CN102713648B - 用于监控频率信号的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于监控在一个单元(102)内提供的频率信号(104)的方法(90)，所述方法具有接收步骤(91)，其中从通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)接收时钟信号(CLK)或控制信号(CS)的一个或多个二进制信号电平并且通信接口(CLK、CS、MOSI)用于根据通信协议传递信息。所述方法(90)还包括提供步骤(92)，其中在单元中提供频率信号(104)，以及比较步骤(93)，其中将频率信号(104)与从通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)接收的时钟信号(CLK)的信号电平的时间序列进行比较以获得比较结果，或通过控制信号(CS)和频率信号(104)控制计数器(106)以获得计数器读数。最后所述方法包括识别步骤(94)，其中当比较结果满足预定标准或当计数器读数处于预定的值域内时识别出频率信号(104)的预定质量，以通过所识别出的频率信号(104)的质量对该频率信号进行监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序所述的用于监控的方法、一种根据权利要求7前序所述的用于监控的装置、以及一种根据权利要求9前序所述的用于监控的监控设备。
背景技术
以数字和模拟方式发出时钟的传感器通常需要一个用于工作的时钟。该时钟或者由外部输入或者通过振荡器产生。在旋转速率传感器中机械传感器本身用作振荡器，以通过常规的锁相回路(PLL)产生内部时钟。对于具有可靠关键性功能的传感器(例如用在车辆稳定程序(ESP)的传感设备中)，对传感器的功能可靠性提出高的要求。尤其对所使用的时钟的监控属于此。当对能够从所使用的时钟导出的频率进行监控时，一方面所述监控用于推定内部的信号处理，另一方面能够在旋转速率传感器中推定传感器元件的机械功能。
目前，已知四种类型的频率监控，部分用于当前一代的博世传感器，例如MM3或MM5，或可以还用于竞争产品中。应用下列方法：
1)通过数字接口(例如SPI)进行逻辑监控；
2)借助于从外部输入的第二时钟进行监控；
3)通过石英或除机械振荡器外所使用的其他种类的振荡器进行监控；
4)借助于由传感器向外给出和由外部单元监控的时钟进行监控。
在DE103 47 413 A1中示出了一种控制器，其在处理器和至少一个另外的回路之间具有时钟式的数据传递，其中处理器本身输出时钟。处理器根据至少两个时钟输出口的输出信号对时钟进行监控。
发明内容
在此背景下，通过本发明根据各独立权利要求提出一种方法、一种装置以及一种使用所述方法的监控设备以及最后提出一种计算机程序产品。有利的设计方案由各从属权利要求和下面的说明得出。
本发明提出一种用于监控在一个单元内提供的频率信号的方法，其中所述方法具有下列步骤：
-从通信接口接收时钟信号或控制信号的一个或多个二进制信号电平，其中所述通信接口被构造用于根据通信协议传递信息；
-在所述单元中提供频率信号；以及
-将所述频率信号与从所述通信接口接收的时钟信号的信号电平的时间序列进行比较，以获得比较结果，或通过控制信号和频率信号控制计数器，以获得计数器读数。
-当比较结果满足预定标准或当计数器读数处于预定的值域内时，对频率信号的预定质量进行识别，以通过所识别的频率信号质量对该频率信号进行监控。
本发明还提出一种装置，该装置被构造用于执行或实施根据本发明的方法的步骤。特别地，所述装置具有被构造用于实施所述方法的每一步骤的器件。也可以通过装置或控制器形式的本发明的变型实施方式快速且有效地解决本发明所基于的任务。
装置或控制器在这里可以理解为控制器或一般地理解为电子装置，其例如处理传感器信号并据此输出控制信号或物理测量值。控制器可以具有可实施为硬件式和/或软件式的接口。在硬件式的设计方案中，接口例如可以是所谓的ASIC系统的一部分，该系统包含控制器的各种不同的功能。但也可能的是，接口是固有的、集成的回路或至少部分由分离的元件组成。在软件式的设计方案中，借口可以是例如在微控制器上除其他软件模块外设有的软件模块。
本发明还提供一种用于监控频率信号的监控设备，其中所述监控设备具有下列特征：
