Aus der DE 197 50 662 AI ist eine Standardrechnereinheit mit einem Mikroprozessor bekannt. Die Standardrechnereinheit ist zum Einsatz innerhalb eines Fahrzeugsteuergerätes vorgesehen, um dort verschiedene Steuerprozesse, beispielsweise die Mo- torsteuerung, durchzuführen. Dabei ist vorgesehen, dass der Mikroprozessor skalierbar ist, d. h. zu jedem Mikroprozessor sind mehrere unterschiedlich leistungsfähige Mikroprozessor- varianten bei gleicher Anschluss-Pin-Belegung vorgesehen, so dass je nach Leistungsbedarf ein geeigneter Mikroprozessor im Steuergerät einsetzbar ist. Wird bei einer Anwendung im Ver- kehrsmittel eine höhere Leistungsfähigkeit erforderlich, soll durch einfachen Prozessortausch, ohne dabei die Peripherie- bauteile zu verändern, ein schnellerer Mikroprozessor einge- setzt werden. Der Vorteil bei einer derartigen Standardrech- nereinheit besteht darin, dass im Verkehrsmittel nicht für jede Steueranwendung ein anderes Steuergerät eingesetzt wer- den muss, sondern dass die gleiche Hardware lediglich durch Tausch eines leistungsfähigeren Prozessors auch für komplexe- re Steueraufgaben einsetzbar ist. Je nach Anwendung läuft dann auf der Standardrechnereinheit eine andere Steuersoft- ware.

Es sind außerdem diverse Anwendungen mit rekonfigurierbarer Hardware bekannt. Unter rekonfigurierbarer Hardware wird ein Hardwarebaustein verstanden, der aus einer Anzahl von einzel- nen Speicherzellen besteht, die beliebig elektrisch leitend verbunden werden können. Auf diese Weise können beispielswei- se logische Bausteine Speichermittel und Addierer konfigu- riert werden, wobei der Baustein, auf der Platine eingebaut beleibt. Werden andere Bausteine benötigt, lässt sich die Hardware rekonfigurieren, so dass dieselbe Hardware, durch geänderte Verbindung der Speicherzellen untereinander, bspw. ein Speichermittel bildet.

Ein Beispiel für heute im Einsatz befindliche rekonfigurier- bare Hardware stellen die Field Programmable Gate Arrays (FPGA) dar, die bei Anwendungen im Zusammenhang mit PC- Systemen auch schon im praktischen Einsatz sind. Lediglich beispielhaft wird hier auf die Offenbarung der Patente EP 177261 B1, EP 463026 B1, EP 642094 A2 und US 5,570, 039 ver- wiesen. Ein Einsatz bei vernetzten Steuergeräten, wie diese bei Verkehrsmitteln üblich sind, ist im Stand der Technik bisher nicht angedacht.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vernetzte Vorrichtung zum Steuern von Maschinen oder Verkehrsmitteln bereitzustellen, die alternativ zu der bereits bekannten ska- lierbaren Standardrecheneinheit eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Danach weist die Vorrichtung mehrere gleichartige Zellen auf, wobei jede Zelle eine rekonfigurierbare Hardware sowie eine Zellenkommunikationseinheit aufweist, und diese Zellen sind durch Konfigurationsdaten umkonfigurierbar, so dass jede Zel- le für den Steuerprozess in Bezug auf deren Hardwarebeschal- tung anpassbar ist und eine oder mehrere Zellen zusammen eine Recheneinheit und/oder Peripheriebausteine bilden. Die Vorrichtung zum Steuern soll erfindungsgemäß innerhalb einer Maschine oder eines Verkehrsmittels zusammen mit weite- ren Steuervorrichtungen eingesetzt werden, die untereinander jeweils über einen Datenbus oder sonstige Leitungen vernetzt sind. Durch den Einsatz einer rekonfigurierbaren Hardware, beispielsweise eines field programable gate arrays (FPGA), kann im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen ledig- lich eine neue Software aufgespielt wird, auch die Hardware- konfiguration der bestehenden rekonfigurierbaren Hardware ei- nes Steuergerätes verändert werden. Durch den Aufbau der Vor- richtung mittels mehrerer gleichartiger Zellen, kann jede Zelle für sich durch Konfigurationsdaten neu konfiguriert werden. Die Zellen untereinander sind innerhalb der Vorrich- tung ebenfalls vernetzt, beispielsweise durch einen internen Bus der Vorrichtung. Die aus den einzelnen Zellen aufgebaute Vorrichtung ist dann extern, wie bereits beschrieben, über den Datenbus mit weiteren Steuergeräten vernetzt. Durch den internen zellularen Aufbau kann die Vorrichtung pro Zelle se- parat konfiguriert werden, so dass jede Zelle eine eigene Steuerfunktion übernehmen kann. Auf diese Weise kann die Vor- richtung die konventionellen Aufgaben eines Steuergeräts ent- weder teilweise oder insgesamt ersetzen.

