DE4329872C2 - Überwachungsschaltung für Mikroprozessoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachungsschaltung für Mikroprozessoren zur Gewährleistung eines störungsfreien Programmablaufs.

Ein Mikroprozessor muß während des Betriebs durch eine möglichst unabhängige externe Schaltung auf störungsfreien Programmablauf überprüft werden. Dazu wird an einer einzigen definierten Stelle im Programm über einen Port des Prozessors die externe Überwachungsschaltung getriggert. Kommt nun wegen eines Hard- oder Softwarefehlers dieses Triggersignal nicht im vorbestimmten Zeitfenster, so löst die externe Überwachungsschaltung einen Resetimpuls für den Prozessor aus. Aus Gründen des Stromsparens ist es jedoch bei batteriebetriebenen Geräten notwendig, den Prozessor im nicht aktiven Zustand in einen Power-Down-Modus zu schalten. In dem Power-Down-Modus kann jedoch das Triggersignal nicht mehr erzeugt werden, weil die Takterzeugung und somit jede Zeitgeberfunktion des Prozessors gestoppt ist.

Aus DE 32 43 760 C3 ist eine Überwachungsschaltung für Mikroprozessoren zur Gewährleistung eines störungsfreien Programmablaufs bekannt, wobei der Prozessor ein Triggersignal an die Überwachungsschaltung sendet und die Überwachungsschaltung dann einen Reset-Impuls für den Prozessor auslöst zu dessen erneutem, definierten Starten, wenn das Triggersignal infolge eines Fehlverhaltens des Prozessors ausbleibt.

Aus DE 41 23 811 A1 ist eine externe Einrichtung bekannt, mittels der ein im Power-Down-Modus befindlicher Prozessor durch ein Interruptsignal in einen Aktiv-Modus geschaltet und zur Fortsetzung der normalen Programmabarbeitung an der vor dem Power-Down-Modus befindlichen Stelle veranlaßt werden kann.

Aus DE 32 48 680 A1 ist ein Microcomputer mit Energiespar- Betriebszustand bekannt, der mittels eines Flip-Flop den momentanen Zustand speichert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, mit der sowohl ein stromsparender Power-Down- Modus des Prozessors und eine Überwachungsfunktion möglich sind.

Diese Aufgabe wird mit einer Überwachungsschaltung gemäß Anspruch 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind im Unteranspruch angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Überwachungsschaltung im Zusammenwirken mit einem Prozessor im Blockschaltbild,

Fig. 2 bis 4 in einem Diagramm verschiedene Signalverläufe und

Fig. 5 eine Schaltungsanordnung mit Überwachungsschaltung und Mikroprozessor.

Im Blockschaltbild gemäß Fig. 1 sind ein Prozessor 1 und eine diesem zugeordnete externe Überwachungsschaltung 2 gezeigt, über deren Verbindungsleitungen ein Triggersignal vom Prozessor 1 zur Überwachungsschaltung 2 und ein Interruptsignal von der Überwachungsschaltung 2 zum Prozessor 1 gesendet werden. In eine dritte Verbindungsleitung von der Überwachungsschaltung 2 zum Prozessor 1 ist ein Verknüpfungselement 3 eingefügt, das einen zweiten Eingang aufweist, an dem ein Power-ON- Resetsignal anliegt.

Die Funktion dieser Schaltungsanordnung wird zunächst anhand der Signalverläufe nach Fig. 2 bis 4 erläutert, in denen jeweils das Triggersignal, das Interruptsignal und das Resetsignal dargestellt sind. Fig. 2 zeigt den Signalverlauf, wenn der Prozessor nicht im Power-Down-Mode ist und die Überwachungsschaltung regelmäßig mittels des Triggersignals zurücksetzt. Fig. 3 zeigt den Signalverlauf, wenn der Prozessor im Power-Down-Mode ist, vom Interruptsignal, das die Überwachungsschaltung erzeugt, in den Aktiv-Modus gebracht wird und innerhalb einer vorgegebenen Zeit die Überwachungsschaltung rücksetzt. Dies ist dargestellt durch die zeitversetzten Trigger- und Interruptimpulse. Nach einer vorgegebenen Zeit wird als Antwort auf einen Interruptimpuls der Überwachungsschaltung ein Triggerimpuls vom Prozessor ausgesendet.

