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DE10128753A1 - Vorrichtung und ein Verfahren zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI - Google Patents

Vorrichtung und ein Verfahren zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI

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DE10128753A1
DE10128753A1 DE10128753A DE10128753A DE10128753A1 DE 10128753 A1 DE10128753 A1 DE 10128753A1 DE 10128753 A DE10128753 A DE 10128753A DE 10128753 A DE10128753 A DE 10128753A DE 10128753 A1 DE10128753 A1 DE 10128753A1
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Manfred Kirschner
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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Abstract

Die beschriebene Vorrichtung dient zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI. Sie weist auf: DOLLAR A - eine elektronische Einheit (10), mit einem Dateneingang (14), einem Datenausgang (17), einem Synchronisationseingang (15), einem Takteingang (16) und einem Register (13) und DOLLAR A - eine Puffereinheit (12), mit einem Signaleingang (19), einem Signalsaugang (20) und einem Aktivierungseingang (21). DOLLAR A Der Dateneingang (14) und der Datenausgang (17) der elektronischen Einheit (10) sind über eine erste Datenleitung (18) miteinander verbunden. Der Datenausgang (17) der elektronischen Einheit (10) ist mit dem Signaleingang (19) der Puffereinheit (12) über eine zweite Datenleitung (22) verbunden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI.
Stand der Technik
Steuergeräte in Kraftfahrzeugen werden beispielsweise zur Ansteuerung von steuergerätexternen Zündendstufen verwendet. Hierzu werden die Steuergeräte üblicherweise von einem Mikroprozessor gesteuert. Um einen fehlerfreien Ablauf sicherzustellen, ist es notwendig, eine Funktionsüberwachung durchzuführen, d. h. Statusmeldungen bzw. Diagnoseinformationen des Steuergeräts auszulesen, auszuwerten und gegebenenfalls anschließend entsprechende Maßnahmen einzuleiten.
Aus der DE 40 32 926 A1 ist eine Vorrichtung zum Prüfen eines Kraftfahrzeugtestsystems bekannt. Diese Vorrichtung enthält eine Testvorrichtung sowie eine bewegliche Diagnosevorrichtung, die an einer Schnittstelle miteinander verbindbar sind. Weiterhin ist eine Prüfvorrichtung vorgesehen, die an Stelle der Diagnosevorrichtung über die Schnittstelle mit der Testvorrichtung verbindbar ist.
Die beschriebene Vorrichtung stellt eine einfache Vorrichtung zum Prüfen eines Kraftfahrzeugsystems dar. Sie ermöglicht dem Anwender, eine Aussage darüber zu treffen, ob ein Fehler in der Diagnosevorrichtung oder innerhalb der Testvorrichtung vorliegt.
In der EP 0 477 309 B1 ist eine Vorrichtung zur Funktionsüberwachung eines als Endstufe ausgebildeten elektrischen Schalters, seines angeschlossenen Verbrauchers, seiner Ansteuerung und der dazugehörigen Verbindungsleitungen beschrieben.
Die Vorrichtung weist wenigstens eine parallel zur Endstufe geschaltete Fehlererfassungslogik auf. Der Verbindungspunkt zwischen dem Schalter und dem Verbraucher wird mit einem Bezugspotential beaufschlagt. Außerdem sind an die Fehlererfassungslogik die Potentiale der Eingangs- und Ausgangsklemme der Endstufe sowie das Bezugspotential anlegbar. Die Fehlererfassungslogik unterscheidet, ausgehend von den anliegenden Potentialen, zwischen den Fehlern Kurzschluss nach Pluspol, Lastabfall und Kurzschluss nach Masse. Darüber hinaus ist eine Zusatzschaltung für die Speicherung des Fehlerstatusses und das Einlesen eines Fehlerprotokolls durch ein Steuergerät vorgesehen.
Mit Hilfe der beschriebenen Vorrichtung können die möglichen Fehlerfälle Kurzschluss nach Masse, Kurzschluss nach Plus-Potential sowie Lastabfall sicher unterschieden werden. Eine ordnungsgemäße Funktion von Verbraucher und Ansteuerung wird ebenfalls erkannt.
