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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose der Synchronisation
zweier Kommunikationsnetzwerke nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1 sowie eine elektronische Diagnoseeinrichtung und ein elektronisches
Datenverarbeitungssystem nach dem Oberbegriff der Ansprüche 6 und
10.
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Beispielsweise
bei einem Kraftfahrzeug werden in dem dort vorhandenen elektronischen
Datenverarbeitungssystem eine Mehrzahl von Steuergeräten über ein
oder mehrere Kommunikationsnetzwerke miteinander verbunden. Bei
den Kommunikationsnetzwerken kann es sich beispielsweise um bus-artige
oder sternförmige
Anordnungen handeln. Die Steuergeräte dienen dabei der Durchführung. von bestimmten
Funktionen, beispielsweise von Kraftstoff-Einspritz- oder Lenk- oder Bremsfunktionen
des Kraftfahrzeugs.
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Sind
beispielsweise zwei sogenannte ereignisgesteuerte Kommunikationsnetzwerke
vorhanden, so ist es bekannt, diese Kommunikationsnetzwerke mit
Hilfe eines sogenannten Gateways miteinander zu verbinden. Das Gateway
hat dabei die Aufgabe, die beispielsweise nach einem sogenannten Interrupt
auf dem ersten Kommunikationsnetzwerk übertragenen Daten derart umzusetzen
und gegebenenfalls zwischenzuspeichern, dass diese Daten dann an
das zweite Kommunikationsnetzwerk weitergegeben und dort weiterübertragen
werden können. Diese
Umsetzung und Zwischenspeicherung führt zu Zeitverzögerungen
bei der Weitergabe der Daten von dem ersten Kommunikationsnetzwerk
an das zweite Kommunikationsnetzwerk.
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Bei
einem sogenannten zeitgesteuerten Kommunikationsnetzwerk ist ein
fest vorgegebener Ablaufplan, ein sogenannter Schedule, vorhanden, der
jedem angeschlossenen Steuergerät
einen bestimmten Zeitschlitz vorgibt, in dem dieses Steuergerät Daten über das
Kommunikationsnetzwerk übertragen
kann. Weiterhin wird von dem Ablaufplan auch zumindest ein Zeitschlitz
vorgegeben, in dem eine Synchronisier-Nachricht enthalten ist, mit
deren Hilfe sich alle an das Kommunikationsnetzwerk angeschlossenen
Steuergeräte
zueinander zeitlich synchronisieren können.
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Sind
zwei zeitgesteuerte Kommunikationsnetzwerke vorhanden, und sollen
diese beiden Kommunikationsnetzwerke miteinander gekoppelt werden,
so ist es erforderlich, die beiden Kommunikationsnetzwerke ebenfalls
zeitlich zueinander zu synchronisieren. Zur Sicherstellung einer
korrekten Funktionsweise ist dabei eine Überwachung der Synchronisierung
vorteilhaft.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht in der Diagnose der Synchronisation
zweier Kommunikationsnetzwerke eines elektronischen Datenverarbeitungssystems.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren nach dem Anspruch 1 sowie durch
die Diagnoseeinrichtung nach dem Anspruch 6 und das Datenverarbeitungssystem
nach dem Anspruch 10 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist zur
Diagnose der Synchronisation zweier Kommunikationsnetzwerke eines elektronischen
Datenverarbeitungssystems vorgesehen, dass von jedem der beiden
Kommunikationsnetzwerke jeweils eine zeitbasierte Größe erfasst wird,
dass die beiden erfassten zeitbasierten Größen miteinander verglichen
werden, und dass aus diesem Vergleich auf die Güte der Synchronisierung der
beiden Kommunikationsnetzwerke geschlossen wird.
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Vorzugsweise
können
die Synchronisier-Nachrichten auf den beiden Kommunikationsnetzwerken
als zeitbasierte Größen herangezogen werden.
Der zeitliche Abstand dieser Synchronisier-Nachrichten auf den beiden
Kommunikationsnetzwerken stellt dann die Güte der Synchronisierung dar.
Dieser Wert kann dann mit einem vorgegebenen Gütekriterium verglichen werden. Überschreitet
der ermit telte zeitliche Abstand das zugehörige vorgegebene Gütekriterium,
so kann hieraus eine Fehlermeldung abgeleitet werden.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder
in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von
ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung
sowie unabhängig
von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw.
in der Zeichnung.
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1 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Diagnose
der Synchronisation zweier Kommunikationsnetzwerke, und 2 zeigt
schematische Zeitdiagramme zu der vorgenannten Synchronisation zweier
Kommunikationsnetzwerke.