-如上文所描述的装置；
-总线传递系统，其与所述装置的通信接口连接并被构造用于将数据从所述装置传递到一控制单元；
-控制单元，其被构造用于输出时钟信号或控制信号，其中所述控制单元还被构造用于实施对频率信号的监控，使得当结果信号与预期的结果信号不一致时，输出错误警告信号。
一种具有程序编码的计算机程序产品也是有利的，该程序编码储存在可机读的载体(如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器)上，并用于当在所述装置上实施所述程序时，执行根据上述实施方式中的一种所述的方法。
本发明提供如下优点：相对于上述方法2)或4)不需要用于输入或输出第二时钟的固有的(硬件)端口。(相对上述方法3)同样不需要其他的入口和其他的元件，例如振荡器。在方法1)和4)中，由例如微控制器(μC)的外部计算设备、附加的电路(ASIC)或相应的控制器执行频率监控，这意味着更高的计算花费并且对传感器的使用者提出在技术上更高的要求，并且需要额外的应用。
因此，综上所述，根据本发明的原理的重要优点在于，在传感器上为了频率监控不需要额外的PIN或端口，没有对传感器的使用者提出额外的要求，因为已经设有通信接口，其他或额外的模块(例如石英)是不必要的，并且频率监控的实施例如也可以在传感器内部或相对于另一独立单元的内部进行，因此不存在用于额外应用的花费。
有利的是，此外，当所识别的频率信号质量满足限定的标准时，还进行经由通信接口的信号线路输出控制信号的步骤。本发明的这种实施方式提供如下优点：在所述单元内部识别出有错误的内部时钟频率时还可以向第二单元(例如主单元或控制单元)输出相应的发出信号。预先规定的标准在此例如可以是希望的计数器读数，通过内部频率信号控制的计数器读数可以不再与该希望的计数器读数偏差多于预先规定的误差范围。有错误的内部频率信号的发出信号在此同样可以通过通信接口的信号线路进行，使得不需又为该信号设置单独的管脚。
在另一实施方式中，在比较步骤中，第二计数器可以由控制信号和从通信接口接收的时钟信号的信号电平控制，以获得第二计数器读数，其中在识别步骤中可以在第二计数器读数处于与计数器的计数器读数最大偏差了预定公差值的值域中时，识别出预定的质量。本发明的这种实施方式提供了如下优点：不仅可以连续地监控频率信号，还能以时间间隔进行监控。于是在该时间间隔期间，计数器运转，使得可以在完成该时间间隔的时间段之后与预期的计数器读数进行比较，当内部频率信号没有错误时，必须达到该预期的计数器读数。
为了能够可靠地监控特别的传感器，这些传感器必须经常接收对于可靠性关键的传感器数据，在本发明的特别的实施方式中，所述单元也可以是传感器，其中所述方法还可以包括通过通信接口的信号线路传递代表物理量的测量信号的步骤。本发明的这种实施方式提供如下优点：可以连接一个传感器单元以及可以通过总线信号线路传递借助于传感器单元所产生的测量信号以进一步进行处理。这使得能够非常可靠地提供在使用精确监控的频率信号的条件下产生的测量信号。
为了特别地能够使用已良好地经过检验且在本发明的应用环境中通常已存在的通信分路，可以在接收步骤中根据标准化的通信协议，特别地根据SPI、CAN、PSI5、Flex Ray或其他总线协议，通过通信接口的信号线路接收数据。本发明的这种实施方式提供了如下优点：标准化的总线协议可以部分地包含路由(Routine)，以根据总线通信接口的工作能力检验总线通信接口。特别地，根据标准化的总线协议调节数据传递使得能够选择可投入使用的总线协议，例如SPI、CAN、Flex Ray或PSI5总线协议。
还为了能更容易地获得外部时钟信号，使得不需要在通信接口中提供单独的时钟线路，在接收步骤中，从至少一个信号的信号沿变化实现产生时钟信号，其除了时钟信息外包含至少一个其他的数据信息。例如通过这种方式，可以从用于通过通信接口传递数据的信号产生用于检测内部频率信号的时钟信号。这提供了如下优点：可以使用较小的且管脚数量较少的通信接口，以便尽管如此仍能检测在所述单元中产生的频率信号。
附图说明
根据附图示例性地详细阐述本发明。附图中：
图1示出了一种实施例的线路框图；
图2示出了另一种实施例的线路框图；
图3示出了又一种实施例的线路框图；
图4示出了一种附加的实施例的线路框图；
