Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines elektronischen Geräts. Die Schaltungsanordnung ist als verbindungsprogrammierte Steuerung ausgestaltet. Sie weist einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss auf, über die jeweils Eingangsdaten empfangen bzw. Steuerdaten zum Steuern des elektrischen Geräts ausgegeben werden können.

Eine verbindungsprogrammierte Steuerung wird auch als festverdrahtete Steuerung (Englisch: hard-wired programmed logic Controller) bezeichnet. Ein Programmablauf einer solchen Steuerung oder Steuerschaltung ist durch eine feste Verbindung einzelner Bauelemente der Schaltungsanordnung festgelegt. Im Gegensatz zu einer speicherprogrammierbaren Steuerung kann die Funktionsweise einer verbindungsprogrammierten Schaltung damit nicht mehr durch Speichern einer Steuersoftware oder Firmware in einem Programmspeicher nachträglich verändert werden. Dies macht eine verbindungsprogrammierte Steuerung sicher gegen eine Manipulation ihrer Funktionsweise durch nicht autorisierte Personen oder eine ungewollte Veränderung der Funktionsweise, z. B. durch induzierte Spannungsspitzen. Dagegen kann sich bei speicherprogrammierbaren Steuerungen, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller basieren können, durch Verändern ihres BIOS (BIOS - basic input-output System) oder ihres Betriebssystems ein von einem Benutzer ungewolltes Verhalten der Steuerung ergeben.

Nachteilig bei einer verbindungsprogrammierten Steuerungsschaltung ist, dass mit ihr eine Steuerung eines elektronischen Geräts in der Regel nur in einem örtlich begrenzten Bereich möglich ist. Um nämlich die Eingangsdaten, die beispielsweise von einer Tastatur oder einer Messeinrichtung stammen können, zur Steuerungsschaltung zu übertragen, muss eine entsprechende Verdrahtung bereitgestellt sein. Genauso müssen die Steuerdaten von der Steuerschaltung zu dem elektronischen Gerät ebenfalls über eine Verdrahtung übertragen werden. Entsprechend steigt der Verdrahtungsaufwand mit steigender Entfernung zwischen der Quelle der Eingangsdaten und dem zu steuernden elektronischen Gerät.

Von Druckern und ähnlichen Peripheriegeräten für Personalcomputer ist bekannt, dass sie Daten mit dem Personalcomputer über eine TCP/IP- Verbindung in einem Ethernet-Netzwerk austauschen können. Die Peripheriegeräte weisen dazu einen Ethernet-Controller auf, der als festverdrahtete integrierte Schaltung (IC - integrated circuit) ausgebildet ist. Über diesen Ethernet-Controller ist ein Mikrocontroller des Geräts mit dem Ethernet-Netzwerk gekoppelt. Für einen Datenaustausch mit dem Personalcomputer im Rahmen einer TCP/IP-Verbindung werden die Daten durch den Ethernet-Controller in Form von Ethernet-Datenpaketen, sog. ethernet frames, verarbeitet. Diese Form der Verarbeitung entspricht in dem ISO-OS I-Referenzmodell (Englisch: Open Systems Interconnection Reference Model) der Verarbeitung der Daten durch eine Schicht-1 -Einheit (Englisch: Layer-1 entity) und einer Schicht-2-Einheit (Layer-2 entity). Für eine Verarbeitung von Kommunikationsdaten gemäß höheren Protokollen (im Referenzmodell gemäß den Schichten 3 aufwärts) und für die eigentliche Steuerung des Peripheriegeräts wird aber ein Betriebssystem (z. B. in Form einer Firmware) benötigt, das von dem Mikrocontroller ausgeführt wird.

Falls der Mikrocontroller des Peripheriegeräts über eine ausreichend große Rechenleistung verfügt und der lokale Speicher des Peripheriegeräts groß genug ist, kann durch die Firmware des Geräts auch die Funktionalität eines Web-Servers bereitgestellt sein, von dem eine Web-Seite erzeugt und ausgesendet werden kann, auf der Zustandsdaten des Peripheriegeräts angezeigt sind.

Von dem Unternehmen WIZnet Technology wird eine ASIC- Schaltungsanordnung (AS IC - application specific integrated circuit, anwendungsspezifische integrierte Schaltung) angeboten, durch welche eine Übertragung von Daten über ein Ethernet-Netzwerk ermöglicht wird. Die Daten werden dabei gemäß dem Internet-Protokoll übertragen und unverändert an einem lokalen Ausgang für eine CPU (CPU - central processing unit) bereitgestellt. Durch die ASIC-Schaltungsanordnung ist hierdurch eine hardwarebasierte TCP/IP-Verbindung über ein Ethernet-Netzwerk ermöglicht. Eine maximale Übertragungsgeschwindigkeit (10 Mbit/sec, 100 Mbit/sec) ist von dem jeweiligen Modell des ASIC abhängig und kann im Nachhinein nicht geändert werden. Eine Verarbeitung der Daten durch den ASIC findet nicht statt. Dazu ist eine Anwendungssoftware nötig, die auf der angeschlossenen CPU ausgeführt werden muss.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine vielseitig nutzbare und vor einer Manipulation sichere Steuerschaltung bereitzustellen, mit der ein elektronisches Gerät über eine große Entfernung hinweg gesteuert werden kann.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zum Steuern eines elektronischen Geräts weist zumindest einen ersten und einen zweiten elektrischen Anschluss mit jeweils wenigstens einem elektrischen Anschlusskontakt auf. Es können zumindest über einen der Anschlüsse Eingangsdaten empfangen und zumindest an einem der Anschlüsse Steuerdaten für das zu steuernde Gerät ausgegeben werden. Die Schaltungsanordnung ist in der bereits beschriebenen Weise als verbindungsprogrammierte Steuerung ausgebildet. Somit handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung der Gattung nach um eine festverdrahtete Steuerschaltung.