Die Diagnoseinformation bei Kurzschluß oder Lastabfall der in Steuergeräten enthaltenen elektronischen Einheiten bzw. ICs (hauptsächlich Endstufen) konnten bislang über eine serielle Schnittstelle ausgelesen werden.
Die herkömmliche Diagnoseschnittstelle (DS) weist einen Dateneingang, einen Datenausgang, einen Eingang für das Taktsignal (CLK) und einen Eingang zur Synchronisation (SYNC) auf. Die Kommunikation zwischen Mikrocontroller und elektronischer Einheit über diese Schnittstelle mußte durch Setzen und Löschen bzw. Auslesen von Ports erfolgen.
Die SPI-Schnittstelle (serial peripheral interface) ermöglicht nun zum Beispiel die Kommunikation zwischen einem Mikroprozessor und einer elektronischen Einheit, wie einem IC.
Durch Setzen eines Synchronisationseingangs der elektronischen Einheit durch den Mikroprozessor mit einem sogenannten slaveselect (SS) beginnt die Kommunikation. Üblicherweise wird der Synchronisationseingang "low" gesetzt, um mit der Kommunikation zu beginnen.
Anschließend wird das Taktsignal (CLK) angelegt, mit dem die Datenübertragung synchronisiert wird. Der Dateneingang der elektrischen Einheit wird mit MOSI (master out slave in) und der Datenausgang mit MISO (master in slave out) bezeichnet.
Im Unterschied zur Diagnoseschnittstelle wird die SPI- Schnittstelle von Mikrocontrollern bzw. Mikroprozessoren unterstützt. Das Senden und Empfangen erfolgt durch Schreiben und Lesen von Registern.
Die Bedienung der Diagnoseschnittstelle führt entweder zur Programmierung von Warteschleifen, um die Bitzeiten einzuhalten, oder bei der Bedienung im z. B. 1 ms Raster zu einem Funktionsaufruf je Bit. Dies bindet sehr viele Mikroprozessorressourcen, was selbstverständlich vermieden werden soll.
Dies bedeutet aber, möchte man die Vorteile der SPI nutzen, dass ICs in Steuergeräten gegebenenfalls neu entwickelt (Redesign) werden müssen. Dies erscheint für ICs, bei denen außer der Schnittstelle keine Veranlassung für ein Redesign besteht, sehr aufwendig. Hier setzt die Erfindung an.
Vorteile der Erfindung
Die verwendete Diagnoseschnittstelle befindet sich im Steuergerät und dient im Fehlerfall dazu, der mit einer Reparatur betrauten Werkstatt Hilfestellung zur Fehlerbehebung zu geben. Des weiteren kann bereits während der Fahrt auf Fehler reagiert werden. Fehler, die erkannt werden, sind bspw. Fehler bei der Benzineinspritzung. So kann zum Beispiel die Benzineinspritzung für einen Zylinder ausgeblendet werden, wenn festgestellt wird, daß für diesen kein Zündfunken erzeugt wird. Eine andere Möglichkeit stellt das Ausblenden der Lambda-Regelung dar.
Die Diagnoseschnittstelle weist hierfür einen Dateneingang, einen Datenausgang, einen Eingang für das Taktsignal und einen Eingang zur Synchronisation auf.
Das Protokoll der Diagnoseschnittstelle ist dem Protokoll der SPI-Schnittstelle sehr ähnlich. So wird mit der Synchronisationsleitung (SYNC) bei der Diagnoseschnittstelle bzw. dem Slaveselect-Signal (SS) bei der SPI-Schnittstelle der Baustein angesprochen und es werden die Diagnoseregister gespeichert bzw. ausgegeben. Der Datenausgang der Diagnoseschnittstelle gibt wie MISO bei der SPI die Daten an den Mikroprozessor.
Der Dateneingang der Diagnoseschnittstelle unterscheidet sich aber vom MOSI der SPI-Schnittstelle. Während der Dateneingang der Diagnoseschnittstelle zum Kaskadieren verschiedener Slavebausteine dient, sollen mit dem MOSI Daten vom Mikroprozessor in den/die Slavebausteine geschrieben werden. Diese Funktion gab es bei Bausteinen mit der Diagnoseschnittstelle nicht.