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In
der 1 ist ein erster Bus 11 eines elektronischen
Datenverarbeitungssystems dargestellt, bei dem es sich um jegliche
Art eines zeitgesteuerten Kommunikationsnetzwerks handeln kann.
Beispielsweise kann der Bus 11 als sogenannter FlexRay-Bus oder
als sogenannter TTCAN-Bus realisiert sein. Der Bus 11 ist
dazu vorgesehen, digitale Daten insbesondere in einem Kraftfahrzeug
zu übertragen.
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An
den Bus 11 sind beispielhaft vier Knoten 13, 14, 15, 16 angeschlossen.
Ein Knoten kann beispielsweise ein Bestandteil eines Steuergeräts sein, wobei
von dem Steuergerät
eine oder mehrere Funktionen ausgeführt werden können, beispielsweise Funktionen
hinsichtlich der Einspritzung von Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine
oder Lenk- oder Bremsfunktionen eines Kraftfahrzeugs.
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Jeder
der Knoten 13, 14, 15, 16 besitzt
einen Communication Controller 18 und einen Bus-Transceiver 19.
Der Bus-Transceiver 19 stellt die direkte Verbindung des
zugehörigen
Knotens mit dem Bus 11 her, indem er elektrische Signale,
die die zu übertragenden
digitalen Daten repräsentieren,
auf den Bus 11 schreibt bzw. von dem Bus 11 liest.
Der Communication Controller 18 setzt einen vorgegebenen Ablaufplan,
einen sogenannten Schedule um.
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Die
auf dem Bus zur Verfügung
stehende Übertragungszeit
wird von dem Ablaufplan in aufeinanderfolgende Zyklen unterteilt,
die jeweils unter anderem eine Mehrzahl von Zeitschlitzen, sogenannte Slots,
enthalten. In jedem Zeitschlitz kann eine Nachricht, ein sogenannter
Frame, untergebracht werden, wobei jede Nachricht unter anderem
eine Anzahl der zu übertragenden
digitalen Daten, die sogenannte Payload, enthält.
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Jedem
der Knoten 13, 14, 15, 16 ist
durch den Ablaufplan zumindest ein bestimmter Zeitschlitz zum Senden
und/oder Empfangen von digitalen Daten in den aufeinanderfolgenden
Zyklen zugeordnet, so dass jeder oder zumindest einer der Knoten 13, 14, 15, 16 in
jedem Zyklus eine Anzahl von digitalen Daten auf den Bus 11 schreiben
und damit über
den Bus 11 übertragen
kann. Vorzugsweise sind den einzelnen Knoten 13, 14, 15, 16 jeweils
mehrere Zeitschlitze pro Zyklus zugeordnet.
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Zur
zeitlichen Synchronisation der Knoten 13, 14, 15, 16 legt
der Ablaufplan fest, dass zumindest einer der Knoten 13, 14, 15, 16 in
einem bestimmten der ihm in den aufeinanderfolgenden Zyklen zur
Verfügung
stehenden Zeitschlitze eine Synchronisier-Nachricht sendet. Vorzugsweise
werden derartige Synchronisier-Nachrichten
von mehreren der Knoten 13, 14, 15, 16 in
den ihnen jeweils zur Verfügung
stehenden Zeitschlitzen versendet. Damit sind in jedem Zyklus einer
oder mehrere Synchronisier-Nachrichten auf dem Bus 11 vorhanden.
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Der
Ablaufplan ist allen Knoten 13, 14, 15, 16 bekannt.
Damit „wissen” alle Knoten 13, 14, 15, 16,
in welchen Zeitschlitzen die Synchronisier-Nachrichten auf dem Bus 11 übertragen
werden.
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In
jedem der Knoten 13, 14, 15, 16 werden die
einzelnen Zeitschlitze des Ablaufplans auf der Grundlage einer Zeitbasis
ermittelt, die beispielsweise von einem Quarz-Oszillator abhängig ist.
Da die den einzelnen Knoten 13, 14, 15, 16 vorhandenen Zeitbasen,
beispielsweise aufgrund von unterschiedlichen Quarzen, voneinander
abweichen können,
ist es möglich,
dass derjenige Zeitschlitz, in dem von einem bestimmten Knoten eine
Synchronisier-Nachricht auf den Bus 11 geschrieben wird,
von einem der anderen Knoten nicht exakt ermittelt werden kann, sondern
nur mit einer geringen Abweichung.
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Da
es sich nur um eine geringe Abweichung handelt, und da der Ablaufplan
zwischen den Nachrichten zweier aufeinanderfolgender Zeitschlitze
immer einen Abstand vorsieht, in dem keine Daten übertragen
werden, kann der vorgenannte andere Knoten die Synchronisier-Nachricht
des bestimmten Knotens trotz der geringen Abweichung über seinen Bus-Transceiver 19 einlesen.