Der erste Anschluss wird dabei als Netzwerkschnittstelle betrieben, was bedeutet, dass die über diesen Anschluss übertragenen Daten gemäß einem vorbestimmten Schnittstellenprotokoll mit einem externen Gerät ausgetauscht werden. Als Schnittstellenprotokoll ist hier ein ganz bestimmtes Protokoll gewählt, nämlich eines, durch welches ein Ablauf einer Kommunikation zwischen einer Schicht-3-Einheit und einer Schicht-2-Einheit des ISO-OSI- Referenzmodells festgelegt ist. Hierbei entspricht die Schaltungsanordnung beim Austausch der Daten der Schicht-3-Einheit. Mit anderen Worten sind bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Schicht-3 (Layer 3) und gegebenenfalls höhere Schichten des Protokollstapels des ISO-OS I- Referenzmodells implementiert, nicht aber die Schichten 1 und 2 (Layer 1 und Layer 2; PHY und MAC). Statt dessen ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eben dazu ausgebildet, mit einer solchen Schichte- Einheit (Layer-2 entity) zu kommunizieren. Somit kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung an ein beliebiges Kommunikationsnetzwerk, also z. B. an ein Ethernet, angeschlossen werden. Die Netzwerkschnittstelle der Schaltungsanordnung ist als Schicht-3-Einheit unabhängig von der Technologie, in welcher das Kommunikationsnetzwerk ausgeführt ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung über beliebige Netzwerke Daten austauschen kann. Abhängig davon, ob das Gerät, in dem die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eingebaut ist, die Quelle für die Eingangsdaten der Schaltungsanordnung oder das zu steuernde elektronische Gerät darstellt, werden dann entsprechend die Steuerdaten (also die Ausgabedaten der Schaltungsanordnung) oder die Eingangsdaten (eben die Eingangsdaten der Schaltungsanordnung) über das Netzwerk übertragen.

Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der zweite Anschluss dafür vorgesehen, Daten mit einem elektronischen Gerät in der Nähe der Schaltungsanordnung, also nicht über ein weiteres Netzwerk, auszutauschen. Der zweite Anschluss wird deshalb als eine lokale Schnittstelle betrieben. Empfängt die Schaltungsanordnung Eingangsdaten über die

Netzwerkschnittstelle, so erzeugt sie daraus Steuerdaten für das lokale Gerät an der lokalen Schnittstelle. Werden dagegen Eingangsdaten über die lokale Schnittstelle empfangen, werden daraus Steuerdaten erzeugt, die über die Netzwerkschnittstelle an ein an dem Netzwerk angeschlossenes, zu steuerndes Gerät übertragen werden. Allgemein werden also diejenigen Steuerdaten, welche die Schaltungsanordnung aus über eine der Schnittstellen empfangenen Eingangsdaten erzeugt, über die jeweils andere Schnittstelle auszugeben. Die Richtung des Datenflusses kann uni- oder bidirektional sein. Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung handelt es sich nicht um eine einfache Implementierung einer Schicht-3-Einheit und gegebenenfalls von weiteren Einheiten höherer Schichten des Protkollstapels oder Protokoll-Stacks des ISO-OSI-Referenzmodells. Die Eingangsdaten werden hier nämlich nicht einfach nur von einer Schnittstelle zur anderen durchgeschleust und dabei um Header-Daten ergänzt bzw. von diesen befreit. Vielmehr werden die Steuerdaten aus den Eingangsdaten durch Verarbeiten der Eingangsdaten erzeugt. Die Schaltungsanordnung ist also dazu ausgelegt, die Eingangsdaten derart zu verändern, dass die daraus gebildeten Steuerdaten dazu geeignet sind, eine Betriebsweise des elektronischen Geräts zu steuern. Die Steuerdaten sind also in der Regel von den Eingangsdaten verschieden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Eingangsdaten, die universelle Steuerbefehle (An/Aus) für eine Vielzahl von elektronischen Geräten repräsentieren, in spezifische Steuerdaten für das zu steuernde elektrische Gerät umgewandelt werden können. Genauso können spezifische Eingangsdaten, z. B. Messdaten, in universelle, von einer Vielzahl von Geräten auswertbare Steuerdaten umgewandelt werden.

Insgesamt ist durch die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eine (wegen der Festverdrahtung) hochperformante und dennoch universell einsetzbare Steuerschaltung bereitgestellt, die eine Steuerung eines elektronischen Geräts über ein beliebiges Netzwerk ermöglicht. Für den Betrieb der Steuerschaltung ist keine Software nötig, d.h. eine Manipulation der Betriebsweise der Steuerschaltung ist ausgeschlossen. Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergibt sich, wenn sie einen im Folgenden als Kommunikationsschaltungsteil bezeichneten Teil aufweist, der dazu ausgelegt ist, Daten innerhalb der Schaltungsanordnung so zu übertragen, wie es durch das ISO-OSI- Referenzmodell für eine Kombination von Einheiten der Schichten drei bis sieben vorgeschrieben ist. Derjenige Schaltungsteil der Schaltungsanordnung, der für die eigentliche Verarbeitung der Eingangsdaten, also das Erzeugen der Steuerdaten, ausgelegt ist (im Folgenden als Anwendungs-Schaltungsteil bezeichnet), ist bei dieser Weiterbildung dann über den Kommunikationsschaltungsteil mit dem ersten Anschluss gekoppelt. Bei dieser Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass mit der Schaltungsanordnung über ein Netzwerk eine Datenkommunikation möglich ist, wie sie auch mit einem vollwertigen Host-Computer möglich ist, also einem Computer mit einem Betriebssystem. Ein mit der Schaltungsanordnung kommunizierendes Gerät muss dafür also nicht extra angepasst werden.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich, wenn der Anwendungs-Schaltungsteil mit dem ersten Anschluss über einen TCP/IP-Schaltungsteil gekoppelt ist. Dieser TCP/IP-Schaltungsteil ist dabei dazu ausgelegt ist, Daten innerhalb der Schaltungsanordnung zwischen dem Anwendungs-Schaltungsteil und dem ersten Anschluss in einer Weise zu übertragen, wie sie für eine Kombination aus einer Internet-Schicht und einer Transport-Schicht eines TCP/IP- Protokollstapels vorgeschrieben ist. Die Transportschicht kann dabei das TCP (transport control protocol) und das UDP (user datagram protocol) umfassen.

Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Steuern des elektronischen Geräts über das Internet hinweg, also von nahezu überall auf der Welt aus gemäß einem weltweit standardisierten Protokollstapel möglich ist.

Die Transportschicht ist hierbei nicht zwingend. Für eine proprietäre Lösung kann es ausreichend sein, wenn durch das gewählte Schnittstellenprotokoll eine Kommunikation zwischen einer Schicht-2-Einheit und einer IP-Einheit (IP entity) festgelegt ist.

Als Übertragungstechnologie wird bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bevorzugt der Ethernet-Standard verwendet. Entsprechend ist dann durch das gewählte Schnittstellenprotokoll eine Kommunikation zwischen einer Schicht-3-Einheit und einer Ethernet-Einheit festgelegt. Eine Ethernet-Einheit ist hierbei eine Layer-2-Einheit (Layer-2 entity), wie sie durch die MAC-Steuerschaltung (MAC - medium access control) eines Ethernet-Controllers bereitgestellt ist. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verarbeiten der Eingangsdaten (durch den Anwendungs-Schaltungsteil) in dem ISO-OSI-Referenzmodell einer Verarbeitung durch eine mit einer Schicht-7-Einheit kommunizierenden Anwendungseinheit entspricht. Für eine solche Anwendung (application) enthält das Referenzmodell keine Vorgaben. Die Verarbeitung kann somit vollkommen frei festgelegt werden und daher in optimaler Weise an das zu steuernde Gerät angepasst sein.

Ein anderer Vorteil ergibt sich, wenn die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dazu ausgelegt ist, über die Netzwerkschnittstelle Anforderungsdaten auszugeben, die dazu ausgelegt sind, eine Zuteilung einer IP-Adresse in einem IP-Netzwerk zu bewirken. Bevorzugt werden die Anforderungsdaten gemäß einem DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) erzeugt und ausgegeben. Durch diese Weiterbildung ergibt sich der Vorteil, dass sich die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung für eine Datenkommunikation über das Internet selbst konfigurieren kann.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist diese dazu ausgelegt, über die Netzwerkschnittstelle zumindest einen Teil der Eingangsdaten zu empfangen und aus diesen Eingangsdaten Bilddaten zu erzeugen. Die Bilddaten werden dann über die lokale Schnittstelle als Steuerdaten für einen Bildschirm (bzw. eine Graphikkarte) eines Computers ausgegeben. So ist es möglich, allein mit dem Bildschirm, der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und beispielsweise einer Ethernet-Netzwerkkarte einen Web-Client bereitzustellen. Es ist dann weder eine CPU noch eine Festplatte mit einem darauf gespeicherten Betriebssystem nötig. Die Schaltungsanordnung ist bei dieser Weiterbildung bevorzugt dazu ausgebildet, Daten in einem HTML-Format (HTML - hypertext markup language) als Eingangsdaten zu verarbeiten. Dann kann die Schaltungsanordnung Daten von einem beliebigen Web-Server empfangen und verarbeiten und so z. B. in einem als Web-Browser genutzten Terminal eingebaut werden. Weitere Formate können z. B. sein: XML, PDF, RTF oder auch ASCII-Text. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dazu ausgelegt, über die Netzwerkschnittstelle zumindest einen Teil der Eingangsdaten zu empfangen und aus diesen Eingangsdaten Steuerbefehle für eine Computer-Festplatte zu erzeugen. Diese Steuerdaten können dann über die lokale Schnittstelle als Steuerdaten für die Computer-Festplatte ausgegeben werden. Vorteil dieser Weiterbildung ist, dass mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung Daten, beispielsweise Systemdateien eines Betriebssystems, über das Netzwerk übertragen und auf der Festplatte gespeichert werden können.

Gemäß einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung weist diese zumindest zwei unterschiedliche Anwendungs-Schaltungsteile auf, durch die jeweils eine andere Verarbeitung von zumindest einem Teil von Eingangsdaten ermöglicht ist, die über die Netzwerkschnittstelle empfangen werden. Die unterschiedlichen Anwendungs- Schaltungsteile sind dabei gemeinsam über einen weiteren Schaltungsteil mit dem ersten Anschluss gekoppelt. Dieser weitere Schaltungsteil ist dazu ausgelegt, zumindest einen Teil der über die Netzwerkschnittstelle empfangenen Eingangsdaten in Abhängigkeit von in diesen Eingangsdaten enthaltenen Informationen an einen der unterschiedlichen Anwendungs- Schaltungsteile weiterzuleiten. Der weitere Schaltungsteil hat somit die Funktion einer Weiche, durch welche die Eingangsdaten demjenigen Anwendungs- Schaltungsteil zugeleitet werden, für den sie bestimmt sind. Bei dieser Weiterbildung ist es in vorteilhafter Weise ermöglicht, durch die Schaltungsanordnung mehr als eine Funktionalität bereitzustellen.

