DE10040890C1 - System und Verfahren zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers - Google Patents

System und Verfahren zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers

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Abstract

Insbesondere zum Einsatz im Automobilbereich, beispielsweise für ein Getriebesteuergerät, eignet sich das vorgeschlagene System zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers, der vor dem Hochtemperaturbetrieb so programmiert ist, daß jeder Datensatz in dem Flash-Speicher redundant abgespeichert ist. Das System ist versehen mit einem Temperatursensor, der eine die Temperatur des Flash-Speichers charakterisierende Temperatur mißt, und mit einer mit dem Temperatursensor und dem Flash-Speicher verbundenen Steuereinheit, die einen Zeitgeber umfaßt. Die Steuereinheit ist so ausgebildet, daß sie die Temperatursignale vom Temperatursensor empfangen und durch Integration der daraus ermittelten Temperaturwerte über die Zeit einen kumulierten Wärmebelastungswert des Flash-Speichers ermitteln kann. Wenn der kumulierte Wärmebelastungswert einen vorherbestimmten Wärmebelastungsgrenzwert überschreitet und die aktuelle den Flash-Speicher charakterisierende Temperatur einen vorherbestimmten Temperaturgrenzwert unterschreitet, der so gewählt ist, daß ein sicherer Lösch-/Programmierbetrieb des Flash-Speichers möglich ist, prüft die Steuereinheit die Datensätze auf Konsistenz, wobei sie dann, wenn sie Konsistenz eines Datensatzes festgestellt hat, einen Refresh der zu dem Datensatz gehörenden Speicherzellen des Flash-Speichers durchführen kann, und dann, wenn sie festgestellt hat, daß einer der redundant abgespeicherten Datensätze nicht konsistent zu dem oder den entsprechenden ...

Description

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers, das insbesondere in Verbindung mit Getriebesteuergeräten von Automobilen Verwendung finden kann.
Die Verwendung von Flash-Speichern (z. B. FEPROMs) in Kraftfahrzeugen zum Speichern fahrzeugspezifischer Parameter bietet die Möglichkeit beispielsweise ein Getriebesteuergerät in großen Stückzahlen und damit preisgünstig zu fertigen und erst beim Einbau in einen Fahrzeugtyp zu programmieren. Flash-Speicher weisen eine hohe Speicherdichte auf und lassen sich blockweise löschen, wodurch eine schnelle und einfache Programmierung gewährleistet ist. Der Einsatz solcher Speicher bei hohen Temperaturen von über 100Ø C, wie sie im Automobilbereich z. B. im Bereich des Getriebes, in dessen Umgebung die Flash-Speicher angebracht werden können, auftreten, bereitet jedoch erhebliche Probleme, da durch die mit der Temperatur exponentiell steigende Elektronenbeweglichkeit die Speicherzellen mit der Zeit ihre Ladung verlieren, wodurch die Haltbarkeitszeit der gespeicherten Daten, die sogenannte "Data Retention Time", abnimmt.
In der JP 10021693 A wird vorgeschlagen, die Umgebungstemperatur einer Speichervorrichtung zu messen und die in dieser Vorrichtung gespeicherten Daten jeweils aufzufrischen, wenn die gemessene Temperatur einen festgelegten Grenzwert erreicht.
Nach dem in der DE 31 33 304 A1 beschriebenen Verfahren werden in EPROMs abgelegte Programme zur Steuerung von Fahrzeugsystemen im Speicher redundant abgelegt, wobei regelmäßig z. B. beim Starten des Fahrzeugs eine Überprüfung der gespeicherten Daten vorgenommen wird. Die Überprüfung kann durch die Verwendung einer Quersumme erfolgen. Wenn ein Datenfehler in einer Version des Programms erkannt wird, wird eine Fehlermeldung generiert und die zweite, einwandfreie Version zum Betrieb des Systems verwendet.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein System und ein Verfahren zum Betrieb eines Flash-Speichers zu schaffen, bei denen das Risiko eines Datenverlustes beim Einsatz unter hohen Temperaturen - wie sie z. B. im Bereich des Getriebes eines Kraftfahrzeugs auftreten - verringert ist.
