CN1037716C - 微计算机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种微计算机，它具有一个中心处理单元，一个非挥发性存储器，一个挥发性存储器，一个监视电路及一个输入/输出单元。在微计算机中可以有两种不同的工作状态。在第一工作状态中，微计算机执行位于非挥发性存储器中的程序。在第二工作状态中，微计算机执行位于挥发性存储器中的程序。当监视电路在一预定时间后未收到监视信号时，它使微计算机复位。
Description
本发明涉及一种根据独立权利要求中类型的微计算机。由摩托罗拉(Motorola)1992年的数据表(Data Sheet MC68 F333TS/D已经公知了一种微计算机，它除中心处理单元外还具有一个可编程的非挥发性存储器(Flash-EEPROM)，输入/输出部件，一个监视电路(监视计时器)，及一个挥发性存储器(Code-RAM)(在其中可写入程序数据，中心处理单元的指令计数器可以在其中取数)。所述的所有部件均集成在一个芯片上。该微计算机是这样设计的，它不但能取出存储在可编程序的非挥发性存储器中的程序数据，而且也能处理位于挥发性存储器中的程序。在这两种情况中，监视电路总是有效的，即必须保证在正常的程序流程时监视电路及时地被复位，因为否则监控电路则执行微计算机的复位。这种微计算机的缺点在于：通过挥发性存储器中存储内容的任意改变(例如通过EMV干扰辐射)可能形成一个程序循环，在其中尽管程序流程是不正常，监视电路总及时地复位。
具有独立权利要求特征部分特征的根据本发明的微计算机与此相反具有这样的优点：在可编程、非挥发性存储器中程序的处理(ROM方式)及在挥发性存储器中程序的处理(RAM方式)之间设立了一个分隔。该分隔在于：使在第二工作状态(RAM方式)中监视电路根本不可能复位。仅在第一工作状态(ROM方式)时监视电路才进行复位。由此就难于形成受EMV干扰形成的程序循环，这种程序循环中尽管出现了受干扰的程序流程仍能使监视电路及时复位。
通过在从属权利中描述的措施，可使独立权要求中给出的微计算机可进一步开发及改进。
一方面，有利的是：微计算机的至少两种不同工作状态的选择是通过地址的译码隐式地实现的。由此使编码成本保持很低。另一方面，有利的作法是：微计算机的至少两种不同工作状态的选择是通过微计算机工作方式的明显转换来实现的。由此就达到了两种工作状态之间较强的隔离，以使编程员得以更好的控制工作状态。
此外特别有利的作法是，微计算机包括一个程序流程计数器。该计数器至少当微计算机工作在第二工作状态(RAM方式)时被启动。通过在按正常的程序流程时总是根据一定数目的程序指令次序以一确定的方式被置位的该程序流程计数器，可以对程序流程进行附加检查。
另外，有利的是，微计算机包含这样的装置：当程序流程计数器的检查是一非正常程序流程时，该装置检验程序流程计数器的状态及抑制监视电路的输出。由此实际上就排除了由EMV干扰程序循环的形成，在该程序循环的情况下，尽管有非正常的程序流程，监视信号也会在适当的时间被输出。
对于程序流程计数器的状态的简便检查，有利的作法是：微计算机具有一个参考计数器，该计数器在每次检查程序流程计数器的状态以前递增一次；及它具有这样的装置，该装置将程序流程计数器的当前计数状态与参考计数器的当前计数状态相比较，并且在程序流程计数器与参考计数器的计数状态不同时确定出非正常程序流程。
对于简单的实现监控信号的抑制有意义的作法是：在微计算机中设有一个结构寄存器，其中当工作状态转换(从ROM方式向RAM方式转换)时在结构寄存器中的一个特征位被置位，由此使一个电子装置这样地开关，即它将使传送监视信号的导线阻断。
在以下的描述中，详细地说明在附图中所描绘的本发明实施例。
图1：本发明一个实施例的简略方框电路图；
图2：根据本发明的微计算机的方框电路图；
图3：根据本发明的微计算机中心处理单元的细节部分；
图4：在根据本发明的微计算机中执行的一个程序的第一结构图；
图5：在根据本发明的微计算机中执行的一个程序的第二结构图；及
图6：在根据本发明的微计算机中执行的一个程序的第三结构图。