Um auch die Daten, welche über das Netzwerk übertragen werden, vor einer Manipulation zu schützen, ist in einer anderen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, die Eingangsdaten gemäß einem vorbestimmten Verfahren zu verschlüsseln und/oder die

Steuerdaten gemäß einem vorbestimmten Verfahren zu verschlüsseln.

Um eine Benutzung der Schaltungsanordnung nur autorisierten Personen zu gestatten, ist bei einer anderen Weiterbildung vorgesehen, die Verarbeitung von Eingangsdaten nur dann durchzuführen, wenn zuvor Daten empfangen wurden, die ein vorbestimmtes Passwort enthalten.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ergibt sich, wenn diese dazu ausgelegt ist, über die lokale Schnittstelle zumindest einen Teil der Eingangsdaten zu empfangen und daraus eine computerlesbare Datei zu erzeugen, in welcher durch die Eingangsdaten repräsentierte Informationen gespeichert sind und die zur Verarbeitung durch einen als Web-Client betriebenen Computer ausgelegt ist. In diesem Fall kann die Schaltungsanordnung als Web-Server betrieben werden. Die Datei wird dann entsprechend über die Netzwerkschnittstelle zu dem als Web-Client betriebenen Computer übertragen. Die Daten in der Datei stellen hier Steuerdaten dar, durch die eine Anzeige auf dem Bildschirm desjenigen Computers festgelegt wird, der die Daten als Web-Client über ein Datennetzwerk empfängt. In der Datei sind die Informationen bevorzugt in einem HTML-Format gespeichert. Dieses Format ist plattformunabhängig und kann deshalb von einer Vielzahl unterschiedlicher Computersysteme verarbeitet werden. Als Eingangsdaten können z. B. Zustandsdaten eines mit der lokalen Schnittstelle verbundenen Geräts empfangen werden, also z. B. Messdaten bezüglich einer Temperatur des Geräts oder ein Schaltzustand eines Schalters des Geräts (An/Aus). Entsprechend enthält die Datei gemäß der Weiterbildung somit die Informationen über die Temperatur oder den Schaltzustand. Mittels des Web-Clients können diese Informationen dann über das Datennetzwerk abgerufen werden. Mit anderen Worten kann die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hier dazu verwendet werden, den Zustand des Geräts aus einer größeren Entfernung über das Datennetzwerk zu beobachten. Für den Fall, dass eine HTML-Datei erzeugt wird, kann hierzu einfach ein Computer mit einem Web-Browser verwendet werden. Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung dazu ausgelegt, zumindest einen Teil der Eingangsdaten über die lokale Schnittstelle von zumindest einer Eingabeeinrichtung, insbesondere einer Tastatur und/oder einer Computermaus, zu empfangen und zu verarbeiten. Beispielsweise kann so eine Eingabe eines Benutzers entgegengenommen werden, mit der er z. B. aus einer ihm angezeigten Liste von Optionen eine Auswahl trifft. Die Eingabe kann dann in Form von Steuerdaten über die Netzwerkschnittstelle ausgegeben werden. Hierdurch wird eine Bedienung eines über das Netzwerk mit der Schaltungsanordnung verbundenen elektronischen Geräts ermöglicht.

Eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch die folgenden Schritte besonders einfach hergestellt werden. Zunächst wird eine Beschreibung der verbindungsprogrammierten Steuerung erzeugt. Eine solche Beschreibung kann z. B. in einer Hardwarebeschreibungssprache, insbesondere Verilog oder VHDL, bereitgestellt werden. Dann wird zumindest ein IP-Core (intellectual property core) anhand der Beschreibung erzeugt. Ein solcher IP-Core reicht aus, um dann mit an sich bekannten Mitteln die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung herzustellen. So kann die Schaltungsanordnung als zumindest ein ASIC und/oder zumindest ein FPGA bereitgestellt werden. Sie kann aber auch als zumindest ein IP-Core in einen größeren Schaltungsplan eingebunden werden. Die Erfindung beruht insgesamt auf der Erkenntnis, dass die beschriebenen Merkmalskombinationen durch eine verbindungsprogrammierte Steuerschaltung bereitgestellt werden können. Bisher wird dazu stets eine CPU (etwa ein Mikrocontroller oder ein General-Purpose-Prozessor) mit einem darauf ausgeführten Betriebssystem benötigt. Grund dafür ist, dass die Standards, durch welche eine Kommunikation über eine Netzwerkverbindung geregelt ist, sehr viele Vorgaben umfassen, um eine Kommunikation auch in besonderen Situationen zu ermöglichen. Durch eine geschickte Auswahl von nur einzelnen Aspekten der Standards (Layer-2/Layer-3-Kommunikation, TCP/IP-Protokollstapel, HTML-Datei-Erzeugung, HTML-Rendering) ist es aber möglich, einen vollwertigen Netzwerk-Client und/oder Netzwerk-Server in Form der erfindungsgemäßen festverdrahteten Schaltungsanordnung bereitzustellen. Anders als im Stand der Technik können nun auch Geräte, die keinen eigenen Mikrocontroller mit ausreichender Rechenkapazität aufweisen, in eine Datenkommunikation über ein Netzwerk, beispielsweise über das Internet, einbezogen werden und dabei sogar als Web-Server oder als Web-Client fungieren.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dazu zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Datennetzwerks mit zwei daran angeschlossenen Geräten, von denen eines eine Steuerschaltung gemäß einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aufweist,

Fig. 2 eine schematische Darstellung von Komponenten einer Steuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Windkraftanlage mit einer Steuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Datennetzwerks mit einem Terminal, das eine Steuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aufweist, und

Fig. 5 eine schematische Darstellung eines mit dem Internet verbundenen Laptop-Computers, der eine Steuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aufweist.

