DE10214526B4 - Verfahren zur Kalibrierung einer Zeitsteuerung eines Prozessorsystems und Prozessorsystem zur Realisierung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Kalibrierung einer Zeitsteuerung (ZST) eines mit einer spezifischen Systemtaktfrequenz betriebenen Prozessorsystems (EPS) für ein Anwendungsprogramm mit nicht vorab auf die Systemtaktfrequenz abgestimmtem Programmkode, wobei
a) durch das Prozessorsystem (EPS) ein Referenztakt (RT) erfasst wird,
b) ein systemtaktabhängiger Zähler (CNT) des Prozessorsystems (EPS) während eines aus dem Referenztakt (RT) abgeleiteten Zeitintervalls durchgezählt wird, oder
ein referenztaktabhängiger Zähler des Prozessorsystems (EPS) während eines aus dem Systemtakt (ST) abgeleiteten Zeitintervalls durchgezählt wird,
c) aus dem Zählergebnis (A, B) eine Kalibrierungsinformation (KI) abgeleitet wird,
d) die Zeitsteuerung (ZST) anhand der abgeleiteten Kalibrierungsinformation (KI) kalibriert wird, und
e) das Anwendungsprogramm mittels der kalibrierten Zeitsteuerung auf ein vorgegebenes Zeitverhalten abgestimmt wird.

Description

• Bei vielen Prozessorsystemen und insbesondere bei sogenannten eingebetteten Systemen, die meist als „embedded Systems" bezeichnet werden, ist die Software-Konfiguration des Betriebssystems oder eines Anwendungsprogramms auf die Systemtaktfrequenz des Prozessorsystems derart abzustimmen oder zu kalibrieren, dass das Betriebssystem oder das Anwendungsprogramm ein vorgegebenes Zeitverhalten aufweisen. In der Regel ist hierfür eine Zeitsteuerung des Betriebssystems gemäß dem für Anwendungsprogramme geforderten Zeitverhalten zu kalibrieren. Die Systemtaktfrequenz von Prozessorsystemen ist jedoch aufgrund der zunehmenden Leistungsfähigkeit der einsetzbaren Hardware-Komponenten häufigen Änderungen unterworfen. Um bei derartigen Prozessorsystemen dennoch ein gleichbleibendes Zeitverhalten des Betriebssystems oder von Anwendungsprogrammen zu gewährleisten, wird üblicherweise bei jeder Systemtaktänderung, beispielsweise aufgrund einer neuen Hardware-Version, eine neue Software-Version erstellt. Ein solches Einrichten einer eigenen Software-Produktionslinie für jede Hardware-Version mit geänderter Systemtaktfrequenz ist jedoch sehr aufwändig.
• Aus der Druckschrift DE 198 28 967 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem Abweichungen eines ungenauen Taktsignals von seiner erwarteten Soll-Taktfrequenz durch Bestimmung eines Kompensationsfaktors kompensiert werden. Der Kompensationsfaktor wird dabei auf der Grundlage des Unterschieds zwischen der tatsächlichen Taktfrequenz und der Soll-Taktfrequenz er mittelt. Da die Zeitgebung hierbei jedoch eine vorgegebene Soll-Taktfrequenz voraussetzt, ist dieses Verfahren nicht ohne Weiteres auf Hardwareplattformen mit a priori unbekannter Systemtaktfrequenz und auf Anwendungsprogramme mit nicht vorab auf die Systemtaktfrequenz abgestimmtem Programmkode anwendbar.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein weniger aufwändiges Verfahren zur Kalibrierung einer Zeitsteuerung eines mit einer spezifischen Systemtaktfrequenz betriebenen Prozessorsystems für ein Anwendungsprogramm mit nicht vorab auf die Systemtaktfrequenz abgestimmtem Programmkode anzugeben. Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung ein Prozessorsystem zur Realisierung des Verfahrens anzugeben.
• Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Prozessorsystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6.
• Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Kalibrierung einer Zeitsteuerung eines mit einer spezifischen Systemtaktfrequenz betriebenen Prozessorsystems für ein Anwendungsprogramm mit nicht vorab auf die Systemtaktfrequenz abgestimmtem Programmkode ein Referenztakt durch das Prozessorsystem erfasst. Weiterhin wird ein systemtaktabhängiger Zähler des Prozessorsystems während eines Zeitintervalls, das aus dem Referenztakt abgeleitet wird, oder ein referenztaktabhängiger Zähler des Prozessorsystems während eines Zeitintervalls, das aus dem Systemtakt abgeleitet wird, durchgezählt. Aus dem Zählergebnis wird eine Kalibrierungsinformation abgeleitet, anhand der die Zeitsteuerung kalibriert wird. Mittels der kalibrierten Zeitsteuerung wird schließlich das Anwendungsprogramm auf ein vorgegebenes Zeitverhalten abgestimmt.
• Auf diese Weise können insbesondere auf dem Prozessorsystem ablaufende Echtzeitanwendungen genau an die z.B. bei Zeitmultiplexanwendungen vorliegenden Echtzeiterfordernisse angepasst werden.
• Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass aufgrund der selbständigen Kalibrierung der Zeitsteuerung anhand des Referenztaktes keine manuelle oder programmgesteuerte Konfigurationsverwaltung für ein systemtaktspezifisches Betriebssystem oder für systemtaktspezifische Anwendungsprogramme und insbesondere Echtzeitanwendungen erforderlich ist. Insbesondere ist es nicht mehr notwendig, den Programmkode des Betriebssystems oder von Anwendungsprogrammen auf eine jeweilige Systemtaktfrequenz abzustimmen.
• Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
• So kann der Zähler mittels einer im Prozessorsystem ablaufenden Programmschleife oder als Hardware-Zähler realisiert sein.
• Weiterhin kann anhand des Zählergebnisses zunächst die Systemtaktfrequenz und/oder eine Systemtaktperiode vorzugsweise relativ zur Referenztaktfrequenz bzw. zu einer oder mehreren Referenztaktperioden ermittelt werden. Aus der ermittelten Systemtaktfrequenz bzw. Systemtaktperiode kann dann die Kalibrierungsinformation abgeleitet werden.
• Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann der Referenztakt durch das Prozessorsystem aus einem PCM-Signal (PCM: Pulse Code Modulation) abgeleitet werden, das z.B. über eine Zeitmultiplexleitung zum Anschluss eines Kommunikations systems zugeführt werden kann.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
• Die Figur zeigt ein erfindungsgemäßes Prozessorsystem in schematischer Darstellung.
• In der Figur ist ein erfindungsgemäßes Prozessorsystem EPS, vorzugsweise ein sogenanntes eingebettetes System, z.B. zur PCM-basierten Echtzeitkommunikation schematisch dargestellt. In der Fachsprache wird ein derartiges eingebettetes System meist als embedded System bezeichnet. Als steuernder Prozessor (nicht explizit dargestellt) kann z.B. ein Mikroprozessor oder ein digitaler Signalprozessor vorgesehen sein.
• Das Prozessorsystem EPS weist eine Zeitsteuerung ZST mit einem Zeitsteuerungsregister ZREG auf. Die Zeitsteuerung ZST dient hierbei zur zeitlichen Steuerung einer Echtzeitanwendung EA, z.B. einer PCM-basierten Kommunikationsanwendung. Die Zeitsteuerung ZST kann z.B. als Teil eines Betriebssystems des Prozessorsystems EPS, als Teil der Echtzeitanwendung EA oder als eigenständiges Software- oder Hardwaremodul realisiert sein. Vorzugsweise kann die Zeitsteuerung ZST einen Timer (nicht dargestellt) aufweisen.
• Das Prozessorsystem EPS bzw. dessen Prozessor wird mit einem spezifischen Systemtakt ST betrieben, auf dessen Frequenz der Programmkode der Echtzeitanwendung EA a priori nicht abgestimmt ist.
