專利名稱：具有微處理機和實現(xiàn)汽車特有的功能的組件的芯片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明從根據(jù)獨立權利要求的前序部分的、 一種用于車輛中的微 處理機的芯片以及一種具有微處理機的相應的芯片組出發(fā)。
背景技術：
不同集成度的集成電路的組合目前在汽車應用的控制設備中是汽 車特有的微處理機的電子環(huán)境。
在DE 103 34 014 Al中示出了 一種具有微處理機的外圍芯片纟且。 其中展示了一種用于實現(xiàn)控制設備的硬件功能的、具有至少兩個電子 單元的外圍芯片組，這些電子單元允許用于為控制設備提供至少一種 基本功能的分割。在此，第一和/或第二電子單元可以典型地被構造為 專用電子電路。
在此示出了一種基本功能，該基本功能在需要時應可以簡單地凈皮 擴展，并且應專門被用于發(fā)動機控制設備中。不過，在此，整個、也 即還包括微處理機或計算機在內(nèi)的芯片組被構造為汽車特有的。這提 高了復雜性和成本，因此必須針對汽車特有的功能來設計整個、也即 包括微處理機在內(nèi)的單元。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務是示出一種能夠標準化的IC或芯片體系結構 或芯片組體系結構，其中圍繞中央微處理機設計外圍電子功能，使得 只須匹配這些外圍電子功能。并且甚至明顯筒化和方^t匹配。
本發(fā)明的優(yōu)點
本發(fā)明從用于車輛中的微處理機的芯片出發(fā)，其中在該芯片中設 置有用于連接到微處理機上的接口元件，并且除了該接口元件之外， 在該芯片中還包含有其它的組件，其中有利地這些組件被單片地集成 在該芯片中并且被構造，使得這些組件實現(xiàn)汽車特有的功能。除此之 外，本發(fā)明芯片或芯片體系結構的新的主要特征是，執(zhí)行元件的電子 功率輸出級從芯片或芯片組中以及因此也從控制設備中被調(diào)出，并且
"就地"位于執(zhí)行元件上。因此利用被分配給這些執(zhí)行元件的功率輸 出級形成尤其是智能的執(zhí)行元件。于是因此可以利用例如在外圍沒有
汽車特有的模塊的標準pC來實現(xiàn)具有至少兩個IC的完整的域控制設備。
目前的高集成的系統(tǒng)在執(zhí)行元件的電子功率輸出級方面是集中
的。在根據(jù)本發(fā)明的o芯片中，出于上述的原因，電子功率輸出級被
分散，并且被"就地"移置到執(zhí)行元件上。
在一種特別優(yōu)選的實施形式中，圍繞微處理機來布置芯片，使得 該芯片完全地、尤其是環(huán)形封閉地包圍微處理機。因此有利地可以將
汽車特有的功能集中在如此形成的o芯片中，由此有效率的標準微處
理機或微控制器(mC)可以作為0芯片中的中央單元，也就是可以使
用任意的非汽車特有的pC。通過將組件單片地集成到該o芯片中，可
以在微處理機的外圍實現(xiàn)汽車特有的組件或模塊的最少化。
微處理機被用于汽車功能的控制，其中汽車功能被劃分為車輛的 不同的域、諸如駕駛艙電子設備、車身電子設備、安全系統(tǒng)、動力系、 底盤系統(tǒng)以及用于車輛導航的系統(tǒng)。在此尤其有利的是，域特有地構 造芯片的組件，使得在芯片中反映各個域的特性或功能個性。
另一方面，然而，由于o芯片的高的標準化程度，也提高了在具 有不同功能的不同域中能夠采用同一個芯片體系結構(相同的IC)的 概率和可能性。0芯片為此首先獨立于不同域的特殊的傳感器和執(zhí)行元 件要求，因為這些要求于是不在o芯片中被實現(xiàn)。在該擴展方案中，0
芯片通過標準化的數(shù)字接口僅僅與傳感器和執(zhí)行元件進行通信。于是 芯片有利地被用于汽車功能的控制，其中這些汽車功能被劃分為車輛 的不同的域，并且芯片包含組件，這些組件被構造，使得該芯片可以 在不同的域中被采用。
