DE19924753A1 - Microcontroller system for processing algorithms and peripheral units, has central processor with local processors built into peripherals to simplify maim processing system - Google Patents
Microcontroller system for processing algorithms and peripheral units, has central processor with local processors built into peripherals to simplify maim processing systemInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Micro-Controller mit mindestens einem Prozessor (Central Processing Unit, CPU) zur Verarbeitung von Algorithmen und mindestens einer Peripherie-Einheit.The present invention relates to a micro controller with at least one processor (Central Processing Unit, CPU) for processing algorithms and at least one Peripheral unit.
Ein Micro-Controller ist üblicherweise auf einem Halbleiterbaustein (Chip) integriert. Im Gegensatz zu einem Micro-Computer hat ein Micro-Controller sogenannte Peripherie-Einheiten mit auf dem Chip integriert. Eine Peripherie-Einheit kann bspw. ein Analog-Digital (A/D)- Wandler oder eine serielle Schnittstelle sein. Die Peripherie-Einheiten liefern dem Prozessor des Micro- Controllers einen Strom von Rohdaten, die beim Einsatz des Micro-Controllers in einem Steuergerät zum Steuern und Regeln von Anlagen dienen. Dabei werden komplexe Software- Strukturen verwendet, um die Rohdaten zu verarbeiten und so Steuer- und/oder Regelalgorithmen darzustellen.A micro controller is usually on one Semiconductor component (chip) integrated. In contrast to one Micro-computer has a so-called micro-controller Peripheral units integrated on the chip. A Peripheral unit can, for example, an analog-digital (A / D) - Converter or a serial interface. The Peripheral units supply the processor of the micro Controller a stream of raw data, which when using the Micro-controllers in a control device for controlling and Serve rules of plants. Complex software Structures used to process the raw data and stuff Represent control and / or regulation algorithms.
Heutzutage werden üblicherweise Micro-Controller eingesetzt, die einen einzigen Prozessor und "dumme" Peripherie-Einheiten ohne eigene Intelligenz aufweisen, d. h. ohne die Fähigkeit, sich selbst zu bedienen und den Rohdatenstrom an den Prozessor des Micro-Controllers zu initiieren. Deshalb ist der Prozessor des Micro-Controllers außer für die Verarbeitung der Rohdaten auch für die Bedienung der Peripherie-Einheiten und für die Initiierung des Rohdatenstroms von den Peripherie-Einheiten an den Prozessor zuständig. Der Rohdatenstrom ist vertikal von den Peripherie-Einheiten zu dem Prozessor und zurück gerichtet. Für die Bedienung der Peripherie-Einheiten wird ein großer Teil der verfügbaren Rechenleistung des Prozessors benötigt.Nowadays, microcontrollers are commonly used deployed a single processor and "stupid" Have peripheral units without their own intelligence, d. H. without the ability to serve yourself and the Raw data stream to the processor of the micro controller initiate. That is why the processor is the micro controller in addition to processing the raw data also for the Operation of the peripheral units and for initiation of the raw data stream from the peripheral units to the Processor responsible. The raw data stream is vertical from the Peripherals directed to the processor and back. For the operation of the peripheral units is a big one Part of the processor's available computing power needed.
Um die Leistung eines Micro-Controllers zu erhöhen, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, die Rechenleistung des Prozessors des Micro-Controllers zu erhöhen indem die Taktfrequenz zur Abarbeitung der Befehle/Software des Prozessors erhöht wird. Die Taktfrequenz kann jedoch nicht beliebig erhöht werden. Bei sehr hohen Taktfrequenzen wird der Prozessor gewissermaßen zu einem Sender, der Signalverläufe in dem Prozessor selbst oder in benachbarten elektrischen Geräten stören kann. Um diese Störung zu vermeiden müssen die Prozessoren mit zunehmender Taktfrequenz komplexer aufgebaut werden.To increase the performance of a micro controller, it is known from the prior art, the computing power of Processor of the microcontroller by increasing the Clock frequency for processing the commands / software of the Processor is increased. However, the clock frequency cannot can be increased arbitrarily. At very high clock frequencies the processor to a transmitter, so to speak Waveforms in the processor itself or in neighboring electrical equipment. To this disorder too The processors have to avoid with increasing Clock frequency can be built up more complex.