图5示出了一种主从布置的线路框图；
图6示出了根据本发明的第一种实施例的线路框图；
图7示出了根据本发明的一种实施例的线路框图；
图8示出了根据本发明的一种附加的实施例的线路框图；
图9示出了本发明作为方法的一种实施例的流程图。
具体实施方式
相同的或类似的元件在附图中可以通过相同的或类似的附图标记表示，其中省去重复的说明。此外，附图的图、其说明以及权利要求包括相组合的多种特征。在此，对于本领域技术人员清楚的是，这些特征也可以视为单独的或可以组合成其他的、这里未明确描述的组合方式。此外，根据本发明的方法步骤可以重复以及以与所描述的不同的顺序实施。如果实施例在第一特征/步骤和第二特征/步骤之间包括“和/或”连词，那么这可以解读为，该实施例根据一种实施方式既具有第一特征/步骤又具有第二特征/步骤而根据另一种实施方式要么只具有第一特征/步骤要么只具有第二特征/步骤。
图1示出了传感器102，该传感器包括计数器106。在传感器102内部产生的时钟104被输入到计数器106中。内部的时钟104在计数器106中引起离散的、阶梯式的计数器读数增加，该计数器读数增加以符号的方式通过阶梯形函数108示出。通过SPI接口110可以在计数器106的输出口截取计数器读数。根据时间轴112，详细示出了用于求取频率的方法。为此，通过SPI接口110在第一时间点114确定并存储计数器读数Ⅰ，并且在随后的时间点116确定并存储计数器读数Ⅱ。从由计数器读数Ⅰ和计数器读数Ⅱ所形成的差确定计数器读数差。如果在第一时间点114与随后的时间点116之间选择了固定的预定时间段118，则能够十分简单地从每时间段118的计数器读数差确定频率。
图2示出了传感器202，其结构类似于图1的传感器102，但其中相对于图1的传感器在传感器202内部布置有第二计数器206，该第二计数器以外部的时钟204供给。不仅第一计数器106的计数器读数而且第二计数器206的计数器读数被内部时钟104以及外部时钟204提高，这通过阶梯形函数108、208以符号的方式示出。分别在相应计数器的输出口上提供计数器读数。在此，第一计数器106的输出口和第二计数器206的输出口直接通向布置在传感器202内部的比较单元210的不同输入口。可以截取在比较单元210输出口处的信号，并且根据信号的信号值判定，内部时钟104是否与作为参照时钟的外部时钟204相符。
图3示出了传感器302，其结构类似于图2的传感器，但其中第二计数器206由PLL单元306供给并且布置在传感器302的内部。石英元件304产生在时间上为周期性的电信号，该信号借助于PLL单元306被转换成参照时钟308，并且被输入到第二计数器206中。在每一时钟内，例如在内部时钟104和参照时钟308的各个时钟沿上升时，第一计数器106以及第二计数器206的计数器读数离散地增大，这通过所示的阶梯形函数108、208详细表示。两个计数器106、206的输出口通向比较单元210的不同输入口。两个计数器读数通过比较单元210的比较在比较单元210的输出口处产生一个信号，其中根据信号值可以作出对内部信号104和参照信号308之间一致性的判断。
图4示出了传感器402，该传感器包括转换器404，其由内部时钟104供给。在转换器的输出口处可以截取表示内部时钟的信号406。在时钟输出口处的信号406可以传递给外部计算设备，并且从传递的时钟信号求得频率。
图5示出了例如可以是微控制器的主单元504、例如可以是传感器单元的从单元502的布置。主单元504通过多个总线信号线路506与从单元502连接。由主单元504产生或提供的且通过总线信号线路传递的CLK信号被用作从单元502的时钟信号。通过CS信号激活从单元502。在主单元504和从单元502之间的数据交换通过总线信号线路的MOSI通道和MISO通道进行。
