交换机单元、以太网络和用于激活以太网络中的部件的方法与流程

本发明涉及一种交换机单元、具有这种交换机单元的以太网络以及用于激活这种以太网络中的部件的方法。

背景技术：

以太网络在数据技术中长期已知，其中，在最早的时期就考虑了其在汽车中的使用。以太网络相对于传统的车辆网络、如CAN或者FlexRay的优点在于，以太网络非常简单地允许部分网络运行，因此可以将不需要的控制设备关闭或者置于睡眠状态。这允许相应地节省电能。

由DE 10 2010 008 818 A1已知一种用于激活用于汽车的网络系统的至少一个暂时处于非激活状态的网络部件的方法，其中，网络系统的中央网络装置通过网络系统内部的路径与网络部件在信号技术上相连。所述路径至少部分导引经过网络系统的网络部段，其中，网络部段将网络部件和配属于其的第一激活装置不分支地与布置在该路径中的交换机装置和配属于其的第二激活装置在信号技术上相连。中央网络装置借助交换机装置通过发送网络功能控制信号与第一激活装置进行会话。在此，网络系统优选是以太网络。这种中央解决方案的缺点是，在此该中央部件的故障导致网络整体故障。

由DE 10 2012 207 858 A1已知一种用于激活车辆网络中的未激活的车辆控制设备的方法，其中，构成车辆网络节点的车辆控制设备能够相互通信，其中，一组待激活的彼此处于通信状态的车辆控制设备被整合在待激活的部分网络中。在此，每个节点具有至少一个网络接口(通往能通过该网络接口直接进行会话的相邻节点)和部分网络管理装置。所述部分网络管理装置说明车辆网络节点通过哪个网络接口能够与哪个部分网络通信，其中，在存在针对部分网络的控制设备的激活指令的情况下，节点在部分网络管理装置中识别，其通过其网络接口中的哪个能够与待激活的部分网络通信，其中，节点接着通过被识别的网络接口将激活指令传输至相邻的节点。如果节点在发送激活指令之前处于去激活状态，则所述相邻的节点随即通过发送激活指令被激活。这种通信结构也可以称为逐步唤醒。然而这种方法的缺点在于，其根据待唤醒的控制设备或者交换机装置的数量而慢。通常交互式电气系统应没有明显延迟地在车辆中做出反应。但在两个直接相连的控制设备之间建立连接就已经可能持续了长达200ms。

这种时间问题的一个可能的解决方案是全局性唤醒。为此，交换机单元(或者交换机装置)可以具有硬件，所述硬件用于一旦识别到链接上的激活状态(在通信建立之前)，则也直接地唤醒所有其它链接。这导致一旦一个控制设备具有通信需求(也就是在大致200ms之后)，车辆中的所有链接几乎同时被启动。一旦所有控制设备被唤醒并且确定它们实际并不被需要，则它们可以协调地通过迄今建立的通信被关闭并且断开。关闭于是可以例如通过网络管理协议实现。这在能量角度来说不是最佳的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，实现一种交换机单元以及以太网络以及提供一种用于激活以太网络中的部件的方法，借助它们能够对睡眠状态的控制设备和/或交换机单元进行节能和快速的唤醒。

该技术问题通过具有权利要求1所述特征的交换机单元、具有权利要求5所述特征的以太网络以及具有权利要求9所述特征的用于激活以太网络中的部件的方法来解决。本发明的其它有利设计方案由从属权利要求给出。

用于以太网络的交换机单元包括交换机和微处理器，其中，交换机具有至少三个端口，所述端口与交换机单元的输入和输出端相连。在端口与交换机单元的输入和输出端之间，分别布置有用于检测和启动总线活动的信号探测器和发生器。交换机单元还具有存储器单元，其中，在存储器单元中针对每个输入和输出端保存有与交换机单元的其它输入和输出端的配属准则，其中，交换机单元设计为，使得当在信号探测器和发生器上检测到总线活动时，从存储器单元中读出该输入和输出端的配属的输入和输出端并且唤醒对应的信号探测器和发生器，由此使它们本身在其输入和输出端产生总线活动。优点在于，信号探测器和发生器的唤醒明显比在两个控制设备、两个交换机单元或者控制设备与交换机单元之间建立真正的通信连接更快。因此，在通信连接真正建立之前，交换机单元已经唤醒了接下来所需的部件(控制设备或者交换机单元)。这相对于逐步唤醒具有显著的时间方面的优点。

在一种实施形式中，所述交换机单元设计为，使得存储器单元可以通过微处理器配置。由此，交换机单元可以在去激活之前分别重新确定哪些部件基于部件的活动应被唤醒。这实现了建立数据连接时的大的灵活性。

在另一实施形式中，持久地为所述信号探测器和发生器以及所述存储器单元供电，由此使唤醒过程非常快地进行。

相反，对交换机和微处理器配属电压调节器，所述电压调节器设计为，使得其至少根据信号探测器和发生器处的信号进行开关。在此，电压调节器可以设计为，调节其从准备电压升高至运行电压。但电压调节器也可以是接通和切断运行电压的开关。

以太网络具有至少一个前述类型的交换机单元，所述交换机单元与控制设备和/或其它交换机单元相连。

在此可以设置为，所有交换机单元设计为具有存储器单元，其中分别保存有配属准则。但根据网络配置也可行的是，各个交换机单元不具有这种存储器单元，而例如等待通信信号或者唤醒所有连接的控制设备和/或交换机单元。在此也可以设置为，尽管具有存储器单元，交换机单元还是在特定运行模式中唤醒所有相连的控制设备和/或交换机单元，例如因为待建立的数据连接在时间方面要求严格。