In Abhängigkeit
von der eingelesenen Synchronisier-Nachricht kann dann der andere
Knoten die vorgenannte Abweichung ermitteln und dadurch kompensieren,
dass er seine Zeitbasis korrigiert. Der andere Knoten kann sich
damit zu der eingelesenen Synchronisier-Nachricht synchronisieren.
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Insgesamt
können
sich auf diese Weise alle an den Bus 11 angeschlossenen
Knoten 13, 14, 15, 16 mit Hilfe
der übertragenen
Synchronisier-Nachrichten zueinander synchronisieren.
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In
dem Datenverarbeitungssystem der 1 ist ein
zweiter Bus 21 vorhanden, der mit dem Bus 11 vergleichbar
ist oder der dem Bus 11 entspricht, und bei dem es sich
damit um jegliche Art eines zeitgesteuerten Kommunikationsnetzwerks
handeln kann. Beispielsweise kann der Bus 21 als sogenannter FlexRay-Bus
oder als sogenannter TTCAN-Bus realisiert sein. An den Bus 21 sind
beispielhaft vier Knoten 23, 24, 25, 26 angeschlossen.
Die Knoten 23, 24, 25, 26 sind
mit den Knoten 13, 14, 15, 16 des
Busses 11 vergleichbar und können beispielsweise ein Bestandteil
eines Steuergeräts
sein. Jeder der Knoten 23, 24, 25, 26 des
Busses 21 besitzt einen Communication Controller 28 und
einen Bus-Transceiver 29, die wiederum mit dem Communication
Controller 18 und dem Bus-Transceiver 19 des Busses 11 vergleichbar
sind.
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Die
Funktionsweise der Knoten 23, 24, 25, 26 entspricht
der Funktionsweise der Knoten 13, 14, 15, 16.
Insbesondere die Definition von Zyklen und Zeitschlitzen mit Hilfe
eines Ablaufplans ist bei den Knoten 23, 24, 25, 26 des
zweiten Busses 21 in gleicher Weise vorhanden wie bei den
Knoten 13, 14, 15, 16 des ersten
Busses 11.
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Die
beiden Busse 11, 21 sind miteinander gekoppelt.
Dies ist in der 1 mit Hilfe der gestrichelten
Kopplung 33 dargestellt. Dabei kommt es nicht auf die hard-
oder softwaremäßige Ausbildung der
Kopplung 33 an. Beispielhaft kann es sich bei der Kopplung 33 um
ein Gateway handeln. Weiterhin sind die beiden Busse 11, 21 zueinander
synchronisiert. Auch hier kommt es nicht auf die Art und Weise an,
wie diese Synchronisierung erreicht wird. Beispielhaft kann die
Kopplung 33 hierzu irgendwelche hard- oder software-basierten
Synchronisier-Mittel aufweisen.
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In
der 2 sind die auf den beiden Bussen 11, 21 des
Datenverarbeitungssystems übertragenen Nachrichten über der
Zeit t aufgetragen. Das obere Diagramm bezieht sich dabei auf den
ersten Bus 11 und das untere Diagramm auf den zweiten Bus 21. Der
eingekreiste Bereich der beiden Diagramme ist darunter nochmals
vergrößert dargestellt.
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In
den beiden Diagrammen sind die von den Ablaufplänen definierten Zyklen mit
dem Bezugszeichen Z gekennzeichnet. Die Zeitschlitze sind nicht dargestellt.
Statt dessen sind die Nachrichten dargestellt, die in den einzelnen
Zeitschlitzen übertragen werden.
Diese Nachrichten sind mit dem Bezugszeichen N gekennzeichnet. Zwischen
den Nachrichten sind die erwähnten
Pausen vorhanden, in denen keine Daten übertragen werden.
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Die
im oberen Diagramm auf dem ersten Bus 11 vorhandenen Synchronisier-Nachrichten sind
mit dem Bezugszeichen S1 gekennzeichnet. Die im unteren Diagramm
auf dem zweiten Bus 21 vorhandenen Synchronisier-Nachrichten
sind mit dem Bezugszeichen S2 gekennzeichnet.
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Wie
insbesondere aus der vergrößerten Darstellung
hervorgeht, kann zwischen einer der Synchronisier-Nachrichten S1
des ersten Busses 11 und der zugehörigen Synchronisier-Nachricht
S2 des zweiten Busses eine zeitliche Verzögerung vorhanden sein, die
mit dem Bezugszeichen V gekennzeichnet ist.