Fig. 4 zeigt den Signalverlauf, wenn ein Fehlverhalten des Prozessors 1 vorliegt. Das von der Überwachungsschaltung erzeugte Interruptsignal bleibt dabei vom Prozessor unbeantwortet, worauf der Reset-Impuls für den Prozessor über die Verknüpfungseinrichtung 3 ausgelöst wird, um den Prozessor wieder definiert zu starten. Das Fehlverhalten ist im Signalverlauf daran erkennbar, daß im Verlauf des Triggersignals dem dritten Interruptimpuls kein Triggerimpuls folgt.

Im folgenden wird die Wechselwirkung der Signale zwischen Überwachungsschaltung und Prozessor noch detaillierter erläutert: Als erstes kommt als Vorwarnsignal ein Interruptsignal auf den Interrupt-Eingang des Prozessors 1. Befindet sich der Prozessor 1 im Power-Down-Modus, so wird der Prozessor 1 durch dieses Vorwarnsignal/Interrupt in den Aktiv-Modus gebracht, der Taktgenerator des Prozessors (in der Figur nicht dargestellt) schwingt an und die normale Programmabarbeitung wird an der Stelle fortgesetzt, an der sich der Prozessor vor dem Power-Down-Modus befand. In der Interrupt-Service-Routine wird ein Merker (Flag) gesetzt, der im Hauptprogramm abgefragt wird. Das Hauptprogramm erzeugt bei gesetztem Merker dann das Triggersignal für die Überwachungsschaltung und setzt den Merker zurück. Erfolgt dies wegen eines aufgetretenen Fehlers im Prozessor bzw. im Programmablauf nicht in einer von der Überwachungsschaltung vorgegebenen Zeit, so löst die Überwachungsschaltung das Reset-Signal für den Prozessor aus. Durch dieses Verfahren wird der Prozessor zyklisch aus dem Power-Down-Mode geholt und kann das Triggersignal erzeugen. Anschließend versetzt er sich selbst wieder in den Power-Down-Mode. Auf diese Weise kann der Prozessor ständig auf korrekte Funktion überwacht werden, ohne daß dabei viel Strom verbraucht wird, da das Verhältnis Power-Down- zu Aktiv-Mode nahezu beliebig sein kann und der Prozessor im Power-Down-Mode nur sehr wenig Strom verbraucht (CMOS im statischen Zustand). Ebenso kann die externe Überwachungsschaltung in sehr stromsparender CMOS-Technik aufgebaut werden, da dazu nur eine Oszillatorschaltung mit niedriger Frequenz, ein mehrstufiger, rücksetzbarer Teiler sowie einige wenige Gatter notwendig sind.