Die Unterschiede zwischen Diagnoseschnittstelle und SPI wurden erfindungsgemäß, wie nachfolgend erläutert, berücksichtigt.
Bei Erkennen eines Leitungsfehlers (Kurzschluss, Lastabfall) wird bei ICs mit Diagnoseschnittstelle der Datenausgang auf "low" gezogen. Bei ICs mit SPI darf der Ausgang nur aktiv, d. h. "low" oder "high" sein, wenn der Baustein per SS angesprochen ist. Daher wird am Datenausgang der elektronischen Einheit eine Puffereinheit geschaltet. Per Disablesignal oder Aktivierungssignal ist der Ausgang dann tristate oder aktiv. Dafür wird der Aktivierungseingang bzw. Schalteingang der Puffereinheit verwendet.
Der Ausgang bei ICs mit Diagnoseschnittstelle ist opencollector. Daher muss am Datenausgang der elektronischen Einheit ein Pullup-Widerstand vorgesehen sein, falls aus Gründen der Baudrate der logische Pegel am Dateneingang nicht ausreicht bzw. nicht vorhanden ist.
Die SPI-Schnittstelle ist üblicherweise auf 2 bis 5 Mbaud ausgelegt. Viele ICs mit Diagnoseschnittstelle sind nur auf 500 kBaud ausgelegt. Daher muss gegebenenfalls beim Zugriff auf die Diagnoseschnittstelle die Baudrate entsprechend umgeschaltet werden.
Bei der Diagnoseschnittstelle wird mit Setzen des SYNC das erste Datenbit ausgegeben. Bei SPI erst mit der Clockflanke. Das bedeutet, dass bei der Umsetzung auf SPI das erste Datenbit verloren geht. Daher muss der Datenausgang auf den Dateneingang gegeben werden. Durch die Kaskadierung wird dann das verlorene Datenbit am Schluss gesendet. Der Mikroprozessor muss den empfangenen String um 1 Bit schieben oder die Bits entsprechend auswerten.
Bei der Kaskadierung mehrerer Slavebausteine muss der Datenausgang des letzten Bausteins, welcher mit MISO verbunden ist, auf den Dateneingang des ersten Slavebausteins gegeben werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI weist eine elektronische Einheit, beispielsweise ein IC eines Steuergeräts und eine Puffereinheit auf. Die elektronische Einheit hat einen Dateneingang, einen Datenausgang, einen Synchronisationseingang, einen Takteingang und ein Register, bevorzugt ein Schieberegister. In dem Register sind die Diagnoseinformationen abgelegt, die ausgelesen werden sollen.
Die Puffereinheit hat einen Signaleingang, einen Signalausgang und eine Aktivierungseingang.
Der Dateneingang und der Datenausgang der elektronischen Einheit sind über eine erste Datenleitung miteinander verbunden. Der Datenausgang der elektronischen Einheit ist mit dem Signaleingang der Puffereinheit über eine zweite Datenleitung verbunden.
Durch die Zusatzbeschaltung kann die elektronische Einheit mit einer herkömmlichen Diagnoseschnittstelle an die SPI- Schnittstelle eines Mikrocontrollers angeschlossen werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der Synchronisationseingang der elektronischen Einheit und der Aktivierungseingang der Puffereinheit über eine dritte Datenleitung miteinander verbunden. So können beide Eingänge durch Anlegen eines Signals mittels des Mikroprozessors gleichzeitig gesetzt werden.
Falls aus Gründen der Baudrate der Pullup, d. h. der logische Pegel, am Dateneingang der elektronischen Einheit nicht ausreicht bzw. nicht vorhanden ist, wird bevorzugt, da der Datenausgang opencollector ist, ein Pullupwiderstand am Datenausgang geschaltet.
Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass diese kaskadierbar ist. Bei der Kaskadierung mehrerer Slavebausteine wird der Datenausgang des letzten Slavebausteins auf den Dateneingang des ersten Slavebausteins gegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI kann mit einer Vorrichtung, wie zuvor beschrieben, und einem Mikroprozessor durchgeführt werden.