• Weiterhin verfügt das Prozessorsystem EPS über Kalibrierungsmittel KM, die eine Systemtaktmesseinrichtung STM zum Ermit teln der Frequenz des Systemtaktes ST umfassen. Die Kalibrierungsmittel KM sowie die Systemtaktmesseinrichtung STM sind vorzugsweise als Software-Module realisiert.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel empfängt das Prozessorsystem EPS ein PCM-Signal PS in Form eines PCM-Rahmensynchronisationssignals mit einer festen Frequenz von 8 kHz z.B. über eine Zeitmultiplexleitung zum Anschluss eines PCM-basierten Echtzeitkommunikationssystems. Das PCM-Signal wird einem Referenztakterfassungsmittel PCM des Prozessorsystems EPS zugeführt. Das Referenztakterfassungsmittel PCM ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel als PCM-Verarbeitungsmodul realisiert. Durch das PCM-Verarbeitungsmodul PCM wird aus dem PCM-Signal PS ein Referenztakt RT mit einer festen Frequenz von 1 kHz abgeleitet und zur Systemtaktmesseinrichtung STM übermittelt.
• Das Prozessorsystem EPS verfügt ferner über einen Zähler CNT, dessen Zählgeschwindigkeit sich vom Systemtakt ST ableitet. Der Zähler CNT ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch eine auf dem Prozessor ablaufende Programmschleife realisiert, deren Schleifendurchläufe gezählt werden. Je höher die Systemtaktfrequenz ist, desto öfter wird die Programmschleife in einem festen Zeitintervall durchlaufen. Es sei im Folgenden angenommen, dass die Programmschleife in n Systemtakten einmal durchlaufen wird. Falls der Zähler CNT durch einen jeden Systemtaktimpuls zählenden Hardware-Zähler realisiert wird, kann n = 1 gesetzt werden.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Zähler CNT während eines Zeitintervalls durchgezählt, das aus dem Referenztakt RT mit der bekannten Frequenz 1 kHz abgeleitet wird.
• Falls dieses Zeitintervall z.B. durch zwei aufeinanderfolgen de gleichartige Flanken des Referenztaktsignals RT begrenzt wird, hat das Zeitintervall eine Länge von T = 1/1 kHz = 1 ms. Zur Genauigkeitserhöhung kann aber auch ein längeres, durch mehrere Perioden des Referenztaktes RT gebildetes Zeitintervall gewählt werden.
• Am Anfangszeitpunkt t0 des Zeitintervalls wird ein aktueller Anfangszählerstand A des Zählers CNT zur Systemtaktmesseinrichtung STM übermittelt. Der Zähler wird dann während des Zeitintervalls weitergezählt, um am Endzeitpunkt t1 des Zeitintervalls einen Endzählerstand B zur Systemtaktmesseinrichtung STM zu übermitteln. Aus den übermittelten Zählerständen A und B wird durch die Systemtaktmesseinrichtung STM anschließend die Frequenz f des Systemtaktes ST nach der Rechenvorschrift f = (B – A) * n/(t1 – t0) = (B – A) * n/T ermittelt.
• Aus der ermittelten Systemtaktfrequenz f wird durch die Kalibrierungsmittel KM eine Kalibrierungsinformation KI für die Zeitsteuerung ZST abgeleitet und in das Zeitsteuerungsregister ZREG übermittelt. Die Kalibrierungsinformation KI kann beispielsweise Konfigurationsdaten für einen oder mehrere Timer der Zeitsteuerung ZST umfassen und/oder eine Anzahl von Wartezyklen für die Echtzeitanwendung EA angeben. Entsprechend kann das Zeitsteuerregister ZREG z.B. durch ein Timer-Register und/oder durch Programmvariablen realisiert sein.
• Die Konfigurationsinformation KI kann von den Kalibrierungsmitteln KM durch Berechnung und/oder durch Zugriff auf spezifische Zuordnungstabellen aus der Systemtaktfrequenz f abgeleitet werden.
• Durch die in das Zeitsteuerungsregister ZREG übermittelte Kalibrierungsinformation KI wird die Zeitsteuerung ZST und damit auch die Echtzeitanwendung EA kalibriert. Auf diese Weise wird das Echtzeitverhalten der Echtzeitanwendung EA auf die ermittelte Systemtaktfrequenz f abgestimmt.
