Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Steuerungsanordnung für ein Fahrzeug-Bordnetz und ein Verfahren zum Steuern von Sensoren und Aktuatoren in einem Fahrzeug-Bordnetz. Insbesondere betrifft die Erfindung Remote GPIO („General Purpose Input Output“) Module für neue Bordnetzarchitekturen mit virtualisierter Steuerung.

Stand der Technik

Aufgrund der weiter zunehmenden Anzahl von elektronischen Funktionen im Bordnetz nimmt die Vernetzungs-Komplexität solche Ausmaße an, dass neue Bordnetzarchitekturen eingeführt werden müssen. In der Diskussion ist hier insbesondere das zonale Bordnetz 100, wie in Figur 1 dargestellt. Grundidee ist hierbei, dass Funktionen zonal integriert werden sollen und sich damit eine Komplexitätsreduktion ergeben soll. Problem ist nur, dass die allermeisten Funktionen im Fahrzeug nicht zonaler Natur sind. Beispiele hierfür sind das Car Access System, Airbag und die Funktionen des autonomen Fahrens, die jeweils mit zentralen Steuergeräten für diese Funktion zentralvernetzt sind. Dass ein zonales Steuergerät zum Beispiel ein Sensorsignal vorne links aufnimmt, dieses über ein Bussystem zu einem zonalen Steuergerät hinten kommuniziert und dieses dort ein Aktuator-Signal initiiert, ist zumindest für (Echtzeit-) Steuerungen mit Anforderungen an niedrige Latenzzeiten nicht möglich. Beschreibung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein vorteilhaftes Konzept für ein neuartiges Fahrzeug- Bordnetz zu schaffen, mit dem die oben genannten Nachteile überwunden werden können.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Bordnetz-Architektur mit geringer Komplexität zu schaffen, bei der die Steuerung der im Fahrzeug vorgesehenen Komponenten, wie Aktuatoren und Sensoren, mit möglichst geringer Latenzzeit erfolgen kann.

Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben.

Die erfinderische Lösung basiert auf der Idee, eine neue Steuerungsanordnung für ein Fahrzeug-Bordnetz zu schaffen. In der neuen Steuerungsanordnung wird das GPIO ausgelagert in Remote-GPIO Module, die als periphere Eingabe-Ausgabe-Entitäten fungieren, Diese sind über einen Peripheral Component Interconnect Bus an eine zentrale Computing Plattform angebunden. Die Remote-GPIOs können über das gesamte Fahrzeug verteilt werden. Somit können sich quasi virtuelle Steuergeräte über das gesamte Fahrzeug verteilen. Wegen der Latenz im Nanosekunden-Bereich des Peripheral Component Interface Busses können somit Sensoren, die beispielsweise vorne links angeordnet sind, (über Remote-GPIO vorne links) mit Aktuatoren, die beispielsweise hinten angeordnet sind, (über Remote-GPIO hinten) in einer Funktion interagieren, so als würden sie über ein zentrales Domänensteuergerät (mit vielen langen Leitungsverbindungen) verarbeitet.

Das Processing der Funktionen erfolgt auf einer performanten p-Prozessor Plattform (nicht p- Controller). p-Prozessoren weisen kein GPIO in Form von konfigurierbaren Eingangs- oder Ausgangs-Pins (Binär, ADC, PWM, TX, RX, UART, SPI) auf. Hierbei kann es sich um eine SOC (System on Chip) Multi-Prozessor Plattform handeln, die bisher typischerweise für ADAS (Advanced Driver Assistance Systeme) Anwendungen verwendet wird. Auf der Multi- Prozessor Plattform können dafür zwei unterschiedliche Betriebssystem übereinen Hypervisor lauffähig sein. Dafür wird neben einem Posix Betriebssystem für die ADAS Anwendung ein RTOS (Real Time Operating System) Betriebssystem für die Steuerungsaufgaben (über Remote GPIO) implementiert. In einem neuen GPIO ASIC erfolgt ein Mapping der Peripheral Component Interconnect Bus Datenpakete zu den General Purpose I/O Pins des Remote-GPIO Modules. Das GPIO ASIC setzt die Ausgänge und liest die Eingänge ein. Die I/O Information wird in einer Speichertafel des GPIO-Asics (periphere I/O-State-Table bzw. periphere I/O Zustandstabelle) wiedergegeben. Diese Speichertafel wird von der zentralen Computing Plattform über Direct Memory Access Mechanismen oder Memory Mapped I/O über den Bus zyklisch aktualisiert. Das ASIC des GPIO Moduls ermöglicht es, dass auf der Eingabe-Ausgabe Entität keine Software implementiert werden muss. Die SW inclusive Treiber wird auf dem SOC-Prozessor der zentralen Computing Platform implementiert.

Die neue Steuerungsanordnung umfasst eine zentrale Computing Plattform und mehrere dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entitäten entsprechend den Remote-GPIO Modulen.

Die erfindungsgemäßen Remote-GPIO können bisherige (intelligente) Stromverteiler ersetzen und diese mit der I/O Beschaltung aus Steuergeräten kombinieren. Die klassischen Stromverteiler können damit entfallen.

Ein Vorteil der neuen Steuerungsanordnung ist insbesondere wie folgt: Zentralvernetzte Funktionen sind die Ursache für Vermaschung im Bordnetz. Diese verhindert bisher eine Automatisierbarkeit in der Leitungssatzfertigung. Verteilte GPIO, wie hier vorgestellt, die gleichzeitig als Stromverteiler fungieren können, heben hingegen die Vermaschung auf.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die oben beschriebene Aufgabe gelöst durch eine Steuerungsanordnung für ein Fahrzeug-Bordnetz, wobei die Steuerungsanordnung eine zentrale Computing Plattform und eine Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten umfasst, die mit der zentralen Computing Plattform über einen seriellen Kommunikationsbus verbunden sind, wobei jede Eingabe-Ausgabe-Entität folgendes umfasst: eine Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins, die zumindest einem Sensor und/oder zumindest einem Aktuator zugeordnet sind; eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle; und einen Konfigurationsspeicher zum Speichern einer Konfiguration und von physikalischen Zuständen der Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins, wobei die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle ausgebildet ist, einen Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher basierend auf einem physikalischen Zustand eines dem zumindest einen Sensor zugeordneten Eingabe- Ausgabe Pins zu erzeugen, wobei die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle ferner ausgebildet ist, einen physikalischen Zustand eines dem zumindest einen Aktuator zugeordneten Eingabe- Ausgabe Pins entsprechend eines in dem peripheren I/O Speicher vorliegenden Aktuator- Eintrags für den zumindest einen Aktuator (102) anzusteuern, wobei die zentrale Computing- Plattform ausgebildet ist, über den seriellen Kommunikationsbus den Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität auszulesen und/oder den Aktuator-Eintrag in den peripheren I/O Speicher der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität zu schreiben.