Aus dem Stand der Technik ist es auch bekannt, die Leistung eines Micro-Controllers kann auch dadurch erhöht werden, daß in einem Micro-Controller mehrere parallel arbeitende Prozessoren eingesetzt werden, die jeweils gleichberechtigt einen Teil der Befehle/Software parallel abarbeiten. Dabei wird die Software zum Verarbeiten der Rohdaten und zur Darstellung der Steuer- und/oder Regelalgorithmen vertikal unterteilt. Die vertikal unterteilten Softwareteile können dann von verschiedenen Prozessoren des Micro-Controllers abgearbeitet werden. Aufgrund der vertikalen Unterteilung der Software entsteht jedoch ein unnötiger horizontaler Datenfluß zwischen den einzelnen Prozessoren des Micro- Controllers, der zur Kommunikation und zur Abstimmung der Prozessoren dient. It is also known from the prior art to perform of a micro controller can also be increased by that in a micro controller several working in parallel Processors are used, each with equal rights Process part of the commands / software in parallel. Here the software for processing the raw data and for Representation of the control and / or regulation algorithms vertically divided. The vertically divided software parts can then from different processors of the microcontroller be processed. Because of the vertical division however, the software creates an unnecessary horizontal Data flow between the individual processors of the micro Controller, which is used to communicate and coordinate the Processors.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Micro-Controller der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß der Micro-Controller einfach aufgebaut ist und dennoch die volle Rechenleistung des Prozessors des Micro-Controllers für die Verarbeitung der Rohdaten zur Verfügung steht.The present invention is based on the object a micro controller of the type mentioned to design and develop that the Micro controller is simple and yet the full computing power of the processor of the microcontroller is available for processing the raw data.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von dem Micro-Controller der eingangs genannten Art vor, daß der oder jeder Peripherie-Einheit mindestens ein lokaler Prozessor zum Bedienen der Peripherie-Einheit zugeordnet ist.To achieve this object, the invention suggests from the micro controller of the type mentioned at the beginning, that the or each peripheral unit has at least one local processor for operating the peripheral unit assigned.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Micro-Controller mehrere Peripherie- Einheiten aufweist und jeder Peripherie-Einheit ein lokaler Prozessor zugeordnet ist.According to a preferred embodiment of the invention suggested that the microcontroller have multiple peripherals Units and each peripheral unit has a local Processor is assigned.
Vorteilhafterweise verfügt der erfindungsgemäße Micro- Controller über einen Prozessor. Dieser kann sich mit seiner vollen Rechenleistung auf die Verarbeitung der Rohdaten und die Darstellung der Steuer- und/oder Regelalgorithmen konzentrieren. Dadurch kann entweder die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Micro-Controllers erhöht werden oder aber der Prozessor bei konstanter Verarbeitungsgeschwindigkeit kleiner ausgebildet werden.The micro- Controller via a processor. This can deal with its full computing power on processing the Raw data and the representation of the tax and / or Focus control algorithms. This can either Processing speed of the micro controller increased be or the processor at constant Processing speed can be made smaller.
Der lokale Prozessor in der Peripherie-Einheit stellt eine "Intelligenz vor Ort" dar, der das Bedienen der Peripherie- Einheit komplett übernimmt. Das Bedienen umfaßt insbesondere die Steuerung des Rohdatenstroms von der Peripherie-Einheit zu dem Prozessor. Trotz des lokalen Prozessors bleibt die Flexibilität der Peripherie-Einheit erhalten, da der lokale Prozessor lokale Software ausführt und unabhängig von dem Prozessor des Micro-Controllers und den anderen lokalen Prozessoren programmiert werden kann. The local processor in the peripheral unit provides one "Intelligence on site" which means the operation of the peripheral Unit takes over completely. Operation includes especially the control of the raw data stream from the Peripheral unit to the processor. Despite the local Processor remains the flexibility of the peripheral unit because the local processor is running local software and independent of the processor of the micro controller and the other local processors can be programmed.