在另一实施形式中，所述交换机单元设计为，使得在另一运行模式中进行逐步唤醒。这例如在以下情况下是有意义的，即应建立全新的数据连接或者存储器单元之一被错误地配置。然而在此可能导致网络中的明显延迟。

用于激活以太网络中的部件的方法包括以下方法步骤，即基于建立数据连接的控制设备的总线活动，在至少一个具有存储器单元的交换机单元中，借助交换机单元中的信号探测器和发生器检测所述总线活动，并且在配属的输入和输出端产生总线活动，从而唤醒与之相连的控制设备和/或交换机单元，其中，优选与其并行地使微处理器运行。

以太网络优选是车辆网络，但也可以在任何其它环境中使用。

附图说明

以下根据优选实施例进一步阐述本发明。在附图中：

图1示出了利用逐步唤醒(现有技术)的以太网络的一部分的示意性框图；并且

图2示出了具有按照本发明的交换机单元的以太网络的一部分的示意性框图。

具体实施方式

在图1中示出了以太网络1的一部分，其具有第一控制设备A和第二控制设备B’，它们通过三个交换机单元10相互连接，其中，交换机单元10上的虚线表示它们可以与其它控制设备和/或交换机单元相连。控制设备A配置有开关或者传感器2，其中，在检测到传感器信号或者对开关的操作时，通过控制设备B’激活执行器3。

此时，如果假设所有控制设备A、B’和所有交换机单元10处于睡眠状态，则通过传感器2或者开关首先唤醒控制设备A。在控制设备A被唤醒之后，其在第一步骤S1中将通信信号传输至相连的交换机单元10，以希望与控制设备B建立数据连接。交换机单元10此时在控制设备B’的地址上识别出位于其上的交换机单元10是建立数据连接所必须的，并且在第二步骤S2中将另一通信信号传输至该交换机单元10，所述交换机单元随即在第三步骤S3中将通信信号传输至该另一交换机单元10，直至最后在下一步骤S4中，交换机单元通过通信信号唤醒控制设备B’。控制设备B’然后可以激活执行器3。如果假设每个步骤S1-S4持续约200ms，则从A向B’的数据连接需要约800ms。这种唤醒也称为逐步唤醒。

在图2中又示出了具有控制设备A和交换机单元10的以太网络1的一部分，其中，所示的交换机单元10与其它部件B、C和D相连，其中，B、C和D可以是控制设备或者交换机单元10。

交换机单元10具有被持久供电的部分11和电压可以通过开关13接通和切断的部分12。第二部分12包括带有四个端口PA-PD的交换机14以及微处理器15。第一部分11具有四个用于检测和启动总线活动的信号探测器和发生器16。所述信号探测器和发生器16例如由收发机组成，所述收发机可以对所连接的总线线路上的状态改变做出反应并且本身产生有效的信号。第一部分11还具有例如设计为非易失性RAM的存储器单元17以及或逻辑电路(Oder-Logik)18。单元16处于端口PA-PD与交换机单元10的输入和输出端EA/A-EA/D之间。在此，通过名称输入和输出端表明连接是双向的，也就是可以通过输入和输出端进行发送和接收。在存储器单元17中保存有配属准则，由所述配属准则说明单个网络参与者想与哪些网络参与者建立数据连接或者数据连接必须通过哪些网络参与者进行。由此示例性地示出了控制设备A为了建立数据连接需要部件B和D。相应地，部件B例如需要部件C等等。

控制设备A包括微处理器20、以太网物理层电路21以及信号探测器和发生器22，其与交换机单元10中的信号探测器和发生器16类似地设计。控制设备A还具有可通断的电压调节器23。所述以太网物理层电路21在此用于将微处理器20的数字信号编码和解码为以太网总线信号。

此时，在此假设，控制设备A、交换机单元10和部件B-D处于去激活状态。然后，如果传感器2检测到信号，则传感器产生信号，以便接通电压调节器23。同时控制信号探测器和发生器22，所述信号探测器和发生器改变其状态并且传输可探测的信号。与对信号探测器和发生器22的控制并行地，启动微处理器20。在微处理器20启动前，配属于输入和输出端EA/A的信号探测器和发生器16检测到信号探测器和发生器22的状态改变并且从存储器单元17中读取与A对应的一列。通过该读取过程，信号探测器和发生器16相应地与输入和输出端EA/B和EA/D进行会话，它们由此改变它们的状态，这由部件B和D通过其信号探测器和发生器检测到。与读取存储器单元17并行地，通过或逻辑电路18激活开关13，并且启动微处理器15和交换机14。如果此时控制设备A开始其通信，则交换机单元10以及部件B和D已经激活，因此控制设备A与目标部件(B和D或者与B或D相连的其它部件)之间的数据连接可以更快地建立。

在此，存储器单元17中的配属准则可以是静态的，但也可以通过微处理器15配置，这通过箭头表示。在此，系统也可以设计为自学习式的，因此例如被唤醒、但实际并不需要的控制设备可以反馈这一点并且相应地从矩阵中移除。

如果待唤醒的部件由于错误没有处于矩阵中，则通过逐步唤醒建立数据连接，其中，然后可以将缺少的部件填入矩阵中。

如果控制设备A应被唤醒，则相应地控制交换机单元10中的对应的信号探测器和发生器16。随即这种状态改变由信号探测器和发生器22检测到，这在图2中以虚线表示。信号探测器和发生器22随即接通电压调节器23。