In Fig. 1 ist ein Datennetzwerk 10 gezeigt, an das ein Host-Computer 12 und eine Vorrichtung 14 angeschlossen sind. Der Host-Computer 12 und die Vorrichtung 14 sind elektronische Geräte. Bei der Vorrichtung 14 kann es sich beispielsweise um eine Steuereinheit eines Roboters, einen Kaffeeautomaten, ein Terminal mit einem Bildschirm und Eingabeeinrichtungen (wie z.B. Tastatur und Computermaus) oder auch um einen weiteren Host-Computer handeln. Das Datennetzwerk 10 kann beispielsweise ein Ethernet-Netzwerk sein. Das Datennetzwerk 10 kann ein drahtgebundenes oder ein drahtloses Netzwerk sein oder aus Komponenten beiden Typs gebildet sein.

Der Host-Computer 12 zeigt auf einem Bildschirm 16 eine graphische Darstellung an, durch welche Informationen über einen Zustand der Vorrichtung 14 wiedergegeben sind. Bei einem Roboter kann dies beispielsweise die Stellung eines Greifarmes oder die Temperatur eines Motors sein, bei einer Kaffeemaschine beispielsweise ein Füllstand eines Vorratsbehälters. Diese Informationen hat der Host-Computer 12 über das Datennetzwerk 10 in Form einer HTML-Datei von der Vorrichtung 14 empfangen. Die graphische Darstellung auf dem Bildschirm 16 ist somit durch die HTML-Steuerbefehle festgelegt, wie sie von der Vorrichtung 14 mit der HTML-Datei gesendet wurden. Durch wiederholtes Empfangen und Verarbeiten weiterer HTML- Dateien wird eine Zustandsänderung der Vorrichtung 14 auf dem Bildschirm 16 angezeigt.

Ein Benutzer des Host-Computers 12 kann mittels einer (nicht dargestellten) Eingabeeinrichtung (z.B. einer Tastatur oder einer Maus) durch entsprechende Bedienhandlungen Befehlsdaten erzeugen, die von dem Host-Computer 12 über das Datennetzwerk 10 zur Vorrichtung 14 übertragen werden. Der

Benutzer steuert so die Vorrichtung 14 über das Datennetzwerk 10 vom Host- Computer 12 aus. Beispielsweise kann also ein Bewegungsablauf eines Roboters vorgegeben oder eine Heizung einer Kaffeemaschine ausgeschaltet werden.

Die Vorrichtung 14 ist an das Datennetzwerk 10 mittels einer Netzwerkeinheit 18 angeschlossen. Mit dieser ist eine Steuerschaltung 20 verbunden, an die wiederum eine Mess- und Treiberschaltung 22 angeschlossen ist. Der Austausch der Daten über das Datennetzwerk 10 erfolgt in diesem Beispiel gemäß dem Internet-Protokoll (IP). Durch die Netzwerkeinheit 18 sind hierzu ein physikalischer Anschluss 24 und eine Zugriffskontrollschaltung 26 bereitgestellt. In dem ISO-OS I-Referenzmodell entspricht der Anschluss 24 somit der physikalischen Schicht (Layer 1 , L1 ), die Zugriffskontrollschaltung 26 der MAC-Schicht (Layer 2, L2). Die Netzwerkeinheit 18 kann beispielsweise ein Ethernet-Controller sein.

Die Steuerschaltung 20 weist in dem gezeigten Beispiel einen IP-Schaltungsteil 28, einen TCP/UDP-Schaltungsteil 30, einen HTTP-Schaltungsteil 32 und einen Anwendungs-Schaltungsteil 34 auf. Über einen digitalen Anschluss 36 tauscht der IP-Schaltungsteil 28 Daten mit der Netzwerkeinheit 18 aus. Über einen digitalen Anschluss 38 tauscht der Anwendungs-Schaltungsteil 34 Daten mit einer Anschlussschaltung 40 aus. Die Anschlussschaltung 40 kann aus einfachen elektrischen Anschlüssen bestehen. Sie kann aber auch einen Analog-Digital-Wandler und/oder einen Digital-Analog-Wandler aufweisen. Die Steuerschaltung 20 kann durch einen oder mehre ASIC oder FPGA realisiert sein. Die Anschlussschaltung 40 kann dabei getrennt bereitgestellt sein. Die Mess- und Treiberschaltung 22 umfasst nicht weiter dargestellte elektronische Mess- und Stelleinrichtungen. Bei einem Roboter können dies z. B. Drehlagesensoren von Motoren bzw. Motorsteuerschaltungen sein. Bei einer Kaffeemaschine können es z. B. ein Wasserfüllstandssensor bzw. ein Schalter für eine Heizung sein.

Die Steuerschaltung 20 ist eine Schaltungsanordnung zum Steuern eines elektronischen Geräts. Sie ist eine verbindungsprogrammierte Steuerung. Somit ist ein Betrieb der Vorrichtung 14 ohne Verwendung von Software ermöglicht. Hierdurch ist eine vergleichsweise schnelle Verarbeitung von Daten ermöglicht. Zudem ist ein der Verarbeitung zugrunde liegende Algorithmus nicht manipulierbar.

Die von dem Host-Computer 12 empfangen HTML-Dateien werden von der Steuerschaltung 20 wie folgt erzeugt und an den Host-Computer 12 übertragen.