Fig. 5 zeigt die Realisierung einer Schaltungsanordnung mit einer Oszillatorschaltung mit nachgeschaltetem Zähler IC1 als Überwachungsschaltung, einem Schaltungsteil IC2 mit den NAND-Gattern IC2A, IC2B und IC2C zur Verknüpfung der Zählerausgänge und zur Erzeugung des Interrupt- und des Resetsignals und ferner mit einem Prozessor IC3. Von der Vielzahl von Ein- und Ausgängen des Zählers sowie des Prozessors sowie weiterer Schaltungselemente werden nur diejenigen näher bezeichnet, die bei der Überwachungsfunktion mitwirken. Das im Prozessor IC3 erzeugte Triggersignal wird über einen Kondensator C1 und einen ohmschen Widerstand R2 an den Zählerbaustein IC1 geführt, um diesen in den Anfangszustand zu bringen. Kondensator C1 und ohmscher Widerstand R2 dienen dazu, daß ein im Prozessor IC3 aufgetretener Fehler mit der Wirkung, daß der Port im High-Zustand verbleibt, die Überwachungsschaltung nicht bleibend rücksetzen und damit außer Betrieb setzen kann. Die Verknüpfungsgatter zwischen Zähler IC1 und Prozessor IC3 bestehen aus einem ersten NAND-Gatter IC2A, dessen Eingänge 1 und 2 mit den Anschlüssen Q4 und Q9 des Zählers IC1 verbunden sind und dessen Ausgang 3 an einen Interrupt-Eingang des Prozessors IC3 geführt ist, aus einem zweiten NAND-Gatter IC2B, dessen Eingänge 4 und 5 mit den Anschlüssen Q4 und Q10 des Zählers IC1 verbunden sind und dessen Ausgang 6 an den einen Eingang 9 eines dritten NAND-Gatters IC2C geführt ist, an dessen zweiten Eingang 10 ein Power-On-Resetsignal anliegt und dessen Ausgang 8 mit dem Reset-Eingang des Prozessors IC3 verbunden ist.

Im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ca. 100 ms nach dem Reset des Zählers IC1 über das NAND-Gatter IC2A ein Interruptimpuls für den Prozessor IC3 erzeugt, der diesen aus dem Power-Down-Modus holt und den Prozessoroszillator startet. Reagiert der Prozessor innerhalb der nächsten 100 ms nicht mit einem Triggersignal, so wird über das NAND-Gatter IC2B ein Resetsignal erzeugt, das wiederum im NAND-GATTER IC2C mit dem Power-On-Resetsignal verknüpft wird und den Prozessor IC3 in den Reset versetzt. Dieses Signal liegt für ca. 2 ms am Prozessor IC3 an, danach kann dieser wieder definiert anlaufen.

Claims (2)

1. Überwachungsschaltung für Mikroprozessoren zur Gewährleistung eines störungsfreien Programmablaufs, wobei ein im Power-Down-Modus befindlicher Prozessor durch ein von der externen Überwachungsschaltung kommendes Interruptsignal in den Aktiv-Modus gebracht und zur Fortsetzung der normalen Programmabarbeitung an der vor dem Power-Down-Modus befindlichen Stelle veranlaßt wird und der Prozessor ein an einer einzigen, definierten Stelle im Programm erzeugtes Triggersignal an die Überwachungsschaltung sendet und diese dann einen Reset-Impuls für den Prozessor auslöst zu dessen erneutem, definiertem Starten, wenn infolge eines Fehlverhaltens des Prozessors das von der Überwachungsschaltung erzeugte Interruptsignal vom Prozessor innerhalb einer vorgegebenen Zeit unbeantwortet bleibt durch Ausbleiben eines Triggersignals, und das Triggersignal des Prozessors über ein RC-Glied an einen einer Oszillator- Schaltung nachgeschalteten Zählerbaustein mit mehreren Ausgängen geführt wird, um diesen in den Anfangszustand zu bringen, und eine vorgegebene Zeit nach dem Reset des Zählers über ein eingangsseitig mit zwei Ausgängen des Zählers verbundenes NAND-Gatter den Interruptimpuls für den Prozessor erzeugt wird, der diesen aus dem Power-Down-Modus holt und einen Prozessoroszillator startet und bei Ausbleiben des Trigger-Signals vom Prozessor innerhalb der vorgegebenen Zeit über ein weiteres eingangsseitig mit zwei Ausgängen des Zählers verbundenes NAND-Gatter das Reset-Signal erzeugt wird, das mit einem Power-On-Resetsignal verknüpft wird und den Prozessor in den Reset versetzt.

2. Überwachungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im interrupt-Service-Ablauf ein Merker (Flag) gesetzt wird, der im Hauptprogramm des Prozessors abgefragt wird und daß das Hauptprogramm bei gesetztem Merker dann das Triggersignal für die Überwachungsschaltung erzeugt.