DE102017207974A1 - Circuit arrangement for monitoring a time base in a timer - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Überwachung einer Zustandsbasis (14), die durch Impulse inkrementiert oder dekrementiert wird und diese Impulse Informationen über Eigenschaften eines Systems umfassen, wobei die Schaltungsanordnung mindestens einen Speicher aufweist, in dem die Zustandsbasis (14) mit einem Systemtakt periodisch zwischenzuspeichern ist, wobei mindestens ein Vergleicher (21) vorgesehen ist, der dazu eingerichtet ist, die aktuelle Zustandsbasis (14) mit der einen Systemtakt zuvor zwischengespeicherten Zustandsbasis (14) zu vergleichen, wobei die Schaltungsanordnung dazu eingerichtet ist, anhand dieses Vergleichs einen Fehler zu erkennen. The invention relates to a circuit arrangement for monitoring a state basis (14), which is incremented or decremented by pulses and these pulses comprise information about properties of a system, wherein the circuit arrangement comprises at least one memory in which the state base (14) with a system clock periodically buffer in which at least one comparator (21) is provided, which is set up to compare the current state base (14) with the state base (14) previously latched to a system clock, wherein the circuit arrangement is adapted to detect an error based on this comparison ,
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Zeitbasis in einem Zeitgeber bzw. einem Timer und ein Verfahren zum Überwachen einer Zeitbasis in einem Zeitgeber.The invention relates to a circuit arrangement for monitoring a time base in a timer and a method for monitoring a time base in a timer.
Stand der TechnikState of the art
Zur Unterstützung einer Verarbeitungseinheit, wie bspw. einer CPU (Central Processing Unit), für zeit- und positionsbezogene Prozesse sind sogenannte Timer, d. h. Zeitgeber-Einheiten, bekannt. Solche Zeitgeber-Einheiten können als Einzelkomponenten oder als Peripheriebausteine der Verarbeitungseinheit ausgebildet sein und dabei mehr oder weniger wichtige Funktionen zur Signalaufnahme und -erzeugung in zeitlicher Abhängigkeit von einem oder mehreren Takten zur Verfügung stellen.To support a processing unit, such as a CPU (Central Processing Unit), for time and position related processes are called timers, d. H. Timer units, known. Such timer units may be formed as individual components or as peripheral components of the processing unit and thereby provide more or less important functions for signal recording and generation in dependence on time of one or more clocks available.
Nach derzeitigem Stand der Technik kommen in Verarbeitungseinheiten, wie bspw. in Mikrocontrollern, unterschiedliche Architekturen zur Realisierung von Zeitgeber-Einheiten zum Einsatz.According to the current state of the art, different architectures for the implementation of timer units are used in processing units, such as, for example, in microcontrollers.
In einem bekannten generischen Zeitgebermodul, das auch als GTM (Generic Timer Module) bezeichnet wird, sind mehrere Zeitbasen enthalten, die sowohl Zeit- als auch Winkelinformationen enthalten können. Üblicherweise werden diese Zeitbasen entweder durch einen Takt weitergezählt oder durch Winkelinformationsimpulse inkrementiert oder auch dekrementiert. Diese Zeitbasen sind von zentraler Bedeutung, da sehr viele Ereignisse und damit auch Ausgangssignale auf dem Vergleich von Daten mit diesen Zeitbasen basieren. Ist eine Zeitbasis fehlerhaft, so können unerwartet Ausgangssignale generiert werden, die ggf. ein Sicherheitsziel verletzen. Die Überwachung der Zeitbasen ist nach dem Stand der Technik nur per Software über die System-CPU vorgesehen.In a known generic timer module, which is also referred to as GTM (Generic Timer Module), several time bases are included, which can contain both time and angle information. Usually these time bases are either counted by a clock or incremented by angle information pulses or decremented. These time bases are of central importance, since a great many events and thus also output signals are based on the comparison of data with these time bases. If a time base is faulty, then unexpectedly output signals can be generated that may violate a safety goal. The monitoring of the time bases is provided in the prior art only by software on the system CPU.
Unter einer Zeitbasis ist eine Einrichtung zu verstehen, die jedem Zeitpunkt einen Wert zuordnet und aus der Differenz dieser Werte verschiedener Zeitpunkte eine Zeitspanne bestimmt ist. Für zukünftige Zeitpunkte ist ein Wert der Zeitbasis bestimmbar, der auch als ein Vergleichswert dienen kann, um bei Erreichen dieses Zeitpunktes ein Ereignis auszulösen.A time base is to be understood as a device which assigns a value to each point in time and determines a time span from the difference between these values of different points in time. For future time points, a value of the time base can be determined, which can also serve as a comparison value in order to trigger an event when this time has been reached.