在图1中，标号10表示一个微计算机。在微计算机10上连接着一个开发计算机(development computer)9。计算机10与开发计算机9的连接是借助一个串行数据传输导线8实现的。该实施例涉及控制装置的应用领域。这里控制装置应体现为发动机控制装置。为了简化起见，在控制装置方面仅表示出微计算机10。在一个控制装置的开发应用阶段尤其应该求得用于控制装置的最佳程序流程。对此，控制装置的程序流程有时要多次作出改变。改变的结果然后通过控制装置的试验运行来求得。程序流程的改变主要涉及程序流程的一某些程序段。因此不需要每次都将一个完整的新程序编程到微计算机的存储器中。如果控制装置或控制装置的微计算机具有一个代码RAM(code-RAM)，则这个代码RAM可有利地为该应用充分利用。即在该代码RAM中可用简单的方式及方法写入一个新程序，而不必需要由可编程的非挥发性存储器对此执行较长的编码过程。发动机控制装置根据发动机的输入变量来计算例如内燃机的单个气缸的燃料喷入时间及点火时间。这些控制值的计算是根据本身公知的算法进行的。但是对算法来说具有各种不同的可能性。为了在这里求得用于发动机的最佳算法，将应用在此所述的应用系统。本申请人试图，在优化用于控制装置的程序流程时在控制值计算的精确度一方与对此所需的计算时间需要量一方的两者之间找到妥协。
为了达到尽可能精确的计算结果，明智的方式常常是使用尽可能多的内燃机参数(如转数，发动机负载，发动机温度，空气温度，电池电压等)。另一方面，对于计算燃料喷入时间及点火时间来说取发动机负载及转数作为参数就足够了。通常由这两个量便可计算出初级控制值。为了在该计算中能加入另外参数的影响，常常是对该预计算控制值然后进行仅是一次的修正。本实施例涉及根据作为附加工作参数的发动电温度对一种六汽缸的内燃机的各汽缸的点火角及燃料喷入时间的粗预计算控制值的校正。-控制装置的微计算机10具有如图2中所示的结构。其中，标号11表示微计算机的CPU。标号12表示监视电路，它在文献中也被称为监视定时器(watchdog timer)。标号13表示可编程序的非挥发性存储器。标号14表示一种挥发性存储器(code-RAM)，它具有可构成用于CPU11的程序存储器的特点。最后用标号16表示微计算机的输入/输出部件。在其中也应包括一个串行接口。
图3表示微计算机10的中心处理单元11的一个细节部分。在中心处理单元11中设有一个结构寄存器20。该结构寄存器20由一定数量的特征位组成。其中两个特征位需特别地强调。当微计算机10工作在第一工作状态(ROM方式)，即它在处理非挥发性存储器中的程序时，该特征位总被置位。如果相反地，该微计算机工作在第二工作状态(RAM方式)，则特征位21不被置位。特征位21的状态经由导线23被传送到与门24的第一输入端。在该与门24的第二输入端上送入特征位22的状态。特征位22借助于微计算机10的一个子程序仅作短时的置位，即当对监视电路12应给出一个监视信号时，则总是将其置位。仅当特征位21被置位时，该监视信号才能到达监视电路12。否则与门电路24将该信号阻断。
当微计算机10工作时，在监视电路12中一个时间计数器向上计数。一旦该时间计数器产生了一次溢出，则通过监视电路12的内部逻辑使微计算机10复位。在图3中通过导线18将该复位信号传送给中心处理单元11。监视电路12是这样工作的，即在时间计数器产生溢出前，该内部时间计数器必须连续地被复位。仅当该复位及时地完成时，才不发生微计算机10的复位。因此应该由编程人员负责在正常的程序流程时实现监视电路12的及时复位。对此编程员应在程序中确定的程序位置上插入相应的指令。以下将借助图4，5及6对微计算机10中的程序流程作详细的说明。
在图4中用标号30表示程序开始。在程序开始30后面的程序步骤31中进行微计算机10的启动。在询问步骤32中，将询问外部开发计算机9是否已连接到微计算机10上。如果询问的结果为“是”，则在程序步骤33中将一应用函数(application function)存入到微计算机10的代码RAM14中。如果开发计算机9未与微计算机10相连接，则不进行程序步骤33。而在程序步骤34中进行时于控制过程的工作参数检测。由此在其中获得发动机转数及发动机负载。然后在程序步骤35中根据检测到的工作参数即发动机转数及发动机负载计算粗控制值。接着在程序步骤36中执行事先存储在代码RAM14中的应用函数。随后在程序步骤37中进行控制函数执行。在此以后第一次计算周期便告结束，然后从程序步骤34开始下一计算周期。
在图5中表示出应用函数的详细结构图。标号40表示调用应用函数。接着首先在程序步骤41执行工作状态的转换(由ROM方式转换到RAM方式)。这时将结构寄存器20中的特征位21复位。随后在程序步骤42中根据附加的应用函数对第一控制值(内燃机汽缸1的点火时间及燃料喷入时间)进行校正。在程序步骤42以后，在程序步骤43中将程序流程计数器置成“1”。接着在程序步骤44中进行对用于使监视电路12复位的子程序的调用。在子程序调用44后进行作为第二步的对控制值2(内燃机汽缸2的点火时间及燃料喷入时间)的校正。这在图5中没有详细的表示，因为实际上对此重复程序步骤42，43及44。因此不再对这些程序步骤作专门的描述。最后，在控制值1-5校正后，在程序步骤45中执行对控制值6的校正。然后在程序步骤46中再将程序流程计数器重新置位，并在程序步骤44中调用使监视电路12复位的子程序。如果该子程序正确地被处理，则接着在程序步骤47中进行从RAM方式到ROM方式的转换。在返回到主程序的返回步骤48上结束该应用函数。
