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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Mikrocontroller und Verfahren, und insbesondere einen Mikrocontroller und ein Verfahren, zum Modifizieren eines Übertragungssignals.
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STAND DER TECHNIK
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Die Komplexität von Kraftfahrzeugelektronik – als ein Beispiel für die Mikrocontroller-Verwendung – nimmt weiter zu. Ferner gibt es Sicherheitsanforderungen für das Prüfen von Mikrocontrollern und der umgebenden Komponenten. Einige Validierungen müssen auf Systemebene durchgeführt werden, auf der ein Mikrocontroller mit anderen Komponenten ein System bildet, um eine oder mehrere Funktionen zu liefern. Um einige Sicherheitsanforderungen zu validieren, ist es entscheidend, unter Verwendung von Schnittstellenprotokollen, die mehrere Komponenten im System miteinander verbinden, Realwelt-Szenarien zu erzeugen. Solche Protokolle wären zum Beispiel, aber ohne Beschränkung darauf, I2C, CAN, PSI5, PSI5s, SENT, MSC und so weiter. Es ist bekannt, Mikrocontrollern oder den umgebenden Komponenten fehlerhafte Signale zuzuführen. Verwendet werden zusätzliche Elemente oder Vorrichtungen, die sich außerhalb des Systems befinden und die schwierig zu verwenden sind, wenn sich der Mikrocontroller oder das System am Einsatzort befindet und installiert ist. Die Verwendung dieser Vorrichtungen mit einem getrennten Mikrocontroller oder System kann es schwierig oder unmöglich machen, Realwelt-Szenarien zu erzeugen.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer Ausführungsform umfasst ein Mikrocontroller mindestens eine Signalschnittstelle zum Übertragen von Signalen. Der Mikrocontroller umfasst ferner mindestens ein Fehlerinjektionsmodul. Das Fehlerinjektionsmodul ist dafür ausgelegt, ein der Signalschnittstelle zugeordnetes Übertragungssignal anzuzapfen. Das Fehlerinjektionsmodul umfasst mindestens eine Synchronisationseinheit. Ferner ist die Synchronisationseinheit dafür ausgelegt, in dem angezapften Übertragungssignal das Auftreten mindestens eines Synchronisationsereignisses zu detektieren. Das Fehlerinjektionsmodul ist dafür ausgelegt, das angezapfte Übertragungssignal durch Hinzufügen mindestens einer Störung zu dem Übertragungssignal synchron mit mindestens dem detektierten Auftreten des Synchronisationsereignisses zu modifizieren.
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Bei einer anderen Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Modifizieren eines Übertragungssignals mindestens die folgenden Schritte: das Übertragungssignal wird angezapft. In dem angezapften Übertragungssignal wird ein Auftreten mindestens eines Synchronisationsereignisses detektiert. Ferner wird das angezapfte Übertragungssignal modifiziert durch Hinzufügen mindestens einer Störung zu dem Übertragungssignal synchron mit mindestens dem detektierten Auftreten des Synchronisationsereignisses.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungsformen werden in den beigefügten Zeichnungen und in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile werden aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen hervorgehen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Offenbarung und ihrer Vorteile wird nun auf die folgenden Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verwiesen. Es zeigen:
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1 eine schematische Ausführungsform eines Mikroprozessors.
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2 schematisch eine Ausführungsform eines Fehlerinjektionsmoduls.
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3 eine Auflistung verschiedener Synchronisationsereignisse zum Decodieren eines Datenprotokolls eines Übertragungssignals.
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4 eine Auflistung einer Definition für ein beispielhaftes Protokoll.
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5 eine Auflistung einer anderen Definition für ein Protokoll, auf dem ein Übertragungssignal basiert.
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6 eine Logikblockdarstellung einer Ausführungsform eines Fehlerinjektionsmoduls.
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7 ein Beispiel für ein Übertragungssignal und das jeweilige modifizierte Übertragungssignal mit einem unterdrückten Hoch-Impuls.
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8 ein Beispiel für ein Übertragungssignal und das jeweilige modifizierte Übertragungssignal mit einem unterdrückten Niedrig-Impuls.