在图1至图4中所示出的方案是以将求得的传感器的时钟频率与第二频率进行比较为根据的。在图1中位于传感器内部的计数器106以传感器内部的时钟104工作。通过在时间点114和116经由至传感器的接口110的特定询问，可以读出第一计数器106当前的内部的计数器读数。通过对时间点114和116的了解(在所述时间点已读出第一计数器106的计数器读数，其特别地限定了询问的时间点)，可以使传感器内部的计数器的计数速度与两个询问时间点的时间差118相关联，所述计数速度与传感器内部的时钟频率104直接相关。询问时间点通过一个通常与内部时钟无关的时钟确定。通过两个询问时间点114和116之间的时间段118与预期的时数器读数的关联，可以冗余地监控传感器内部的时钟104。在图2中，除了图1中的元件外，还使用了另一计数器206，该计数器由外部时钟204供给。在计数器106的输出口上输出的计数器读数108可以借助于比较单元210与来自另一计数器206的计数器读数进行比较。在图3中所示的原理与图2的原理仅在如下方面有所区别，即，在图3中从外部振荡器或石英304首先通过PLL单元306生成第二时钟308。可以将从外部输入的这个第二时钟204或内部生成的时钟304与固有的系统时钟104进行比较。所述比较通过如下方式实现：两个计数器106和206(基于内部时钟104的第一计数器106，以及基于外部时钟204或304的第二计数器206)例如以每一上升的时钟沿增大。在某一段时间之后，即当计数器例如已达到一定值时，将两个计数器读数108和208进行比较。由此，内部的系统时钟104可以与第二冗余的时钟204或304进行比较。图4中所示的方案与图2中所示的方案在如下方面有所区别：传感器内部的时钟104被导向外部，并且外部计算设备(例如微控制器)、ASIC或其他控制器必须将这个时钟406与其固有的时钟进行比较，并且这个比较和外部的评估不在传感器内部进行。此外，大多数传感器具有数字接口。这种接口的可能呈现方式是SPI接口(串行外设接口)，其在图5中示意性地示出。这种接口包括称作CS、MISO、MOSI和CLK的四种线路506。通过芯片选择线路(CS)由主机504激活从单元502，而在时钟线路(CLK)上输出由主机504提供的时钟，并在不同的时钟沿经由数据输出口发送数据(MOSI)。从机506可以在数据输出线路(MISO)与时钟同步地将数据发送给主机504。对于各不同的协议，时钟的数量和精确的定时也不同。
通常，传感器在从机结构中与SPI接口连接。本发明的特殊实施例的、在下文描述的方案中所使用的重要特征在于，CLK线路的时钟如来自频率监控的时钟一样由独立的时钟生成器产生，并且具有高的时钟精确性。同样地，CS线路的时钟沿在大多数情况下确定性地通过主机的时钟确定。
图6示出了从单元602的线路框图，从单元通过多个总线信号线路506与主单元504连接。通过总线线路传递的CS信号触发布置在从单元602内部的计数器206，其中在计数器206的输出口处可以输出计数器读数。在借助于CS信号触发计数器206期间，CLK信号的每一时钟周期都发生计数器读数增大。计数器读数增大的符号图示呈现出一个阶梯形函数208。内部时钟104被输送到计数器106，并且在计数器106的输出口处提供一个信号。该信号与计数器读数相对应并且计数器读数的离散增大可以通过阶梯形函数108示出。计数器106的输出口和计数器206的输出口通向比较单元210的不同输入口。在比较单元210的输出口处可以截取信号。根据信号值可以判断，内部时钟104是否与CLK信号的时钟相符。附加地，可以通过总线信号线路MOSI和MISO在主单元504和从单元602之间交换数据。例如，通过MISO总线信号线路传递作为输出信号的信号，该信号代表比较器210的比较结果。由此，通知关于比较结果的信息，以通过这种方式控制对从主机504出来的内部时钟的监控。
图7示出了主机单元504，其通过多个总线信号线路506与从单元702连接。从单元702包括通过内部时钟104触发的计数器106。在计数器106的输出口处提供的计数器读数响应于内部时钟信号104的沿离散地增大。计数器106的计数器读数的离散增大通过阶梯形函数108示出。附加地，CS总线信号线路与计数器106连接，以实现用于计数器106的启动和停止功能。在相应的信号下，即，响应于CS总线信号线路上的信号沿或信号电平(所述相应的信号用作计数器106的启动标准)，计数器106被启动，在此之前相应的启动计数器读数被储存。类似地，在CS总线信号线路上的一个信号下，即响应于作为停止标准的在CS总线信号线路上的信号沿或信号电平，计数器106被停止，并且在此之前相应的终止计数器读数被储存。从终止计数器读数和启动计数器读数求得计数器读数差。此外，通过总线信号线路MOSI和MISO以通过CLK信号预先规定的时钟速率在主单元504和从单元702之间交换数据。例如，信号作为输出信号通过MISO总线信号线路被传递给主机504，所述信号代表比较器210的比较结果。由此，通知主机504关于比较结果的信息，以通过这种方式控制对从主机504出来的内部时钟的监控。