在此，合理地在芯片中包含有安全組件，該安全組件被構造用于 在微處理機失效或故障時實施緊急運行功能。
同樣有利地包含有能量供應組件，通過該能量供應組件在域之內(nèi) 確保集中的電壓和電流供應，使得可以針對整個域通過該能量供應組 件來控制能量分配。
在此，有利地可以通過能量供應組件在能量分配功能的范圍內(nèi)實 現(xiàn)中央喚醒方案或中央監(jiān)視器和復位方案。
尤其有利的是，在芯片上設置有測試組件，該測試組件被構造，
使得該測試組件提供例如經(jīng)由JTAG通向芯片的入口，通過該入口例如 借助邊界掃描可以進行尤其是整個域的測試和/或驗證。
合理地在芯片上設置有第一通信組件，該第一通信組件被構造， 使得可以在不同域的兩個芯片或芯片組之間實現(xiàn)通信，以致因此確保
域間通信。
此外合理地設置有第二通信組件，該第二通信組件被構造，使得 可以實現(xiàn)與傳感器和/或執(zhí)行元件的通信，更確切地說使得為了減輕ju C的負擔，在0芯片中尤其是利用信號調(diào)節(jié)或預處理來實現(xiàn)傳感器的分 散，并且可以實現(xiàn)尤其是智能執(zhí)行元件的分散，由此可以以高的精度 要求來實現(xiàn)高功率和大電流與傳感器信號和參考信號的大的干擾電位 的去耦。這尤其是通過特別有利地將功率輸出級、特別在一種有利的 擴展方案中將所有的功率輸出級從0芯片中調(diào)出來實現(xiàn)。即與目前的 控制設備、IC和包含在其中的執(zhí)行元件的功率輸出級不同，將輸出級 從芯片中并且也從控制設備中調(diào)出，并且"就地"置于執(zhí)行元件上。 因此也使損耗功率從中央控制設備中分布或能夠最佳地分布到各個執(zhí) 行元件上。因此緩和由于中央控制設備或IC中的執(zhí)行元件的上升的數(shù) 量而導致的損耗功率的目前的集中。此外，因此可以實現(xiàn)整個系統(tǒng)、 尤其是一個域的系統(tǒng)的最大抗干擾性。通過第二接口、也就是第二通 信組件，也可以實現(xiàn)當前輸出級、但是甚至執(zhí)行元件的調(diào)出，由此實 現(xiàn)損耗功率最佳地分布到多個電路UC)上。
合理地在芯片中此外還包含有診斷組件，該診斷組件凈皮構造，佳_ 得實現(xiàn)域特有的診斷。
通過本發(fā)明，因此可以在芯片的范圍內(nèi)提供一種能夠標準化的體 系結構，該體系結構在面向域的系統(tǒng)中將圍繞中央微處理機的外圍電
子功能統(tǒng)一在集成電路、即芯片中。在此，由一種o芯片環(huán)形地包圍
計算機。通過汽車特有的、尤其是域特有的功能在芯片的組件中的可 能的集中，可以在計算效率和計算時間需求以及對汽車特有的外圍模 塊的需求方面大大減輕微處理機的負擔。尤其是可以有利地在微處理 機之內(nèi)避免第二安全和冗余計算機。同時通過該芯片能夠實現(xiàn)功能擴 展和在不同功能環(huán)境、也即車輛中的域、諸如發(fā)動機控制裝置、也即
動力系或甚至ABS、氣嚢等等上的可應用性。同時以前面已經(jīng)說明的優(yōu)
點實現(xiàn)傳感器和執(zhí)行元件的分散。
從說明書以及權利要求的所述特征中得出其它的優(yōu)點和有利的擴
展方案。


以下借助附圖中所示的圖來更詳細地闡述本發(fā)明。其中
圖1示出車輛中的域模型。
圖2示出一種具有微處理機的本發(fā)明芯片。
最后圖3示出具有本發(fā)明芯片的芯片組、和具有相應的執(zhí)行元件 連接/傳感器連接的不同域的微處理機。
具體實施例方式
現(xiàn)在下面借助實施例來更詳細地闡述本發(fā)明。