Da der Prozessor des erfindungsgemäßen Micro-Controllers die Peripherie-Einheiten nicht mehr bedient, ist die Software des Prozessors unabhängig von den Peripherie- Einheiten. Die Software des Micro-Controllers kann in mehrere überschaubare und gut zu testende. Softwaremodule unterteilt werden. Das Haupt-Softwaremodul, das auf dem Prozessor des Micro-Controllers abläuft, übernimmt die Hauptaufgaben des Micro-Controllers, wie z. B. die Darstellung von Steuer- und/oder Regelalgorithmen. Die kleinen und spezialisierten Peripherie-Softwaremodule, die auf den lokalen Prozessoren der Peripherie-Einheiten ablaufen, übernehmen die Vorbereitung.Since the processor of the microcontroller according to the invention the peripheral units are no longer operated, is the Processor software independent of the peripheral Units. The software of the micro controller can be used in several manageable and easy to test. Software modules be divided. The main software module that is on the Processor of the micro-controller runs, takes over Main tasks of the micro-controller, such as B. the Representation of control and / or regulation algorithms. The small and specialized peripheral software modules that on the local processors of the peripheral units expire, take over the preparation.
Durch den Einsatz der lokalen Prozessoren kann auch die Leistungsfähigkeit der Peripherie-Einheiten erhöht werden, da viele Aufgaben nun erstmals parallel zueinander und unabhängig voneinander ausgeführt werden können.By using the local processors, the Performance of the peripheral units are increased, since many tasks are now parallel to each other for the first time can be executed independently.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die oder jede Peripherie-Einheit Rohdaten an den mindestens einen Prozessor des Micro- Controllers liefert und der oder jeder lokale Prozessor eine Vorverarbeitung der von der Peripherie-Einheit gelieferten Rohdaten ausführt. Die Vorverarbeitung umfaßt die Abarbeitung kleinerer Aufgaben unmittelbar durch den lokalen Prozessor einer Peripherie-Einheit. Insbesondere umfaßt die Vorverarbeitung die Linearisierung, Normierung, Filterung, etc. der Rohdaten. Durch die Vorverarbeitung kann der Prozessor des Micro-Controllers weiter entlastet werden und die Gesamtleistung des Micro-Controllers noch einmal gesteigert werden.According to an advantageous development of the invention suggested that the or each peripheral unit Raw data to the at least one processor of the micro- Controller delivers and the or each local processor a preprocessing of the by the peripheral unit delivered raw data. The preprocessing includes the processing of smaller tasks directly by the local processor of a peripheral unit. In particular preprocessing includes linearization, standardization, Filtering, etc. of the raw data. By preprocessing the processor of the microcontroller can be further relieved and the overall performance of the microcontroller be increased once.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt der oder jeder lokale Prozessor im Rahmen der Vorverarbeitung aus den Rohdaten der Peripherie-Einheit Enddaten, die einen Wert mit einer physikalischen Einheit darstellen. Damit ist eine einfache und unmißverständliche Schnittstelle zwischen den lokalen Prozessoren der Peripherie-Einheiten und dem Prozessor des Micro- Controllers geschaffen. Ein Temperatursensor an einem A/D- Wandler beispielsweise würde dann nicht irgendein Rohdatum, sondern ein Enddatum in Grad Celsius liefern.According to a preferred embodiment of the invention generates the or each local processor under the Preprocessing from the raw data of the peripheral unit End dates that have a value with a physical unit represent. This is a simple and unmistakable one Interface between the local processors of the Peripheral units and the processor of the micro Controllers created. A temperature sensor on an A / D Converter, for example, would not have some raw date, but deliver an end date in degrees Celsius.
