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HINTERGRUND
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Ethernet ist ein Kommunikationsprotokoll zum Verbinden von Computern in Ortsnetzen (Local Area Network), Großstadtnetzen (Metropolitan Area Network) und Weitverkehrsnetzen (Wide Area Network). Systeme, die über Ethernet kommunizieren, teilen einen Datenstrom in kürzere Teile auf, so genannte Rahmen. Jeder Rahmen enthält Quell- und Zieladressen sowie Daten zur Fehlerprüfung.
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Die physikalische Schicht (PHY) definiert die Mittel zum Übertragen von Rohdatenbits über eine physische Datenverbindung, die Netzknoten miteinander verbindet. Zu den wichtigsten Funktionen und Diensten, die von der PHY durchgeführt werden, gehören die bitweise oder symbolweise Datenübertragung über ein physisches Übertragungsmedium und das Bereitstellen einer standardisierten Schnittstelle zum Übertragungsmedium.
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Elektrische Fahrzeugsysteme werden, angetrieben von Fortschritten in den Bereichen Infotainment, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme (ADAS, Advanced Driver Assistance System), Antriebsstränge und Karosserieelektronik, immer komplexer. Diese Systeme erfordern schnelle Kommunikationsnetze, da eine große Menge an Echtzeitdaten und Firmware/Software zwischen verschiedenen elektronischen Steuereinheiten (ECU, Electronic Control Unit) in Fahrzeugen ausgetauscht wird.
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Automotive Ethernet ist ein Kommunikationsnetz, das verwendet wird, um Komponenten innerhalb eines Fahrzeugs über ein drahtgebundenes Netz zu verbinden, um eine schnelle Kommunikation zwischen den Komponenten zu ermöglichen. Die Ethernet-Technologie wird für die Kommunikation im Fahrzeug, den Transport von Mess- und Kalibrierungsdaten, die Diagnose und die Kommunikation zwischen Elektrofahrzeugen und Ladestationen verwendet.
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Darüber hinaus werden wichtige Funktionen im Zusammenhang mit dem Betrieb eines Kraftfahrzeugs von elektronischen Komponenten mittels Automotive Ethernet gesteuert. Diese elektronischen Komponenten können den Betrieb und das Funktionieren des Fahrzeugs stören, wenn diese Komponenten einen Fehler aufweisen. Der Fehler einer elektronischen Komponente im Fahrzeug kann zu einer gefährlichen Situation für den Fahrer, die Passagiere und andere Fahrer und Fußgänger in der Nähe führen. Diese Fehler können durch ein umgekehrtes Datenbit oder andere beschädigte Daten verursacht werden. Es gibt zahlreiche mögliche Ursachen für die Beschädigung von Daten, z.B. Softwarefehler, elektrostatische Entladung (ESD), die Auswirkungen von Alphastrahlung oder andere Ursachen.
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Es wäre wünschenswert, dass die Mikrosteuerung im Falle einer solchen Datenbeschädigung Korrekturmaßnahmen zur Reparatur der Daten ergreift. Allerdings muss die Datenbeschädigung zunächst einmal entdeckt werden, damit Korrekturmaßnahmen durchgeführt werden können. Es besteht ein Bedarf, zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen in der Automotive Ethernet-PHY-Vorrichtung zur Erkennung und Korrektur von Datenfehlern zu implementieren.
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KURZDARSTELLUNG
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Die erste offenbarte Ausführungsform weist eine Ethernet-PHY-Vorrichtung auf, die umfasst: eine serielle Kommunikationsschnittstelle, die dafür ausgelegt ist, mit einer Mikrosteuerung gekoppelt zu werden, einen Registersatz mit Registern und eine Prüfsummen-Erzeugerschaltung, die mit dem Registersatz gekoppelt und dafür ausgelegt ist, eine aktuelle Prüfsumme wenigstens einiger der Register zu berechnen. Die Ausführungsform weist außerdem ein Prüfsummenregister auf, das mit dem Prüfsummenerzeuger gekoppelt und dafür ausgelegt ist, die aktuelle Prüfsumme zu speichern. Sie weist außerdem einen Prüfsummenprüfer auf, der mit dem Prüfsummenerzeuger, dem Prüfsummenregister und der Mikrosteuerung gekoppelt und dafür ausgelegt ist, einen früheren Wert der Prüfsumme mit der aktuellen Prüfsumme zu vergleichen, und in Reaktion darauf, dass der frühere Wert sich von der aktuellen Prüfsumme unterscheidet, einen Fehlerbericht an die Mikrosteuerung zu senden. Die Ausführungsform weist außerdem eine Auslöserschaltung mit Eingängen und mit einem Ausgang, der mit dem Prüfsummenerzeuger gekoppelt ist, auf, wobei die Auslöserschaltung dafür ausgelegt ist, in Reaktion auf das Empfangen eines aktiven Signals an einem Eingang ein Prüfsummen-Startsignal an den Prüfsummenerzeuger zu senden.