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Gemäß der 1 sind
die beiden Busse 11, 21 an eine Diagnoseeinrichtung 36 angeschlossen, die
aus Hardware und/oder Software aufgebaut sein kann. Die Diagnoseeinrichtung 36 kann
dabei als separate Einrichtung vorgesehen sein oder sie kann in einen
oder mehrere der vorhandenen Knoten 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 der
beiden Busse 11, 21 oder in einem Gateway oder
in einer Hardware der Bustopologie teilweise oder vollständig integriert
sein.
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Die
Diagnoseeinrichtung 36 enthält Zeiterfassungsmittel 37,
mit deren Hilfe eine oder mehrere zeitbasierte Größen auf
den beiden angeschlossenen Bussen 11, 21 ermittelt
werden können.
Bei den zeitbasierten Größen kann
es sich beispielsweise um die Synchronisier-Nachrichten S1, S2 auf
den beiden Bussen 11, 21 handeln, und zwar beispielsweise
jeweils um die ansteigende Flanke dieser Signale. Alternativ kann
es sich auch um andere Signale handeln, die zu vorab bekannten Zeitpunkten
auf den beiden Bussen 11, 21 vorhanden sind. Ebenfalls kann
es sich nicht nur um die ansteigende Flanke, sondern auch um andere
charakteristische Kriterien dieser Signale handeln, von denen die
zeitbasierten Größen abgeleitet
werden. Eine weitere Möglichkeit besteht
darin, bestimmte charakteristische Größen der übertragenen Daten, beispielsweise
bestimmte Zeitstempel oder dergleichen, als zeitbasierte Größen vorzusehen.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel
wird davon ausgegangen, dass die Diagnoseeinrichtung 36 die
ansteigenden Flanken der Synchronisier-Nachrichten S1, S2 auf den
beiden Bussen 11, 21 erfassen. Diese beiden zeitbasierten
Größen werden
dann von der Diagnoseeinrichtung 36 miteinander verglichen.
Aus diesem Vergleich wird dann von der Diagnoseeinrichtung 36 eine
Zeitinformation ermittelt, die die Güte der Synchronisierung der
beiden Busse 11, 21 kennzeichnet.
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Im
Hinblick auf den Vergleich ist es möglich, dass die Diagnoseeinrichtung 36 den
zeitlichen Abstand der beiden erfassten zeitbasierten Größen ermittelt.
Gemäß der 2 entspricht
dies der zeitlichen Verzögerung
V der beiden Synchronisier-Nachrichten S1, S2. Dieser zeitliche
Abstand kann dann mit einem vorgegebenen Gütekriterium verglichen werden. Überschreitet
der ermittelte zeitliche Abstand das vorgegebene Gütekriterium,
so kann die Diagnoseeinrichtung 36 beispielsweise eine
Fehlermeldung erzeugen, die den an die beiden Busse 11, 21 angeschlossenen
Knoten 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 eine
nicht den Vorgaben entsprechende Synchronisierung der beiden Busse 11, 21 anzeigt.
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Weiterhin
ist es möglich,
dass von der Diagnoseeinrichtung 36 die zeitliche Veränderung
der erläuterten
Zeitinformation ermittelt wird. Entsprechend kann eine Differentiation
von aufeinanderfolgenden Zeitinformationen vorgenommen werden. Mittels
eines Vergleichs mit einem vorgegebenen Gütekriterium ist es dann möglich, dynamische
Veränderungen der
Synchronisation der beiden Busse 11, 21 festzustellen
und gegebenenfalls an die angeschlossenen Knoten 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 mitzuteilen.
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Ebenfalls
ist es möglich,
dass von der Diagnoseeinrichtung 36 eine Mittelwertbildung
oder eine Integration über
aufeinanderfolgende Zeitinformationen vorgenommen wird. Durch einen
Vergleich mit vorgegebenen Gütekriterien
können
auf diese Weise wiederum insbesondere dynamische Veränderungen der
Synchronisation festgestellt werden.
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Mit
Hilfe der Diagnoseeinrichtung 36 können somit Abweichungen der
Synchronisierung der beiden Busse 11, 21 von vorgegebenen
Gütekriterien festgestellt
werden. Weiterhin können
diese Abweichungen von der Diagnoseeinrichtung 36 an die
angeschlossenen Knoten 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 und
gegebenenfalls auch an andere Einrichtungen der beiden Busse 11, 21 weitergegeben
werden. Dort kann dann sichergestellt werden, dass die Abweichungen
zu keinen Störungen
des Betriebs der auf den Knoten 13, 14, 15, 16, 23, 24, 25, 26 ablaufenden
Funktionen führen.
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Weiterhin
können
die Abweichungen dazu verwendet werden, entsprechende Gegenmaßnahmen
zu ergreifen, mit deren Hilfe diese Abweichungen der Synchronisierung
dann wieder reduziert werden können.