Um diese Aufgabe zu lösen schafft die Erfindung ein System zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers, der vor dem Einsatz unter erhöhten Temperaturen so programmiert ist, daß jeder Datensatz in dem Flash-Speicher redundant abgespeichert ist, mit - einem Temperatursensor, der eine die Temperatur des Flash-Speichers charakterisierende Temperatur mißt, und - einer mit dem Temperatursensor und dem Flash-Speicher verbundenen Steuereinheit, die einen Zeitgeber umfaßt und so ausgebildet ist, daß sie die Temperatursignale vom Temperatursensor empfangen und durch Integration der daraus ermittelten Temperaturwerte über die Zeit einen kumulierten Wärmebelastungswert des Flash-Speichers ermitteln kann und dann, - wenn der kumulierte Wärmebelastungswert einen vorherbestimmten Wärmebelastungsgrenzwert überschreitet und - die aktuelle den Flash-Speicher charakterisierende Temperatur einen vorherbestimmten Temperaturgrenzwert unterschreitet, der so gewählt ist, daß ein sicherer Lösch-/Programmierbetrieb des Flash-Speichers möglich ist, - die Datensätze auf Konsistenz prüfen kann, wobei die Steuereinheit dann, - wenn sie Konsistenz eines Datensatzes festgestellt hat, einen Refresh der zu dem Datensatz gehörenden Speicherzellen des Flash-Speichers durchführen kann und dann, - wenn sie festgestellt hat, daß einer der redundant abgespeicherten Datensätze nicht konsistent zu dem oder den entsprechenden dazu passenden anderen Datensätzen ist, anhand eines korrekten Datensatzes durch Neuprogrammieren den inkorrekten Datensatz so in dem Flash-Speicher wiederherstellen kann, daß er konsistent zu dem korrekten Datensatz ist. Durch die Redundanz der gespeicherten Daten ist die Steuereinheit bei einem Fehler in einem Datensatz erstens in der Lage auf einen anderen Datensatz ausweichen und zweitens den fehlerhaften Datensatz anhand des anderen Datensatzes zu reparieren. Weiterhin verringert das regelmäßige Auffrischen des Speicherinhaltes das Risiko eines thermisch bedingten Datenverlustes.
Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein entsprechendes Verfahren gemäß Anspruch 7 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben, wobei Bezug genommen wird auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Systems zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash-Speichers;
Fig. 2 schematisch ein Fahrzeuggetriebe, bei dem das in der Fig. 1 dargestellte System eingesetzt wird.
Das in Fig. 1 dargestellte System 10 weist einen Flash-Speicher 12, der in drei Blöcken 14a, 14b und 14c organisiert ist, eine Steuereinheit 16 und einen Temperatursensor 18, der in thermischem Kontakt mit dem Flash-Speicher 12 oder dessen nächster Umgebung steht, auf. Der Temperatursensor 18 ist mit der Steuereinheit 16 verbunden, und liefert dieser laufend Signale, die die aktuellen Temperaturwerte repräsentieren. Die Steuereinheit, die z. B. einen nicht dargestellten Prozessor mit ROM-Speicher enthalten kann, wandelt diese Signale in digitale Temperaturwerte um. Die Steuereinheit 16 kann über die schematisch dargestellten Steuer- und Datenleitungen 20 jeden der drei Blöcke 14a, 14b, 14c einzeln löschen, beschreiben (programmieren) und auslesen. Darüber hinaus steht die Steuereinheit 16 über Leitungen 22 mit anderen, in Fig. 1 nicht dargestellten Einheiten außerhalb des Systems 10 in Verbindung, mit denen sie Befehle und Daten austauschen kann.
In den drei Blöcken 14a, 14b, 14c sind jeweils identische Datensätze gespeichert, die vorzugsweise jeweils um ebenfalls in den Blöcken abgelegte Prüfsummen ergänzt sind.