Eine solche Steuerungsanordnung bietet den technischen Vorteil, dass die zentrale Computing-Plattform und die einzelnen dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten bzw. Remote I/O-Module flexibel an verschiedenen Stellen im Fahrzeug angebracht werden können und eine Vermaschung im Bordnetz reduzieren oder sogar gänzlich aufheben können.

Damit kann das Bordnetz mit einer geringeren oder gar keiner Vermaschung aufgebaut werden, was eine automatisierte Leitungssatzfertigung ermöglicht.

Die Eingabe-Ausgabe-Entitäten können dabei gleichzeitig als Stromverteiler fungieren und die Komplexität des Bordnetzes stark vereinfachen.

Gleichzeitig kann eine sehr geringe Latenzzeit, d.h. im Nanosekunden-Bereich, in der Kommunikation zwischen den verschiedenen Bordnetzkomponenten gewährleistet werden, so dass das Bordnetz für Echtzeit-Steuerungsanforderungen geeignet ist, wie sie beim autonomen Fahren und anderen Anwendungen gestellt werden.

Die dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten können als virtuelle Steuergeräte fungieren, die über das gesamte Fahrzeug verteilt sind.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung weist die zentrale Computing-Plattform eine DMA („Direct Memory Access“)-Schnittstelle zum direkten Speicherzugriff auf die jeweilige Eingabe-Ausgabe-Entität auf.

Für das I/O Zugriffs Konzept existieren zwei Möglichkeiten: Das erste I/O Zugriffs Konzept ist Port Mapped I/O. T reiber oder sonstige SW auf der zentralen Computing Plattform können über Zugriffs-Befehle die I/O Inhalte der peripheren I/O -State Tables einlesen oder schreiben. Es erfolgt also ein direkter Zugriff auf den Speicher der Ein- Ausgabe Entitäten durch die SW der zentralen Computing Plattform.

Das zweite I/O Zugriffs Konzept ist Memory Mapped I/O. Im Speicher der zentralen Computing Plattform ist ein Bereich für I/O und dessen Ansteuerung ausgewiesen (zentrale I/O State Table). Treiber oder sonstige SW auf der Computing Plattform können also über einfache Speicherzugriffe die I/O Inhalte einlesen oder schreiben. Die zentrale I/O-State Table ist ein Spiegel der peripheren State Tables der verteilten Ein-Ausgabe-Entitäten mit GPIO Funktionalität. Der Abgleich der zentralen State-Table mit den peripheren State Tables erfolgt zyklisch (im Nanosekunden-Bereich).

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die zentrale Computing-Plattform direkt auf die Zustände der I/O State Tables der dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten zugreifen kann, so dass ein virtuelles Steuerungskonzept realisierbar ist.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung weist die zentrale Computing-Plattform einen zentralen I/O-Speicher auf, der ausgebildet ist, Sensor-Einträge und Aktuator-Einträge der peripheren I/O State Table der Mehrzahl von dezentralen Eingabe- Ausgabe- Entitäten zu speichern; wobei die zentrale Computing-Plattform ausgebildet ist, den zentralen I/O State Table mit den peripheren I/O State Tables der Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten über eine serielle Punkt zu Punkt Schnittstelle und direkte Speicher-Zugriffs-Mechanismen abzugleichen.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass in dem zentralen I/O-Speicher die peripheren I/O-State-Table der dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten gespiegelt werden können, so dass die gleichen Daten in den dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten und der zentralen Computing Plattform vorliegen.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung wird die serielle Punkt zu Punkt Kommunikation über einen Peripheral Component Interconnect Bus hergestellt. Dieser Peripheral Component Interconnect Bus kann PCI-Express oder z.B. ein modifizierter USB Bus oder ein geeigneter anderer Bus sein. Im Gegensatz zu bestehenden High-Performance Bussen wie Ethernet TCP/IP ist dieser Peripheral Component Interconnect Bus kein Bus für den adressierten, high-level Austausch von Nachrichten-Paketen zwischen CPUs, sondern eine serielle Schnittstelle für die Punkt-zu Punkt Verbindung zwischen einer zentralen Computing Einheit und peripheren GPIO Devices zur Herstellung eines direkten Speicherzugriffs.

Bei der Verwendung des PCI-Express Busses wird der technische Vorteil erzielt, dass dieser standardisiert ist und damit leicht und kostengünstig im Bordnetz eingesetzt werden kann.