在圖1中首先示出了車輛F的不同的功能環(huán)境或域。在此，用200 表示駕駛艙電子設備域，用300表示車身電子設備域，用400表示安 全域或乘員(Occupant)安全，用500表示動力系域，用600表示底 盤域，以及用700表示具有周圍可見度(Rundumsicht)的車輛導航 域(車輛導航和環(huán)境檢測)。在此，示例性地更詳細地示出了各個域 的幾個組成部分。在駕駛艙電子設備域200中，例如這是組合了儀器 顯示功能(儀器群)的方框201以及示出了多媒體功能或應用的方框 202。車身電子設備域300用方框301例如示出車身計算機、即該域中 的中央計算機的功能，該車身計算機示例性地包括并控制反光鏡功能 ^3、開關3(H、車窗(翻開(Ausklappen)、窗玻璃升降器等等)"5、 鎖和閉鎖系統(tǒng)，例如還包括并控制駛離閉鎖裝置306、座位功能307、 光控制裝置308以及活動車頂309。用方框302示例性地組合了車輛 中的空調(diào)和通風控制裝置。安全系統(tǒng)400示例性地包含氣嚢控制單元 401，其中也可以設置另外的約束系統(tǒng)和其它系統(tǒng)。
最后，動力系域500示例性地包含發(fā)動機控制裝置501、變速箱控 制裝置502、起動器發(fā)電機的控制裝置503以及電池和能量管理504。 這里又示例性地將域700、即車輛導航與ACC控制裝置701相耦合。 作為該實例中的最后的域，最終示出了域600、即底盤域，該底盤域包 括制動控制裝置601、轉向控制裝置602以及可選地減震控制裝置
603、全輪控制裝置604、電子停車制動器606以及其它的可選的組件 605。因此ABS、 ASR和ESP以及坡路防滑器等等也屬于該制動控制裝 置、即底盤域。 一般適用應僅僅示例性地理解這里所示出的域，并 且當然可以設想另外的域劃分以及另外的所分配的控制功能，并且在 此該特殊的域劃分不是本發(fā)明的本質(zhì)，并且因此由本發(fā)明看來也可以 被設計為非限制性的。
圖2示出一種具有微處理機或控制器101的本發(fā)明芯片100。在該 特殊的有利的擴展方案中，微處理機101被芯片IOO環(huán)形地完全包圍。 該芯片100在此包含優(yōu)選地^皮單片地集成的組件102至108。因此可 以在該芯片中實現(xiàn)汽車特有的功能的集中，由此該芯片因此能夠實現(xiàn) 有效率的標準微處理機101的采用和汽車特有的模塊、即芯片100中 的組件的最小化。這例如是A/D轉換器、定時器、協(xié)議控制器。由此 如在同時提高功能的情況下減小微處理機的軟件規(guī)模一樣在計算功率 方面減輕微型計算機或微處理機的負擔。
在此，以102在0芯片100中設置有安全組件或安全控制器，該 安全組件或安全控制器與芯片的其它模塊的緊密配合允許在中央微處 理機101失效或故障時尤其域的提高的安全功能、診斷和冗余功能。 該安全控制器102在此在中央微處理機失效或故障時從域接管緊急運 行功能。這例如是系統(tǒng)到安全狀態(tài)下的受控制的關閉或診斷數(shù)據(jù)在存 儲器中、尤其是在存儲組件109中的存儲。同樣在方框107中組合了 例如借助診斷接口和總線監(jiān)控器(Guardian)在合理性方面對傳感器 信號和執(zhí)行元件信號的監(jiān)控和必要時對用于達到安全狀態(tài)的執(zhí)行元件 的閉鎖或控制。同樣可以在安全控制器中尤其是在軟件(實時和后臺) 方面實現(xiàn)其它的功能、例如實時監(jiān)控。因此可以有利地避免第二安全 和冗余計算機。以方框108設置有測試組件，該測試模塊被構造成它 提供通向芯片的入口，通過該入口可以測試和/或驗i正整個域。也稱為 域測試接入端口的該方4匡108可以因此在直至最終用戶的不同層或級 上實現(xiàn)整個域的測試和系統(tǒng)驗證的設計。因此即使沒有系統(tǒng)微處理機 和/或沒有該系統(tǒng)微處理機的軟件也可以執(zhí)行測試和驗證。為此，在芯 片的方框108中調(diào)出(auslagern)或綁定諸如JTAG接口或JTAG功
能的特有的功能。
109示出中央片上存儲器，該中央片上存儲器例如可以用作接口信
號的中間緩沖器并且因此減輕微處理機的負擔。同時通過該存儲模塊