Zu beachten ist, dass eine Zeitbasis durch transiente oder auch permanente Fehler gestört sein kann. Es ist sehr wichtig, solche Fehler zeitnah zu erkennen. Die Prüfung über die CPU ist dabei oftmals nicht ausreichend, weil keine permanente Prüfung stattfinden kann. Prüfungen über einen längeren Zeitraum sind auch möglich, aber es handelt sich dabei meist nur um Plausibilitätsprüfungen. Solche Prüfungen sollten von der CPU periodisch im Fehlertoleranzzeitintervall durchgeführt werden. Es wird daher angestrebt, die CPU von solchen Belastungen zu befreien und mit der permanenten Prüfung eine höhere Qualität zu erreichen.It should be noted that a time base may be disturbed by transient or permanent errors. It is very important to recognize such errors in a timely manner. Testing via the CPU is often not sufficient because no permanent test can take place. Tests over a longer period of time are also possible, but these are usually only plausibility checks. Such checks should be performed periodically by the CPU in the fault tolerance time interval. It is therefore desirable to free the CPU from such burdens and to achieve a higher quality with the permanent test.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund werden eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der Beschreibung.Against this background, a circuit arrangement according to
Die vorgestellte Schaltungsanordnung dient zur Überwachung einer Zustandsbasis, die durch Einzelimpulse inkrementiert oder dekrementiert wird. Typischerweise umfassen diese Impulse Informationen bspw. über Zeit, Winkel, Position, Menge, Temperatur, Druck oder sonstige Eigenschaften eines Systems. Die Schaltungsanordnung ist dazu ausgelegt, die Zustandsbasis mit einem Systemtakt periodisch zwischenzuspeichern. Hierzu ist typischerweise ein Speicher bzw. ein Register, wobei jeder Bitwert der Zustandsbasis zu diesem Zeitpunkt in dem Register mit entsprechend vielen Speicherelementen gespeichert wird. Eine solche Zwischenspeicherung kann auch als Pipeline-Stufe bezeichnet werden. Es kann dann entweder die Zustandsbasis oder auch die zwischengespeicherte Zustandsbasis zur Generierung von Signalen benutzt werden. Die vorgestellte Schaltungsanordnung weist zumindest einen Vergleicher auf, mit dem die aktuelle Zustandsbasis mit der zuvor zwischengespeicherten Zustandsbasis verglichen werden kann. Aus diesem Vergleich kann auf einen Fehler geschlossen werden, der wiederum gespeichert werden kann.The presented circuit arrangement serves to monitor a state basis, which is incremented or decremented by individual pulses. Typically, these pulses include information about, for example, time, angle, position, quantity, temperature, pressure or other properties of a system. The circuit arrangement is designed to buffer the state base periodically with a system clock. Typically, this is a memory or register, where each bit value of the state base at that time is stored in the register with a corresponding number of memory elements. Such caching may also be referred to as a pipeline stage. Either the state basis or the cached state basis can then be used to generate signals. The presented circuit arrangement has at least one comparator with which the current state base can be compared with the previously cached state basis. From this comparison, an error can be deduced, which in turn can be stored.
Die Schaltungsanordnung kann dazu eingerichtet sein, mindestens einen Vergleich zwischen der Zustandsbasis und der gespeicherten Zustandsbasis mittels Subtraktion dieser beiden Werte vorzunehmen. Eine mittels der Subtraktion erhaltene Differenz kann dann mit mindestens einem festen Wert verglichen werden. Für den Fall, dass der Betrag der Differenz größer als 1 ist, kann ein Fehler signalisiert und gespeichert werden. Für den Fall, dass die Differenz 1 bzw. -1 ist, kann ein Fehler signalisiert und/oder gespeichert werden, typischerweise wenn die Zustandsbasis rückwärts bzw. vorwärts betrieben wird.The circuit arrangement can be set up to make at least one comparison between the state basis and the stored state basis by subtracting these two values. A difference obtained by means of the subtraction can then be compared with at least one fixed value. In the event that the amount of the difference is greater than 1, an error can be signaled and stored. In the event that the difference is 1 or -1, an error may be signaled and / or stored, typically when the state base is operating backwards or forwards.