Zunächst setzt der Mikroprozessor den Synchronisationseingang der elektronischen Einheit und den Aktivierungseingang der Puffereinheit, d. h. der Mikroprozessor legt ein aktives Signal an diese Eingänge an. Vorteilhafterweise sind die Eingänge miteinander verbunden, so dass ein Signal des Mikroprozessors die beiden angesprochenen Eingänge gleichzeitig setzt.
Außerdem wird ein Taktsignal an den Takteingang der elektronischen Einheit angelegt. Synchronisiert mit diesem Taktsignal werden die Daten im Schieberegister gespeichert bzw. ausgegeben.
Anschließend werden die Daten aus dem Schieberegister über die Puffereinheit, die aktiviert ist, ausgegeben und vom Mikroprozessor über den MISO eingelesen.
Das erste Datenbit wird über die erste Datenleitung vom Datenausgang zum Dateneingang gegeben und dadurch am Schluss gesendet. Der Mikroprozessor wertet die ausgelesenen Datenbits entsprechend aus, indem er beispielsweise den empfangenen String um 1 Bit schiebt.
Durch die Zusatzbeschaltung können ICs mit der herkömmlichen Diagnoseschnittstelle an die SPI- Schnittstelle angeschlossen werden. Somit können ICs, für die außer der Schnittstelle keine Veranlassung für ein Redesign besteht, weiter verwendet werden.
Falls die elektronische Einheit für eine Baudrate ausgelegt ist, die nicht derjenigen der SPI-Schnittstelle des Mikroprozessors entspricht, wird zweckmäßigerweise die Baudrate von seiten des Mikroprozessors entsprechend umgeschaltet.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogramm umfaßt alle Programmcode-Mittel, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Das Computerprogramm kann auf geeigneten Datenträgern, wie EEPROMs, Flash-Memories aber auch CD-ROMs, Disketten oder Festplattenlaufwerken gespeichert sein. Abgearbeitet wird das Computerprogramm von einer elektronischen Recheneinheit, hier beispielsweise dem Mikroprozessor.
Zeichnungen
Die Erfindung wird mit der beigefügten Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung, und
Fig. 2 eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens im Flussdiagramm.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in schematischer Darstellung. Zu erkennen ist eine insgesamt mit 10 bezeichnete elektronische Einheit, ein Pullupwiderstand 11 und eine Puffereinheit 12. Die elektronische Einheit 10 dient zur Ansteuerung von steuergerätexternen Zündendstufen. Es besteht in diesem Fall keine Notwendigkeit, Daten vom Mikroprozessor zur elektronischen Einheit 10 zu schicken. Über die SPI sollen bei der dargestellten Anordnung Diagnosedaten der elektrischen Einheit 10, die in einem Diagnoseregister 13, typischerweise ein Schieberegister, in der elektronischen Einheit 10 abgelegt sind, ausgelesen werden.
Möchte man die Vorteile der SPI zum Auslesen des Diagnoseregisters nutzen, müsste die elektronische Einheit 10 nur wegen der Schnittstelle überarbeitet werden. Neben Entwicklungskosten entstehen Kosten durch Verwaltung einer zweiten Typteilenummer und die Stückzahlteilung.
Als Puffereinheit 12 kann in diesem Fall ein Single-Gate dienen. Der Pullupwiderstand 11 sollte - sofern überhaupt benötigt - im Bereich von 10 kOhm liegen, abhängig von der gewünschten Baudrate.
Die elektronische Einheit 10 weist einen Dateneingang 14, einen Synchronisationseingang 15, einen Takteingang 16 und einen Datenausgang 17 auf. Der Datenausgang 17 ist über eine erste Datenleitung 18 mit dem Dateneingang 14 verbunden. Am Datenausgang 17 ist der Pullup-Widerstand 11 vorgesehen, welcher zwischen Datenausgang 17 und Versorgungsspannung VCC geschaltet ist.
Weiterhin weist die elektronische Einheit 10 eine Reihe von Eingängen, die hier mit IN1 bis IN6 bezeichnet sind, und eine Reihe von Ausgängen, hier mit OUT1 bis OUT6 bezeichnet, auf. Die Eingänge dienen zur Kommunikation mit dem Mikroprozessor. Sie stellen eine parallele Schnittstelle dar. Die Ausgänge werden beispielsweise zur Ansteuerung von Zündendstufen verwendet.