Messsignale von den Messeinrichtungen der Mess- und Treiberschaltung 22 werden von dem Anwendungs-Schaltungsteil 34 über die Anschlussschaltung 40 als digitale Eingangsdaten empfangen. Aus diesen empfangenen Informationen über den Zustand der Vorrichtung 14 erzeugt der Anwendungs- Schaltungsteil 34 Daten für eine HTML-Datei. Diese HTML-Daten werden an den HTTP-Schaltungsteil 32 übertragen, wo sie um HTTP-Headerdaten (http - hypertext transfer protocol) ergänzt werden. Durch den TCP/UDP- Schaltungsteil 30 werden Verbindungsdaten verwaltet, die im Host-Computer 12 einen Prozess identifizieren, der durch die HTML-Daten des Anwendungs- Schaltungsteils 34 gesteuert wird. Der TCP/UDP-Schaltungsteil 30 nimmt die Daten von dem HTTP-Schaltungsteil 32 entgegen (d.h. die HTTP-Headerdaten plus HTML-Daten) und ergänzt sie um TCP-Headerdaten bzw. UDP- Headerdaten. Die gesamten Daten werden an den IP-Schaltungsteil 28 übertragen. Dort wird aus den Daten ein IP-Paket gebildet, das an die Netzwerkeinheit 18 ausgegeben wird, die das Paket über das Datennetzwerk 10 zum Host-Compter 12 überträgt.

Der HTTP-Schaltungsteil 32 kann auch dazu ausgelegt sein, eine verschlüsselte Kommunikationsverbindung zum Host-Computer 12 bereitzustellen. Dies kann z.B. mittels des HTTPS (secure HTTP) ermöglicht sein.

Befehlsdaten, die der Benutzer des Host-Computers 12 (oder auch ein auf dem Host-Computer 12 ausgeführtes Steuerprogramm) erzeugt, werden durch die Schaltungsteile 28 bis 32 umgekehrt zu der eben beschriebenen Reihenfolge verarbeitet. Der Anwendungs-Schaltungsteil 34 wandelt die Befehlsdaten daraufhin in Steuerdaten um, wie sie zum Einstellen des gewünschten Betriebszustands der Stelleinrichtungen der Mess- und Teiberschaltung 22 benötigt werden.

In Fig. 1 ist durch gestrichelte Linien dargestellt, welchen Verarbeitungsschritten die von den Schaltungsteilen 28, 30 und 32 durchgeführten Schritte in dem ISO-OS I-Referenzmodell entsprechen. Die Funktionalität des IP-Schaltungsteils 28 entspricht derjenigen einer Schicht-3-Einheit (Englisch: Layer-3 entity, in Fig.

1 angedeutet durch L3). Der TCP/UDP-Schaltungsteil 30 und der HTTP- Schaltungsteil 32 entsprechen zusammen Einheiten der Schichten 4 bis 7 (Englisch: Layer-4 entity bis Layer-7 entity, in Fig. 1 jeweils angedeutet durch L4, L5, L6 bzw. L7). Insgesamt bilden somit die Schaltungsteile 28 bis 32 einen Kommunikationsschaltungsteil. Insbesondere bilden die Schaltungsteile 28 und 30 einen TCP/IP-Schaltungsteil.

Die Funktionalität des Anwendungs-Schaltungsteils 34 entspricht im ISO-OSI- Referenzmodell derjenigen einer Anwendung (Englisch: Application, in Fig. 1 angedeutet durch APP), welche die Daten einer Schicht-7-Einheit verarbeitet bzw. Daten an die Schicht-7-Einheit überträgt.

In Fig. 2 ist eine Steuerschaltung 42 gezeigt, durch die eine verbindungsprogrammierte Steuerung in Form eines ASIC realisiert ist. Für einen Betrieb der Steuerschaltung 42 ist es somit nicht nötig, eine Betriebssoftware bereitzustellen. In dem in Fig. 2 gezeigten Beispiel ist die Steuerschaltung 42 in einem Terminal-Computer eingebaut, der keine eigene CPU und keinen eigenen Massenspeicher (wie z.B. eine Festplatte) aufweist. Die Steuerschaltung 42 ist dazu ausgelegt, eine Anzeige eines (nicht dargestellten) Bildschirms und eine Audio-Ausgabe eines (nicht dargestellten) Lautsprechers zu steuern sowie aus Eingabedaten von eine Tastatur, einer Computermaus und einem Touch-Screen (in Fig. 2 nicht dargestellt) entgegenzunehmen und zu Steuerdaten für einen (nicht dargestellten) Netzwerk-Server zu verarbeiten.

Die Steuerschaltung 42 weist dazu folgende Schaltungsteile auf: eine Verarbeitungseinheit 44, eine Verwaltungseinheit 46, eine Graphikeinheit 48, eine Ein-/Ausgabeeinheit 50 und eine Zuordnungseinheit 52.

Die Verarbeitungseinheit 44 umfasst mehrere Funktionseinheiten 54, 56, 58, durch die jeweils eine andere Funktionalität der Steuerschaltung 42 bereitgestellt ist. Ein digitaler Anschluss 60 der Steuerschaltung 42 ist mit einem (nicht dargestellten) Anschluss einer MAC-Steuerschaltung eines Ethernet-Controllers gekoppelt, der mit einem Ethernet-Netzwerk verbunden ist. Datenpakete, die der Ethernet-Controller beispielsweise von dem Netzwerk-Server empfängt, werden über den Anschluss 60 von der Zuordnungseinheit 52 entgegengenommen und daraufhin untersucht, für welche der Funktionseinheiten 54, 56, 58 sie bestimmt sind und dann entsprechend weitergeleitet. Die Untersuchung der Datenpakete erfolgt auf der Grundlage eines Parsing-Verfahrens. Durch die Zuordnungseinheit 52 ist es auch ermöglicht, Datenpakete von den unterschiedlichen Funktionseinheiten 54, 56, 58 und weiteren Komponenten der Steuerschaltung 42 geordnet über den Anschluss 60 auszugeben.