Durch die Verwendung von physikalischen Einheiten als Schnittstelle wird das Haupt-Softwaremodul, das auf dem Prozessor des Micro-Controllers abläuft, vollständig unabhängig von den Peripherie-Einheiten. Die Peripherie- Einheiten können unabhängig von dem Haupt-Softwaremodul und von dem Prozessor des Micro-Controllers isoliert getestet werden. Eine Peripherie-Einheit kann gegen eine andere Peripherie-Einheit ausgetauscht werden, die ganz anders funktioniert, aber auch Enddaten in derselben physikalischen Einheit liefert, ohne daß das Haupt- Softwaremodul deshalb geändert werden müßte.By using physical units as Interface becomes the main software module that is on the Processor of the micro controller runs completely independent of the peripheral units. The periphery Units can be independent of the main software module and tested in isolation from the processor of the microcontroller become. One peripheral unit can be used against another Peripheral unit to be exchanged, which is completely different works, but also end dates in the same physical unit without the main Software module would therefore have to be changed.
Schließlich wird das Haupt-Softwaremodul für einen Programmierer verständlicher, da nun die üblichen physikalischen Einheiten verwendet werden.Finally, the main software module for one Programmers more understandable, since now the usual physical units can be used.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der Micro-Controller einen globalen Speicherbereich aufweist, auf den der oder jeder lokale Prozessor Zugriff hat, wobei der oder jeder Prozessor des Micro-Controllers den Speicherbereich in Speicherteilbereiche aufteilt und der oder jeder Peripherie-Einheit mindestens einen Speicherteilbereich zuweist. Der für die Speicherung von Software und Daten der lokalen Prozessoren notwendige Speicher ist als ein globaler Speicherbereich ausgebildet. Die Aufteilung und Zuweisung des Speicherbereichs an die einzelnen lokalen Prozessoren der Peripherie-Einheiten erfolgt durch den Prozessor des Micro-Controllers. Damit werden die Peripherie-Einheiten skalierbar und können an bestimmte Leistungsbedürfnisse individuell angepaßt werden.According to another advantageous development of the Invention it is proposed that the micro-controller has a global memory area to which the or every local processor has access, with the or everyone Processor of the microcontroller the memory area in Splits memory subareas and the or everyone Peripheral unit at least one memory section assigns. The for the storage of software and data of the Local processors need memory as one global storage area. The division and Allocation of the memory area to the individual local ones Processors of the peripheral units are made by the Processor of the micro controller. With that, the Peripheral units are scalable and can be connected to certain Performance needs are individually adjusted.
Vorteilhafterweise stehen die lokalen Prozessoren über Datenleitungen zum Austausch von Daten zwischen den Peripherie-Einheiten miteinander in Verbindung. Über die Datenleitungen können die Peripherie-Einheiten untereinander Kontakt aufnehmen, falls die Peripherie- Einheiten bspw. zur Verarbeitung der Rohdaten oder zur Erfüllung anderer Aufgaben Daten von anderen Peripherie- Einheiten benötigen. Die Daten können über die Datenleitungen direkt und ohne Aufwand für den Prozessor des Micro-Controllers ausgetauscht werden.The local processors advantageously protrude Data lines for the exchange of data between the Peripheral units in connection with each other. About the Data lines can be the peripheral units contact each other if the peripheral Units, for example, for processing the raw data or for Performing other tasks data from other peripherals Need units. The data can be accessed via the Data lines directly and without effort for the processor of the micro controller.
Gemäß einer bevorzugten Verwendung wird der Micro- Controller in einem Steuergerät eingesetzt, wobei der oder jeder Prozessor (CPU) Steuer- und/oder Regelalgorithmen verarbeitet. Der Micro-Controller wird insbesondere in einem Steuergerät zur Steuerung von Vorgängen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt.According to a preferred use, the micro- Controller used in a control unit, the or each processor (CPU) control and / or regulation algorithms processed. The micro controller is particularly in a control unit for controlling processes in one Motor vehicle used.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:A preferred embodiment of the present invention is explained in more detail below with the aid of the drawing. It shows:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Micro-Controller gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in schematischer Darstellung. Fig. 1 shows a microcontroller according to the invention according to a preferred embodiment in a schematic representation.