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9 eine Ausführungsform einer Logik zur Bewirkung einer Flankenverzögerung.
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10 ein Übertragungssignal und das modifizierte Übertragungssignal mit einer verzögerten Flanke.
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11 eine Ausführungsform, die Anstiegs- oder Abfallzeitvariationen ermöglicht.
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12 eine Ausführungsform einer Logik zum Hinzufügen von Glitches zu Übertragungssignalen.
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13 verschiedene Szenarien für eine Glitches hinzufügende Logik.
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14 ein Übertragungssignal und ein modifiziertes Übertragungssignal mit hinzugefügten Glitches.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden die Herstellung und Verwendung der derzeit bevorzugten Ausführungsformen ausführlich besprochen. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfindungsgemäße Konzepte bereitstellt, die in vielfältigen spezifischen Kontexten realisiert werden können. Die besprochenen spezifischen Ausführungsformen veranschaulichen lediglich spezifische Weisen der Herstellung und Verwendung der Offenbarung und beschränken nicht den Schutzumfang.
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1 zeigt einen Mikrocontroller 1 mit Signalschnittstellen 2, 3 zum Übertragen von Signalen. Die Pfeile geben an, dass die fünf Signalschnittstellen 2 auf der linken Seite des Mikrocontrollers 1 dem Mikrokontroller 1 erlauben, Signale zu empfangen. Diese Signalschnittstellen 2 dienen somit als Eingangssignalschnittstellen. Die drei Signalschnittstellen 2 auf der rechten Seite des Mikrocontrollers 1 dienen als Ausgangssignalschnittstellen 3 für den Mikrocontroller 1.
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Der Mikrocontroller 1 umfasst ferner bei der gezeigten Ausführungsform vier Fehlerinjektionsmodule 4. Das Fehlerinjektionsmodul 4 auf der linken Seite ist über einen Multiplexer 5 mit den fünf Signalschnittstellen 2 verbunden, die bei der gezeigten Ausführungsform als Eingangssignalschnittstellen dienen. Die übrigen drei Fehlerinjektionsmodule 4 sind direkt mit den Signalschnittstellen 3 verbunden, die als Ausgangssignalschnittstellen dienen.
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Die Fehlerinjektionsmodule 4 sind dafür ausgelegt, Übertragungssignale anzuzapfen, die den Signalschnittstellen 2, 3 zugeordnet sind. Daraus folgt, dass das einzige Fehlerinjektionsmodul 4 links Eingangssignale anzapft, die durch die Signalschnittstellen 2 empfangen werden, und dass die drei Fehlerinjektionsmodule rechts Ausgangssignale anzapfen, die durch den Mikrocontroller 1 auszugeben sind und die bei der gezeigten Ausführungsform durch die Signalverarbeitungseinheit 6 bereitgestellt werden. Die Ausgangsübertragungssignale werden hier externen Komponenten 7 zugeführt.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Fehlerinjektionsmoduls 4, das eine Synchronisationseinheit 40 umfasst. Die Synchronisationseinheit 40 ist ausgelegt zum Detektieren eines Auftretens mindestens eines Synchronisationsereignisses in dem angezapften Übertragungssignal. Auf der Basis des detektierten Übertragungssignals modifiziert das Fehlerinjektionsmodul 4 das angezapfte Übertragungssignal durch Hinzufügen mindestens einer Störung zu dem Übertragungssignal synchron mit mindestens dem detektierten Auftreten des Synchronisationsereignisses.
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Somit modifiziert das Fehlerinjektionsmodul 4 ein angezapftes Übertragungssignal und verwandelt dieses Signal in ein fehlerhaftes Signal. Das modifizierte Signal erlaubt daher das Prüfen entweder einer Komponente des Mikrocontrollers 1 oder einer externen Komponente.