Eine beispielhafte Anwendung für das System 10 ist in Fig. 2 dargestellt. Hier ist ein erfindungsgemäßes Getriebesteuergerät 30 an einem Getriebe 32 eines Kraftfahrzeuges angebracht. Das Getriebesteuergerät 30 besteht aus dem System 10 aus Fig. 1, einem Mikrocontroller 34 und einem Festwertspeicher (ROM) 36. Das Getriebesteuergerät 30 ist mit einem Wählhebel 38 und einem Stellmotor 40 für das Getriebe 32 elektrisch verbunden. Im ROM 36 ist das Betriebssystem für den Mikrocontroller 34 gespeichert, der mit der Steuereinheit 16 verbunden ist. Im Flash-Speicher 12 sind die optimalen Parameter und Programme zum Wechsel der Getriebestufen abgelegt.
Das Getriebesteuergerät 30 hat die Aufgabe, das Getriebe 32 gemäß der Anforderung vom Wählhebel 38 optimal zu steuern. Dazu erhält die Steuereinheit vom Wählhebel 38 die Anforderung, das Getriebe 32 in eine höhere oder eine niederere Stufe zu schalten, oder die automatische Steuerung des Getriebes zu übernehmen. Anhand der im Flash-Speicher 12 abgelegten Daten steuert der Mikrocontroller 34 dann den Stellmotor 40 zum Wechsel der Getriebestufen an. Da das Getriebesteuergerät 30 und damit auch das System 10 in direktem thermischen Kontakt 42 zum Getriebe 32 stehen, ist der Flash-Speicher 12 den Temperaturen des Getriebeöls ausgesetzt, die typischerweise bis zu 140°C betragen und durch Strahlungseinflüsse eines u. U. in der Nähe angebrachten Katalysators bis zu 150°C erreichen können.
Beim Einschalten der Zündung wird das System 10 durch den Mikrocontroller 34 vom passiven in den aktiven Zustand versetzt, in welchem es die Parameter und Programme zum Wechsel der Getriebestufen an den Mikrocontroller 34 übergeben kann. Beim Eintritt in den aktiven Zustand führt die Steuereinheit 16 eine Konsistenzprüfung der im Flash-Speicher gespeicherten Datensätze anhand von diesen zugeordneten gespeicherten Prüfsummen aus. Die Prüfsummen erlauben eine schnelle Überprüfung der Datensätze auf Korrektheit. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Daten der einzelnen Blöcke 14a, 14b, 14c byteweise miteinander zu vergleichen. Die Konsistenzprüfung kann auch sukzessive erfolgen, wobei erst die Prüfsumme überprüft wird und dann, wenn ein Fehler in der Prüfsumme festgestellt wurde, die byteweise Überprüfung erfolgt. Falls die Prüfung ergibt, daß alle Daten in Ordnung sind, kann die Steuereinheit 16 einen beliebigen Datensatz zur Steuerung des Getriebes 32 übergeben. Falls sich bei der Prüfung Fehler in den Datensätzen ergeben, dann wählt die Steuereinheit einen Datensatz zur Steuerung des Getriebes aus, der keine Fehler aufweist.
Beim anschließenden Ausschalten der Zündung geht das System 10 wieder in den passiven Zustand über. Dann wird gegebenenfalls ein fehlerhafter Datensatz von der Steuereinheit 16 repariert, indem der gesamte fehlerhafte Datensatz gelöscht und mit den Daten aus einem der fehlerfreien Datensätze wieder beschrieben wird. Diese Reparatur findet jedoch erst dann statt, wenn die mittels des Temperatursensors 18 überwachte Temperatur des Flash-Speichers unter einen bestimmten Temperaturgrenzwert, in diesem Fall von 120°C gesunken ist, wobei der Temperaturgrenzwert so ausgewählt ist, das ein sicherer Lösch-/und Programmiervorgang des Flash-Speichers gesichert ist. Oberhalb einer Temperatur von 120°C werden keine Schreib- und Löschvorgänge durchgeführt, um eine zusätzliche Belastung des Flash-Speichers und das damit verbundene Risiko von Datenverlusten zu vermeiden.
