存器18a中。然而替代地，第二数据24可以被插入到移位寄存器18a中的任意位位置处。

计算单元12基本上将三个信号传输给外围单元14：第一，数据信号42的周期性地产生的数据帧17。第二，时钟信号36。第三，分频后的时钟信号40。

由于通过分频后的时钟信号40实现的同步，数据帧17在图2的实施方式中仅仅包括数据、即第一和第二数据22和24。因此，在数据帧17中不需要一起传输帧信息等等。

与第一设备18类似地，外围单元14的第二设备也包括移位寄存器20a，该移位寄存器同样具有16位的位数。在使用移位寄存器20a的情况下，第一和第二数据22和24可以从数据帧17中无误地和明确地被恢复。

此外，外围单元14包括串行-并行变换器32（在图2中右上），借助于所述串行-并行变换器可以将第二数据24'再次分解成原始的配置数据和/或控制数据和/或诊断数据（附图标记28'）。为此，第二数据24'可以从移位寄存器20a中在与移位寄存器18a类似的位位置处被读出，并且串行地被写入到串行-并行变换器32的移位寄存器32a中。

原始的第一数据22与被恢复的第一数据22'之间的延迟尤其是小的，并且当前示例性地最大大致对应于两个数据帧17的时间长度。这将第一数据22表征为所谓的“实时控制信号”，所述实时控制信号因此也可以被用于相对时间关键的控制信号。

延迟的可能的第一部分由第一数据22到移位寄存器18a中的并行接收来表征。并行接收周期性地借助于分频后的时钟信号40来进行，由此得出一种“采样”。相应地，延迟的第一可能部分最高大致为数据帧17的时间长度。

延迟的可能的第二部分由数据信号42从移位寄存器18a中串行移出（在图2中向右）来表征。在大致数据帧17的时间长度之后，数据信号42的所有位都向右从移位寄存器18a中被移出，并且相应地被移入到外围单元14的移位寄存器20a中。

延迟的可能的第三部分由到移位寄存器18a中的并行接收和/或从移位寄存器20a中并行转交来表征。延迟的该部分比较小，并且最大大致为时钟发生器34的时钟信号36的一个或两个时间周期。

时钟信号36的频率例如为40mhz。易于理解的是，该频率也可以具有任意其它值。同样，分别所使用的移位寄存器（多个附图标记）的在图1和2中示出的位长仅仅是示例性的，并且同样可以具有任意其它值。同样，分别表征第一数据22和第二数据24的信号或信息的在图1和2中所示出的配备（belegungmit）仅仅是示例性的，并且也可以任意地不同地来实施。

控制设备10的在图2中所示出的元件的运行优选地这样进行：时钟发生器34连续地为移位寄存器18a和20a的串行移位时钟产生时钟信号36。同时，时钟信号36在时钟分频器38中被16分频。分频后的时钟信号40形成用于并行-串行变换器26的移位寄存器26a以及用于串行-并行变换器32的移位寄存器32a的移位时钟。

此外，分频后的时钟信号40被用于每隔时钟信号36的16个时钟步执行第一和第二数据22和24到移位寄存器18a中的并行接收。同时，移位寄存器26a的内容串行地进一步（向右）被移位1位。同样，分频后的时钟信号40被用于每隔时钟信号36的16个时钟步并行地读出当前在移位寄存器20a中存在的位并且在时钟信号36的紧接着的16个时钟步内并行地进行存储。为此，移位寄存器20a具有相应的并行寄存器，这在附图中为了简单起见未一起被示出。

在附图中未示出的另外的时钟分频器将分频后的时钟信号40再次以第二因子进行分频，以便为并行-串行变换器26的移位寄存器26a产生（未示出的）并行加载时钟。正如第一因子表征第一设备18的移位寄存器18a的大小一样，第二因子相应地表征移位寄存器26a的大小。当前，第二因子因此也为16。

