CN101271317A - 用于控制负载的电路装置以及相应的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制负载的电路装置以及相应的方法。该电路装置具有用于从中央单元(1)接收控制数据的第一寄存器(7)和用于从中央单元接收相同的控制数据的第二寄存器(8)。此外该电路装置拥有用于向要控制的负载(2)输出数据的第三寄存器(9)。传输设备(12)用于将数据从第二寄存器传输到第三寄存器。第一比较逻辑(11)比较第二寄存器的内容与第三寄存器的内容，并当这两个内容不相同时向中央单元发送中断。第二比较逻辑(10)比较第一寄存器的内容与第二寄存器的内容，并当这两个寄存器的内容相同时释放传输设备(19)，否则阻断传输设备。由此在错误情况下保持最后采用的状态并且保证所要求的安全性。

Description

用于控制负载的电路装置以及相应的方法
技术领域
本发明涉及一种特别是在汽车技术领域中用于控制负载的电路装置。此外本发明涉及具有控制单元和所述电路装置的控制系统以及一种用于控制负载的相应的方法。
背景技术
正是对于与安全相关的应用来说需要在错误情况下达到系统的安全状态。通常在错误发生前活动的和有效的状态是安全状态。“安全状态”这一概念可以借助电子方向盘锁紧装置的例子如下来说明：如果在时刻t1解锁电子方向盘锁紧装置，即释放转向并且螺栓不阻止转向，则在错误情况下绝不允许激活方向盘锁紧装置。如果相反在时刻t2该方向盘锁紧装置被激活，则它必须在错误情况下保持被锁定。
亦即一方面需要能够获得关于系统的状态的可靠的报告，另一方面还必须达到该系统的这种安全状态。迄今尝试通过冗余措施来获得系统的有效的状态报告。通常使用两条平行的、彼此独立的分别具有微控制器的分支来建立冗余。
发明内容
因此本发明的任务在于，以尽可能少的冗余措施来达到系统的安全状态。
根据本发明，该任务通过一种电路装置来解决，该电路装置包括：第一寄存器，用于从外部控制设备接收控制数据；第二寄存器，用于从该外部控制设备接收相同的控制数据；第三寄存器，用于向要控制的负载输出数据；传输设备，用于将数据从第二寄存器传输到第三寄存器；第一比较逻辑，用于比较第二寄存器的内容与第三寄存器的内容，并且当两个内容不相同时，向该外部控制设备发送中断或者控制信号；第二比较逻辑，用于比较第一寄存器的内容与第二寄存器的内容，并且当这两个寄存器的内容相同时释放传输设备，否则阻断传输设备。
此外根据本发明提供一种用于控制负载的控制系统，该控制系统具有上述的电路装置和控制设备，该控制设备具有：第一输出接口，用于向第一寄存器输出控制数据；第二输出接口，用于向第二寄存器输出相同的控制数据；和控制信号处理单元，使得当控制信号处理单元从第一比较逻辑接收到相应的中断或者控制信号时，分别在第一和第二输出接口中启动数据输出。
此外，为解决上述任务，提供一种用于控制负载的方法，通过下述步骤：比较第二寄存器的第一数据记录(Datensatz)和第三寄存器的第二数据记录；当第一和第二数据记录相同时，用第三寄存器的第二数据记录控制负载，否则执行下述步骤：在第二寄存器中用第三数据记录重写第一数据记录；向第一寄存器传输具有与第三数据记录相同的数据的第四数据记录；比较第一寄存器和第二寄存器中的数据记录；当第三和第四数据记录相同时将第三数据记录从第二寄存器复制到第三寄存器中；当第三寄存器中的复制的第三数据记录与第二寄存器中的第三数据记录相同时，用第三寄存器的第三数据记录控制负载。
优选地，上述电路装置具有SPI接口，该SPI接口的接收寄存器是第一寄存器。由此可以为该电路装置使用串行标准接口。
此外，根据本发明的电路装置被构造为ASIC。由此可以提供该电路装置的对于成批生产来说有利的形式。
根据一种特别优选的实施形式，该电路装置具有安全单元，仅当该安全单元从外部控制单元接收到匹配的密钥时，该安全单元才最终释放传输设备。由此能够保证，在负载用新数据控制之前，外部控制设备以及用于该电路装置的通信无缺陷地作用。
根据另一个有利的实施形式，第一输出接口被串行地实施，第二输出接口被并行地实施。仅当数据通过这两个不同的接口相同地被传输时，对于负载应实际上用所传输的数据重新控制来说才存在高度的安全性。
附图说明
借助附图更详细地说明本发明，所述附图示出根据本发明的控制系统的框图。
具体实施方式
下面更详细说明的实施例是本发明的一种优选的实施形式。