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Eine weitere beispielhafte Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Erkennen einer Datenbeschädigung in einer Ethernet-PHY-Vorrichtung, das das Einschalten der Ethernet-PHY-Vorrichtung, das Initialisieren der Vorrichtung und das Laden eines Registerabbildes in die Register der Vorrichtung umfasst, wobei ein Prüfsummenerzeuger in der Vorrichtung die Register ausliest und eine anfängliche Prüfsumme der Register erzeugt und die anfängliche Prüfsumme in einem Prüfsummenregister gespeichert wird. Das Verfahren beinhaltet das Anstoßen einer Prüfung der Register durch den Prüfsummenerzeuger, der die Register ausliest, und das Erzeugen einer aktuellen Prüfsumme der Register. Die aktuelle Prüfsumme wird dann mit der anfänglichen Prüfsumme verglichen, um zu überprüfen, ob die Prüfsummen übereinstimmen.
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Beispielhafte Ausführungsformen beinhalten außerdem einen Fahrzeugnetz-Sendeempfänger, der dafür ausgelegt ist, an einem Sendeempfänger-Eingang mit einem Prozessor gekoppelt zu werden, wobei der Sendeempfänger Register umfasst, die mit dem Sendeempfänger-Eingang gekoppelt und dafür ausgelegt sind, eine Kopie der im Prozessor gespeicherten Daten zu speichern. Ein Prüfsummenerzeuger ist mit den Registern gekoppelt, wobei der Prüfsummenerzeuger einen Prüfsummenausgang hat und dafür ausgelegt ist, eine Prüfsummenoperation an einem Teil der Register durchzuführen. Ein Prüfsummenregister ist mit dem Prüfsummenausgang gekoppelt, und ein Prüfsummenprüfer ist mit dem Prüfsummenerzeuger und dem Prüfsummenregister gekoppelt, wobei der Prüfsummenprüfer dafür ausgelegt ist, den Prüfsummenausgang mit einem früheren Prüfsummenausgang zu vergleichen, und in Reaktion darauf, dass der Prüfsummenausgang sich von dem früheren Prüfsummenausgang unterscheidet, einen Fehler zu erzeugen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt drei Beispiele für alternative Schemata, die verwendet werden können, um eine Ethernet-PHY vor unentdeckter Datenbeschädigung in den PHY-Registern zu schützen.
- 2 zeigt ein beispielhaftes System zum Verwenden einer Prüfsumme der PHY-Registerinhalte, um eine Datenbeschädigung in einem PHY-Register zu erkennen.
- 3 zeigt ein beispielhaftes System zum Verwenden einer Prüfsumme der PHY-Registerinhalte, um eine Datenbeschädigung in einem PHY-Register zu erkennen, bei dem das Erzeugen der Prüfsummen intern in der PHY erfolgt.
- 4 zeigt eine Prüfsummen-Auslöserschaltung.
- 5 zeigt ein Verfahren zum Verwenden einer Prüfsumme der PHY-Registerinhalte, um eine Datenbeschädigung in einem PHY-Register zu erkennen.
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Gleiche Bezugsnummern werden in den Zeichnungen verwendet, um gleiche oder ähnliche (nach Funktion und/oder Struktur) Merkmale darzustellen. Die Einzelheiten einer oder mehrerer Implementierungen der vorliegenden Offenbarung werden in den beigefügten Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Die Figuren sind nicht maßstabsgetreu gezeichnet und dienen lediglich der Veranschaulichung der Offenbarung. Spezifische Details, Beziehungen und Verfahren werden dargelegt, um ein Verständnis der Offenbarung zu vermitteln. Andere Merkmale und Vorteile können aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Patentansprüchen ersichtlich sein.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Ethernet-PHYs fungieren als Sendeempfänger zwischen digitalen Verarbeitungsschaltungen (etwa einer Medienzugriffssteuerung, Prozessoren, Gatteranordnungen und/oder Speichervorrichtungen) und analogen Übertragungsmedien (etwa Bussen, Leitungen und/oder Lichtleiterkabeln). PHYs können mit Hilfe von Hardware und Software implementiert werden. Ethernet-PHYs können zahlreiche Register aufweisen, in manchen Fällen über zweitausend. Einige der Register dienen zum Abstimmen von internen Parametern der PHY, um die ordnungsgemäße Funktionalität und die Einhaltung der Ethernet-Spezifikation zu gewährleisten. ASIL (Automotive Safety Integrity Level, Kraftfahrzeug-Sicherheitsanforderungsstufe)-Standards erfordern, dass eine gültige Registerkonfiguration geladen und überprüft wird, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der PHY zu gewährleisten. Es ist jedoch möglich, dass die Datenwerte im PHY-Register während des Betriebs beschädigt werden. Es ist wichtig, Änderungen der Registerkonfiguration, etwa durch eine Bitumkehrung oder einen unbeabsichtigten Schreibvorgang, zu erkennen. Wenn eine Änderung eines Registers in einer Kfz-PHY nicht erkannt und keine entsprechenden Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, können Betrieb und Funktion der PHY beeinträchtigt werden, was zu einem potenziellen Sicherheitsrisiko führt.