PCI Express („Peripheral Component Interconnect Express“, abgekürzt PCIe) ist ein Standard zur Verbindung von Peripheriegeräten mit dem Chipsatz eines Hauptprozessors, der hier effizient genutzt werden kann, um die dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten mit der zentralen Computing Plattform zu verbinden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung sind die Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten über ein nicht geschirmtes Twisted-Pair Kabel oder über zwei geschirmte Twisted-Pair Kabel mit dem zentralen Steuergerät verbunden.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die Verbindungen zwischen zentraler Computing Plattform und dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten einfach realisiert werden können. Mittels der Twisted-Pair Kabel können die dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten, die sich an beliebigen Stellen im Fahrzeug befinden können, leicht und flexibel mit dem zentralen Steuergerät verbunden werden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die Eingabe- Ausgabe Schnittstelle ausgebildet, Speicherzustände der in dem peripheren I/O State Tables vorliegenden Aktuator-Einträge zyklisch auf die physikalischen Zustände der den Aktuator- Einträgen entsprechenden Eingabe-Ausgabe Pins zu übertragen.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die Zustände gemäß des peripheren I/O State Tables zyklisch mit den Eingabe-Ausgabe Pins abgeglichen werden, welche die Aktuatoren ansteuern. Die Latenzzeit zur Ansteuerung der Aktuatoren ist damit besonders gering. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung sind die Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins (GPIO Pins) als binäre Ein/Ausgänge, ADC („Analog-Digital Converter“) Eingänge, DAC („Digital-Analog Converter“) Ausgänge, SPI („Serial Peripheral Interface“)-Ein/Ausgänge und/oder RX/TX („Empfangs/Sende“)- Ein/Ausgänge konfigurierbar. Die Konfiguration jedes einzelnen Pins ist dabei durch einen Eintrag im peripheren Konfigurationsspeicher der dezentralen Ein-Ausgabe-Entität festgelegt.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass über die Eingabe-Ausgabe Pins verschiedenste Zustände der Aktuatoren und/oder Sensoren konfiguriert und damit angesteuert oder eingelesen werden können.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die Eingabe- Ausgabe Schnittstelle ausgebildet, die von dem, dem zumindest einen Sensor zugeordneten, Eingabe-Ausgabe Pin erfassten Sensordaten in einen Digitalwert umzuwandeln und den Digitalwert als Sensor-Eintrag im peripheren I/O-Speicher zu speichern.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die von den Sensoren erfassten Analogwerte, z.B. Strom oder Spannung, direkt an die Eingabe-Ausgabe Pins angelegt werden können und die Umwandlung in digitale Werte über A/D-Wandler erfolgt, die sich in der dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entität, insbesondere der Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle befinden. Die Sensoren können damit einfach aufgebaut sein und brauchen keinen A/D- Wandler umfassen, der die Sensorsignale in digitale Sensordaten umwandelt.

Die dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten bzw. GPIO-Module können ein ASIC beinhalten, welches den peripheren I/O State Table, den Konfigurationsspeicher und den GPIO zum Umsetzen in physische Signale sowie die serielle Schnittstelle enthält und können sich in der Nähe des Sensors befinden oder sogar in den Sensor integriert sein, so dass sich der Aufbau des Bordnetzes stark vereinfacht. An die GPIO des Asics können Eingangs/Ausgangs Schaltungsteile wie Smartfets, Habbrücken, High-Side Treiber, Can Transceiver, Lin Transceiver und Sensoren angeschlossen sein. Die Beschaltung der dezentralen Eingabe- Ausgabe Entität ähnelt insofern der von klassischen Body-Controllern, allerdings ohne Prozessor und eigene SW. Die Rechenleistung für (eine Vielzahl von) peripheren Ein-Ausgabe Entitäten wird auf der zentralen Computing Plattform vorgehalten. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die Eingabe- Ausgabe Schnittstelle ausgebildet, gemäß des Eintrags im Konfigurationsspeicher einen dedizierten Pin als binären Ausgangs-Pin vorzuhalten. Der im peripheren I/O-Speicher vorliegende Zustand (1 an/ 0 aus) wird in der GPIO des Asics in einen physikalischen Zustand (3,2V an, 0V aus) umgesetzt. Mit dem physikalischen Signal wird z.B. ein Smart-Fet Baustein als Teil der Beschaltung der Ein-Ausgabe- Entität, durchgeschaltet und somit der Aktuator aktiviert.

Die dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten können sich in der Nähe des Aktuators befinden bzw. das GPIO- ASIC kann sogar in den Aktuator integriert sein, so dass sich der Aufbau des Bordnetzes stark vereinfacht.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung umfasst der Konfigurationsspeicher bzw. der periphere I/O Speicher ferner einen Speicherbereich, in dem vorgegebene Aktuator-Einträge zum Ansteuern eines sicheren Zustands des zumindest einen Aktuators gespeichert sind.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass für den Fall des Abbruchs der Kommunikation mit der zentralen Computing Plattform die Aktuatoren in einen sicheren Zustand überführt werden können.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die Eingabe- Ausgabe Schnittstelle ausgebildet, bei einem Abbruch der Verbindung zur zentralen Computing Plattform basierend auf den vorgegebenen Aktuator-Einträgen in dem Konfigurationsspeicher bzw. peripheren I/O Speicher einen physikalischen Zustand des dem zumindest einen Aktuator zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins zu konfigurieren, der den zumindest einen Aktuator in einen sicheren Zustand überführt.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass für den Fall des Abbruchs der Kommunikation mit der zentralen Computing Plattform, wie oben beschrieben, die Aktuatoren in einen sicheren Zustand überführt werden können. Damit können Sicherheitsanforderungen der funktionalen Sicherheit (FlISI) im Fahrzeug eingehalten werden. Die Steuerungsanordnung kann damit die Sicherheitsanforderungen erfüllen, die beispielsweise bei Anwendungen des autonomen Fahrens an die Bordnetzarchitektur gestellt werden. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die Eingabe- Ausgabe Schnittstelle ausgebildet, zumindest einen der dem zumindest einen Aktuator zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins und/oder zumindest einen der dem zumindest einen Sensor zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins an eine Batterieklemme anzuschließen, um den zumindest einen Aktuator und/oder den zumindest einen Sensor mit Energie zu versorgen.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten gleichzeitig dafür eingerichtet sind, die Aktuatoren und Sensoren im Fahrzeug mit Strom zu versorgen, so dass die bisherigen im Fahrzeug vorgesehenen Stromverteiler bzw. intelligenten Stromverteiler entfallen können. Damit reduziert sich die Komplexität des Bordnetzes und Kosten können eingespart werden.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die zentrale Computing Plattform ausgebildet, den Aktuator-Eintrag für einen vorgegebenen Aktuator mehrmals an die entsprechende Eingabe-Ausgabe-Entität zu übertragen und an mehreren Speicherstellen des Konfigurationsspeichers der entsprechenden Eingabe-Ausgabe-Entität abzulegen; und die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle ist ausgebildet, den dem vorgegebenen Aktuator zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pin basierend auf einer Mehrheitsentscheidung über die an den mehreren Speicherstellen abgelegten Aktuator-Einträge zu konfigurieren.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass die Signalübertragung so angelegt ist, dass Fehler bei der Datenübertragung korrigiert werden können. Dies eignet sich insbesondere zur Übertragung von hochkritischen Signalen, welche nicht im normalen Fährbetrieb auftreten dürfen, beispielweise Signalen zur Auslösung des Airbags.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die Eingabe- Ausgabe Schnittstelle ausgebildet, den dem vorgegebenen Aktuator zugeordneten Eingabe- Ausgabe Pin basierend auf dem Aktuator-Eintrag anzusteuern, der in den meisten der mehreren Speicherstellen identisch vorliegt.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass eine abgesicherte Signalübertragung gewährleistet wird, welche für Anforderungen der funktionalen Sicherheit im Fahrzeug gefordert wird. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung sind eine erste Eingabe-Ausgabe-Entität und ein der ersten Eingabe-Ausgabe-Entität zugeordneter Sensor in einem vorderen Teil des Fahrzeugs angeordnet; und eine zweite Eingabe-Ausgabe-Entität und ein der zweiten Eingabe-Ausgabe-Entität zugeordneter Aktuator sind in einem hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass eine virtuelle Steuerungsarchitektur implementiert werden kann. Die Sensoren und Aktuatoren im Fahrzeug können dabei von den Eingabe-Ausgabe-Entitäten angesteuert werden, ohne dass die Funktionalität eines dedizierten Steuergeräts am Ort der jeweiligen Komponente dafür erforderlich ist. Die zentrale Computing Plattform zusammen mit einer Mehrzahl von Eingabe-Ausgabe-Entitäten wirkt wie ein virtuelles Steuergerät, welches über die gesamte Geometrie des Fahrzeuges ausgedehnt ist und überall lokal Ein-Ausgabe Schnittstellen mit minimalen Leitungslängen zur Anbindung von Sensoren/Aktoren vorhalten kann. Die Software -seitige Bedienung einer Vielzahl von Funktionen erfolgt dabei auf der zentralen Computing Plattform.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Steuerungsanordnung ist die zentrale Computing-Plattform ausgebildet, den Sensor- Eintrag und/oder den Aktuator-Eintrag unter Nutzung eines Kommunikationsprotokolls zu übertragen, das eine Fehlerkorrektur in einer zweiten Kommunikationsschicht aufweist.