• Alternativ zu dem oben beschriebenen Durchzählen eines systemtaktabhängigen Zählers während eines aus dem Referenztakt RT abgeleiteten Zeitintervalls, kann ein referenztaktabhängiger Zähler während eines aus dem Systemtakt ST abgeleiteten Zeitintervalls durchgezählt werden, um so die Systemtaktfrequenz und/oder die Kalibrierungsinformation KI abzuleiten.
• Beiden Alternativen ist gemeinsam, dass der Zähler mit einem der beiden Takte ST und RT betrieben wird, um damit den jeweils anderen der Takte ST und RT zu vermessen. Dadurch kann während des Betriebs des Prozessorsystems, d.h. zur Laufzeit, die a priori unbekannte Systemtaktfrequenz f mittels der bekannten Referenztaktfrequenz ermittelt werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Kalibrierung einer Zeitsteuerung (ZST) eines mit einer spezifischen Systemtaktfrequenz betriebenen Prozessorsystems (EPS) für ein Anwendungsprogramm mit nicht vorab auf die Systemtaktfrequenz abgestimmtem Programmkode, wobei a) durch das Prozessorsystem (EPS) ein Referenztakt (RT) erfasst wird, b) ein systemtaktabhängiger Zähler (CNT) des Prozessorsystems (EPS) während eines aus dem Referenztakt (RT) abgeleiteten Zeitintervalls durchgezählt wird, oder ein referenztaktabhängiger Zähler des Prozessorsystems (EPS) während eines aus dem Systemtakt (ST) abgeleiteten Zeitintervalls durchgezählt wird, c) aus dem Zählergebnis (A, B) eine Kalibrierungsinformation (KI) abgeleitet wird, d) die Zeitsteuerung (ZST) anhand der abgeleiteten Kalibrierungsinformation (KI) kalibriert wird, und e) das Anwendungsprogramm mittels der kalibrierten Zeitsteuerung auf ein vorgegebenes Zeitverhalten abgestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zähler (CNT) mittels einer im Prozessorsystem (EPS) ablaufenden Programmschleife durchgezählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zähler (CNT) ein Hardware-Zähler des Prozessorsystem (EPS) durchgezählt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Zählergebnisses (A, B) die Systemtaktfrequenz ermittelt wird, und aus der ermittelten Systemtaktfrequenz die Kalibrierungsinformation (KI) abgeleitet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenztakt (RT) durch das Prozessorsystem (EPS) aus einem PCM-Signal (PS) (PCM: Pulse Code Modulation) abgeleitet wird.
6. Prozessorsystem (EPS) mit spezifischer Systemtaktfrequenz und mit a) einer zu kalibrierenden Zeitsteuerung (ZST) zum Abstimmen eines Anwendungsprogramms auf ein vorgegebenes Zeitverhalten, wobei das Anwendungsprogramm einen nicht vorab auf die Systemtaktfrequenz abgestimmten Programmkode aufweist, b) Referenztakterfassungsmitteln (PCM) zum Erfassen eines Referenztaktes (RT), c) einem während eines aus dem Referenztakt (RT) abgeleiteten Zeitintervalls durchzuzählenden, systemtaktabhängigen Zähler (CNT), oder einem während eines aus dem Systemtakt (ST) abgeleiteten Zeitintervalls durchzuzählenden, referenztaktabhängigen Zähler, und d) Kalibrierungsmitteln (KM) zum Ableiten einer Kalibrierungsinformation (KI) aus einem Zählergebnis (A, B) des Zählers (CNT) und zum Kalibrieren der Zeitsteuerung (ZST) anhand der abgeleiteten Kalibrierungsinfor mation (KI).
7. Prozessorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Prozessorsystem (EPS) als sogenanntes eingebettetes System realisiert ist.
8. Prozessorsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kalibrierungsmittel (KM) eine Systemtaktmesseinrichtung (STM) zum Ermitteln der Systemtaktfrequenz anhand des Zählergebnisses (A, B) sowie Einstellmittel zum Kalibrieren der Zeitsteuerung (ZST) anhand der ermittelten Systemtaktfrequenz umfassen.
9. Prozessorsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenztakterfassungsmittel ein PCM-Verarbeitungsmodul (PCM) zum Ableiten des Referenztaktes (RT) aus einem PCM-Signal (PS) (PCM: Pulse Code Modulation) umfassen.