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Ein mögliches Verfahren zum Bestimmen, ob sich die Inhalte der PHY-Register geändert haben, besteht darin, dass die Mikrosteuerung (MCU) die PHY-Register periodisch über Management Data Input/Output (MDIO) zurückliest und die aktuellen Werte in den PHY-Registern mit den Werten im MCU-Speicher für das Registerabbild vergleicht. Der Nachteil dieses Ansatzes mit Zurücklesen der Register sind die Kosten im Hinblick auf MCU-Zeit und -Ressourcen. Wenn die PHY zweitausend Register hat und jeder Zurücklesevorgang 10-20 ms dauert, könnte das Zurücklesen aller Register 20-40 s MCU-Zeit in Anspruch nehmen. Außerdem erfordert dieser Ansatz des Zurücklesens von Registern die Belegung der begrenzten Speicher- und Verarbeitungskapazitäten der MCU.
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1 zeigt drei Beispiele für alternative Ausführungsformen, die verwendet werden können, um eine Ethernet-PHY vor unentdeckter Datenbeschädigung in den PHY-Registern zu schützen. Tabelle 100 zeigt einen PHY-Registerblock mit den Spalten 110, 120, 130 und 140. Spalte 110 zeigt den Namen und/oder die Adresse jedes Registers in der PHY. Spalte 120 steht für die PHY-Register, die ausgewählt wurden, um mit einer Registersperre geschützt zu werden. Spalte 130 steht für die PHY-Register, die mit einer Prüfsumme geschützt werden sollen. Spalte 140 steht für die PHY-Register, die mit einem Paritätsbit oder einem Fehlerkorrekturcode (ECC, Error Correction Code) geschützt werden sollen.
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Die Entscheidung, ob ein bestimmtes Register durch die Registersperre 120, die Prüfsumme 130 und/oder den ECC 140 geschützt werden soll, kann im Rahmen der Entwicklung getroffen werden (z.B. wenn die PHY entworfen und/oder hergestellt wird). In einigen Fällen kann diese Entscheidung für einige Register sogar zur Laufzeit getroffen werden (z.B. wenn die PHY tatsächlich in Betrieb ist). Wenn die Entscheidung über die Teilnahme an einem Register bei der Entwicklung getroffen wird, können entweder alle Register ausgewählt werden oder es kann ein Auswahlbit zum Register hinzugefügt werden, das einen zweiten Auswahlpunkt zur Laufzeit ebenso bereitstellt wie die Möglichkeit, eine Teilmenge der Register in das Schutzverfahren einzubeziehen. Jedes beliebige Register kann durch eines, zwei oder alle drei der Schutzsysteme 120, 130 und 140 geschützt werden.
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Es gibt zwei Arten von Registern im PHY-Registersatz, Konfigurationsregister und Statusregister. Im Allgemeinen müssen nur die Konfigurationsregister geschützt oder auf Datenbeschädigung geprüft werden, da erwartet wird, dass sich die Statusregister ändern, was jedes der Verfahren 120-140 verkomplizieren würde, wenn die Statusregister mit einbezogen würden.
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Die Registersperre 120 kann für die PHY-Register verwendet werden, die für die Funktionalität der PHY am wichtigsten sind und vor Überschreiben geschützt werden müssen. Jedem Konfigurationsregister kann ein Sperrbit hinzugefügt werden, wodurch das Register ein zusätzliches Bit erhält. Dieses Sperrbit wird nur für die Registersperre verwendet. Der Wert des Sperrbits (0 oder 1) bestimmt, ob das Register gesperrt werden soll. Das Sperrbit kann als statisches Bit im Register hart codiert werden, wodurch das Register immer gesperrt wird, nachdem der Registerinhalt geschrieben wurde, oder das Sperrbit kann zur Laufzeit konfiguriert werden. Sobald ein Registersperrbit aktiv gesetzt wurde, kann die Registersperre nur durch eine Rücksetzung (Reset) aufgehoben oder der Registerinhalt neu geschrieben werden, je nach Konfiguration durch eine Hardware- oder eine Software-Rücksetzung.