In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßer Micro-Controller in seiner Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet. Der Micro-Controller 1 wird bspw. in einem Steuergerät (nicht dargestellt) zur Steuerung von Vorgängen in einem Kraftfahrzeug eingesetzt. Der Micro-Controller 1 weist einen Prozessor 2 auf, der Steuer- und/oder Regelalgorithmen verarbeitet. Der Prozessor 2 des Micro- Controllers 1 steht über Steuerleitungen 3 mit dem Steuergerät in Verbindung.In Fig. 1, an inventive micro-controller is designated in its entirety by reference numeral 1. The micro-controller 1 is used, for example, in a control unit (not shown) for controlling processes in a motor vehicle. The micro-controller 1 has a processor 2 which processes control and / or regulation algorithms. The processor 2 of the microcontroller 1 is connected to the control unit via control lines 3 .
Der Micro-Controller 1 weist außerdem vier Peripherie- Einheiten 4 auf. Die Peripherie-Einheiten 4 liefern dem Prozessor 2 des Micro-Controllers 1 einen Strom von Rohdaten, die für die Steuerungs- und Regelungsaufgaben herangezogen werden. Dabei werden komplexe Software- Strukturen verwendet, um die Rohdaten zu verarbeiten und so Steuer- und/oder Regelalgorithmen darzustellen. Eine Peripherie-Einheit 4 kann bspw. Analog-Digital (A/D)- Wandler, ein Sensor oder eine serielle Schnittstelle sein. Die Peripherie-Einheiten 4 stehen unmittelbar oder mittelbar über externe Vorrichtungen (nicht dargestellt) mit der Umgebung in Verbindung, was durch die Pfeile 6 angedeutet ist. Jeder Peripherie-Einheit 4 ist ein lokaler Prozessor 7 zum Bedienen der Peripherie-Einheit 4 zugeordnet. Das Bedienen umfaßt insbesondere die Steuerung des Rohdatenstroms von der Peripherie-Einheit 4 zu dem Prozessor 2.The micro controller 1 also has four peripheral units 4 . The peripheral units 4 supply the processor 2 of the microcontroller 1 with a stream of raw data which are used for the control and regulation tasks. Complex software structures are used to process the raw data and thus display control and / or regulation algorithms. A peripheral unit 4 can, for example, be an analog-digital (A / D) converter, a sensor or a serial interface. The peripheral units 4 are connected directly or indirectly to the environment via external devices (not shown), which is indicated by the arrows 6 . Each peripheral unit 4 is associated with a local processor 7 for operation of the peripheral unit. 4 The operation includes in particular the control of the raw data stream from the peripheral unit 4 to the processor 2 .
Auf dem Prozessor 2 des Micro-Controllers 1 läuft ein Haupt-Softwaremodul, das die Hauptaufgaben des Micro- Controllers übernimmt, wie z. B. die Darstellung von Steuer- und/oder Regelalgorithmen. Auf den lokalen Prozessoren 7 der Peripherie-Einheiten 4 laufen kleine und spezialisierte Peripherie-Softwaremodule, die die Vorbereitung übernehmen.A main software module runs on the processor 2 of the microcontroller 1 and takes over the main tasks of the microcontroller, such as, for. B. the representation of control and / or regulation algorithms. Small and specialized peripheral software modules run on the local processors 7 of the peripheral units 4 and take over the preparation.
Die lokalen Prozessoren 7 führen eine Vorverarbeitung der von den Peripherie-Einheiten 4 gelieferten Rohdaten aus. Die Vorverarbeitung umfaßt die Abarbeitung kleinerer Aufgaben unmittelbar durch die lokalen Prozessoren 7. Insbesondere umfaßt die Vorverarbeitung die Linearisierung, Normierung, Filterung, etc. der Rohdaten. Durch die vorverarbeitung kann der Prozessor 2 des Micro-Controllers 1 weiter entlastet werden und die Gesamtleistung des Micro- Controllers 1 noch einmal gesteigert werden.The local processors 7 preprocess the raw data supplied by the peripheral units 4 . The preprocessing includes the processing of smaller tasks directly by the local processors 7 . In particular, the preprocessing includes the linearization, standardization, filtering, etc. of the raw data. The preprocessing can further reduce the load on the processor 2 of the microcontroller 1 and the overall performance of the microcontroller 1 can be increased again.