Die Vorrichtung ist erfindungsgemäß durch Zellen aufgebaut, die als rekonfigurierbare Hardware bspw. FPGA"s enthalten, die wiederum aus einzelnen Speicherzellen bestehen. Die Spei- cherzellen der rekonfigurierbaren Hardware sind bevorzugt auf einem Chip vorgesehen und können durch elektronische Signale neu konfiguriert werden, so dass eine neue interne Verdrah- tung der Speicherzellen konfiguriert ist. Wird eine andere logische Schaltung erforderlich, kann dann der FPGA-Baustein einfach neu rekonfiguriert werden.

Im Gegensatz dazu sind die Zellen der Vorrichtung fest ver- drahtet und bilden jeweils eine übergeordnete Einheit mit auf eine spezifische Technik bezogenen Aufgaben. Eine erste Zelle kann Steueraufgaben für die Motorelektronik übernehmen, wobei im FPGA eine Recheneinheit, ein Speicherbaustein und eine Zellenkommunikationseinheit konfiguriert sind. Durch eine zweite Zelle kann dann das Fahrerinformationssystem angesteu- ert werden, wozu ein logischer Addierer und Speichereinheiten in dem FPGA konfiguriert sind. Daneben können in der zweiten Zelle noch ein Mikrorechner und Schnittstellenbausteine zum Datenbus vorgesehen sein, die dann als herkömmliche Elektro- nikbauteile vorgesehen sind.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung be- steht darin, dass eine Standardsteuervorrichtung mit unabhän- gigen rekonfigurierbaren Zellen entsteht, die vor ihrem Ein- satz über Konfigurationsdaten entsprechend der Steueraufgabe neu konfiguriert werden können. Es können dabei einerseits bestehende Steuergeräte bezogen auf deren Hardwareausprägun- gen nachgebildet werden, so dass die Vorrichtung als Ersatz- teil-Steuergerät konfiguriert werden kann, nachdem beispiels- weise ein herkömmlicher Mikroprozessor von dessen Hersteller nicht mehr produziert wird. Andererseits kann diese Standard- Steuereinrichtung auch bei Steuerprozessen eingesetzt werden, die aufgrund einer geringen Stückzahl die Herstellung eines neuen konventionellen Steuergerätes nicht rechtfertigen. Der besondere Vorzug der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht jedoch darin, dass die Vorrichtung zum Steuern beliebig ska- lierbar ausgestaltet sein kann, d. h. die Zellen können in Form von Einzelbausteinen mit der notwendigen Peripherie aus- gebildet sein und je nach Bedarf an eine vorhandene Schnitt- stelle am internen Bus der Vorrichtung angekoppelt werden.

Dadurch kann bei Einsatz eines neuen Systems, beispielsweise eines neuen Fahrerinformationssystems, eine weitere Zelle an die Vorrichtung zum Steuern angekoppelt werden und durch Her- unterladen von Konfigurationsdaten in einer Hardwarebeschrei- bungssprache neu rekonfiguriert werden.

Eine alternative Methode besteht darin, dass die Funktionen einer Recheneinheit oder einer Treibereinheit mittels Hard- warebeschreibungssprache auf die rekonfigurierbare Hardware heruntergeladen wird, so dass ein klassisches Programm, bspw. in C oder Java, realisiert werden kann, das dann auf dieser konfigurierten Hardware ausführbar ist. Auf diese Weise kann die Hardware eines bestehenden Kraftfahrzeugs nachträglich durch ankoppeln einer neuen Zelle mit rekonfigurierbarer Hardware und den dazu gehörenden Peripheriebausteinen aufge- rüstet werden.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine fest vorgegebene Anzahl der Zellen auf, wobei jede Zelle eine rekonfigurierbare Hard- ware sowie die dazu notwendigen Peripheriebausteine aufweist.