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In einigen Implementierungen kann nur mit Hilfe eines Schlüssels die Registersperre aufgehoben oder der Registerinhalt umgeschrieben werden. Die Verwendung eines Schlüssels ermöglicht es, das Register ohne einen Rücksetzzyklus neu zu schreiben, während der gewünschte Schutz erhalten bleibt. Der Schlüssel für die Registersperre kann ein 8-Bit-Schlüssel oder in manchen Fällen ein 16-Bit-Schlüssel sein und muss in das Register geschrieben werden, um die Registersperre aufzuheben. Die Registersperre verhindert, dass der Inhalt des Registers versehentlich von der Software überschrieben wird.
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Parität oder ECC 140 können zum Schutz wichtiger Konfigurationsregister in der PHY verwendet werden, die durch einen Softwarefehler, Rauschen, ESD-Spitzen, Strahlung, die Soft Errors (SER) verursachen, oder ähnliche Probleme überschrieben werden könnten. Parität bezieht sich auf die Geradzahligkeit oder Ungeradzahligkeit der Anzahl der Bits mit dem Wert Eins innerhalb eines bestimmten Satzes von Bits und wird somit durch den Wert aller Bits bestimmt. Das Paritätsbit prüft, ob die Gesamtzahl der 1-Bits in der Zeichenkette gerade für gerade Parität oder ungerade für ungerade Parität ist. Parität kann durch eine Exklusiv-ODER (XOR)-Summe der Bits berechnet werden, was eine 0 für gerade Parität oder eine 1 für ungerade Parität ergibt. Falsche Registerinhalte können durch Hinzufügen von einem oder zwei Paritätsbits zu jedem Register, das auf diese Weise geschützt werden soll, erkannt werden. Diese Eigenschaft, dass die Parität von allen Bits abhängig ist und sich der Wert ändert, wenn sich ein einzelnes Bit ändert, macht die Parität für die Fehlererkennung nützlich.
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Eine Paritätsprüfung erkennt eine Datenbeschädigung, korrigiert aber nicht den Fehler in den Daten. ECC erkennt und korrigiert die Datenbeschädigung. ECC erfordert redundante Bits, die eine Funktion der Daten im Register sind, und wird durch einen Algorithmus realisiert. Es gibt zahlreiche Arten von ECC-Algorithmen, etwa Hamming-Codes, Einzelfehlerkorrektur und Doppelfehlererkennung (SECDED, Single-Error Correction And Double-Error Detection), mehrdimensionale Parität und Reed-Solomon-Codierung. Die Auswahl, ob ein bestimmtes Register durch Parität oder den ECC 140 geschützt werden soll, kann bei der Entwicklung oder zur Laufzeit getroffen werden. Diese Auswahl kann auch beinhalten, ob eine 1-Bit-Parität, eine 2-Bit-Parität oder ein ECC-Algorithmus verwendet werden soll. In einigen Fällen, in denen ein ECC verwendet wird, wird ein Code, der die Datenbitfolge beschreibt, berechnet und zusammen mit den Daten gespeichert. Wenn die Daten gelesen werden, wird ein ECC-Code für die gelesenen Daten berechnet und mit dem ursprünglichen ECC-Code verglichen. Wenn die Codes übereinstimmen, gelten die Daten als unbeschädigt. Stimmen die Codes nicht überein, wird der gespeicherte ECC-Code verwendet, um die Daten im Register neu zu schreiben. Im PHY-Register müssen zusätzliche Bits hinzugefügt werden, um den ECC-Code unterzubringen. Die zur Berechnung des ECC-Codes verwendete Schaltungsanordnung kann innerhalb oder außerhalb der PHY liegen.
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Eine Prüfsumme 130 kann für die PHY-Register verwendet werden, die für die Funktionalität oder Leistung der PHY-Vorrichtung wichtig sind. Die Entscheidung, welche Register in die Prüfsumme aufgenommen werden sollen, kann entweder bei der Entwicklung oder zur Laufzeit getroffen werden. Dem Register kann ein Auswahlbit hinzugefügt werden, das die Auswahl der beteiligten Register bei der Konfiguration oder zur Laufzeit ermöglicht. Wenn der Prüfsummenerzeuger die Prüfsumme ausführt, liefert der Prüfsummenerzeuger die Prüfsumme nur der Register, die für die Teilnahme am Prüfsummenschutz ausgewählt wurden.
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Zwei Beispiele für das Erzeugen einer PHY-Register-Prüfsumme, die später zum Vergleich mit einer Prüfsumme des aktuellen PHY-Registerinhalts herangezogen wird, sind: 1) Erzeugen einer Prüfsumme außerhalb der PHY unter Verwendung von Prüfsummenerzeuger-Software bei der Kompilierung; oder 2) Bereitstellen einer in Hardware ausgeführten Prüfsummenschaltung innerhalb der PHY-Vorrichtung, um die PHY-Registerinhalte auszulesen und eine Prüfsumme während des Starts zu erzeugen, nachdem die Register geladen wurden.