图8示出了本发明另一实施例的示图，其中，在图7中示出了从单元802，该从单元具有与图6类似的结构。从单元802通过由多个总线信号线路506组成的总线系统与主单元504连接。各个总线信号线路传递信号，例如总线时钟信号(CLK)、用于选择和激活多个从单元中的一个的信号(CS)和实现主单元504和从单元802之间的通信的信号(MOSI和/或MISO)。在从单元802的内部布置有第一计数器106和第二计数器206，其中第一计数器106的输出口和第二计数器206的输出口与比较单元210的不同输入口连接。比较单元210布置在从单元802的内部。内部时钟104控制第一计数器106，其中第一计数器106的计数器读数被提供给比较单元210的输入口，其中计数器106的计数器读数在内部时钟104的时钟循环期间增大。这种增大示例性地通过阶梯形函数108示出。各个总线信号线路的信号的结合(例如信号CLK和CS的结合)形成用于第二计数器206的输入口的时钟信号，其中第二计数器206的计数器读数在时钟信号的时钟循环期间增大。这种计数器读数的增大示例性地通过阶梯形函数208示出。第二计数器206的计数器读数被提供给比较单元210的第二输入口。在比较单元210的输出口处截取输出信号，其中根据内部时钟104的计数器读数是否与时钟信号的计数器读数相符得到输出信号的值。附加地，可以通过CS信号激活多个从单元中的一个从单元。例如一个代表比较器210的比较结果的信号作为输出信号通过MISO总线信号线路被传递给主机504。由此，通知主机504关于比较结果的信息，以通过这种方式控制对来自主机504的内部时钟的监控。
代替目前现有技术中使用的频率监控方案，也可以利用SPI线路中的一个或多个SPI线路，相对于另一时钟比较内部的传感器时钟。要么传感器内部的计数器可以由于SPI时钟增大(如在图6所示的方案中描述的一样)并且与响应于传感器内部的时钟增大的计数器读数进行比较。要么可以根据在图7中所示的方案将CS信号的激活用于以内部时钟增大计数器的计数器读数，其中CS信号的失效可以用于“冻结”该计数器的计数器读数并将“已冻结”的计数器读数相对于理论值进行比较。
此外，下列扩展、细节或变换方案也是可想到的：
因为在正常的传感器工作中有规律地发生SPI通信，所以监控可以达到非常大的时间上的监控覆盖度。附加地，所述监控可以被构造成，其验证到底为是或否，并且如果为是，SPI通信以何种频繁程度进行，因此根据本发明的监控是可行的并且能够达到时间上大的覆盖度。
为了达到时间上的最大覆盖度，可以在没有通过MISO和MOSI总线数据线路进行通信期间也发送SPI的时钟。传感器在这种情况下像目前一样当触发相应的CS电平时接收通信。对于这种情况，在没有进行通信的阶段中会给主机发送时钟。
传感器和通信特定的变换方式可以在于，例如只使用一部分SPI时钟(即一部分总线时钟)，比如最初8个时钟或SPI时钟和CS信号沿的组合。另一可选方式是，使用数据线路，以便从数据线路的沿产生一个时钟，可以通过该时钟控制计数器，并且将该计数器相对于具有内部时钟的计数器进行比较。
本发明当然能够不只被实施为具有SPI接口，也可以具有各种各样其他的接口(例如具有Can、Flex Ray或PSI5)，从这些接口中导出独立的时钟或可以实现在时间上恒定的触发。
在这里提出的用于监控频率信号的方案可以根据每一SPI指令或只根据特定的指令或只在前置激活之后才应用。
在这里提出的频率监控的方案当然也可以应用于任一其他系统，例如微控制器或ASIC，根据一个精确的时钟对该系统进行指示，并且该系统装配有允许这里所提出的用于监控的方案的接口。
图9示出了用于监控在一个单元的内部提供的频率信号的方法90的流程图。在此，所述方法90包括接收步骤91，其中从通信接口接收时钟信号或控制信号的一个或多个二进制信号电平，其中所述通信接口被构造为根据通信协议传递信息。此外，所述方法90还包括提供步骤92，其中在单元中提供频率信号；以及包括比较步骤93，其中将所述频率信号与从所述通信接口接收的时钟信号的信号电平的时间序列进行比较，以获得比较结果，或通过所述控制信号和所述频率信号来控制计数器，以获得计数器读数。最后，所述方法90包括识别步骤94，其中当所述比较结果满足预定标准或当计数器读数处于预定的值域内时，识别出所述频率信号的预定质量，以通过所识别出的频率信号的质量对该频率信号进行监控。