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Das in 2 gezeigte Fehlerinjektionsmodul 4 umfasst eine Fehlerinjektionseinheit 41, die die Störung zu dem angezapften Signal hinzufügt. Der Multiplexer 43 erlaubt dem Fehlerinjektionsmodul 4 entweder, das Übertragungssignal durch das Fehlerinjektionsmodul 4 durchzulassen oder das modifizierte Übertragungssignal auszugeben. Bei der gezeigten Ausführungsform umfasst das Fehlerinjektionsmodul 4 außerdem eine Protokolldetektionseinheit 42 zum Detektieren des Protokolls, gemäß dem das Übertragungssignal gegeben ist. Dadurch kann das Fehlerinjektionsmodul 4 das Übertragungssignal richtig analysieren und das richtige Synchronisationsereignis verwenden.
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Der Mikrocontroller 1 umfasst bei einer Ausführungsform ein On-the-Fly-Fehlerinjektionsmodul 4 in dem Mikrocontroller 1 und bei einer anderen Ausführungsform außerhalb des Mikrocontrollers 1. Ein solches On-the-Fly-Fehlerinjektionsmodul 4 zapft die Schnittstellensignale an und injiziert auf der Basis der Fehlerinjektionsanforderungen für die Prüfung Protokoll- und elektrische Fehler. Das On-the-Fly-Fehlerinjektionsmodul 4 ist bei einer Ausführungsform in der Nähe der Schnittstellen (z. B. Anschlussstellen) platziert, bevor das Übertragungssignal durch andere Logik im Mikrocontroller 1 verbraucht wird. Das Fehlerinjektionsmodul kann bei einer Ausführungsform dafür ausgelegt sein, Fehler in Ausgangssignale des Mikrocontrollers 1 zu injizieren, um andere Komponenten (Slave-Vorrichtungen) im System zu prüfen. Bei einer Ausführungsform des Mikrocontrollers 1 gibt es mehrere Instanzen von Fehlerinjektionsmodulen, diese können gleichzeitig verwendet werden, um Fehler entweder auf Eingangssignalen oder Ausgangssignalen auf mehreren Protokollen zu injizieren. Ferner wird bei einer Ausführungsform ein Fehlerinjektionsmodul 4 mit mehreren Signalschnittstellen oder verschiedenen Einheiten in dem Mikrocontroller 1 gemultiplext, um Auswahl von Fehlerinjektion auf einem bestimmten Protokoll und auf einer bestimmten Signalschnittstelle 2, 3 (Pin/Anschlussstelle) zu ermöglichen. Dies gewährleistet große Flexibilität zum Prüfen verschiedener Schnittstellenprotokolle und verschiedener Pins/Anschlussstellen an dem Package durch Verwendung einer kleineren Anzahl von Fehlerinjektionsmodulen in einem Mikrocontroller 1.
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Durch Unterdrückung von Impulsen oder Verzögern der Flanken ändert das Fehlerinjektionsmodul 4 Datenbit in dem Rahmen oder dem Übertragungssignal und verursacht Framing-Fehler. Eine Verzögerung von Flanken kann bei einigen Protokollen elektrische Fehler verursachen. Zum Beispiel verursacht in einem Übertragungssignal, das dem SENT-Protokoll zugeordnet ist, Verzögerung der Impulsflanke um mehr als einen Taktzyklus, dass der Nibble-Wert geändert wird, was Protokollfehler verursacht. Wenn die Verzögerung einer Flanke eines Impulses innerhalb einer Toleranzgrenze liegt, bewirkt sie elektrische Variation auf dem Schnittstellenprotokoll. Jedes Schnittstellenprotokoll weist ein spezifisches Framing-Format und einen spezifischen Datencodierungsmechanismus auf. Dementsprechend ist bei einer Ausführungsform das Fehlerinjektionsmodul 4 dafür ausgelegt, verschiedene Arten von Fehlern (einen oder mehrere Fehler) über jeweilige Störungen zu injizieren, um Protokollfehler und/oder elektrische Fehler auf dem Schnittstellenprotokoll zu verursachen.