Damit wird der technische Vorteil erzielt, dass bei Fehlerkorrektur in der zweiten Kommunikationsschicht sich die Latenzzeit der Übertragung reduziert, gleichzeitig aber die Anforderungen der funktionalen Sicherheit eingehalten werden können.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die oben beschriebene Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Steuern von Sensoren und Aktuatoren in einem Fahrzeug-Bordnetz mit einer Steuerungsanordnung, wobei die Steuerungsanordnung eine zentrale Computing Plattform und eine Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten umfasst, die mit der zentralen Computing Plattform über einen seriellen Kommunikationsbus verbunden sind, wobei jede Eingabe-Ausgabe-Entität folgendes umfasst: eine Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins, die mit zumindest einem Sensor und/oder zumindest einem Aktuator zugeordnet sind; eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle; und einen peripheren I/O Speicher zur Speicherung einer Konfiguration und von physikalischen Zuständen der Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins, wobei das Verfahren folgendes umfasst: Erzeugen eines Sensor-Eintrags in dem peripheren I/O Speicher basierend auf einem physikalischen Zustand eines dem zumindest einen Sensor zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins; Ansteuern eines physikalischen Zustands eines dem zumindest einen Aktuator zugeordneten Eingabe- Ausgabe Pins entsprechend eines in dem peripheren I/O Speicher vorliegenden Aktuator- Eintrags für den zumindest einen Aktuator (102); Auslesen des Sensor-Eintrags des peripheren I/O-Speichers der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität durch die zentrale Computing-Plattform über den seriellen Kommunikationsbus; Berechnung einer Aktuator- Antwort basierend auf der Sensor Information durch die Applikations-SW auf der zentralen Computing Plattform und Schreiben des Aktuator- Eintrags in den peripheren I/O State Table der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität durch die zentrale Computing-Plattform über den seriellen Kommunikationsbus.

Mit einem solchen Verfahren können die gleichen Vorteile erzielt werden wie mit der oben beschriebenen Steuerungsanordnung.

Insbesondere kann eine Vermaschung im Bordnetz reduziert werden oder sogar gänzlich entfallen, so dass eine automatisierte Leitungssatzfertigung ermöglicht wird. Die Eingabe- Ausgabe- Entitäten können dabei gleichzeitig als Stromverteiler fungieren und die Komplexität des Bordnetzes stark vereinfachen. Mit dem Verfahren kann eine sehr geringe Latenzzeit, d.h. im Nanosekunden-Bereich, in der Kommunikation zwischen den verschiedenen Bordnetzkomponenten gewährleistet werden, so dass das Bordnetz für Echtzeit- Steuerungsanforderungen geeignet ist, wie sie beim autonomen Fahren und anderen Anwendungen gestellt werden.

Kurze Figurenbeschreibung

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines konventionellen Fahrzeug- Bordnetzes 100 mit zonalen Steuerungsgeräten 11 , 12; Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung 200 für ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß einer ersten Ausführungsform;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung 300 für ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen dezentralen Eingabe- Ausgabe-Entität 110 einer Steuerungsanordnung 200, 300 für ein Fahrzeug- Bordnetz gemäß einer Ausführungsform; und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 500 zum Steuern von Sensoren und Aktuatoren in einem Fahrzeug-Bordnetz.

Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen. In der folgenden Beschreibung werden zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um ein eingehendes Verständnis von einem oder mehreren Aspekten der Erfindung zu vermitteln. Für einen Fachmann kann es jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehrere Aspekte oder Ausführungsformen mit einem geringeren Grad der spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen werden bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form dargestellt, um das Beschreiben von einem oder mehreren Aspekten oder Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines konventionellen Fahrzeug- Bordnetzes 100 mit zonalen Steuerungsgeräten 11 , 12 bzw. Zonen-Integrationsmodulen 11 , 12.