Für den unwahrscheinlichen Fall, daß alle drei Datensätze Fehler aufweisen, kann der Microcontroller 34 das Getriebe anhand eines nicht optimierten Notprogrammes steuern, welches im ROM 36 abgelegt ist.
Darüber hinaus wird von der Steuereinheit 16 ständig ein kumulierter Wärmebelastungswert für die Daten im Flash-Speicher bestimmt. Dazu integriert die Steuereinheit 16 die von dem Temperatursensor 18 erfasste und an die Steuereinheit 16 übermittelte Temperatur des Flash-Speichers 12 über die Zeit, wobei jeder Temperaturwert mit einem temperaturabhängigen Bewertungsfaktor versehen wird. Die Bewertungsfaktoren Können beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß für jeden Temperaturwert die Mindestzeit ermittelt wird, während der die Daten bei konstanter Temperatur fehlerfrei gespeichert bleiben.
Überschreitet der durch die Integration erhaltene Wärmebelastungswert einen vorherbestimmten Wärmebelastungsgrenzwert (der z. B. einer Belastung des Flash-Speichers von 120°C über 30 Std., von 130°C über 10 Std., von 140°C über 3 Std. oder 150°C über 1 Std. entsprechen kann bzw. entsprechenden Kombinationen aus Zwischentemperaturen und Zeiten), für den mit hinreichender Wahrscheinlichkeit ein völliger Datenverlust ausgeschlossen werden kann, dann führt die Steuereinheit 16 einen Auffrischvorgang (Refresh) durch, sobald sich das System 10 im passiven Zustand befindet und die überwachte Temperatur des Flash-Speichers 12 unter den Temperaturgrenzwert gesunken ist. Dabei werden zunächst alle Blöcke 14a, 14b, 14c wie oben erläutert durch eine Konsistenzprüfung auf Fehlerfreiheit hin überprüft. Danach wird ein erster Block ausgewählt, dessen Datensatz vollständig gelöscht und der Block mit dem Datensatz eines benachbarten fehlerfreien Blockes wieder beschrieben. Anschließend wird derselbe Vorgang mit dem nächsten Block durchgeführt, solange bis alle Blöcke neu beschrieben sind. Nach diesem Auffrischen wird die Integration des Wärmebelastungswertes neu gestartet. Ist bei der Überprüfung der Datensatz eines Blockes als fehlerhaft erkannt worden, dann wird dieser Block als erster ausgewählt, gelöscht und neu programmiert, damit wenigstens ein fehlerfreier Datensatz erhalten bleibt. Auf diese Weise wird der fehlerhafte Datensatz unter Ausnutzung der Redundanz der Daten im Zuge des Auffrischens wie oben beschrieben repariert.
Wird das System 10 während der Reparatur oder dem Auffrischen eines Datensatzes vom passiven in den aktiven Zustand versetzt, dann unterbricht die Steuereinheit 16 den Reparatur- oder Auffrischvorgang und setzt diesen erst dann fort, wenn sich das System 10 wieder im passiven Zustand befindet und die mittels des Temperatursensors 18 überwachte Temperatur des Flash-Speichers unter einen bestimmten Temperaturgrenzwert, in diesem Fall 120°C gesunken ist.
Das regelmäßige Auffrischen des Speicherinhalts verringert das Risiko eines Datenverlustes, wobei durch die Anpassung der Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Auffrischvorgängen, also der Zykluszeit, in Abhängigkeit von den Temperaturen, denen der Flash-Speicher seit dem letzten Auffrischen ausgesetzt war, die Anzahl der Schreib- und Löschvorgänge optimiert werden kann. Damit können die Belastung des Speichers und auch der Stromverbrauch der System minimiert werden, wobei die Lebensdauer des Flash-Speichers maximiert wird.