Claims (9)
1.一种用于监控在一个单元(102)内提供的频率信号(104)的方法(90)，其中所述方法具有下列步骤：
-接收步骤(91)，其中从通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)接收时钟信号和控制信号的多个二进制信号电平，其中所述通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)用于根据通信协议传递信息；
-提供步骤(92)，其中在所述单元中提供频率信号(104)；
-比较步骤(93)，其中将所述频率信号(104)与从所述通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)接收的时钟信号的二进制信号电平的时间序列进行比较，以获得比较结果，其中所述频率信号(104)被提供给计数器(106)以获得所述计数器(106)的计数器读数，以及其中第二计数器(206)由所述控制信号和从所述通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)接收的时钟信号的二进制信号电平控制，以获得第二计数器读数；以及
-识别步骤(94)，其中当比较结果满足预定标准时，识别出所述频率信号(104)的预定质量，以通过所识别出的频率信号(104)的质量对该频率信号进行监控。
2.根据权利要求1所述的方法(90)，其特征在于，还包括输出步骤，其中当所识别出的频率信号(104)的质量满足限定的标准时通过所述通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)的信号线路输出控制信号。
3.根据上述权利要求中任一项所述的方法(90)，其特征在于，此外，在所述识别步骤中当所述第二计数器读数与所述计数器(106)的计数器读数的最大偏差处于预定公差值的值域中时，识别出所述预定质量。
4.根据权利要求1或2所述的方法(90)，其特征在于，所述单元(102)是传感器，其中所述方法(90)还包括传递步骤，其中通过所述通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)的信号线路传递代表物理量的测量信号。
5.根据权利要求1或2所述的方法(90)，其特征在于，在所述接收步骤(91)中，根据标准化的通信协议通过所述通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)的信号线路接收数据。
6.根据权利要求5所述的方法(90)，其特征在于，所述标准化的通信协议是SPI、CAN、Flex Ray或PSI5总线协议。
7.根据权利要求1或2所述的方法(90)，其特征在于，在所述接收步骤(91)中，从所述控制信号和经由数据输出口发送的数据的信号沿变化实现产生时钟信号，该时钟信号除了时钟信息外包含至少一个其他的数据信息。
8.一种用于监控在一个单元(102)内提供的频率信号(104)的装置(602、702、802)，所述装置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法(90)的步骤。
9.一种用于监控频率信号(104)的监控设备，其中所述监控设备具有下列特征：
-根据权利要求8所述的装置(602、702、802)；
-总线传递系统，该总线传递系统与所述装置(602、702、802)的通信接口(CLK、CS、MOSI、MISO)连接并用于将数据从所述装置(602、702、802)传递到一个控制单元(502)；
-所述控制单元(502)，该控制单元用于输出用于激活所述装置(602、702、802)的时钟信号和控制信号，其中所述控制单元还用于实施对所述频率信号(104)的监控，使得当结果信号与预期的结果信号不一致时，输出错误警告信号。
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