Bei den zonalen Steuergeräten 11 , 12 ist die zu steuernde Funktion, z.B. die Zentralverriegelung, im ganzen Fahrzeug verteilt. Soll eine möglichst kurze Anbindung der Sensoren 101 und Aktuatoren 102 erfolgen, so wird zum Beispiel ein Sensor 101 am Zonen- Steuergerät vorne 11 und ein Aktuator 102 am Zonen-Steuergerät hinten 12 angebunden.

In Figur 1 ist der Weg 10a der Signale durch die Schichten der Kommunikations-Stacks und Betriebssystem-Schichten dargestellt. Der multiple Durchgang durch diese Schichten geht auf Kosten der realisierbaren Latenzzeit.

Funktionen mit Echtzeit-Anforderungen werden deshalb weiterhin zentralvernetzt, wie in dem Signalweg 10b beispielhaft dargestellt. Funktionen wie die Zentralverriegelung werden deshalb in sogenannten zonalen Bordnetzen weiterhin zentral in einem Steuergerät (hier beispielsweise dem Zonen Steuergerät vorne 11) umgesetzt.

Problematisch ist, dass die allermeisten Funktionen im Fahrzeug nicht zonaler Natur sind. So sind beispielsweise die Funktionen des Car Access Systems, des Airbags und des autonomen Fahrens jeweils mit zentralen Steuergeräten für diese Funktion zentralvernetzt. Dass ein zonales Steuergerät 11 zum Beispiel ein Sensorsignal vorne links aufnimmt, dieses über ein Bussystem zu einem zonalen Steuergerät hinten 12 kommuniziert und dieses dort ein Aktuator-Signal initiiert, ist zumindest für (Echtzeit-) Steuerungen mit Anforderungen an niedrige Latenzzeiten nicht möglich. Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung 200 für ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß einer ersten Ausführungsform.

Figur 2 zeigt die erfinderische Lösung, bei der die software-technische Umsetzung der Funktion auf einem zentralen pP 130 erfolgt, im Folgenden auch zentrale Computing Plattform 130 bezeichnet. pProzessoren haben im Gegensatz zu pControllern kein GPIO. SOC ist hier ein System-on-Chip mit mehreren p-Prozessoren. Die physische Anbindung der Sensoren/Aktuatoren 101 , 102 über Hardware Treiber, die wiederum über GPIO (General Purpose I/O) angebunden sind, erfolgt in dezentralen Remote I/O Modulen 110, 120, im Folgenden auch als dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entitäten 110, 120 bezeichnet.

Die Remote-I/O Module 110, 120 sind über einen Peripheral Component Interface Bus (PCI- Express) 150 angebunden. Die Software-Treiber für die I/O Hardware-Treiber befinden sich auch auf der SOC Steuereinheit 130.

Die digitalen Zustände als Ausgang der Software-Treiber werden in einem Write Zyklus über PCI-Express 150 in die State Table Output im Speicher 121 des Remote-I/O Moduls 120 übertragen. Von dort aus werden sie zyklisch auf die GPIO 122 übertragen und in diesem auf physische Zustände umgesetzt (an, aus, Analogwert, Tx, Rx..).

In der anderen Richtung werden Sensordaten über die GPIO 112 des Remote-I/O Moduls 110, z.B. einer ADC Wandlung unterzogen und das Ergebnis in der StateTable Input 111 abgelegt und von dort zyklisch über PCIe 150 vom SOC 130 eingelesen. Mit PCIe der Generation 3 mit bis zu 8Gbit/s Datenrate können so Latenzzeiten im Nanosekunden-Bereich umgesetzt werden. Diese Latenzzeiten sind absolut hinreichend für Funktionen mit Echtzeit- Anforderungen.

In der Darstellung der Figur 2 ist das Remote-I/O Modul vorne 110 an einen Sensor 101 angebunden und das Remote-I/O Modul hinten 120 an einen Aktuator 120 angebunden. Dies ist nur ein Beispiel zur leichteren Verständlichkeit. Natürlich kann das Remote-I/O Modul vorne 110 auch an einen oder mehrere Aktuatoren und/oder mehrere Sensoren angebunden sein. Das gleiche gilt für das Remote-I/O Modul hinten 120, das auch an einen oder mehrere Sensoren und/oder mehrere Aktuatoren angebunden sein kann. Die Remote-I/O Module 110, 120 können im Fahrzeug nun optimal verortet werden, die Steuerung 200, im Folgenden auch als Steuerungsanordnung 200 bezeichnet, kann somit als virtuell verteilte Steuerung im Fahrzeug angesehen werden.

Die Remote-I/O Module 110, 120 können zudem die Funktion von lokalen Stromverteilern mit übernehmen, sie versorgen also die Sensoren 101 und Aktuatoren 102 auch mit abgesicherter Klemmenspannung. Diese beiden Faktoren erlauben eine erhebliche Komplexitätsreduktion im physischen Bordnetz.

Die physische Kommunikation der seriellen PCI-Express Anbindung 150 erfolgt beispielsweise über ein nicht geschirmtes Twisted Pair Kabel bei PCI-Express auf HD-BaseT PHYs oder über zwei geschirmte Twisted Pair Kabel (jeweils ein Paar für Rx, Tx) bei Übertragung des originären PCIe über Retimer oder Redriver Transceiver.

Der Vorteil der PCIe Übertragung im Gegensatz zur Ethernet-Übertragung ist die Fehlerkorrektur bereits in Schicht 2, dem Data-Link Layer und nicht in höheren Schichten, wie bei Ethernet IP. Ethernet IP eignet sich demnach eher für die Data-Backbone-Verbindung zwischen Computing Plattformen, PCIe eignet sich hingegen für die (Echtzeit-) Anbindung von Peripherie.