Die lokalen Prozessoren 7 erzeugen aus den Rohdaten der Peripherie-Einheiten 4 im Rahmen der Vorverarbeitung Enddaten, die einen Wert mit einer physikalischen Einheit darstellen. Damit ist eine einfache und unmißverständliche Schnittstelle zwischen den lokalen Prozessoren 7 der Peripherie-Einheiten 4 und dem Prozessor 2 des Micro- Controllers 1 geschaffen.The local processors 7 generate end data from the raw data of the peripheral units 4 as part of the preprocessing, which represent a value with a physical unit. This creates a simple and unmistakable interface between the local processors 7 of the peripheral units 4 and the processor 2 of the microcontroller 1 .
Durch die Verwendung von physikalischen Einheiten als Schnittstelle wird das Haupt-Softwaremodul, das auf dem Prozessor 2 des Micro-Controllers 1 abläuft, vollständig unabhängig von den Peripherie-Einheiten 4. Die Peripherie- Einheiten 4 können unabhängig von dem Haupt-Softwaremodul und von dem Prozessor 2 des Micro-Controllers 1 isoliert getestet werden. Eine Peripherie-Einheit 4 kann gegen eine andere Peripherie-Einheit 4 ausgetauscht werden, die ganz anders funktioniert, aber auch Enddaten in derselben physikalischen Einheit liefert, ohne daß das Haupt- Softwaremodul deshalb geändert werden müßte.The use of physical units as an interface makes the main software module, which runs on the processor 2 of the microcontroller 1 , completely independent of the peripheral units 4 . The peripheral units 4 can be tested independently of the main software module and from the processor 2 of the microcontroller 1 . A peripheral unit 4 can be exchanged for another peripheral unit 4 , which functions quite differently, but also delivers end data in the same physical unit, without the main software module having to be changed.
Der Micro-Controller 1 weist einen globalen Speicherbereich 8 auf, auf den die lokalen Prozessoren 7 Zugriff haben. Der Speicherbereich 8 dient zur Speicherung von Software und Daten der lokalen Prozessoren 7. Der Prozessor 2 teilt den Speicherbereich 8 in Speicherteilbereiche auf und weist den Peripherie-Einheiten 4 mindestens einen Speicherteilbereich zu. Dadurch werden die Peripherie-Einheiten 4 skalierbar und können an bestimmte Leistungsbedürfnisse individuell angepaßt werden.The micro-controller 1 has a global memory area 8 to which the local processors 7 have access. The memory area 8 serves to store software and data of the local processors 7 . The processor 2 divides the memory area 8 into memory partial areas and assigns the peripheral units 4 at least one memory partial area. As a result, the peripheral units 4 become scalable and can be individually adapted to specific performance requirements.
Die lokalen Prozessoren 7 stehen über Datenleitungen 5 miteinander in Verbindung. Über die Datenleitungen 5 können die Peripherie-Einheiten 4 untereinander Kontakt aufnehmen. The local processors 7 are connected to one another via data lines 5 . The peripheral units 4 can make contact with one another via the data lines 5 .
Falls die Peripherie-Einheiten 4 bspw. zur Verarbeitung der Rohdaten oder zur Erfüllung anderer Aufgaben Daten von anderen Peripherie-Einheiten 4 benötigen, können sie über die Datenleitungen 5 untereinander Daten austauschen. Die Daten können über die Datenleitungen 5 direkt und ohne Aufwand für den Prozessor 2 des Micro-Controllers 1 ausgetauscht werden.If the peripheral units 4 require data from other peripheral units 4, for example to process the raw data or to perform other tasks, they can exchange data with one another via the data lines 5 . The data can be exchanged directly and without effort for the processor 2 of the microcontroller 1 via the data lines 5 .
Claims (8)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: G06F 13/00 AFI20051017BHDE |
|
| 8131 | Rejection |