109可以對安全組件102進行編程。用方框103示出了作為能量供應 組件的中央能量供應。也即尤其是作為域、尤其是域的傳感器的電壓 供應和/或電流供應的該中央能量供應允許在損耗功率、溫度管理和溫 度分布的控制、在系統(tǒng)起動時以及在系統(tǒng)關斷時的電流或電壓需求和 定時方面最佳地協(xié)調(diào)所有的模塊。即使在緊急運行和i會斷時也可以因 此實現(xiàn)最佳的能量控制。
能量供應組件因此尤其是給中央微處理機供應能量。不過除此之 外也可以實現(xiàn)域的另外的元件、尤其是傳感器和執(zhí)行元件或其它控制 單元的能量的釋放，使得也能夠實現(xiàn)中央睡眠/喚醒模塊，由此可以使 域的一般的喚醒方案集中。復位或監(jiān)控器(Watchdog)方案的集中化 也是可能的，并且因此可以匹配于整個域，由此可以避免隱藏的不兼 容性和未定義的狀態(tài)。該方案尤其可以與中央微處理機101匹配。通 過中央復位和/或監(jiān)控器方案以及中央睡眠或喚醒方案，可以尤其在方 框103中包含中央喚醒模塊，能夠實現(xiàn)與正如復位或監(jiān)控器信號一樣 的其它片上信號的邏輯連接，由此可以實現(xiàn)對所有模塊的擴展的控 制。在此，尤其是在喚醒方案方面，在最大的EMV兼容性的情況下可 以達到最小的待機電流消耗。因此也可以集中地針對整個域進行長時 間系統(tǒng)監(jiān)控的跟蹤控制以及循環(huán)的自喚醒程序。
同樣將通信功能組合在芯片中。因此芯片可以在集成電路中承擔 數(shù)字標準化形式的域的通信網(wǎng)關功能，使得可以在所有的層面上一致 地采用數(shù)字接口。在此，以方框106設置有芯片的通向微處理機101 的例如被構造為微秒總線(n-S-總線)SPI (串行外圍接口 )或被構 造為并行接口的數(shù)字板上接口。同樣設置有從域通過通信組件104至 域的數(shù)字接口 ，例如作為CAN總線或TTCAN總線或作為FlexRay總線 系統(tǒng)，正是作為域間總線系統(tǒng)IB。同樣通過方框105設置有數(shù)字傳感 器/執(zhí)行元件連接。因此可以調(diào)出電氣執(zhí)行元件，并且因此降低芯片的 損耗功率以及芯片的管腳數(shù)量。在此，最佳地確保損耗功率到多個IC
上的分布。同時可以達到對諸如輸出級極性變換、襯底電流等等的公 知的局部干擾影響的高抗擾性。通過經(jīng)由調(diào)出電氣執(zhí)行元件、尤其是 電氣執(zhí)行元件的功率組件于是達到適度的固有功率損耗，可以運行0 芯片、即在較高的環(huán)境溫度下的芯片。因此通過該芯片可以表示傳感
器以及尤其是智能執(zhí)行元件的分散，由此可以以高的精度要求實現(xiàn)傳 感器信號和參考信號的高的功率和大的電流與大的干擾電位的去耦。 與沒有"現(xiàn)場智能"的執(zhí)行元件不同，恰好對于智能執(zhí)行元件來說， 本發(fā)明方案提供所述的優(yōu)點。整個系統(tǒng)因此實現(xiàn)最大的抗干擾性，并
且當前級的調(diào)出允許將損耗功率最佳地分布到多個IC上。同時通過數(shù)
字接口在所有層面上的集中和一致使用以及在o芯片中域的供應和通
信功能的集成來實現(xiàn)擴展的網(wǎng)關功能和效率。尤其是通過接口模塊、
即通信組件104或105來實現(xiàn)集中的單片集成的網(wǎng)關功能，可以使接 口最佳地互相匹配，以及通過106來實現(xiàn)集中的單片集成的網(wǎng)關功能 也可以使接口匹配于微處理機本身。因此一方面可以在微處理機的通 信方面減輕負擔，另一方面因此可以在組件中實現(xiàn)與域無關的標準網(wǎng) 關軟件。通過在芯片上組合這些功能，產(chǎn)生外部傳感器和執(zhí)行元件的 可縮放性的改進和標準化程度的提高。