Claims (7)

1. System (10) zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash- Speichers (12), der vor dem Hochtemperaturbetrieb so programmiert ist, daß jeder Datensatz in dem Flash-Speicher redundant abgespeichert ist, mit
einem Temperatursensor (18), der eine die Temperatur des Flash- Speichers charakterisierende Temperatur mißt, und
einer mit dem Temperatursensor und dem Flash-Speicher verbundenen Steuereinheit (16), die einen Zeitgeber umfaßt und so ausgebildet ist, daß sie die Temperatursignale vom Temperatursensor empfangen und durch Integration der daraus ermittelten Temperaturwerte über die Zeit einen kumulierten Wärmebelastungswert des Flash- Speichers ermitteln kann und dann,
wenn der kumulierte Wärmebelastungswert einen vorherbestimmten Wärmebelastungsgrenzwert überschreitet und
die aktuelle den Flash-Speicher charakterisierende Temperatur einen vorherbestimmten Temperaturgrenzwert unterschreitet, der so gewählt ist, daß ein sicherer Lösch-/Programmierbetrieb des Flash- Speichers möglich ist,
die Datensätze auf Konsistenz prüfen kann, wobei die Steuereinheit dann,
wenn sie Konsistenz eines Datensatzes festgestellt hat, einen Refresh der zu dem Datensatz gehörenden Speicherzellen des Flash- Speichers durchführen kann und dann,
wenn sie festgestellt hat, daß einer der redundant abgespeicherten Datensätze nicht konsistent zu dem oder den entsprechenden dazu passenden anderen Datensätzen ist, anhand eines korrekten Datensatzes durch Neuprogrammieren den inkorrekten Datensatz so in dem Flash-Speicher wiederherstellen kann, daß er konsistent zu dem korrekten Datensatz ist.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensätze jeweils mit einer Prüfsumme versehen sind, die zur Konsistenzprüfung herangezogen wird.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Datensätze zur Gewährleistung der Redundanz im Flash-Speicher mehrfach identisch abgespeichert sind.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit so ausgebildet ist, daß sie die mehrfach abgespeicherten Datensätze durch byteweises Vergleichen auf Konsistenz prüfen kann.
5. Getriebesteuergerät (30) mit einem System nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
6. Getriebe (32), das mit einem Getriebesteuergerät (30) nach Anspruch 5 verbunden ist.
7. Verfahren zum sicheren Hochtemperaturbetrieb eines Flash- Speichers (12), der vor dem Hochtemperaturbetrieb so programmiert ist, daß jeder Datensatz in dem Flash-Speicher redundant abgespeichert ist, mit den folgenden Schritten:
es wird eine die Temperatur des Flash-Speichers charakterisierende Temperatur gemessen, und
es werden die gemessenen Temperaturwerte über die Zeit integriert, um einen kumulierten Wärmebelastungswert des Flash- Speichers zu ermitteln,
und es werden dann,
wenn der kumulierte Wärmebelastungswert einen vorherbestimmten Wärmebelastungsgrenzwert überschreitet
und die aktuelle den Flash-Speicher charakterisierende Temperatur einen vorherbestimmten Temperaturgrenzwert unterschreitet, der so gewählt ist, daß ein sicherer Lösch-/Programmierbetrieb des Flash-Speichers möglich ist,
die Datensätze auf Konsistenz geprüft, wobei dann,
wenn die Konsistenz eines Datensatzes festgestellt wird ein Refresh der zu dem Datensatz gehörenden Speicherzellen des Flash- Speichers durchgeführt wird und dann,
wenn festgestellt wird, daß einer der redundant abgespeicherten Datensätze nicht konsistent zu dem oder den entsprechenden dazu passenden anderen Datensätzen ist, anhand eines korrekten Datensatzes durch Neuprogrammieren der inkorrekte Datensatz so in dem Flash- Speicher wiederhergestellt wird, daß er konsistent zu dem korrekten Datensatz ist.
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