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Nochmalige Beschreibung der Ausführungsformen von 1 und 2 in anderen Worten: Es ist eine Ausführungsform von On-the-Fly-Fehlerinjektion gezeigt. Das Übertragungssignal wird durch das Fehlerinjektionsmodul 4 geleitet, und wenn kein Fehler injiziert wird, erreicht dasselbe Übertragungssignal das Ziel des Signals. Während das Übertragungssignal auf der Leitung übertragen wird, wird das Übertragungssignal durch den Block, der die Protokolldetektionseinheit 42 und die Fehlerinjektionseinheit 41 umfasst (auch als Block „Rahmendecoder und Fehlerinjektion” bezeichnet), überwacht. Die Protokolldetektionseinheit 42 (oder der Decoderblock) erkennt verschiedene Phasen des Protokollrahmens, zum Beispiel Rahmenanfang, Status- oder Kennungsphase, Daten- und Prüfsummenphase und so weiter. Die Fehlerinjektionseinheit 41 verwendet diese Framing-Informationen, um zu identifizieren, wann eine Störung als ein Fehler zu injizieren ist. Daher wird die Störung oder der Fehler synchron mit mindestens einem Synchronisationsereignis in dem Übertragungssignal hinzugefügt. Wenn das gestörte oder fehlerhafte Übertragungssignal angefordert wird, modifiziert das Fehlerinjektionsmodul 4 das Übertragungssignal (auf der Basis der Art von Fehler) und wählt den Ausgangsmultiplexer 43 zum Routen des fehlerhaften oder modifizierten Übertragungssignals zum Ziel anstelle des ursprünglichen Übertragungssignals aus. Wenn das ursprüngliche Übertragungssignal angefordert wird, schaltet das Fehlerinjektionsmodul 4 den Ausgang wieder auf das ursprüngliche Übertragungssignal, das daher lediglich durch das Fehlerinjektionsmodul 4 durchgeleitet wird.
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3 zeigt ein Beispiel für Synchronisationsereignisse und ihre Verwendung zum Identifizieren verschiedener Phasen in dem Übertragungssignal. Die Phasen der verschiedenen Protokolle werden durch Detektieren der Ereignisse identifiziert. Die Ereignisse werden alleine oder in Kombination miteinander, z. B. durch Verwendung logischer Verknüpfungen, verwendet. Die Phasen sind zum Beispiel Anfang eines Rahmens, Anfang der Daten, Prüfsumme usw.
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4 zeigt ein Beispiel, bei dem nur fallende Flanken von Impulsen in dem Übertragungssignal verwendet werden. Die fallenden Flanken sind hier die Synchronisationsereignisse zum Identifizieren verschiedener Phasen in einem SENT-Protokoll (Single Edge Nibble Transmission).
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Ein komplexes Szenario wird durch 5 gegeben. Hier wird mehr als ein Synchronisationsereignis (zum Beispiel Zählung von Takt-Ticks und Flankenübergang) mit logischem Operator zu ihrer Verknüpfung zum Detektieren einer Protokollphase verwendet.
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6 zeigt ein Beispiel für ein Fehlerinjektionsmodul 4 und beschreibt verschiedene Subeinheiten in dem Fehlerinjektionsmodul 4. Das angezapfte Signal (genannt Input-Rahmen) wird einer Synchronisationseinheit 40 (als Sync-Detektionseinheit bezeichnet) zugeführt, die Anfang eines Rahmens detektiert und gegebenenfalls etwaige andere Synchronisationsereignisse in dem Rahmen. Um den Anfang des Rahmens eindeutig zu identifizieren, ist das Fehlerinjektionsmodul 4 dafür ausgelegt, den Protokolltyp (SENT, PSI5, CAN, usw.) zu identifizieren. Der Protokolltyp wird durch eine Anwendung, die das Fehlerinjektionsmodul 4 verwendet, als Teil des Freigebens des Fehlerinjektionsmoduls konfiguriert. Rahmenanfang kann für verschiedene Protokolle verschieden sein, und daher muss das Sync-Detektionsmodul dafür ausgelegt sein, Rahmenanfang für ein bestimmtes Protokoll zu detektieren. Die Sync-Detektionseinheit 40 enthält Logik zur Unterstützung von generischem programmierbarem Sync-Detektionsmechanismus, der auf der Basis des Protokolltyps konfiguriert werden kann. Die Synchronisationseinheit 40 gibt auf der Basis des detektierten Auftretens des Synchronisationsereignisses ein Synchronisationssignal an den Rest des Fehlerinjektionsmoduls 4 und an den Abtasttaktgenerator 47 aus. Der Abtasttaktgenerator 47 ist eine Takterzeugungseinheit, die mit verschiedenen Frequenzen konfiguriert werden kann. Bei Empfang von Sync-Signal von der Sync-Detektionseinheit 40 richtet der Abtasttaktgenerator den Takt auf das Sync-Signal aus und stellt auf das Synchronisationssignal von der Synchronisationseinheit 40 ausgerichtete Taktsignale bereit. Dieser synchronisierte Takt 47 wird von anderen Einheiten in dem Fehlerinjektionsmodul 4 verwendet.