Die Zellen können untereinander durch den internen Bus ver- netzt sein und beliebig beschaltet werden. Die Konfigurati- onsdaten können in Form einer Hardwarebeschreibungssprache die erforderliche Hardwarekonfiguration angeben. Dazu kann einerseits ein Mikrorechnerbereich oder ein Schnittstellen- baustein hardwaremäßig nachgebildet werden. Andererseits kann aber auch aus der fest vorgegebenen Anzahl der auf der Plati- ne der Vorrichtung vorgesehenen Zellen eine Untermenge aus- wählbar sein, die dann über die Konfigurationsdaten geeignet beschaltet werden. Eine erhöhte Rechenleistung, d. h. das Ska- lieren des Prozessors, wird dann durch Hinzufügen und Rekon- figurieren weiterer Zellen erreicht. Die Konfigurationsdaten in Form einer Hardwarebeschreibungssprache (hardware descrip- tion language, HDL) können über eine erste Schnittstelle zur Vorrichtung und über die internen Schnittstellen auf die je- weilige Zelle übertragen werden, so dass jede Zelle separat oder nur ausgewählte Zellgruppen konfiguriert werden können.

In einer Datenbank können dann mehrere Konfigurationsdaten- sätze abgelegt sein, so dass die Hardware in Abhängigkeit von den erforderlichen Steuerprozessen konfigurierbar ist.

Jede Zelle kann als separates Bauteil ausgeführt sein, wobei mindestens eine rekonfigurierbare Hardware und die für die Vernetzung der Zellen erforderlichen Peripheriebausteine vor- handen sein müssen. Peripheriebausteine sind bspw. Schnitt- stellen für einen internen, die Zellen untereinander verbin- denden Datenbus der Vorrichtung, Timer-und Interrupt- Bausteine. Zusätzlich kann dann noch ein konventioneller Mik- roprozessor bzw. Mikrokontroller in jeder Zelle vorgesehen sein. Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, dass die Anzahl der im Fahrzeug vorhandenen Steuerge- räte durch die skalierbare Vorrichtung verringert werden kann. Die Hardware kann rekonfiguriert werden, so dass auch mehrere unterschiedliche Steuerungsprozesse auf einer einzi- gen Vorrichtung zum Steuern ausgeführt werden. Durch die er- findungsgemäße Vorrichtung zum Steuern kann ein skalierbares Standardsteuergerät mittels rekonfigurierbarer Hardware er- zeugt werden und die zugehörige Software wird auf die so er- zeugte Hardware aufgespielt.

Die Hardware ist mittels Rekonfiguration durch eine Hardware- beschreibungssprache anpassbar, um bestimmte Hardwarebaustei- ne durch FPGA-Bausteine nachzubilden. Die Nachbildung der Hardware eines Steuergeräts kann soweit gehen, dass Steue- rungsfunktionen auch ohne den üblicherweise vorhandenen Mik- rokontroller direkt als Hardwarekonfiguration dargestellt werden können. Die benötigte Rechenleistung bzw. die erfor- derlichen Speicher-und Peripheriebausteine können durch Kon- figuration ein oder mehrerer Zellen und deren Vernetzung un- tereinander erstellt werden. Durch die Flexibilität bei. der Hardwarekonfiguration ist eine hohe Anzahl von Fahrzeugfunk- tionen innerhalb einer Vorrichtung abbildbar. Der Vernet- zungsgrad der einzelnen Zellen innerhalb der Vorrichtung hängt von der Komplexität der konfigurierten Hardware bzw. von den sicherheitsbedingten Redundanzerfordernissen ab. Bei- spielsweise kann vorgesehen sein, dass zur Erhöhung der Si- cherheit eine weitere Zelle zur Überprüfung eines Steuerungs- prozesses vorgesehen ist und diese mit den bisher benötigten Zellen über den internen Bus vernetzt wird.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist mindes- tens eine der Zellen mit einer rekonfigurierbaren Hardware ausgestattet, die die Berechnungsfunktionen eines Mikro- kontrollers übernehmen kann. Die Vorrichtung kann dadurch ganz oder teilweise ein herkömmliches Steuergerät mit einem Mikrokontroller ersetzen. Auf diese Weise kann die rekonfigu- rierbare Hardware, beispielsweise ein FPGA, durch die Hard- warebeschreibungssprache so konfiguriert werden, dass ein Be- rechnungsprozess für eine Steuerfunktion nachgebildet wird.