Die Funktionseinheit 54 ist dazu ausgelegt, HTML-Daten über eine TCP/IP- Verbindung und das HTTP von einem Web-Server zu empfangen und an die Graphikeinheit 48 zu übertragen. Die Graphikeinheit 48 erzeugt aus den HTML- Daten dann Steuersignale für einen Bildschirm, der an einen Bildschirmanschluss 62 der Steuerschaltung 42 angeschlossen ist. Die Graphikeinheit 48 weist somit sowohl die Funktion eines Renderers auf, der aus HTML-Daten eine graphische HTML-Seite erzeugt, als auch diejenige einer Graphikkarte für den angeschlossenen Bildschirm.

Die Funktionseinheit 56 ist dazu ausgelegt, codierte Audio-Daten über das Netzwerk zu empfangen, sie zu decodieren und über einen Audio-Anschluss 64 der Ein-/Ausgabeeinheit 50 auszugeben.

Die Tastatur, der Touch-Screen und die Computermaus sind jeweils über einen weiteren Anschluss 66, 68, 70 mit der Ein-/Ausgabeeinheit 50 verbunden. Die Funktionseinheit 58 empfängt die Signale dieser Bedieneinrichtungen und erzeugt daraus Steuerbefehle, die über das Netzwerk an den Netzwerk-Server übertragen werden, so dass mittels der Bedieneinrichtungen Funktionen des Netzwerk-Servers ausgewählt und aktiviert werden können.

Die Verwaltungseinheit 46 weist einen Schaltungsteil auf, durch den die Funktionalität eines DHCP-Clients 72 bereitgestellt ist. Bei einer

Inbetriebnahme der Steuerschaltung 42 erzeugt der DHCP-Client 72 DHCP- Anfragedaten, die über das Netzwerk an einen DHCP-Server gesendet werden. Sobald dieser daraufhin eine IP-Adresse für die Steuerschaltung reserviert und ihr diese mitgeteilt hat, werden in den Funktionseinheiten 54, 56, 58 IP- Schaltungseinheiten, die jeweils der in Fig. 1 gezeigten IP-Schaltungseinheit 28 entsprechend, für einen Netzwerk-Datenaustausch auf Grundlage der zugeteilten IP-Adresse konfiguriert. Die Verwaltungseinheit 46 kann des Weiteren eine Sicherungseinheit 74 aufweisen. Diese kann dazu ausgelegt sein, eine Passwort-Eingabe beispielsweise über die Tastatur oder auch über das Netzwerk zu empfangen und in Abhängigkeit von dieser Eingabe den Aufbau einer Kommunikationsverbindung über das Netzwerk entweder zu ermöglichen oder zu blockieren.

In Fig. 3 ist eine Windkraftanlage 76 gezeigt, die an ein IP-Netzwerk 78 angeschlossen ist. Die Windkraftanlage 76 kann über das IP-Netzwerk 78 mittels eines Bediencomputers 80 überwacht und gesteuert werden. Die Windkraftanlage 76 steht in einem Offshore-Windpark, der Bediencomputer 80 in einem Büro eines Betreibers der Windkraftanlage 76. Das IP-Netzwerk 78 kann Bestandteil des Internets sein.

Die Windkraftanlage 76 ist über eine Ethernet-Netzwerkkarte 82 an das IP- Netzwerk 78 angeschlossen. Eine verbindungsprogrammierte Steuerschaltung 84 erfasst Messdaten von einer Überwachungseinheit 86, die einen Generator 88 überwacht. Aus den Messdaten erzeugt die Steuerschaltung 84 HTML- Daten, die über das IP-Netzwerk 78 zum Bediencomputer 80 übertragen werden. Der Bediencomputer 80 wird als Web-Client betrieben und verarbeitet die HTML-Daten, wodurch auf einem Bildschirm 90 die durch die HTML-Daten beschriebene Web-Seite angezeigt wird. Mittels des Bediencomputers 80 kann auch ein Steuerbefehl zum Ein- bzw. Ausschalten des Generators 88 erzeugt werden. Der Steuerbefehl wird an die Steuerschaltung 84 übertragen. Dort werden dann in Abhängigkeit von dem Steuerbefehl entsprechende Signale für eine Leistungselektronik der Überwachungseinheit 86 erzeugt.

In Fig. 4 ist ein Terminal 92 gezeigt, das über ein Ethernet-Netzwerk 94 mit einem Server-Computer, oder kurz Server 96, verbunden ist. Ein Benutzer des Terminals 92 gibt mittels einer Tastatur 96 einen Text ein, der auf einem Bildschirm 100 angezeigt wird. Mittels einer Computermaus, oder kurz Maus 102, können z. B. Textstellen in dem angezeigten Text ausgewählt werden. Die Tastatur 98 und die Maus 102 sind an das Terminal 92 angeschlossen. Das Textverarbeitungsprogramm, welches das Editieren des Textes mittels der Tastatur 98 und der Maus 102 ermöglicht, wird in dem Server 96 ausgeführt. In dem Terminalbildschirm 92 selbst befindet sich keine Software. Die Signale der Tastatur 98 und der Maus 102 werden in dem Terminal 92 von einer verbindungsprogrammierten Steuerschaltung 104 empfangen und verarbeitet. Anhand der Signale werden Steuerdaten zum Verändern eines Zustande des Textverarbeitungsprogramms erzeugt, die an eine Ethernet-Anschlusseinheit 106 übertragen werden. Diese überträgt die Steuerdaten über das Ethernet - Netzwerk 94 an den Server 96. Von dem Server 96 werden daraufhin Anzeigedaten erzeugt, die den geänderten Text repräsentieren. Diese Anzeigedaten werden an das Terminal 92 übermittelt und dort von der Steuerschaltung 104 in Befehle zum Steuern des Bildschirms 100 umgewandelt. Durch Ausgeben der Befehle an den Bildschirm 100 wird dann eine Anzeige des geänderten Textes erzeugt.

