DE202009002851U1

DE202009002851U1 - Überwachungsrechner für Personal Computer

Info

Publication number: DE202009002851U1
Application number: DE200920002851
Authority: DE
Original assignee: BOHNEN THOMAS MICHAEL; Bohnen Thomas Michael Dipl-Ing; Hertz Torsten Dipl-Ing
Current assignee: BOHNEN THOMAS MICHAEL; Bohnen Thomas Michael Dipl-Ing; Hertz Torsten Dipl-Ing
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2009-07-23
Anticipated expiration: 2019-02-28

Abstract

Ein Überwachungsrechner, bestehend aus einer Rechnerhardware und einer Software, der über Schnittstellen mit einen handelsüblichen PC verbunden wird und der durch die Akquise und Verarbeitung von Daten die Stabilität des PC ermittelt, überwacht und einem Benutzer signalisiert.

Description

Stand der Technik
Personal Computer (PC) werden in vielen Bereichen des täglichen Lebens eingesetzt und haben durch ihre weite Verbreitung hohe Stückzahlen in der Herstellung erreicht. Dies ermöglichte die Entwicklung eines hohen Leistungsniveaus bei gleichzeitig niedrigen Preisen. Es gibt im Bereich der PCs eine Auswahl von Betriebssystemen und Entwicklungsumgebungen, die es ermöglichen eine weite Bandbreite von Applikationen zu entwickeln. Durch diese Tatsachen haben die PCs in vielen Anwendungen sogenannte Embedded Systems, also für eine spezielle Anwendung entwickelte Rechner verdrängt.
Ein Leistungsmerkmal, welches viele Embedded Systems auszeichnet, ist eine interne Sicherheitsarchitektur, die eine hohe Stabilität und Verfügbarkeit sicherstellt. Dabei ist die Stabilität eines Rechners die Fähigkeit, anstehende Aufgaben innerhalb definierter Antwortzeiten vorhersagbar abzuarbeiten und die Verfügbarkeit eines Rechners die Zeit (prozentual z. B. bezogen auf ein Jahr), die der Rechner in stabilem Zustand zur Verfügung steht.
Um diese Ziele zu erreichen wird ein zweiter Rechner (Überwachungsrechner), der unabhängig vom ersten Rechner (Hostrechner) Aufgaben ausführt, in das Embedded System integriert. Aufgabe des Überwachungsrechners ist unter anderem die Überwachung der Applikationssoftware als „zweiter Kanal". Als Applikationssoftware wird die Software bezeichnet, die auf dem Hostrechner läuft und dessen Hauptaufgabe darstellt (z. B. Maschinensteuerung, Messwertüberwachung).
Der Überwachungsrechner kann ein Rechner sein, der von der Leistungsfähigkeit her dem Hostrechner gleichwertig ist und so eine statische oder dynamische Aufgabenteilung ermöglicht. Alternativ kann der Überwachungsrechner ein einfacher Rechner sein (Watchdog), der nur das Verhalten (z. B. Latenzzeiten) einzelner Softwaretasks überwacht, die der Hauptrechner abarbeitet. In jedem Fall kann ein Fehlverhalten des Hostrechners über einen zweiten, unabhängigen Kanal ermittelt und signalisiert werden. Die Signalisierung kann an einen Benutzer gerichtet sein (via Display oder Alarmeinrichtung) oder an eine höhere technische Instanz, wie einen zentralen Überwachungsrechner.
Unter Überwachungsrechner wird eine Kombination aus Hardware und Software verstanden.
Kritik am Stand der Technik
Die zweikanalige Auslegung eines Rechnersystems ist immer dann notwendig, wenn der unbemerkte Ausfall des ersten Kanals (Hostrechner) nicht zu tolerierende Folgen hätte. Dies ist in vielen sicherheitskritischen Anwendungen der Fall, wie z. B. Überwachung lebenserhaltender Maschinen der Medizintechnik oder Anlagen, die im Fehlerfall Menschen oder die Umwelt gefährden.
Die beschriebene Überwachung der Funktion des Rechners ist beim Einsatz eines PC nicht realisierbar, da ein handelsüblicher PC nur einen Prozessor hat, auf dem alle Aufgaben ausgeführt werden. Auch eine Überwachungssoftware, die auf einem PC läuft, kann von fehlerhaften Prozessen gestoppt werden und somit daran gehindert werden, ein Signal an den Benutzer abzusetzen. Ebenso fehlen vom Hauptprozessor unabhängige Kanäle der Signalisierung.
Aufgrund der Leistungsfähigkeit, Vielseitigkeit und breiten Verfügbarkeit von Personal Computer wäre der Einsatz auch in den genannten Bereichen wünschenswert, die bislang den Embedded Systems vorbehalten sind.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung ist ein Überwachungsrechner, der als eine vom Hauptprozessor unabhängige Instanz in einen handelsüblichen Personal Computer (Hostrechner) integriert werden kann. Es wird ein unabhängiger Kanal zur Verfügung gestellt, der durch die Akquise und Verarbeitung von Daten aus dem Hostrechner die Stabilität des Hauptrechners ermittelt, überwacht und einem Benutzer signalisiert. Auf ebenso verschiedenen Wegen kann durch Eingriffe in laufende Softwaretasks die Stabilität und Verfügbarkeit des Gesamtsystems verbessert werden.
Durch die Kopplung und evtl. mechanische Integration eine Überwachungsrechners, wie hier beschrieben, kann ein handlesüblicher Personal Computer als Steuerungs-, Regelung- oder Überwachungsrechner in Systemen und Anlagen eingesetzt werden, an die hohe Ansprüche hinsichtlich der Zuverlässigkeit gestellt werden.
Beschreibung der Hardware
Die Erfindung besteht aus einer Hardware und einer darauf laufenden Software. Die Hardware gliedert sich gemäß 1 in die Bereiche:

1. Hardware Inputkanäle
2. Hardware Outputkanäle
3. Prozessor und Peripherie
4. unabhängige Spannungsversorgung

Die Hardware-Inputkanäle ermöglichen das Sammeln von Informationen im Hostrechner. Dies können im PC vorhandene Standard-Schnittstellen sein, wie USB, PCI, PCI Express, usw., aber auch andere, wie der JTAG-Port oder Messungen (z. B. Temperatur oder Lüfterdrehzahl), die an der Hardware vorgenommen werden.
Die Outputkanäle dienen der Signalisierung bestimmter Zustände des Systems an einen Benutzer oder andere technische Instanzen oder der Vornahme gezielter Eingriffe in den Hostrechner oder die darauf laufende Software, um einen stabilen Zustand wieder herzustellen.
Bei der Signalisierung kann es sich beispielsweise um eine optische Signalisierung (Ampel) bis hin zu einem vom Überwachungsrechner angesteuerten Text- oder Grafikdisplay handeln. Auch kann eine akustische Signalisierung beispielsweise per Lautsprecher oder Piezosignalgeber erfolgen. Neben diesen Signalwegen, die einen in der Nähe anwesenden Benutzer ansprechen, sind auch Outputkanäle vorgesehen, die entfernte Nutzer ansprechen können, wie beispielsweise eine LAN Verbindung oder Funktechniken (Bluetooth, WLAN, GSM, UMTS, usw.). Damit sind Signalisierungseinrichtungen vorhanden, die das Absetzen einer Email oder bei Integration eines Webservers eine kontinuierliche Fernüberwachung ermöglichen.
Ein Eingriff in das System über die Hardware kann beispielsweise der Neustart des Hostrechners über eine Verbindung zum Reset-Schalter sein.
Der Prozessor und seine Peripherie (RAM, usw.) dienen dazu, die Signale aus den Inputkanälen zu verarbeiten und entsprechend den in einer Überwachungssoftware hinterlegten Algorithmen und Regeln, die Outputkanäle anzusteuern.
Der Überwachungsrechner muss auch ohne Spannungsversorgung des Hostrechners jederzeit funktionsfähig bleiben (zum Beispiel im Falle eines Neustarts). Daher wird der Überwachungsrechner phasenweise oder dauerhaft von einer unabhängigen Spannungsquelle versorgt. Dies kann ein integrierter Pufferakku sein, der vom Hostrechner aufgeladen wird und nur während eines Neustarts als Spannungsquelle dient, eine vom Mainboard unabhängige Spannungsversorgung durch das PC Netzteil (z. B. Spannungsversorgung für eine Laufwerk) oder eine dauerhaft unabhängige Spannungsquelle, wie ein eigenes Netzteil.

Claims

Ein Überwachungsrechner, bestehend aus einer Rechnerhardware und einer Software, der über Schnittstellen mit einen handelsüblichen PC verbunden wird und der durch die Akquise und Verarbeitung von Daten die Stabilität des PC ermittelt, überwacht und einem Benutzer signalisiert.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese als steckbare Platine (z. B. als PCI-Karte) in einen handelsüblichen Personal Computer integriert werden kann.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, diese ausgestattet ist mit einem oder mehreren Hardware-Inputkanälen, die mit im PC vorhandene Schnittstellen, wie USB, PCI, PCI Express, JTAG-Port verbunden sind oder Messungen (z. B. Temperatur, Lüfterdrehzahl) an Hardware vornehmen.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass, diese ausgestattet ist, mit Hardware Outputkanälen an denen Signaleinrichtungen für einen Benutzer oder Verbindungen zu anderen Rechner angeschlossen werden können oder die gezielter Eingriffe in den Hostrechner oder die darauf laufende Software ermöglichen.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass, die Signalisierung optisch oder über ein vom Überwachungsrechner angesteuertes Text- oder Grafikdisplay vorgenommen werden kann.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass, die Signalisierung akustisch, beispielsweise per Lautsprecher oder Piezosignalgeber erfolgen kann.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass, die Signalisierung über eine LAN Verbindung oder Funktechniken (Bluetooth, WLAN, GSM, UMTS, usw.) erfolgen kann.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Verbindung zum Reset-Schalter ein Neustart des PC erfolgen kann.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Prozessor und seine Peripherie (RAM, usw.), die Signale aus den Inputkanälen verarbeiten und die Outputkanäle ansteuern.
Eine Rechnerhardware für einen Überwachungsrechner nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dieser phasenweise oder dauerhaft von einer unabhängigen Spannungsquelle versorgt wird. Dies kann ein integrierter Pufferakku sein, eine vom Mainboard unabhängige Spannungsversorgung durch das PC Netzteil oder ein eigenes Netzteil.