Das FPGA kann zum Beispiel einen Addierer und Multiplizier- glieder ausbilden, um komplexe Rechenaufgaben durchzuführen.

Diese Steuerfunktion kann dann bei einem herkömmlichen Steu- ergerät entfallen und ausgelagert werden oder das konventio- nelle Steuergerät entfällt insgesamt.

Bevorzugt werden die Zellen der Vorrichtung durch Herunterla- den einer Hardwarebeschreibungssprache konfiguriert und jede Zelle wird zur Ausführung einer oder mehrerer spezieller Steuerungsfunktionen konfiguriert. Bei einem höheren Rechen- bedarf ist die Vorrichtung auf einfache Weise skalierbar, in- dem eine oder mehrere Zellen zusätzlich hinzugefügt und/oder über die Hardwarebeschreibungssprache aktiviert werden, so dass die neuen Zellen dann zusätzliche Rechenaufgaben abar- beiten können. Die Vorrichtung zum Steuern eignet sich daher insbesondere für Anwendungen in kleiner Stückzahl, wenn eine besonders hohe Anpassungsfähigkeit der Rechenleistung erfor- derlich ist. Dazu gehören insbesondere der Ersatzteilebedarf bei Steuergeräten oder das spätere Hinzufügen von Zusatzfunk- tionen zu einem bereits bestehenden Steuergerät. Die zusätz- liche Funktion wird dann über die Hardwarebeschreibungsspra- che in Bezug auf die erforderliche Hardware bereitgestellt, so dass die zusätzlich heruntergeladene Software auf dieser konfigurierten Hardware einsatzfähig ist.

Die Vorrichtung zum Steuern ist insbesondere als Aus- tauschsteuergerät einsetzbar. Bei einer Weiterbildung der Er- findung sind die Zellen untereinander durch einen internen optischen oder elektrischen Datenbus oder eine drahtlose Schnittstelle, insbesondere eine Funkschnittstelle, vernetzt.

Rekonfigurierbare Hardware ist dabei derart beschaltbar, dass die Peripheriebausteine einer Zelle als Schnittstelle für den internen Bus programmiert werden können. Ferner kann jede Zelle auch eine Schnittstelle zum externen Datenbus aufwei- sen, der die Vorrichtungen zum Steuern, d. h. die Steuergerä- te, untereinander verbindet.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorlie- genden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die untergeordneten Ansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung einer Ausführungsform zu verweisen.

Die einzige Figur zeigt eine Ausführungsform einer Zelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Steuern von Komponenten ei- nes Kraftfahrzeugs.

Die Vorrichtung 1 zum Steuern von Komponenten eines Kraft- fahrzeugs weist eine Recheneinheit 2 zur Abarbeitung von Steuerprogrammen auf, die aus einer oder mehreren Zellen 3, 4,5, 6 aufgebaut ist. Jede Zelle 3,4, 5,6 weist eine re- konfigurierbare Hardware 7, insbesondere ein FPGA-Baustein, und Speicher-8 sowie Logikeinheiten 9 auf. Die Speicherein- heit 8 sowie die Logikeinheit 9 bilden Peripheriebausteine der Zelle 3, die einerseits zur Speicherung der Daten bzw.

Steuerprogramme und andererseits zur Bereitstellung der Steu- erbefehle oder der Ausgabe der Daten auf den internen Daten- bus 10 vorgesehen sind.