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2 zeigt ein beispielhaftes System zum Verwenden einer Prüfsumme der PHY-Registerinhalte, um eine Datenbeschädigung in einem PHY-Register zu erkennen. Im Beispiel von 2 wird die Prüfsummenerzeugung außerhalb der PHY mit Hilfe eines Softwaretools zur Prüfsummenerzeugung bei der Kompilierung durchgeführt.
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Die Inhalte der PHY-Konfigurationsregister werden vor der Kompilierung des Codes, der in die Mikrosteuerung geladen werden soll, durch Entwurf und Charakterisierung bestimmt. Sobald die Inhalte der PHY-Konfigurationsregister bestimmt sind, werden die Daten als PHY-Registerabbild 240 in den Prüfsummenerzeuger 244 geladen. Der Prüfsummenerzeuger 244 berechnet eine Prüfsumme 250 des PHY-Registerabbildes 240 unter Verwendung eines geeigneten Prüfsummenalgorithmus wie z.B. der zyklischen Redundanzprüfung (CRC, Cyclic Redundancy Check).
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Das Registerabbild 240 wird vor der Systeminitialisierung in den Speicher 212 der Mikrosteuerung 210 geladen (nicht gezeigt). Die Mikrosteuerung 210 könnte auch ein Digitalsignalprozessor, ein Mikroprozessor oder ein Ein-Chip-System (System-on-a-Chip) sein. Die Prüfsumme 250 wird ebenfalls vor der Systeminitialisierung in die Mikrosteuerung 210 geladen. Die PHY-Vorrichtung 230 ist mit der Mikrosteuerung 210 über eine MDIO-Schnittstelle 220 gekoppelt. Die Mikrosteuerung 210 lädt das PHY-Registerabbild während der Systeminitialisierung über die serielle MDIO-Schnittstelle 220 nach dem Start in die PHY-Register 232. Als Teil des Initialisierungsprozesses wird die Prüfsumme 250 außerdem beim Start von der Mikrosteuerung 210 in das dedizierte Prüfsummenregister 238 in der PHY-Vorrichtung 230 geladen.
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Nachdem alle PHY-Register geladen sind, können die Register, die für den Schutz durch Registersperre 120 ausgewählt wurden, auf Wunsch gesperrt werden, um zu verhindern, dass die gesperrten Register von der Software ohne die Verwendung eines Schlüssels oder die Ausführung einer Rücksetzung überschrieben werden. Die Prüfsumme des Registersatzes kann sowohl gesperrte als auch ungesperrte Register enthalten, da jedes der Verfahren 120-140 unabhängig von den anderen implementiert werden kann.
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Ein Prüfsummenprüfer 234 ist mit dem Registersatz 232 gekoppelt. Während der Laufzeit kann der Prüfsummenprüfer 234 die PHY-Registerinhalte überprüfen, indem er die ausgewählten Register oder den gesamten Registersatz 232 ausliest, einen aktuellen Wert der Prüfsumme für diese Register berechnet und die aktuelle Prüfsumme mit der gespeicherten Prüfsumme im Prüfsummenregister 238 vergleicht. Mehrere verschiedene Ereignisauslöseursachen 236, sowohl innerhalb als auch außerhalb der PHY-Vorrichtung 230, können die Durchführung einer Prüfung der Prüfsumme auslösen. Wenn ein Prüfsummenfehler erkannt wird, kann der Fehler an die Mikrosteuerung 210 gemeldet werden, und die Mikrosteuerung kann korrigierende Maßnahmen ergreifen, z.B. eine Systemrücksetzung oder ein Neuladen des PHY-Registersatzes 232 über die MDIO 220.
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3 zeigt ein beispielhaftes System zum Verwenden einer Prüfsumme der PHY-Registerinhalte, um Datenbeschädigungen in einem PHY-Register zu erkennen, bei dem die PHY in Hardware ausgeführte Prüfsummen-Erzeugerschaltanordnungen aufweist und das Erzeugen der Prüfsummen intern in der PHY mit Hilfe des Prüfsummenerzeugers erfolgt.
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Die Inhalte der PHY-Konfigurationsregister werden vor der Initialisierung durch Entwurf und Charakterisierung bestimmt. Sobald die Inhalte der PHY-Konfigurationsregister bestimmt sind, werden sie als PHY-Registerabbild in den Speicher 312 der Mikrosteuerung 310 geladen. Die Mikrosteuerung 310 könnte auch ein Digitalsignalprozessor, ein Mikroprozessor oder ein Ein-Chip-System (System-on-a-Chip) sein.