Es kann weiterhin mindestens ein Vergleich der Differenz der Zustandsbasis und der zwischengespeicherten Zustandsbasis mit einem variablen Vergleichswert vorgenommen werden. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Zustandsbasis höchstens einen Maximalwert annehmen kann, um danach beispielsweise wieder bei 0 anzufangen, und der variable Vergleichswert dieser Maximalwert oder der negative Wert dieses Maximalwertes ist.Furthermore, at least one comparison of the difference of the state basis and the buffered state basis with a variable comparison value can be made. In addition, it can be provided that the state basis can assume at most a maximum value, in order then to start again at 0, for example, and the variable comparison value is this maximum value or the negative value of this maximum value.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Figurenlistelist of figures
-
1 zeigt in einem Blockschaltbild eine Zeitbasiseinheit.1 shows a block diagram of a time base unit. -
2 zeigt in einem Blockschaltbild eine Pipeline-Stufe der Zeitbasiseinheit pro Cluster.2 shows a block diagram of a pipeline stage of the time base unit per cluster. -
3 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Zeitbasis.3 shows a block diagram of an embodiment of the circuitry for monitoring a time base. -
4 zeigt in einem Blockschaltbild eine Realisierungsmöglichkeit eines Setz-Flipflops.4 shows a block diagram of an implementation possibility of a set flip-flop. -
5 zeigt in einem Blockschaltbild eine Ausführungsform der Schaltungsanordnung zum Überwachen eines Modulo-Zählers.5 shows in a block diagram an embodiment of the circuit arrangement for monitoring a modulo counter.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.
Zu berücksichtigen ist, dass in einem GTM jeweils eine Pipeline-Stufe für die Zeitbasen bei dem Übergang zu den Clustern, d. h. verschiedene Teilmodule mit jeweils einheitlich verzögerten, in einer Pipeline-Stufe mit dem Systemtakt zwischengespeicherten Zeit- oder Winkelbasis versorgt werden. Damit ist ein Vergleich des alten Werts mit dem neuen Wert über zusätzliche Hardware möglich. Der neue Zeitbasiswert kann dabei höchstens um den Wert
- bei der TBU0: 0 oder +1, (TBU-
Kanal 12a , weil dort nur Inkrementieren möglich ist) - bei der TBU1, 2: 0, +1 oder -1, (TBU-Kanal
12b , weil dort ein Inkrementieren und Dekrementieren möglich ist) - bei der TBU3: 0, +1 oder -1, (TBU-
Kanal 12c , weil dort ein Inkrementieren und Dekrementieren möglich ist) - weil bei den letzteren auch eine Rückwärtsrichtung möglich ist. (Winkel)
- at TBU0: 0 or +1, (TBU
channel 12a because only incrementing is possible there) - at the TBU1, 2: 0, +1 or -1, (TBU
channel 12b because it allows incrementing and decrementing) - at the TBU3: 0, +1 or -1, (TBU
channel 12c because it allows incrementing and decrementing) - because in the latter also a reverse direction is possible. (Angle)
Der nach außen geführte Wert der jeweiligen Zeit-/Winkelbasis wird in den Teilmodulen (Cluster) in einer weiteren Registerstufe zwischengespeichert (besagte Pipeline-Stufe).The externally guided value of the respective time / angle basis is temporarily stored in the sub-modules (clusters) in a further register stage (said pipeline stage).
In
Durch eine Differenzbildung zwischen einem Wert TBU_neu 102 vor der Pipeline-Stufe und TBU_alt 104 nach der Pipeline-Stufe dürfen nur die Werte
Eine solche Differenzbildung bzw. Subtraktion ist bspw. durch einen einfachen Addierer möglich, wenn vom Subtrahenden alle Bits invertiert werden (Einerkomplement) und zusätzlich ein einlaufender Übertrag Carry_in=1 am Addierer vorgesehen wird.Such difference formation or subtraction is possible, for example, by a simple adder if all bits are inverted by the subtrahend (One's complement) and additionally an incoming carry Carry_in = 1 is provided at the adder.
Wie bereits ausgeführt wurde, wird gemäß
Die Ausgänge dieser drei Vergleicher
Dieses Setz-Flipfllop
Ein transienter Fehler, der in der Zeitbasis ein Speicherelement, das nicht das LSB (least significant bit) ist, verfälscht, führt zu einer plötzlichen Differenz bzw. Abweichung zwischen dem Wert TBU_neu und TBU_alt, die betragsmäßig größer als 1 ist. Ebenso führt ein permanenter Fehler in der Zeitbasis, in der bspw. ein Speicherelement permanent auf einem festen Wert (stuck-at fault) bleibt, zu einer Abweichung >1, wenn bei der Zähloperation ein Übertrag bis zu diesen Bitwert des defekten Speicherelementes oder auch darüber hinaus gezählt werden soll. In beiden Fällen liefert keiner der Vergleicher
Ist für eine Zeitbasis nur das Vorwärtszählen oder nur das Rückwärtszählen erlaubt, so ist der entsprechende Vergleicher =(-1)? (bzw. =1?) zu blockieren. Eine solche Blockierung kann durch eine UND-Verknüpfung mit einem Steuersignal erfolgen, das entsprechend 0 zu setzen ist. Dieses Steuersignal kann von einem Konfigurationsregister stammen, das entsprechend zu setzen ist oder von einem ohnehin vorhandenen Richtungssignal abgeleitet werden. Im letzteren Fall sind ggf. Common Cause Fehler zu beachten. Wenn das Richtungssignal fehlerhaft ist, wird in diesem Fall kein Fehler erkannt, weil die Prüfung das gleiche falsche Signal verwendet.If only counting up or only down counting is allowed for a time base, the corresponding comparator = (- 1)? (or = 1?) to block. Such a blocking can be done by an AND operation with a control signal, which must be set to 0. This control signal can come from a configuration register which is to be set accordingly or derived from an already present direction signal. In the latter case, common cause errors may have to be considered. In this case, if the direction signal is erroneous, no error is detected because the test uses the same wrong signal.