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Der Rahmendecoder ist bei dieser Ausführungsform dazu konfigurierbar, verschiedene Ereignisse für jede Protokollphase auszuwählen und mehrere Ereignisse unter Verwendung von logischen Operatoren zu verknüpfen, um komplexe Bedingungen zu bilden. Die generische Protokollrepräsentationseinheit stellt Speicher zum Speichern der konfigurierbaren Bedingungen und zum Anwenden dieser Bedingungen auf Protokollsignale bereit. Die Protokollphaseninformationseinheit unterhält einen Verlauf von Protokollphasen und beliebige andere Informationen, die erforderlich sind, um eine nächste Phase im Protokoll eindeutig zu identifizieren. Die Kontrollautomateinheit überwacht die Protokollphaseninformationen und nimmt Fehlerinjektionsbedingungen (entweder von Zufallsfehlerinjektion oder vordefinierten Bedingungen) und steuert Fehlerinjektionseinheiten, um diese Fehler auf das Eingangssignal anzuwenden. Die Komponenten des Fehlerinjektionsmoduls 4 fallen in verschiedene Kategorien. Es gibt Synchronisationsereignis-Detektionseinheiten, Protokollrepräsentations- und Steuerlogikeinheiten und Fehlerinjektionseinheiten 41. Das gezeigte On-the-Fly-Fehlerinjektionsmodul 4 enthält mehrere Fehlerinjektionseinheiten 41, die, abhängig von der Art von Übertragungssignal oder abhängig von der Art von durch die Fehlerinjektion durchzuführender Prüfung, nacheinander zu verwenden sind oder von denen mehrere gleichzeitig zu verwenden sind.
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7 und 8 zeigen Übertragungssignale und modifizierte Übertragungssignale nach Unterdrückung von Impulsen. In 7 sind Hoch-Impulse unterdrückt, und in 8 ist ein Niedrig-Impuls unterdrückt. Die Unterdrückung erfolgt gemäß der zu dem Übertragungssignal hinzugefügten Störung.
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9 zeigt eine Flankenverzögerungs-Injektionslogik als Teil einer Fehlerinjektionseinheit 41. Der Steuerautomat empfängt Daten über die aktuelle Phase des Übertragungssignals und steuert den Verzögerungsinjektions-FSM, um Verzögerung an dem Signal für eine bestimmte Dauer oder auf der Basis eines Ereignisses, ansteigender/fallender Flanke, zu injizieren. Die Verzögerungsinjektionseinheit enthält mehrere Verzögerungselemente 45 (die jeweils auf der Basis der Implementierung eines Ausbreitungsverzögerung im Rahmen von Picosekunden oder Nanosekunden aufweisen können). Diese Verzögerungselemente 45 sind sequentiell oder in Reihe geschaltet, mit Zwischenanzapfungen, um verschiedene Verzögerungsanzapfungspunkte zu erzeugen. Das (durch den dicken Pfeil gezeigte) Verzögerungsauswahlsignal wählt auf der Basis einer an einem bestimmten Fehlerinjektionspunkt zu injizierenden Verzögerung die Ausgabe aus.
