[发明专利]用于ECU和/或测量设备之间的数据传输的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于机动车辆领域中的电子控制单元（在下文中称为ECU）和/或测量设备之间的数据传输的方法。此外，本发明涉及ECU接口模块、ECU和测量设备。

背景技术

电子控制单元且特别是机动车辆中的引擎控制单元（ECU）的数目及其联网不断地增加。例如，新的动力传动系技术导致更快的控制回路且以太网正在开始补充或者甚至替换汽车中的传统互连技术，如CAN、FlexRay、LIN和MOST。

这些发展导致快速增加的数据吞吐量和对于ECU和嵌入式ECU接口模块的更有挑战性的实时要求。

下一代的ECU接口设备因此将从快速以太网走向分布式测量、校准和诊断（MCD）系统内的吉比特以太网。嵌入式快速原型（RP）系统将利用PCI Express技术来满足苛求的等待时间和抖动要求。

基于软件的服务质量（QoS）和协议处理的传统方式不能以所请求的性能跨多个层处理多种多样的协议。

从现有技术已知的传统汽车协议标准和对应的参考图是基于软件驱动客户端—服务器模式。在托管MCD应用软件或原型软件的强大的标准个人计算机上运行的客户端充当智能协议主机，并且嵌入式ECU接口模块中的服务器充当命令执行协议从机。

在已知汽车协议标准中，使用标准控制器硬件（CAN控制器、Flexray控制器、以太网媒体接入控制器或类似控制器）来仅实现服务器中的链路层。类似于网络层、传输层和汽车协议服务层的较高协议层全部以运行在实时操作系统的顶部上的软件来实现，该实时操作系统具有类似于直接存储器存取（DMA）的一些有限标准硬件支持。

在非常有限的中央处理单元（CPU）组内的不同链路层的顶部上实现多个协议层堆栈要求使用由底层操作系统提供的服务和软件线程方法来将与异步输入数据事件（帧）相关联的处理进行串行化。

然而，与软件线程相关联的串行化和情境切换开销限制了最大事件率。此事件率限制似乎是用于所有基于软件的实时系统的主要瓶颈。其导致用于原型应用的增加的IO等待时间和抖动、用于事务的增加的往返时间和由于得到的网络帧速率限制而引起的有限测量吞吐量。基于软件的实时系统中的性能优化是困难的，如果不是甚至不可能实现的话，因为用于减少情境切换开销的事件率的抑制使原型和控制平面的低等待时间要求恶化。使用多核CPU技术以便增加软件处理能力使ECU接口模块功率消耗要求恶化且不能有效地促进单个高比特率数据会话（例如单个传输连接协议（TCP）连接），因为会话的分组排序禁止对其分组的并行处理。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于上面确定的数据传输的方法，使得能够实现加速的数据传输，特别是快速（低）事件循环时间、低抖动和高数据吞吐量。

由用于上面确定的数据传输的方法来解决此目的，其中，数据传输的架构被分成对配置、校准和/或诊断（CD）数据进行操作的以软件实现的控制平面和传输测量（M）数据和/或原型（RP）数据的以硬件实现的数据平面。

本发明提出一种部件，其实现用于嵌入式ECU接口模块中的基于硬件的多层协议处理和基于硬件的QoS的新范例。此新架构方法与当前技术相比提供了至少十倍的性能增加。

本发明提出了一种新技术，其使用新架构视图。根据汽车协议的多服务性质，架构被分成优选地对使用事务（T）所传输的配置、校准和诊断（CD）数据进行操作的以软件实现的控制平面和优选地使用无状态数据流（S）所传输的传输测量（M）和原型（RP）数据的以硬件实现的数据平面。

以硬件的数据平面的实现方式相对于现有技术而言具有若干个主要优点，其包括：

· 用于具有低达360ns、在某些情况下甚至低达200ns（现有技术软件方法：> 50μs）的事件循环时间的非常快速的事件处理的最优化数据平面。

· 用于小于2μs（现有技术软件方法：几十μs）的非常低的抖动的最优化数据平面。

· 用于高达2.8 Gbit/s、在某些情况下甚至高达5.0 Gbit/s（现有技术软件方法：< 100 Mbit/s）的高数据吞吐量的最优化数据平面。

例如通过ASIC开发而不是FPGA开发，能够实现特别有效的最优化。

根据本发明，以下术语具有随后定义的意义：

接收＝来自外部线路的数据的接收，

传输＝外部线路上的传输，

转发＝将数据从设备转发至数据处理器核并进一步转发到设备。

因此，该序列始终是：接收＝>转发＝>传输。