也正是通過集中的數(shù)字接口來實現(xiàn)標準化程度的這種提高，由此 也擴展地實現(xiàn)尤其是外圍智能執(zhí)行元件和傳感器的診斷和緊急運行功 能，由此同時提高安全度。標準化的數(shù)字接口此外還允許在用戶數(shù)量 的可控制性和縮放方面的更高的靈活性。數(shù)字接口同時降低域布線花 費并減少尤其是芯片和控制單元的管腳數(shù)量。同時提高傳輸精度并且 可以使EMV兼容性最大化。在圖3中再次分別示出了不同域的芯片100a 和100b。芯片100a又環(huán)形地包圍微處理才;L 101a以及沒有示出的^皮芯 片100b包圍的處理才幾101b。通過域間總線IB來實現(xiàn)跨越域的通信， 其中在這里如已經(jīng)提及的那樣，智能傳感器和智能執(zhí)行元件被調(diào)出。 為此用800a和801a示出了連接到芯片100a上的尤其是智能的傳感 器。同樣將尤其是智能的傳感器800b和801b耦合到芯片100b上。在 此，尤其是通過數(shù)字傳感器執(zhí)行元件105、即第二通信組件來實現(xiàn)耦 合。同樣將尤其是被構造為智能執(zhí)行元件的執(zhí)行元件802a和803a連 接到芯片100a上。同樣的內(nèi)容適用于同樣尤其是被構造為與芯片100b 相連接的智能執(zhí)行元件的執(zhí)行元件802b和803b。在這里也尤其是通 過剛才在圖2中的方框105中示出的數(shù)字接口來實現(xiàn)連接。通過尤其 是電子輸出級的這種傳感器調(diào)出和執(zhí)行元件調(diào)出，可以如已經(jīng)提及的 那樣大大減少中央控制設備和0芯片中的管腳的數(shù)量以及損耗功率。 在尤其是根據(jù)圖2的巧妙的模塊選擇的情況下，因此可以在經(jīng)過考驗 的標準殼體中實現(xiàn)0芯片。在例如小于80的少的管腳數(shù)量以及例如小 于3瓦的小的損耗功率的情況下，以此也可以達到更高的質(zhì)量水平。
尤其是片上存儲模塊109允許通過編程的最大靈活性。在此，片 上存儲器尤其可以用作用于接口信號、尤其是也用于傳感器和執(zhí)行元 件的中間緩沖器，并且因此減輕微處理機的負擔。即在這里實現(xiàn)數(shù)字 傳感器/執(zhí)行元件輸入和控制信號的中間存儲/緩沖。同樣在該存儲模 塊109中實現(xiàn)在睡眠模式中的跟蹤參數(shù)的存放。同時可以因此對安全 控制器、即安全組件102進行編程，或在診斷和緊急運行功能中支持 安全控制器、即安全組件102。
通過經(jīng)由方框105將傳感器和執(zhí)行元件數(shù)字連接到芯片上，可以 尤其是在域之內(nèi)最大地縮放系統(tǒng)。
因此根據(jù)本發(fā)明通過采用尤其是域特有地組合外圍電子功能的芯 片產(chǎn)生可標準化的體系結構。因此該體系結構、即芯片可以應用于不 同功能范圍的域，由此通過該標準化實現(xiàn)不兼容性風險的最小化以及 外圍模塊的容易的適配。即芯片展示一種高集成的IC體系結構，用于功能。
因此可以在汽車應用中采用有效率的標準微處理機，因為0芯片、 即芯片可以承擔計算機、即微處理機的最大量的汽車特有的外圍功 能。因此在微處理機本身中可以取消A/D轉換器、TPU (時間處理單元)、 通信協(xié)議控制器以及其它的汽車特有的外圍設備。
權利要求
1.用于車輛中的微處理機(101)的芯片(100)，其中在所述芯片(100)中設置有用于連接到所述微處理機上的接口元件(106)，并且除了所述接口元件之外，在所述芯片中包含有其它的組件(102-108)，其特征在于，所述組件被單片地集成在所述芯片中，并且被構造，使得這些組件實現(xiàn)汽車特有的功能，其中從所述芯片中調(diào)出執(zhí)行元件的電子功率輸出級。
2. 按照權利要求1所述的芯片，具有至少一個執(zhí)行元件，其特征 在于，至少一個功率輸出級被分配給至少一個執(zhí)行元件。