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10 zeigt das Ergebnis einer verzögerten ansteigenden Flanke eines Impulses. Die obere Reihe zeigt das angezapfte Übertragungssignal. Wie in der unteren Reihe zu sehen ist, ist die Flanke des Impulses in der Mitte verzögert. Dementsprechend beginnen die Impulse in der modifizierten Übertragungsleitung später.
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11 zeigt ein mögliche Implementierung einer Anstiegs-/Abfallzeit-Variationslogik als ein Beispiel für eine Fehlerinjektionseinheit 41. Die Fehlerinjektionseinheit 41 umfasst verschiedene RC-Elemente 46 mit verschiedener Anstiegszeit. Daher weisen die RC-Elemente 46 verschiedene Anstiegs-/Abfallszeiteigenschaften auf. Das angezapfte Übertragungssignal (Pfeil links) wird durch diese RC-Elemente 46 geleitet, und eines der modifizierten Übertragungssignale mit einer entsprechend modifizierten Form der Impulse wird für die Ausgabe des Multiplexers auf der rechten Seite ausgewählt. Der Pfeil von unten, der an dem Multiplexer endet, bedeutet die Auswahl des gewünschten modifizierten Übertragungssignals, und hierüber die Auswahl der gewünschten Anstiegs-/Abfallzeit. Auf der Basis der Konfiguration werden entweder ein bestimmtes modifiziertes Signal für ein Protokoll oder verschiedene Anstiegs-/Abfallzeiten mit der Zeit ausgewählt. Dies kann Variationen der Anstiegs-/Abfallzeit für verschiedene Impulse im Protokollrahmen erzeugen.
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12 zeigt eine Ausführungsform einer Fehlerinjektionseinheit 41 mit Verzögerungselementen 45 und einer Glitch-Injektionslogik durch Verwendung der Verzögerungselemente 45 und von XOR-Gattern. Die Glitches werden entweder an der ansteigenden Flanke oder fallenden Flanke eines Impulses (siehe 14) injiziert. Die mehreren verzögerten Signale werden unter Verwendung von XOR- oder OR-Verknüpfungen verknüpft, um Glitches (einen oder mehrere) an der ansteigenden Flanke eines Impulses zu injizieren. Ein ähnlicher Ansatz wird zur Glitch-Injektion an den fallenden Flanken von Impulsen in dem Übertragungssignal verwendet. Bei einer anderen Ausführungsform wird Glitch-Injektion in der Mitte eines Impulses (entweder eines Hoch- oder Niedrig-Impulses) durchgeführt, indem ein Zyklus zusätzlicher Impuls als Eingabe für Verzögerungselemente verwendet und kleine breite Impulse abgeleitet werden, diese können mit dem Originalsignal AND/OR-verknüpft werden, um Glitch in der Mitte von dem Protokollimpuls zu erzeugen. 13 zeigt verschiedene Szenarien für die XOR-Logik von 12 zum Hinzufügen von Glitches zu dem Übertragungssignal.
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Die Offenbarung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zum Modifizieren eines Übertragungssignals. Das Verfahren umfasst mindestens die folgenden Schritte: das zu modifizierende Übertragungssignal wird angezapft. In dem angezapften Übertragungssignal wird ein Auftreten mindestens eines Synchronisationsereignisses detektiert. Ferner wird das angezapfte Übertragungssignal durch Hinzufügen mindestens einer Störung zu dem Übertragungssignal synchron mit mindestens dem detektierten Auftreten des Synchronisationsereignisses modifiziert.
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Obwohl einige Aspekte im Kontext einer Vorrichtung beschrieben wurden, ist klar, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens repräsentieren, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entsprechen. Analog repräsentieren im Kontext eines Verfahrensschritts beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Postens oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung.
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Da sich die Beschreibung auf beispielhafte Ausführungsformen bezieht, soll die vorliegende Beschreibung nicht im einschränkenden Sinne aufgefasst werden. Fachleuten werden bei Durchsicht der Beschreibung verschiedene Modifikationen und Kombinationen der beispielhaften Ausführungsformen sowie andere Ausführungsformen einfallen. Es ist deshalb beabsichtigt, dass die angefügten Ansprüche jegliche solche Modifikationen oder Ausführungsformen einschließen.