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Die PHY-Vorrichtung 330 ist mit der Mikrosteuerung 310 über eine MDIO-Schnittstelle 320 gekoppelt. Die Mikrosteuerung 310 lädt das PHY-Registerabbild als Initialisierungstabelle während der Systeminitialisierung über die serielle MDIO-Schnittstelle 320 nach dem Start in die PHY-Register 332.
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Die PHY-Register 332 sind mit einem Prüfsummenerzeuger 360 gekoppelt. Nachdem die Register geladen sind, berechnet der Prüfsummenerzeuger 360 eine Prüfsumme der Inhalte der PHY-Register 332 unter Verwendung eines geeigneten Prüfsummenalgorithmus wie z.B. der zyklischen Redundanzprüfung (CRC). Die Prüfsumme wird in einem Prüfsummenregister 338 gespeichert, das mit dem Prüfsummenerzeuger 360 gekoppelt ist. Ein Prüfsummenprüfer 334 hat einen ersten Eingang, der mit dem Prüfsummenerzeuger 360 gekoppelt ist, und einen zweiten Eingang, der mit dem Prüfsummenregister 350 gekoppelt ist. Der Prüfer 334 hat einen Ausgang, der mit der Mikrosteuerung 310 gekoppelt ist.
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Das Registerabbild wird während der Initialisierung der PHY 330 aus dem Speicher 312 in der Mikrosteuerung 310 über MDIO 320 in die PHY-Register 332 geladen. Der Prüfsummenerzeuger 360 ist eine Zustandsmaschine, die die Inhalte der PHY-Register 332 ausliest und eine Prüfsumme erzeugt. Die erzeugte Prüfsumme wird im Prüfsummenregister 338 gespeichert, um sie später mit nachfolgenden Prüfsummen zu vergleichen, um zu überprüfen, ob sich die Prüfsumme geändert hat.
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Der Prüfsummenerzeuger ist mit einer Prüfsummen-Auslöserschaltung 336 gekoppelt. Während der Laufzeit kann der Prüfsummenerzeuger 360 ein Signal vom Prüfsummen-Auslöser 336 erhalten, das ihn anweist, die PHY-Register 332 auszulesen und eine Prüfsumme zu erzeugen, die mit der im Prüfsummenregister 338 gespeicherten Prüfsumme verglichen werden soll.
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Bei Empfang eines Signals von der Prüfsummen-Auslöserschaltung 336 liest der Prüfsummenerzeuger 360 die PHY-Register 332 aus, die als Teil der Prüfsumme ausgewählt wurden, und erzeugt eine Prüfsumme der aktuellen PHY-Registerinhalte. Die neue Prüfsumme wird vom Prüfsummenerzeuger 360 an den Prüfsummenprüfer 334 gesendet. Der Prüfsummenprüfer 334 liest die gespeicherte Prüfsumme aus dem Prüfsummenregister 338 und vergleicht die aktuelle Prüfsumme mit der gespeicherten Prüfsumme. Wenn die aktuelle Prüfsumme und die gespeicherte Prüfsumme nicht übereinstimmen, bedeutet dies, dass die Konfigurationsdaten im PHY-Register 332 beschädigt sind. Der Prüfer 334 meldet die Datenbeschädigung an die Mikrosteuerung 312, die dann die entsprechenden Korrekturmaßnahmen ergreifen kann, zu denen auch das Neuladen des Registerabbildes im Speicher 312 in den PHY-Registersatz 332 gehören kann.
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4 zeigt die Prüfsummen-Auslöserschaltung 336, die Auslöserausgänge 410-420 als Eingänge und ein Prüfsummenanstoßsignal 440 als Ausgang aufweist. Jeder der Auslösereingänge 410-420, der die vorgegebenen Kriterien für ein gültiges Signal erfüllt, führt dazu, dass das Prüfsummenanstoßsignal an den Prüfsummenerzeuger 360 gesendet wird. Das Prüfsummenanstoßsignal, das an den Prüfsummenerzeuger 360 gesendet wird, stößt den Prozess an, in dem der Prüfsummenerzeuger 360 den Inhalt der PHY-Register 332 ausliest und eine Prüfsumme erzeugt, die dann mit der im Prüfsummenregister 338 gespeicherten Prüfsumme verglichen wird, um zu bestimmen, ob die Inhalte der PHY-Register gültig sind.
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Der Software-Auslöser-Eingang 410 kann für eine vom Benutzer veranlasste Prüfsummenprüfung verwendet werden. Diese kann durchgeführt werden, wenn der Benutzer vermutet, dass ein Fehler oder ein Leistungsproblem aufgetreten sein könnte. Der Software-Auslöser-Eingang 410 kann auch verwendet werden, um regelmäßige Prüfsummenprüfungen als Sicherheitsmaßnahme zur Bestätigung der Systemintegrität durchzuführen. Der Software-Auslöser-Eingang 410 ist ein einzelnes Bit, das von der Mikrosteuerung 310 gesendet wird, und stellt eine willkürliche Prüfung dar, um sicherzustellen, dass sich im PHY-Registersatz nichts geändert hat.