3. 按照權利要求2所述的芯片，具有至少一個執(zhí)行元件，其特征 在于，所述至少一個功率輸出級被調(diào)出到所述至少一個執(zhí)行元件的空 間附近。
4. 按照權利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片完全地、 尤其是環(huán)形封閉地包圍所述微處理機。
5. 按照權利要求1所述的芯片組，其特征在于，所述芯片被用于 控制汽車功能，并且所述汽車功能被劃分為車輛的不同的域(200-700 )，其中域特有地構造所述芯片的組件(102-108 )。
6. 按照權利要求1所述的芯片，其特征在于，所述芯片被用于控 制汽車功能，并且所述汽車功能被劃分為車輛的不同的域(2 00-7 00 )， 其中所述芯片的組件(102-108 )被構造，使得所述芯片能夠在不同的 域中被采用。
7. 按照權利要求1所述的芯片，其特征在于，包含有安全組件 (102)，該安全組件被構造，使得該安全組件實施緊急運行功能。
8. 按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，包含有能量供 應組件(103),該能量供應組件被構造，使得該能量供應組件針對整 個域控制能量分配。
9. 按照權利要求8所述的芯片，其特征在于，所述能量供應組件 包含對于所述域來說中央的喚醒模塊。
10. 按照權利要求8所述的芯片，其特征在于，所述能量供應組件 被構造，使得該能量供應組件實現(xiàn)對于所述域來說中央的監(jiān)控器和復 位方案。
11. 按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，包含有測試組件(108),該測試組件被構造，使得該測試組件提供通向所述芯片的 入口，通過該入口可以測試和/或驗證整個域。
12. 按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，設置有第一通 信組件(104)，該第一通信組件被構造，使得在不同域的兩個外圍芯 片組之間實現(xiàn)通信。
13. 按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，設置有第二通 信組件(105)，該第二通信組件被構造，使得實現(xiàn)與傳感器和/或執(zhí) 行元件的通信。
14. 按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，包含有診斷組 件(107)，該診斷組件被構造，使得能夠實現(xiàn)域特有的診斷。
15. 按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，設置有被構造 為所述域的中央存儲器的存儲組件(109)。
16. 具有微處理機并且具有按照權利要求1至15之一所述的芯片 的芯片組。
17. 具有至少兩個按照權利要求16所述的芯片組的設備，該芯片 組各具有按照權利要求5或6所述的芯片，其特征在于，每一個芯片 組被分配給不同的域，并且所述芯片互相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及車輛中的具有微處理機(101)的芯片(100)，其中在該芯片中設置有用于連接到微處理機上的接口元件(106)，并且除了該接口元件之外，在該芯片中包含有其它的組件(102-108)，其中這些組件被單片地集成在該芯片中并且被構造，使得這些組件實現(xiàn)汽車特有的功能，其中從該芯片中調(diào)出執(zhí)行元件的電子功率輸出級。
文檔編號G06F15/76GK101171581SQ200680015265
公開日2008年4月30日 申請日期2006年5月3日 優(yōu)先權日2005年5月4日
發(fā)明者B·埃爾布萊特, R·基恩茲勒 申請人:羅伯特·博世有限公司