根据图中所示的例子，例如汽车中的中央单元1用于控制负载2。负载2例如可以是电动机、阀或者诸如此类的。在该负载的前面以已知的方式连接有驱动器3，该驱动器施加用于控制负载2的相应的功率。它以同样已知的方式借助开关4、5连接在“端子31”(地)和“端子30”(电池电压)之间，用于保证双倍的安全性。
负载2的激活不直接通过通常具有微控制器的中央单元1进行，而是通过其间连接的部件、这里ASIC 6进行。该部件主要由三个寄存器块7、8和9组成。此外它还具有第一比较逻辑10，用于比较寄存器7与寄存器8；和第二比较逻辑11，用于比较寄存器8与寄存器9。
第一比较逻辑11总是在寄存器8和9的状态、亦即它们的寄存器内容S1到Sn和R1到Rn不同时产生中断IRQ或者NMI或者相应的控制信号。寄存器8表示在时刻t＝t1+1的当前状态。用于寄存器8的数据从具有GPIO接口12的进行控制的中央单元1并行地被导入。
具有寄存器内容R1到Rn的寄存器9表示在时刻t＝t1的状态，并且因此表示为了相应地控制负载2而进行的当前配置。如果寄存器8的状态不与寄存器9的状态对应，则这种失配必然是由进行控制的中央单元1强制引起的。ASIC6的所产生的中断请求(IRQ)启动ASIC6与中央单元1的下面的通信例程：
亦即，如所提及的，在寄存器8和9的寄存器内容S1到Sn和R1到Rn不同时，第一逻辑11向中央单元1发送中断请求(IRQ)连同密钥(Keyword(密码))。在中央单元内所集成的中断处理器17接收该中断请求(IRQ)并且引起并行接口GPIO 12(General Purpose Input/Output(通用输入/输出))向ASIC 6的寄存器8并行传输数据。通过该中断请求(IRQ)启动，标准接口(SPI)13(Serial Peripheral Interface(串行外设接口))同时向ASIC 6的相应的接收接口14串行地发送相同的数据D/O。与这些数据DI或者DO一起，也将与该中断请求(IRQ)一起向中央单元1传送的控制位CS(这里例如密钥)向ASIC 6回送。
ASIC 6的SPI接口14具有上面已经提到的具有寄存器内容Q1到Qn的第一寄存器7，在该第一寄存器中现在存储串行接收的数据。第二比较逻辑10现在比较寄存器7和8的内容并且检验接收到的密钥。如果两个寄存器7和8的内容相同并且密钥无错误，则把寄存器8的寄存器内容S1到Sn借助驱动电路19传输到寄存器9中。亦即通过比较来检验是否正确地进行了串行传输(SPI)和并行传输(GPIO)。也就是说，冗余的传输给出关于中央单元1和ASIC 6是否无错误地工作的答复。以这种方式，例如可以保证，中央单元1的程序序列按照期望方式被执行。
如果密钥有错误和/或第三寄存器9中的信息与第二寄存器8中的信息不一致，则输出寄存器8的状态保持不变。这意味着，寄存器8对于寄存器9来说变成不透明的，并且负载2的原来的控制状态保持不变。亦即最后采用的状态在错误情况下得到保持。错误情况例如可以由于电压复位、软件错误、中央单元1的出现故障(durchlegieren)的I/O端口、电磁干扰等而出现。
通过中央单元1与ASIC 6的通信，中央单元1根据本发明再次被主动请求确认导致了状态改变的条件。根据本发明的系统的另一个优点在于使用与数据位(信息)分离的控制位。通过该分离与冗余传输相结合，能够防止简单的错误(中央单元1的出现故障的端口)已经导致末定义的、不安全的系统状态。亦即密钥如同对输出寄存器9的访问权限一样起作用。
ASIC 6可以通过受保护的“端子30”被供给电压(+12V)。为此在图中所示的例子中在ASIC 6中集成了变压器15，它的输出电压是Vcc_1。此外电压供給还可以通过电压Vcc_2进行。相应的逻辑16保证ASIC 6或者SPI接口14被供給电压Vcc_1或者Vcc_2。
因此在ASIC 6中可以在无需较大的花费的情况下利用自己的电压调节器15进行电压供給，因为主要由寄存器7、8、9决定的电流消耗非常小(通常＜50μA)。亦即由于该小的电流消耗，所以可以将在从+12V变换为+Vcc_1(+3V/+5V)时产生的损耗功率保持为小。
为进行诊断从负载2向中央单元1传输信号。为此中央单元1具有AD转换器18。
根据本发明的ASIC是典型的安全方案的低成本的替代方案，这些安全方案仅以冗余为基础，该冗余例如通过分布到至少两个微控制器上的程序序列来实现。通过冗余的信息处理(通过GPIO的并行处理和通过SPI的串行处理)可靠地识别简单错误。