In Fig. 5 ist ein Laptop-Computer oder Laptop 108 gezeigt, das über ein Ethernet-Verbindungskabel, oder kurz Kabel 1 10, mit dem Internet 1 12 verbunden ist. Ein Benutzer des Laptops 108 hat dieses gerade von einem Hersteller gekauft und nun das erste Mal in Betrieb genommen. Eine Festplatte 1 14 des Laptops 108 enthält keine Daten, insbesondere kein Betriebssystem. Eine CPU 1 16 des Laptops 108 ist daher nach einem Laden eines BIOS aus einem EEPROM 1 18 nicht in der Lage, das Laptop 108 zu booten.

Um ein Betriebssystem in dem Laptop 108 zu installieren, d.h. entsprechende Systemdateien auf der Festplatte 1 14 zu speichern, hat der Benutzer das Laptop 108 über das Kabel 1 10 mit dem Internet 1 12 verbunden. Beim Starten des Laptops 108 drückt der Benutzer eine Tastenkombination auf einer Tastatur

120 des Laptops 108. Eine mit der Tastatur 120 gekoppelte verbindungsprogrammierte Steuerschaltung 122 erkennt, dass die Tastenkombination gedrückt wurde und erzeugt daraufhin ein Steuersignal, durch welches die CPU 1 16 deaktivier wird und ein elektronischer Schalter 124 umgestellt wird. Durch Umstellen des Schalters 124 stellt dieser eine Verbindung zwischen der Steuerschaltung 122 und einem MAC-Anschluss eines Ethernet-Controllers 126 bereit. Die Steuerschaltung 122 sendet daraufhin über das Kabel 1 10 Daten an einen DHCP-Server, um eine IP- Adresse für eine Datenkommunikation über das Internet 1 12 zu erhalten.

Die Steuerschaltung 122 gibt über einen weiteren, lokalen Anschluss VGA- Graphikbefehle an eine Graphikkarte zum Steuern eines Bildschirms 128 des Laptops 108 aus. Hierdurch wird eine Anzeige auf dem Bildschirm 128 erzeugt, durch die der Benutzer aufgefordert wird, einen Freischaltcode zum Herunterladen eines Betriebsystems von einem mit dem Internet 1 12 verbundenen Server 130 des Herstellers des Laptops 108 einzugeben. Über die Tastatur 120 empfängt die Steuerschaltung 122 daraufhin die entsprechende Eingabe des Benutzers. Anstelle der Aufforderung kann dem Benutzer z. B. auch ein Menü mit Servern für Betriebsysteme angezeigt werden.

Auf der Grundlage der Benutzereingabe stellt die Steuerschaltung 122 eine TCP/IP-Verbindung über das Internet 1 12 zu dem Server 130 her. Dieser gibt eine HTML-Datei aus, die über das Internet 1 12 zum Laptop 108 übertragen wird. Die Steuerschaltung 122 weist einen HTML-Renderer auf, mittels welchem anhand der Daten aus der HTML-Datei weitere Graphikbefehle erzeugt werden, die auf dem Bildschirm 128 eine Anzeige der durch die HTML- Datei beschriebenen HTML-Seite erzeugen. Diese enthält ein Bedienmenü zum Auswählen eines Betriebssystems, das auf der Festplatte 1 14 installiert werden soll. Der Benutzer kann über Tasten 132 oder ein Mousepad 134 der Tastatur 120 eine entsprechende Auswahl treffen.

Die Signale der Tastatur 120 werden von den Steuerschaltung 122 in Auswahlbefehle umgesetzt, die an den Server 130 übertragen werden. Diese sendet anschließend zusammen mit einer Speicherungsanforderung die Systemdateien des ausgewählten Betriebssystems. Die Speicherungsanforderung wird von der Steuerschaltung 122 in Steuerbefehle für die Festplatte 1 14 umgewandelt, die daraufhin die Systemdateien von der Steuerschaltung 122 entgegennimmt und speichert. Durch einen Neustart des Laptops 108 wird der Schalter 124 wieder in seine Ausgangsstellung gebracht, in welcher er den Ethernet-Controller 126 mit der CPU 1 16 koppelt. Da der Benutzer bei dem Neustart nicht die Tastenkombination drückt, bleibt Steuerschaltung 122 inaktiv. Stattdessen booted die CPU 1 16 das neu installierte Betriebssystem. Das Laptop 108 steht von nun an für eine normale Benutzung bereit.

Eine Neuinstallation eines Betriebssystems kann bei dem Laptop 108 jederzeit durch Drücken der Tastenkombination beim Starten des Laptops 108 ausgelöst werden. Dies ist beispielsweise sinnvoll, wenn ein Computervirus das installierte Betriebssystem und das BIOS auf dem EEPROM 1 18 manipuliert hat. Da weder die Steuerschaltung 122 und noch der Ethernet-Controller 126 noch die Graphikkarte mit Software betrieben werden, ist es bei dem Laptop 108 unmöglich, deren Funktionswiese mittels eines Computervirus oder ähnlicher bösartiger Software zu manipulieren.

Durch die Beispiele ist gezeigt, wie mittels einer vorprogrammierten Steuerschaltung eine vielseitig nutzbare und manipulationsgeschützte Steuerung von elektronischen Geräten über eine große Distanz hinweg ermöglicht werden kann.