Grundsätzlich können aber Ethernet oder auch USB-Bussysteme alternativ zu PCIe verwendet werden. Hierzu macht es Sinn, eine Verbindung auf den unteren Kommunikationsschichten umzusetzen und auf das Protokoll der oberen Schichten für Nachrichten-basierte (adressierte) Kommunikation zu verzichten. Es kommt also ein auf direkten Speicherzugriff optimierter, hardware-naher Data-Link zur Anwendung.

Im Folgenden wird die Funktionalität der oben dargestellten erfinderischen Lösung allgemein beschrieben.

Die Steuerungsanordnung 200 umfasst eine zentrale Computing-Plattform 130 und eine Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten 110, 120, die mit der zentralen Computing-Plattform 130 über einen seriellen Kommunikationsbus 150 verbunden sind. Jede Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 umfasst dabei: eine Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins 117, die zumindest einem Sensor 101 und/oder zumindest einem Aktuator 102 zugeordnet sind; eine Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 112; und einen peripheren I/O Speicher 111 zum Speichern einer Konfiguration und eines physikalischen Zustands der Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins 117.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 ist ausgebildet, einen Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher 111 basierend auf einem physikalischen Zustand eines dem zumindest einen Sensor 101 zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins 117a zu erzeugen.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 ist ferner ausgebildet, einen physikalischen Zustand eines dem zumindest einen Aktuator zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins entsprechend eines in dem peripheren I/O Speicher vorliegenden Aktuator-Eintrags für den zumindest einen Aktuator anzusteuern.

Wie bereits oben beschrieben, ist in der Darstellung der Figur 2 die dezentrale Eingabe- Ausgabe-Entität 110 bzw. das Remote-I/O Modul vorne 110 an einen Sensor 101 angebunden und die dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entitäten 120 bzw. das Remote-I/O Modul hinten 120 an einen Aktuator 120 angebunden. Dies ist nur ein Beispiel zur leichteren Verständlichkeit. Natürlich kann die dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entität 110 auch an einen oder mehrere Aktuatoren und/oder mehrere Sensoren angebunden sein. Das gleiche gilt für die dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entität 120, die auch an einen oder mehrere Sensoren und/oder mehrere Aktuatoren angebunden sein kann.

Die zentrale Computing-Plattform 130 kann über den seriellen Kommunikationsbus 150 den Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 auslesen und/oder den Aktuator- Eintrag in den peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 schreiben.

Die zentrale Computing-Plattform 130 kann eine DMA-Schnittstelle 133 zum direkten Speicherzugriff auf den peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 aufweisen, wie in Figur 2 abgebildet. Der serielle Kommunikationsbus 150 kann einen PCI-Express Bus aufweisen, wie oben beschrieben. Alternativ kann der serielle Kommunikationsbus 150 für eine Ethernet bzw. Ethernet über IP Kommunikation vorgesehen sein oder er kann als ein USB-Bus ausgebildet sein.

Die Mehrzahl der dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten 110, 120 kann beispielsweise über ein nicht geschirmtes Twisted-Pair Kabel oder über zwei geschirmte Twisted-Pair Kabel mit der zentralen Computing-Plattform 130 verbunden sein.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann ausgebildet sein, Speicherzustände der in dem peripheren I/O Speicher 111 vorliegenden Aktuator- Einträge zyklisch auf die physikalischen Zustände der den Aktuator-Einträgen entsprechenden Eingabe-Ausgabe Pins 127a zu übertragen.

Die Mehrzahl der konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins 117 können beispielsweise als binäre Ein/Ausgänge, ADC Eingänge, DAC Ausgänge, SPI-Ein/Ausgänge und/oder RX/TX- Ein/Ausgänge konfiguriert werden.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann die von dem, dem zumindest einen Sensor 101 zugeordneten, Eingabe-Ausgabe Pin 117a erfassten Sensordaten in einen Digitalwert umwandeln und den Digitalwert als Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher 111 speichern.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann ausgebildet sein, gemäß der in dem peripheren I/O Speicher 111 vorliegenden Konfiguration einen dedizierten Eingabe-Ausgabe Pin 127a als binären Ausgangs-Pin zu konfigurieren und einen physikalischen Zustand des dedizierten Eingabe-Ausgabe Pins 127a entsprechend dem in dem peripheren I/O Speicher 111 vorliegenden Aktuator-Eintrag anzusteuern.

Der peripheren I/O Speicher 111 kann ferner einen Speicherbereich umfassen, in dem vorgegebene Aktuator-Einträge zum Ansteuern eines sicheren Zustands des zumindest einen Aktuators 102 gespeichert sind. Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann bei einem Abbruch der Verbindung zu der zentralen Computing-Plattform 130 basierend auf den vorgegebenen Aktuator-Einträgen in dem peripheren I/O Speicher 111 einen physikalischen Zustand des dem zumindest einen Aktuator 102 zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins 127a konfigurieren, der den zumindest einen Aktuator 102 in einen sicheren Zustand überführt.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann zumindest einen der, dem zumindest einen Aktuator 102 zugeordneten, Eingabe-Ausgabe Pins 127a und/oder zumindest einen der, dem zumindest einen Sensor 101 zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins 117a an eine Batterieklemme 140 anschließen, um den zumindest einen Aktuator 102 und/oder den zumindest einen Sensor 101 mit Energie zu versorgen.

Die zentrale Computing-Plattform 130 kann ausgebildet sein, den Aktuator-Eintrag für einen vorgegebenen Aktuator mehrmals an die entsprechende Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 zu übertragen und an mehreren Speicherstellen des Speichers für I/O-State-Tables 111 der entsprechenden Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 abzulegen.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann ausgebildet sein, den dem vorgegebenen Aktuator 102 zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pin 127a basierend auf einer Mehrheitsentscheidung über die an den mehreren Speicherstellen abgelegten Aktuator- Einträge anzusteuern.

Die Eingabe-Ausgabe Schnittstelle 112 kann ausgebildet sein, den, dem vorgegebenen Aktuator 102 zugeordneten, Eingabe-Ausgabe Ausgang 127a basierend auf dem Aktuator- Eintrag anzusteuern, der in den meisten der mehreren Speicherstellen identisch vorliegt.