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Ein Auslöser bei Verbindungsverlust 412 kann einen ernstzunehmenden Fehler im Ethernet-System signalisieren. Der Auslöser bei Verbindungsverlust 412 wird intern durch die PHY 330 erzeugt und ausgelöst, wenn die PHY einen Verbindungsverlust zwischen sich und dem System, mit dem sie kommuniziert, erkennt. Die PHY sendet und empfängt ständig Auslöseimpulse und Daten, die als Verbindung bezeichnet werden, um sich mit den PHYs der Systeme zu synchronisieren, mit denen sie kommuniziert. Die PHY führt in regelmäßigen Abständen Prüfungen durch, um sicherzustellen, dass die Verbindung vorhanden ist. Wenn die PHY erkennt, dass die Verbindung verloren gegangen ist, setzt sie das Auslöserbit bei Verbindungsverlust 412.
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Der Verbindungsverlust kann viele mögliche Ursachen haben. Allerdings kann ein Verbindungsverlust aufgrund von veränderten Registerwerten auftreten, insbesondere Werten von Registern, die die Leistung, die Zeitsteuerung und die Synchronisation der PHY betreffen. In einigen Fällen kann das Neuladen der PHY-Registerwerte nach einem Auslöser bei Verbindungsverlust 412 das Problem des Verbindungsverlustes beheben. Wenn ein Verbindungsverlust erkannt wird, wird ein Auslöser bei Verbindungsverlust 412 gesetzt, was eine Prüfsummenprüfung auslöst.
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Die Signalqualität wird in einer PHY während der Laufzeit ständig überwacht. Das Signalqualitätsindikator (SQI)-Signal 414 kann intern durch die PHY 330 erzeugt werden und ist ein Indikator dafür, dass die Signalqualität unter einen vorbestimmten Schwellenwert gefallen ist. Wenn der SQI-Wert unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, kann dies ein Hinweis darauf sein, dass die mittlere quadratische Abweichung (MSE, Mean Square Error) auf ein inakzeptables Niveau gestiegen ist. In diesem Fall kann die Übertragung noch vorhanden sein, aber mit Fehlern.
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Eine mögliche Ursache für einen niedrigeren SQI könnte sein, dass die Registereinstellungen, die sich auf die Beibehaltung einer definierten Signalform beziehen, verändert oder überschrieben wurden. In einigen Fällen kann das Neuladen der PHY-Registerwerte nach einem SQI-Auslöser 414 den SQI verbessern und das Problem lösen. Die frühzeitige Erkennung und Korrektur einer Verschlechterung des SQI kann einen späteren Verbindungsverlust verhindern. Aus diesem Grund wird, wenn der SQI unter einen akzeptablen SQI-Schwellenwert fällt, ein SQI-Auslöser 414 gesetzt, der eine Prüfsummenprüfung auslöst.
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Ein Auslöser bei einem elektrostatischen Entladungs (ESD)-Ereignis 416 kann von einem internen ESD-Ereignisdetektor gesendet werden. Eine beispielhafte Implementierung eines ESD-Ereignisdetektors ist im U.S.-Patent Nr. 10,749,337 zu finden, das durch Bezugnahme als insgesamt hierin aufgenommen gilt. Ein ESD-Ereignis kann dazu führen, dass Registerbits umgekehrt werden, oder die in den PHY-Konfigurationsregistern gespeicherten Daten anderweitig beschädigen. Eine frühzeitige Erkennung einer solchen Datenbeschädigung ist wünschenswert. Wenn ein ESD-Ereignis erkannt wird, erzeugt der ESD-Ereignisdetektor einen Auslöser bei einem ESD-Ereignis 416, der eine Prüfsummenprüfung auslöst.
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Der PHY-Schaltungsanordnung kann ein Selbsttestmodus hinzugefügt werden, um die ordnungsgemäße Funktion des Prüfsummenauslösers 336, des Prüfsummenerzeugers 360 und des Prüfsummenprüfers 334 zu überprüfen. Der Selbsttest kann durch ein Selbsttest-Auslösersignal 418 angestoßen werden. Der Selbsttest-Auslöser 418 kann von der Mikrosteuerung 310 oder von Schaltungsanordnungen innerhalb der PHY gesendet werden. Im Selbsttestmodus ist es möglich, Fehlerbits in Registersatzeinstellungen einzufügen, um die Fehlererkennungslogik auszulösen, ohne dass der Fehler auf den Rest des Ethernet-Systems übertragen wird. Als Teil des Selbsttests könnte z.B. ein Mechanismus implementiert werden, der eine falsche Prüfsumme erzeugt und dann eine Prüfung durchführt, um zu bestimmen, ob der Prüfsummenfehler erkannt und an die Mikrosteuerung 310 gemeldet wird. Diese Überprüfung kann den Betrieb des Ethernet-Systems sicherer machen, was besonders bei Anwendungen im Kraftfahrzeugbereich wichtig ist.