附图标记列表
1                      中央单元
2                      负载
3                      驱动器
4、5                   开关
6                      ASIC
7、8、9                寄存器
10、11                 比较逻辑
12                     GPIO接口
13                     SPI接口
14                     接收接口
15                     电压调节器
16                     逻辑
17                     控制信号处理单元
18                     AD转换器
19                     驱动电路，传输设备
Q1-Qn、R1-Rn、S1-Sn    寄存器内容

Claims (9)

1.电路装置，包括：
-第一寄存器(7)，用于从外部控制设备接收控制数据，
-第二寄存器(8)，用于从该外部控制设备接收相同的控制数据，
-第三寄存器(9)，用于向要控制的负载输出数据，
-传输设备(19)，用于将数据从第二寄存器(8)传输到第三寄存器(9)，
-第一比较逻辑(11)，用于比较第二寄存器(8)的内容与第三寄存器(9)的内容，并且当这两个内容不相同时向该外部控制设备(1)发送中断或者控制信号(IRQ)，
-第二比较逻辑(10)，用于比较第一寄存器(7)的内容与第二寄存器(8)的内容，并且当这两个寄存器的内容相同时释放该传输设备(19)，否则阻断该传输设备(19)。
2.根据权利要求1的电路装置，该电路装置具有SPI接口(14)，该SPI接口的接收寄存器是所述第一寄存器(7)。
3.根据权利要求1或2的电路装置，该电路装置被构造为ASIC(6)。
4.根据上述权利要求之一的电路装置，该电路装置具有安全单元，仅当该安全单元从所述外部控制设备(1)接收到匹配的密钥时，该安全单元才最终释放所述传输设备(19)。
5.用于控制负载(2)的控制系统，具有：
-根据上述权利要求之一的电路装置，和
-控制设备(1)，该控制设备具有：
·第一输出接口(13)，用于向第一寄存器(7)输出控制数据，
·第二输出接口(12)，用于向第二寄存器(8)输出相同的控制数据，和
·控制信号处理单元(17)，
使得当该控制信号处理单元(17)从第一比较逻辑(11)接收到相应的中断或者控制信号时分别在第一和第二输出接口(12，13)中启动数据输出。
6.根据权利要求5的系统，其中所述第一输出接口(13)是串行接口，并且所述第二输出接口(12)是并行接口。
7.用于控制负载(2)的方法，通过下述步骤：
-比较第二寄存器(8)的第一数据记录和第三寄存器(9)的第二数据记录，
-当第一和第二数据记录相同时，用第三寄存器(9)的第二数据记录控制负载(2)，否则执行下述步骤：
-在第二寄存器(8)中用第三数据记录重写第一数据记录，
-向第一寄存器(7)传输具有与第三数据记录相同的数据的第四数据记录，
-比较第一寄存器(7)和第二寄存器(8)中的数据记录，
-当第三和第四数据记录相同时，将第三数据记录从第二寄存器(8)复制到第三寄存器(9)中，以及
-当第三寄存器(9)中的复制的第三数据记录与第二寄存器(8)中的第三数据记录相同时，用第三寄存器(9)的第三数据记录控制负载(2)。
8.根据权利要求7的方法，其中，数据被并行地传输到第二寄存器(8)中，而数据被串行地传输到第一寄存器(7)中。
9.根据权利要求7或8的方法，其中，第三数据记录来自控制设备(1)，为了启动用第三数据记录重写第一数据记录，向该控制设备(1)传输中断或者控制信号(IRQ)连同密钥，向与第一寄存器(7)连接的通信单元传输该密钥连同第四数据记录，其中仅当该密钥具有预先确定的形式或者预先确定的值时，才将第三数据记录从第二寄存器(8)复制到第三寄存器(9)中。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20080924