Wie in Figur 2 ersichtlich, können eine erste Eingabe-Ausgabe-Entität 110 und ein mit der ersten Eingabe-Ausgabe-Entität 110 verbundener bzw. zugeordneter Sensor 101 beispielsweise in einem vorderen Teil des Fahrzeugs angeordnet sein. Eine zweite Eingabe- Ausgabe-Entität 120 und ein mit der zweiten Eingabe-Ausgabe-Entität 120 verbundener bzw. zugeordneter Aktuator 102 können beispielsweise in einem hinteren Teil des Fahrzeugs angeordnet sein. Die zentrale Computing-Plattform 130 kann ausgebildet sein, den Sensor-Eintrag und/oder den Aktuator-Eintrag unter Nutzung eines Kommunikationsprotokolls zu übertragen, das eine Fehlerkorrektur in einer zweiten Kommunikationsschicht aufweist.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Steuerungsanordnung 300 für ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform.

Die Steuerungsanordnung 300 entspricht der oben zu Figur 2 beschriebenen Steuerungsanordnung 200 mit dem Unterschied, dass in der zentralen Computing Plattform Speicher für Memory Mapped I/O vorgehalten wird.

Die zentrale Computing-Plattform 130 weist somit einen zentralen Speicher mit einer I/O State Table 111b auf, der ausgebildet ist, Sensor-Einträge und Aktuator-Einträge der I/O State Tables 111 der Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten 110, 120 zu speichern.

Die zentrale Computing-Plattform 130 ist ausgebildet, den zentralen I/O State T able 111 b mit den peripheren I/O-State Tables 111 der Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe- Entitäten 110, 120 über die DMA-Schnittstelle 133 zyklisch abzugleichen.

Damit kann eine Spiegelung der I/O Sates der dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entitäten 110, 120 zu der zentralen Computing Plattform 130 vorgenommen werden, was den Vorteil einer zusätzlichen Ausfallsicherheit bringt.

Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung des Asics einer erfindungsgemäßen dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entität 110 einer Steuerungsanordnung 200, 300 für ein Fahrzeug- Bordnetz gemäß einer Ausführungsform.

Figur 4 zeigt eine detaillierte Darstellung des Kernbausteins für die Remote-I/O Module 110, 120 gemäß den Figuren 2 und 3. Es handelt sich um ein ASIC („Application Specific Integrated Circuit“ bzw. anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis), welches einen PCIe PHY 115 enthält und einen Speicher 111 für State Tables (Zustandstabellen). Das zentrale Steuerungs- SOC 130, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, erhält über den PCIe 118, welcher mit dem PCIe Bus 150 verbunden ist, direkten Schreib-Lese-Zugriff auf diesen Speicher 111. Von diesem Speicher 111 ausgehend werden die Zustände von dem ASIC zyklisch auf die GPIO 112 übertragen. Die GPIO 112 ist eine GPIO, wie man sie von klassischen Automotive Controllern kennt. Diese beinhalten binäre Ein/Ausgänge, ADC Eingänge, DAC Ausgänge, SPI, RX/TX, z.B. für lokale Busse wie CAN oder LIN oder Ethernet 10BaseT. Die Konfiguration der einzelnen Pins 117 ist in einer Konfigurations-Tabelle abgelegt.

Es können weitere Zustände in Tabellen abgelegt werden, wie z.B. sichere Zustände für den Fall des Kommunikations-Abbruches. Für die Anforderungen der funktionalen Sicherheit erfolgt eine Fehlerkorrektur auf Data-Link 114 und PCI TLP Ebene 113 (zum Beispiel „Cyclic Redundancy Check“ - kurz CRC).

Hochkritische Signale können auch dreimal empfangen und zum Vergleich in drei Tabellen abgelegt werden. Das GPIO 112 setzt dann die Zustände um, die mindestens zweimal identisch abgelegt wurden. Des Weiteren können Funktionen für Security in diesem ASIC umgesetzt sein.

Im Folgenden wird die Funktionalität der oben dargestellten erfindungsgemäßen dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 allgemein beschrieben.

Die Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 umfasst eine Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe- Ausgabe Anschlüssen 119, eine Ein-Ausgangsbeschaltung 116 mit HW-Treibern oder Sensor Interfaces die mit zumindest einem Sensor 101 und/oder zumindest einem Aktuator 102 verbindbar sind, eine konfigurierbare Eingabe-Ausgabe-GPIO 112; und einen peripheren I/O Speicher 111 zum Speichern einer Konfiguration und von physikalischen Zuständen der Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins 117.

Die Eingabe-Ausgabe GPIO 112 ist ausgebildet, einen mit der Ein-Ausgangsbeschaltung 116 verbindbaren Eingabe-Ausgabe Pin 119 zu konfigurieren, Sensordaten des zumindest einen Sensors 101 zu erfassen und basierend auf den Sensordaten einen Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher 111 zu erzeugen.

Die Eingabe-Ausgabe GPIO ist ferner ausgebildet, basierend auf einem in dem peripheren I/O Speicher 111 vorliegenden Eintrages den GPIO Pin 119 zu konfigurieren (z.B. als binärer Ausgang) und für den zumindest einen Aktuator 102 einen physikalischen Zustand entsprechend der peripheren I/O State-Table 111 einzustellen.

Die zentrale Computing-Plattform 130 ist ausgebildet, über den seriellen Kommunikationsbus 150 den Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe- Entität 110, 120 auszulesen und/oder den Aktuator-Eintrag in die I/O State-Table 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 zu schreiben.

Die zentrale Computing-Plattform 130 kann über den seriellen Kommunikationsbus 150, der an die in Figur 4 dargestellten Pins 118 der physikalischen Schicht 115 des Kommunikationsprotokolls (z.B. PCI Express) angebunden ist, den Sensor-Eintrag in dem peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 auslesen und/oder den Aktuator-Eintrag in den peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe- Ausgabe-Entität 110, 120 schreiben.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens 500 zum Steuern von Sensoren und Aktuatoren in einem Fahrzeug-Bordnetz.