以这种方式，每隔时钟信号36的256个时钟步进行配置数据和/或控制数据和/或诊断数据到移位寄存器26a中的并行接收。在外围单元14中，串行-并行变换器32相应地以相反的方式工作。第二数据24'根据分频后的时钟信号40从移位寄存器20a中被读出并且串行地被写入到移位寄存器32a中。

被用于并行-串行变换器26的移位寄存器26a的加载时钟（或者类似的时钟，该时钟在外围单元14中优选地在使用帧信息30a和/或控制信息30b的情况下被产生）被用于当前每隔时钟信号36的256个时钟步实现将当前分别被包含在移位寄存器32a中的数据并行地转交给被布置在块28'中的（未示出的）并行寄存器。以这种方式，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据被恢复，并且被提供用于外围单元14中的可能进一步的处理。

如能够认别的，尤其是第一数据22连续地按照周期性地形成的数据帧17的时间网格（raster）被传输给外围单元14，其中根据本发明在传输期间不出现逐帧的中断。因此，尤其是第一数据22的传输不具有时间空隙。以类似的方式，只要当前分别存在第二数据24，这些第二数据就也在没有附加的延迟和/或中断的情况下被传输，因为原则上在所述数据帧17中的每个中不仅第一数据22而且可能的第二数据24被传输。

在控制设备10的一种实施方式中，并行-串行变换器26和串行-并行变换器32分别包括uart接口，英语：“universalasynchronousreceivertransmitter（通用异步收发机）”。

因为uart接口的帧（“frame”）分别以起始位“0”开始，因此接收机uart接口可以与之同步并且识别帧开始。如果当前不应当借助于uart接口传输配置数据和/或控制数据和/或诊断数据，则优选地其中“1”位可以被传输。由此，替代于uart接口帧格式也可以使用任意其它的帧格式或位序列，其中相应的帧开始通过“0”位来规定。假如标准uart接口（8位串行长度）过短的话，这例如是有利的。

只要在应用情况下传输容量对于第二数据24而言过小，数目n2与值1（图2）不同地被扩大例如为2或4，参看图1。根据相应的数目n2，利用分频后的时钟信号40的每个时钟步在移位寄存器26a和32a中串行移位1位、2位或4位。

图3示出用于运行尤其是用于机动车辆的控制设备10的方法的流程图，其中控制设备10包括计算单元12，所述计算单元被构造用于通过串行总线16周期性地将数据帧17传输给至少一个要借助于控制信号来操控的外围单元14。在此，计算单元12将表征所述控制信号的第一数据22插入到每个数据帧17中。因此，第一数据22的插入可以严格周期性地并且在此意义上无中断地进行。这在图3中通过块100示出。

在紧接着的块110中，由计算单元12除了第一数据22之外将第二数据24插入到数据帧17的至少一部分中，其中尤其是第二数据24包括配置数据和/或控制数据和/或诊断数据。

在此，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据至少暂时地分别单独地或者共同地具有比第二数据24的数目n2更大的位宽，其中配置数据和/或控制数据和/或诊断数据根据并行-串行变换器26的类型被变换为数目n2个第二数据24。这通过紧接着的块120示出。

在紧接着的块130中，数据帧17串行地被传输给外围单元14。在紧接着的块140中，第一数据22'从第二设备20的移位寄存器20a中并行地被读出并被存储。同时，第二数据24'的当前的位串行地被写入到串行-并行变换器32的移位寄存器32a中。

在紧接着的块150中，配置数据和/或控制数据和/或诊断数据借助于串行-并行变换器32从第二数据24'中被恢复。之后，方法在块100开始时循环地被继续。

在块120和150中所描述的步骤应当在如下范围内象征性地来理解：并行-串行变换器26和串行-并行变换器32部分地利用被因子256分频的时钟信号36来运行并且相应地具有更慢的工作周期，如在上面已经描述的。

易于理解的是，如示例性地借助于图1和图2中所示出的控制设备10所描述的、第一和第二数据22和24通过串行总线16的传输也可以有利地针对几乎任意的其它的应用被执行。