Zu berücksichtigen ist, dass im GTM eine weitere Zeitbasis TBU_CH3, die vornehmlich als Winkelbasis bezeichnet wird, vorgesehen ist (TBU-Kanal
Zu beachten ist, dass die Vergleicher
Wenn man die Winkelbasis nur in Vorwärtsrichtung betreibt, kann man den Vergleich mit negativen Werten blockieren, wie vorstehend erläutert wird. Entsprechend sind bei einer ausschließlichen Richtung im Rückwärtsbetrieb alle Vergleiche mit Werten größer 0 zu blockieren. Auch hier kann die Blockierung variabel gestaltet und in Abhängigkeit von einem Richtungssignal durchgeführt werden. Dabei ist ein separater Richtungswert aus einem Konfigurationsregister der Prüfeinrichtung vorzuziehen. Ansonsten tritt ggf. ein Common Cause Fehler auf, wie dies vorstehend dargestellt ist.If one operates the angle base only in the forward direction, one can block the comparison with negative values, as explained above. Accordingly, in an exclusive direction in reverse operation, all comparisons with values greater than 0 are to be blocked. Again, the blocking can be made variable and performed in response to a direction signal. In this case, a separate direction value from a configuration register is to be preferred to the test device. Otherwise, a common cause error may occur, as shown above.
Die vorgestellte Schaltungsanordnung erkennt alle transienten und permanenten Fehler in der Zeitbasis und in der Pipeline-Stufe des entsprechenden Clusters, die oberhalb des LSB (least significant bit) auftreten. Damit können, ggf. im Zusammenhang mit weiteren Maßnahmen, hohe Sicherheitsanforderungen an das System gewährleistet werden.The presented circuitry detects all transient and permanent errors in the time base and in the pipeline stage of the corresponding cluster, which occur above the LSB (least significant bit). In this way, high safety requirements for the system can be ensured, if necessary in connection with further measures.
Es können grundsätzlich nicht nur Zeiten oder Winkel eines Systems erfasst werden, wie z. B. im GTM, sondern auch Positionen, wie bspw. gezählte zurückgelegte Wegstreckenanteile, Mengen, wie bspw. eine gezählte Anzahl von Elementen, Massen, wie bspw. summierte Gewichtseinheiten, Temperaturen, wie bspw. gezählte Temperaturinkremente, Drücke, wie bspw. gezählte Druckinkremente oder sonstige Eigenschaften eines Systems gezählt werden. Anstelle von einer Zeit- oder Winkelbasis kann man dann von einer Zustandsbasis des Systems sprechen. Unter einer Zustandsbasis werden hierin somit Eigenschaftsbasen verstanden für Eigenschaften bzw. Zustände, wie diese vorstehend rein beispielhaft aufgeführt sind.In principle, not only times or angles of a system can be detected, such. Counted traveled distance portions, amounts such as a counted number of elements, masses such as summed weight units, temperatures such as counted temperature increments, pressures such as counted pressure increments or other properties of a system. Instead of a time or angle basis, one can then speak of a state basis of the system. By a state basis herein are thus understood property bases for properties or states, as they are listed above purely by way of example.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist vorgesehen, das Register-Bit 0 im TBU_CH0_CTRL (LOW_RES) in der Prüfeinheit dupliziert abzulegen und gegenüber dem Wert des Signals LOW_RES zu prüfen. Dieses Bit bestimmt, ob in der TBU0 (oberer Block
Das DIR1/DIR2 Richtungssignal für TBU1/TBU2 kennzeichnet die Richtung für TBU_CH1,2,3. Wenn dieser Wert falsch generiert wird, so ist dies extern, bspw. in der DPLL zu prüfen. Dort kann man beispielsweise prüfen, ob der momentan berechnete Fehler EDT_T,S im Vergleich zu dem über einen längeren Zeitraum gemittelten Fehler MEDT_T,S plausibel ist.The DIR1 / DIR2 direction signal for TBU1 / TBU2 indicates the direction for TBU_CH1,2,3. If this value is generated incorrectly, then this is external, for example in the DPLL to examine. There one can check, for example, whether the currently calculated error EDT_T, S is plausible in comparison to the error MEDT_T, S averaged over a longer period of time.
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