Ein solches Fahrzeug-Bordnetz umfasst eine Steuerungsanordnung 200, 300, wie oben zu den Figuren 2 und 3 beschrieben. D.h., die Steuerungsanordnung 200, 300 umfasst eine zentrale Computing Plattform 130 und eine Mehrzahl von dezentralen Eingabe-Ausgabe- Entitäten 110, 120, die mit der zentralen Computing-Plattform 130 über einen seriellen Kommunikationsbus 150 verbunden sind. Jede Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 umfasst: eine Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins 119, die über eine Ein-Ausgangs- Beschaltung 116 zumindest einem Sensor 101 und/oder zumindest einem Aktuator 102 zugeordnet sind; eine konfigurierbare GPIO Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 112; und einen peripheren I/O Speicher 111 zum Speichern einer Konfiguration und von physikalischen Zuständen der Mehrzahl von konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins 119.

Das Verfahren 500 weist die folgenden Schritte auf: Erzeugen 501 eines Sensor-Eintrags in dem peripheren I/O Speicher 111 basierend auf einem physikalischen Zustand eines dem zumindest einen Sensor 101 zugeordneten Eingabe- Ausgabe Pins 117a;

Ansteuern 502 eines physikalischen Zustands eines dem zumindest einen Aktuator 102 zugeordneten Eingabe-Ausgabe Pins 127a entsprechend eines in dem peripheren I/O Speicher 111 vorliegenden Aktuator-Eintrags für den zumindest einen Aktuator 102;

Auslesen 503 des Sensor-Eintrags in dem peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 durch die zentrale Computing-Plattform 130 über den seriellen Kommunikationsbus 150; und/oder

Schreiben 504 des Aktuator-Eintrags in den peripheren I/O Speicher 111 der jeweiligen Eingabe-Ausgabe-Entität 110, 120 durch die zentrale Computing-Plattform 130 über den seriellen Kommunikationsbus 150.

Die oben beschriebene konfigurierbare Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle 112 bzw. GPIO 112 umfasst die folgende Funktionalität:

1. Pins der GPIO können (typischerweise einmal in der Initialisierung) konfiguriert werden. In der Konfiguration wird ausgewählt, ob der Pin ein binärer Eingang (Spannung da oder nicht da), ein binärer Ausgang, ein Analoger Eingang (messen Signal 0 bis 3,2V z.B.) auch ADC oder ein analoger Ausgang DAC ist. Des Weiteren kann der auch als RX (receive) oder Tx (senden) eines seriellen Busses wie CAN konfiguriert sein.

2. Einmal konfiguriert, wird der als Ausgang konfigurierte Pin die physikalischen Zustände gemäß der I/O State Table einnehmen. Ein als Eingang konfigurierter Pin wird die physikalischen Zustände, die anliegen in digitale Information umsetzen und in die I/O State Table schreiben.

Die GPIO steuert nicht direkt die Sensoren/Aktoren an. Dazwischen ist noch eine Beschaltung mit HW-Treibern oder Smart-Fets, Sensorverstärker usw. Ferner kann ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Ausführen des Verfahrens 500 auf einer Steuerung, z.B. der oben beschriebenen Steuerungsanordnung bereitgestellt werden.

BEZUGSZEICHENLISTE

100 konventionelles Fahrzeug-Bordnetz bzw. zonales Fahrzeug-Bordnetz

11 zonales Steuerungsgerät bzw. Zonen-Steuergerät vorne

12 zonales Steuerungsgerät bzw. Zonen-Steuergerät hinten

10a Weg der Signale durch die Schichten der Kommunikations-Stacks und

Betriebssystem-Schichten

10b Weg der Signale bei zentralvernetzten Funktionen

140 Energy Backbone bzw. Batterieklemme

200 erfindungsgemäße Steuerungsanordnung für ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß einer ersten Ausführungsform

110 dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entität vorne bzw. Remote-I/O Modul vorne

120 dezentrale Eingabe-Ausgabe-Entität hinten bzw. Remote-I/O Modul hinten

130 Zentrale Computing Plattform, System-on-Chip mit mehreren pProzessoren

111 peripherer I/O Speicher bzw. Speicher der dezentralen Eingabe-Ausgabe- Entität, Speicher der State Table und der Konfigurations-Table

111b zentraler I/O-Speicher der zentralen Computing Plattform

112 Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle bzw. GPIO

113 PCI TLP (Transmission Link Protocol) Schicht des Kommunikationsprotokolls

114 Data Link Kommunikationsschicht des Kommunikationsprotokolls

115 physikalische Schicht des Kommunikationsprotokolls (z.B. PCI Express)

116 I/O Hardware

117 konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins der dezentralen Eingabe-Ausgabe- Entität

117a einem Sensor zugeordneter Pin der Eingangsbeschaltung

118 Pins der physikalischen Schicht des Kommunikationsprotokolls, z.B. PCI Express

119 GPIO Pins

121 Konfigurationsspeicher der dezentralen Eingabe-Ausgabe-Entität bzw.

Speicher mit State Tables

122 Eingabe-Ausgabe-Schnittstelle bzw. GPIO 123 PCI TLP (Transmission Link Protocol) Schicht des

Kommunikationsprotokolls

124 Data Link Kommunikationsschicht des Kommunikationsprotokolls

125 physikalische Schicht des Kommunikationsprotokolls (z.B. PCI Express)

126 I/O Hardware

127 konfigurierbaren Eingabe-Ausgabe Pins der dezentralen Eingabe-Ausgabe- Entität

127a einem Aktuator zugeordneter Ausgabe Pin

128 Pins der physikalischen Schicht des Kommunikationsprotokolls, z.B. PCI Express

133 DMA-Schnittstelle

300 erfindungsgemäße Steuerungsanordnung für ein Fahrzeug-Bordnetz gemäß einer zweiten Ausführungsform

500 Verfahren zum Steuern von Sensoren und Aktuatoren in einem Fahrzeug- Bordnetz

501 erster Verfahrensschritt: Erzeugen

502 zweiter Verfahrensschritt: Ansteuern

503 dritter Verfahrensschritt: Auslesen

504 vierter Verfahrensschritt: Schreiben