对起复位监控电路作用的子程序将在以下借助于图6加以说明。在子程序调用49以后在程序步骤50中进行微计算机10的工作状态的转换，并且该转换是由RAM方式到ROM方式的转换。这时将结构寄存器20中的特征位21置位。接着在询问步骤52中检查：程序流程计数器是否显示正常的程序流程。对此采用了一个参考计数器，它在程序步骤36中调用应用函数时被置成一个初始值，并当每次调用计算机写入脉冲刷新(WD-Refresh)时递增。然后将这两个计数器状态进行比较。当这两个计数器状态不相同时，则出现了不正常的程序流程。同样可以设想，在这里对一个附加时间计数器进行监视。如果该程序流程计数器在一定时间界限中未有变化，则程序流程可能结束在一个错误的程序流程上。如果在询问步骤52中确认了程序流程是按照顺序的，则在程序步骤53中执行监视电路12的复位。这时使特征位22在结构寄存器20中置位一定时间并接着被复位。这样形成的脉冲将通过与门24及连接导线17传送给监视电路12。接着在程序步骤54中执行微计算机10的一次新的工作状态转换，即由ROM方式返回到RAM方式。该用于复位监视电路12的子程序结束在返回步骤55上。如果在询问步骤52中程序流程被辨认为不正常的，则不进行程序步骤53，因此将不进行监视电路12的复位。在短时间以后该监视电路12便使微计算机10完全复位，用以导致一种可靠的状态。
根据本发明的微计算机10不仅提供了在载重汽车控制装置的应用上的优点。当微处理机处理位于微处理机10的代码RAM14中的程序时，微处理机的可靠工作总是能被保证的。对此另一应用例是内部可编程的非挥发性存储器13的编程。对此也将使用代码RAM14。此时在代码RAM中存储编程算法。待编程序的数据从一个连机的外部编程装置传送到微计算机10。如果对周期的RAM方式的转出的强制有妨碍的话，可以通过附加的硬件措施设置监视电路12的暂停。因此，例如可以当在RAM方式中的可编程非挥发性存储器(EEPROM)编程时，通过分开的各编程插脚形成暂停。
对于本发明并非一定需要使微计算机的各个部件集成在一块芯片上。这些部件也可以被设置在分开的各芯片上。
对于本发明也并非一定需要在微计算机10中明显地设置工作状态转换部分。工作状态的识别也可是隐式的，例如通过地址译码来实现。
此外，在程序步骤52后确定非正常程序流程时，也可直接启动微计算机10的复位。
Claims (6)
1.微计算机，具有一个中央处理单元；一个非挥发性存储器及一个挥发性存储器，其中非挥发性存储器及挥发性存储器可作为程序存储器使用，以致在它们中可存储由中央处理单元执行的程序；并具有一个输入/输出单元及一个监视电路，当该监控电路在一预定时间后未收到监视信号时，它便使微计算机复位，其特征在于：在该微计算机(10)中至少可能具有两种不同的工作状态；其中微计算机(10)在第一工作状态中执行非挥发性存储器(13)中的程序；而在第二工作状态中执行挥发性存储器(14)中的程序；及微计算机(10)包括用于抑制监视信号的装置，当微计算机(10)在第二工作状态中作处理时，该装置总是有效的。
2.根据权利要求1所述的微计算机，其特征在于：微计算机(10)的至少两种不同工作状态的选择是通过地址空间的译码隐式地实现的。
3.根据权利要求1所述的微计算机，其特征在于：微计算机的至少两种不同工作状态的选择是通过微计算机(10)工作方式的明显转换实现的。
4.根据上述各权利要求中一项所述的微计算机，其特征在于：它包含一个程序流程计数器，它至少当微计算机(10)工作在第二工作状态中时被启动，并且它在按正常的程序流程时总是在一定的程序指令序列后以一种确定的方式被置位；及它包含这样的装置，该装置检查程序流程计数器的状态并在当程序流程计数器的检查显示出为非正常程序流程时抑制监视电路的输出。
5.根据权利要求4所述微计算机，其特征在于：它具有一个参考计数器，该计数器在每次检查程序流程计数器的状态以前递增一次；及它具有这样的装置，该装置将程序流程计数器的实际计数状态与参考计数器的实际计数状态相比较，并且在程序流程计数器与参考计数器的计数状态不相同时检查出非正常程序流程。
6.根据权利要求1中所述的微计算机，其特征在于：它具有一个结构寄存器(20)；及它具有这样的装置，该装置在工作状态从第一工作状态转换到第二工作状态时使结构寄存器(20)中的特征位(21)置位，由此使一个电子装置(24)这样地开关，即它使将监视信号传送给监视电路(12)的导线(17)阻断。
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