Die Puffereinheit 12 weist einen Signaleingang 19, einen Signalausgang 20 und einen Aktivierungseingang 21 auf.
Der Signaleingang 19 der Puffereinheit 12 ist über eine zweite Datenleitung 22 mit dem Datenausgang 17 der elektronischen Einheit 10 verbunden. Der Aktivierungseingang 21 ist über eine dritte Datenleitung 23 mit dem Synchronisationseingang 15 der elektronischen Einheit 10 verbunden.
Der Signalausgang 20 dient als MISO. Das bedeutet, dass über den Signalausgang 20 die Diagnosedaten der elektronischen Einheit ausgelesen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist in Fig. 2 anhand eines Flussdiagramms dargestellt.
In einem ersten Verfahrensschritt 30 wird der Synchronisationseingang 13 gesetzt. Dadurch wird die elektronische Einheit 10 angesprochen und zugleich die Puffereinheit 12 aktiviert.
In einem anschließenden Schritt 31 wird ein Taktsignal angelegt. Dieses dient zur Synchronisation der Datenein- und Datenausgabe.
Mit einem weiteren Schritt 32 werden die Datenbits über MISO ausgegeben, wobei das erste Datenbit als letztes ausgegeben wird.
In einem anschließenden Schritt 33 wird das Datenbit, welches eine Diagnoseinformation repräsentiert vom Mikroprozessor entsprechend ausgewertet.
Die Nutzung der SPI-Schnittstelle durch ICs mit Standardschnittstelle erweist sich als vorteilhaft. So ist es möglich, die Hardware-Unterstützung der SPI- Schnittstelle zu nutzen. Außerdem können Pins am Mikroprozessor eingespart werden. Von besonderem Vorteil ist, dass ICs mit herkömmlicher Diagnoseschnittstelle weiterverwendet werden können, wenn keine sonstigen, funktionalen Gründe vorliegen, die eine Überarbeitung des ICs notwendig machen.

Claims (8)

1. Vorrichtung, zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI, welche aufweist:
eine elektronische Einheit (10), mit einem Dateneingang (14), einem Datenausgang (17), einem Synchronisationseingang (15), einem Takteingang (16) und einem Register (13), und
eine Puffereinheit (12), mit einem Signaleingang (19), einem Signalausgang (20) und einem Aktivierungseingang (21),
wobei der Dateneingang (14) und der Datenausgang (17) der elektronischen Einheit (10) über eine erste Datenleitung (18) miteinander verbunden sind und der Datenausgang (17) der elektronischen Einheit (10) mit dem Signaleingang (19) der Puffereinheit (12) über eine zweite Datenleitung (22) verbunden ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Synchronisationseingang (15) der elektronischen Einheit (10) und der Aktivierungseingang (21) der Puffereinheit (12) über eine dritte Datenleitung (23) miteinander verbunden sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß am Datenausgang (17) der elektronischen Einheit (10) ein Pullup-Widerstand (11) geschaltet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit Vorrichtungen gleicher Art kaskadierbar ist.
5. Verfahren zur Umsetzung einer Diagnoseschnittstelle auf Standard-SPI mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und einem Mikroprozessor, bei dem zunächst der Mikroprozessor den Synchronisationseingang (15) der elektronischen Einheit (10) und den Aktivierungseingang (21) der Puffereinheit (12) setzt, ein Taktsignal an den Takteingang (16) der elektronischen Einheit (10) anlegt und anschließend über den Signalausgang (20) der Puffereinheit (12) eine Anzahl von Datenbits, welche im Register (13) der elektronischen Einheit (10) gespeichert waren, ausliest, wobei ein erstes Datenbit über die erste Datenleitung (18) vom Datenausgang (17) zum Dateneingang (14) gegeben wird und dadurch am Schluss gesendet wird und der Mikroprozessor die ausgelesenen Datenbits entsprechend auswertet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Baudrate umgeschaltet wird.
7. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um sämtliche Schritte des Anspruchs 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Mikroprozessor, ausgeführt wird.
8. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach Anspruch 5 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit, insbesondere einem Mikroprozessor ausgeführt wird.
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