Der interne Datenbus 10 ist mit einer Zellenkommunikations- einheit 11 verbunden, die die Kommunikation der Zellen 3,4, 5,6 untereinander über den internen Datenbus 10 steuert. Die Zellenkommunikationseinheit 11 kann wiederum durch eine re- konfigurierbare Hardware aufgebaut sein. Die Vorrichtung 1 zum Steuern weist weitere Speichereinheiten 12,13 und 14 auf, die unter anderem dazu dienen, dass über das externe In- terface 15, beispielsweise über eine drahtlose Schnittstelle oder einen Datenbus, heruntergeladene Konfigurationsdaten ge- speichert werden können. Bevorzugt können Konfigurationsdaten von einer anderen Steuervorrichtung über das Interface 15 im Flash-Speicher 13 abgelegt werden und diese Konfigurationsda- ten weisen eine Hardwarebeschreibungssprache auf, über die die rekonfigurierbare Hardware 7 neu beschaltbar ist. Wenn die rekonfigurierbare Hardware 7 ein FPGA-Baustein ist, be- steht dieser aus vielen Speicherzellen, die über variable Verbindungsleitungen miteinander unterschiedlich verbunden werden können. Je nach Verbindungsmuster ergibt sich dann ein anderer Hardwarebaustein. Beispielsweise kann ein Addierer o- der ein Speichermittel oder ein Logikbaustein durch die Hard- warebeschreibungssprache konfiguriert werden.

Im Rekonfigurationsprozess wird dann die Hardwarebeschrei- bungssprache jeweils der betreffenden Zelle 3,4, 5,6 zuge- ordnet, so dass diese in Bezug auf deren Hardware neu rekon- figuriert wird. Ebenfalls über das Interface 15 kann dann auch die Software heruntergeladen werden und in einem der Speicherbausteine 12,13, 14 abgelegt werden, so dass jeder Zelle 3,4, 5,6 auch die entsprechende Software zugeordnet wird, um einen Steuerprozess mit den erforderlichen Funktio- nen ausführen zu können.

Mit der Vorrichtung 1 oder direkt mit der Zelle 3 sind Akto- ren und/oder Sensoren 16,17 verbunden, die durch die Vor- richtung 1 gesteuert werden. Beispielsweise handelt es sich dabei um Aktoren, wie elektrisch betätigbare Steuerventile, die bei der Motorsteuerung von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden. Der Sensor 16 erfasst Daten, beispielsweise die Mo- tortemperatur oder eine Drehzahl, die zur Durchführung des Steuerprozesses erforderlich sind.

Die Vorrichtung 1 zum Steuern ist aus mehreren gleichartigen Zellen 3,4, 5,6 aufgebaut, die untereinander über den Zel- lenkommunikationseinheit 11 und den internen Datenbus 10 ver- bunden sind. Die Zellen können zur seriellen bzw. parallelen Bearbeitung durch den Zellenkommunikationseinheit 11 flexibel verdrahtet werden. Dazu kann auch hier ein FPGA-Baustein, der programmierbar in Bezug auf die Verbindungen ist, eingesetzt werden. Jede Zelle 3,4, 5,6 oder auch nur bestimmte Zellen- kommunikationseinheit, sind über das Interface 15 mit einem externen Datenbus mit weiteren Steuergeräten innerhalb des Verkehrsmittel verbunden. Dazu sind verschiedene Datenbus- schnittstellen erforderlich, beispielsweise eine CAN- Schnittstelle oder eine Schnittstelle zu einem optischen Da- tenbus, der dann die verschiedenen Steuervorrichtungen mit- einander verbindet. In jeder der Zellen 3,4, 5,6 ist eine Zellenkommunikationseinheit 11 vorgesehen, die wiederum selbst eine rekonfigurierbare Hardware sein kann.

Durch den zellularen Aufbau der Vorrichtung 1 zum Steuern von Maschinen oder Verkehrsmitteln und der rekonfigurierbaren Hardware 7 können je nach Anwendung verschiedenen Zellen 3, 4,5, 6 unterschiedliche Funktionen zugewiesen werden. Es kann bei den Zellen 3,4, 5,6 zu einer Spezialisierung hin- sichtlich der Steuerfunktionen kommen und eine Skalierbar- keit, d. h. die Erhöhung der Rechenleistung kann durch nach- trägliches Hinzufügen einer weiteren Zelle erfolgen. Die nachträgliche Skalierbarkeit, beispielsweise wenn in einem Kraftfahrzeug eine zusätzliche Funktion elektronisch gesteu- ert werden muss, kann gewünscht sein, wenn eine Zelle 3,4, 5,6 nachträglich an die Zellenkommunikationseinheit 11 ange- koppelt wird oder wenn von vornherein eine bestimmte Anzahl von Zellen 3,4, 5,6 redundant in der Vorrichtung 1 vorgese- hen sind, die nachträglich bei erhöhter Rechenleistung neu rekonfiguriert werden.