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Die in 4 gezeigte Liste der Auslöseursachen erhebt nicht den Anspruch der Vollständigkeit. Auch andere Auslöseursachen 420 können implementiert werden. Zu diesen anderen Auslöseursachen 420 kann ein Zeitgeber gehören, der häufige Registerprüfungen anstößt. Die anderen Auslöseursachen können nach Bedarf an die jeweilige Ethernet-Systemumgebung angepasst werden.
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5 zeigt ein Verfahren 500 zum Verwenden einer Prüfsumme der PHY-Registerinhalte, um eine Datenbeschädigung in einem PHY-Register zu erkennen. Bei 510 wird das System eingeschaltet und werden die Mikrosteuerung 310 und die PHY 330 werden mit Strom. Bei 520 wird die PHY initialisiert und wird die Registerabbilddatei aus dem Speicher der Mikrosteuerung 312 in die PHY-Register 332 geladen.
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Bei 530 liest der Prüfsummenerzeuger die Inhalte der Register aus und erzeugt eine anfängliche Prüfsumme, die bei 540 im Prüfsummenregister gespeichert wird. In Schritt 550 kommuniziert eine Prüfsummen-Auslöseursache an den Prüfsummenerzeuger 360, dass der Prüfsummenerzeuger den aktuellen Inhalt der PHY-Register 332 auslesen und in Schritt 560 eine aktuelle Prüfsumme erzeugen muss. Der Prüfsummenprüfer 334 empfängt bei Schritt 570 die aktuelle Prüfsumme vom Prüfsummenerzeuger und die anfängliche Prüfsumme vom Prüfsummenregister 338. Wenn die Werte der anfänglichen Prüfsumme und der aktuellen Prüfsumme bei 580 gleich sind, kehrt der Prozess zu Schritt 550 zurück und wartet auf eine Auslöseursache, um den nächsten Auslöser zu erzeugen. Wenn die Werte der anfänglichen Prüfsumme und der aktuellen Prüfsumme bei 580 nicht übereinstimmen, meldet die PHY den Fehler an die Mikrosteuerung, und die Mikrosteuerung ergreift die entsprechenden Korrekturmaßnahmen, etwa das erneute Laden des Registerabbildes in den Registersatz.
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Wenn in der vorliegenden Offenbarung ein Element als mit einem anderen Element „gekoppelt“ bezeichnet wird, ist damit gemeint, dass zwischen den beiden Elementen eine funktionale Verbindung besteht (z.B. eine direkte Verbindung oder eine indirekte Verbindung, wenn ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente vorhanden sind). Wenn ein erstes Element als mit einem zweiten Element „direkt gekoppelt“ bezeichnet wird, befinden sich keine Zwischenelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element. Die Ausdrücke „im Wesentlichen identisch“, „im Wesentlichen gleich“, „ungefähr gleich“ und „ungefähr identisch“ beschreiben ein quantitatives Verhältnis zwischen zwei Objekten. Dieses quantitative Verhältnis kann dazu führen, dass die beiden Objekte vom Design her gleich sind, wobei jedoch davon ausgegangen wird, dass es im Herstellungsprozess zu einem gewissen Grad an Abweichungen kommen kann.
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Die Ausdrücke „Anschluss“, „Knoten“, „Verbindung“, „Leitung“ und „Stift“ werden hier austauschbar verwendet. Sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, werden diese Ausdrücke im Allgemeinen verwendet, um eine Verbindung zwischen oder einen Endpunkt eines Bauelements, eines Schaltungselements, einer integrierten Schaltung, einer Vorrichtung oder einer anderen Elektronik- oder Halbleiterkomponente zu bezeichnen.
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Die Verwendung des Begriffs „Masse“ in der vorstehenden Beschreibung umfasst eine Gehäusemasse, eine Erdung, eine schwebende Masse, eine virtuelle Masse, eine digitale Masse, eine gemeinsame Masse und/oder jede andere Form der Masseverbindung, die für die Lehren dieser Beschreibung anwendbar oder geeignet ist.
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Obwohl die Vorgänge in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, ist dies nicht so zu verstehen, dass alle dargestellten Vorgänge ausgeführt werden müssen oder dass die Vorgänge in dieser Reihenfolge ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen, es sei denn, eine solche Reihenfolge ist in einem oder mehreren Ansprüchen angegeben. Unter bestimmten Umständen können Multitasking und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus ist die Trennung der verschiedenen Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so zu verstehen, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist.
