WO1998028692A1 - Verfahren zur überprüfung der funktionsfähigkeit einer recheneinheit - Google Patents

Verfahren zur überprüfung der funktionsfähigkeit einer recheneinheit Download PDF

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WO1998028692A1
WO1998028692A1 PCT/DE1997/002830 DE9702830W WO9828692A1 WO 1998028692 A1 WO1998028692 A1 WO 1998028692A1 DE 9702830 W DE9702830 W DE 9702830W WO 9828692 A1 WO9828692 A1 WO 9828692A1
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arithmetic unit
computing unit
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Herbert Ziegler
Richard Merl
Horst Jouvenal
Dietmar Peters
Johann Schmid
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • B60T8/00—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force
    • B60T8/32—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration
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    • B60T8/885—Arrangements for adjusting wheel-braking force to meet varying vehicular or ground-surface conditions, e.g. limiting or varying distribution of braking force responsive to a speed condition, e.g. acceleration or deceleration with failure responsive means, i.e. means for detecting and indicating faulty operation of the speed responsive control means using electrical circuitry
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    • B60W50/0205—Diagnosing or detecting failures; Failure detection models
    • B60W2050/021—Means for detecting failure or malfunction

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the functionality of a computing unit according to the preamble of patent claim 1.
  • Methods for checking the functionality of a computing unit are used in particular in motor vehicle technology if the computing unit controls a safety-relevant function of the motor vehicle. For example, the control of the vehicle speed controller or the control of the throttle valve position is safety-relevant, so that the computing unit that controls the vehicle speed controller or the throttle valve position is checked for correct functionality.
  • a method for controlling a drive unit of a vehicle in which a computing element for performing control functions and monitoring functions is provided for power control.
  • the computing element is divided into three independent levels. The first level controls the performance, the second level monitors the performance of the control, and the third level monitors the operation of the second level.
  • the second level monitors the control function for controlling the throttle valve by comparing values derived from default values and from setting values of the power.
  • the object of the invention is to provide a method for monitoring the functionality of a computing unit, with which errors are reliably detected.
  • An essential advantage of the invention is that basic functions that a computing unit uses to process functions are checked.
  • FIG. 1 shows the schematic structure of a motor vehicle with a control unit
  • FIG. 2 shows a schematic program flow
  • FIG. 3 shows a command table
  • FIG. 4 shows a table of results
  • FIG. 5 shows a program sequence
  • FIG. 6 shows a first subroutine
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a control system for an internal combustion engine 1 with an injection system which has an intake tract 12 in which a throttle valve 17 with an associated throttle valve actuator 2 is arranged.
  • the internal combustion engine 1 also has an exhaust tract 13 for expelling the exhaust gases.
  • an accelerator pedal 14 is provided, the position of which is determined with an accelerator pedal sensor 11.
  • the accelerator pedal sensor 11 is connected via a sensor line 15 to a first computing unit 3, which is connected via a control line 6 to the throttle valve actuator 2, via a first data line 4 to a first memory 5, via a first data bus 16 to the internal combustion engine 1 and via a second data bus 7 is connected to a second computing unit 8.
  • the second computing unit 8 is connected to a second memory 10 via a second data line 9.
  • the power desired by the driver is displayed by actuating the accelerator pedal 14 accordingly.
  • the position of the accelerator pedal 14 is measured by the accelerator pedal sensor 11 and passed on to the first control unit 3.
  • the first control unit 3 now converts the driver's request into a corresponding control of the throttle valve actuator 2, which adjusts the throttle valve 17 accordingly.
  • the first arithmetic unit 3 also calculates the control signal from the driver's request, taking into account parameters of the internal combustion engine 1, which are fed to the first arithmetic unit 3 via the first data bus 16, and using calculation and control functions which are stored in the first memory 5 which the throttle valve actuator 2 is controlled. Parameters from the environment, such as the outside temperature or the humidity, are preferably taken into account.
  • the correct functioning of the first computing unit 3 is checked by the second computing unit 8 by data exchange via the second data bus 7, the second computing unit 8 accessing data that are stored in the second memory 10.
  • FIG. 2 shows a schematic method with which the correct functioning of the first computing unit 3 is checked by the second computing unit 8.
  • the second arithmetic unit 8 supplies the first arithmetic unit 3 with a starting value. Then the second arithmetic unit 8 specifies a calculation rule at program point 22 of the first arithmetic unit 3. After receiving the start value and the calculation rule, the first arithmetic unit 3 works through the specified calculation rule with the specified start at program point 23. At program point 24, the first arithmetic unit 3 sends the result calculated from the predefined calculation rule and the predefined starting value to the second arithmetic unit 8.
  • the second arithmetic unit 8 compares the result supplied by the first arithmetic unit 3 with a comparison result which is stored in the second memory 10 as a function of the predefined starting value and the predefined calculation rule. If the comparison at program point 25 shows that the result and the comparison result match, the program branches to program point 29.
  • the second arithmetic unit 8 gives the information to the first arithmetic unit 3 that the delivered result matches the comparison result.
  • the second arithmetic unit 8 then checks the error counter and lowers the value of the error counter at program point 30 if it is greater than zero. Then, at program point 31, the value of the error counter is compared by the second arithmetic unit 3 with a maximum value.
  • the first arithmetic unit 3 is switched by the second arithmetic unit 8 into an emergency operation function, in which control of the internal combustion engine 1 is only possible in predetermined, limited power ranges, so that a hazard is limited as much as possible, but the next workshop can also be reached.
  • the second computing unit 8 supplies the first computing unit 3 with an error signal if the result calculated by the first computing unit 3 does not match the corresponding stored comparison result.
  • the first arithmetic unit 3 increases the error counter by the value 1.
  • the second arithmetic unit 8 supplies the first arithmetic unit 3 with a response signal.
  • the first arithmetic unit 3 lowers the error counter by the value 1 when receiving a response signal.
  • the second arithmetic unit 8 checks the lowering of the error counter and sends an alarm signal to the first arithmetic unit 3 if the first arithmetic unit 3 does not decrease the error counter in the case of a response signal.
  • the first arithmetic unit 3 goes into an emergency function in which only limited power control is possible. If the query at program point 31 shows, however, that the error counter is below the predetermined maximum value, the program branches to program point 32.
  • second arithmetic unit 8 selects a different starting value and / or a different arithmetic rule from second memory 10, which is then specified at program point 21 and at program point 22 of first arithmetic unit 3.
  • the second arithmetic unit 8 preferably selects the same arithmetic rule and preferably the same starting value with which the wrong result was calculated by the first arithmetic unit 3 in the next test program. The same calculation rule is used until the error is eliminated or the first processing unit 3 is switched to an emergency function.
  • FIG. 3 shows a table in which the command set of the first computing unit 3 is given as an example, with which the first computing unit 3 processes programs and / or calculations.
  • the commands of the command set are assigned to four different calculation rules, which are designated with invoice 0, invoice 1, invoice 2 and invoice 3.
  • the instruction set has arithmetic instructions, logic instructions, bit set instructions, comparison instructions, shift instructions, transfer instructions and jump instructions as instruction types.
  • the computing table shown in FIG. 3 is stored in the first memory 5.
  • FIG. 4 shows a result table which, depending on the starting value, represents the result of the calculation rules calculation 0 to 3, which is obtained by the first calculation unit 3 when the calculation rule is processed correctly.
  • the term result 0, result 1, result 2 and result 3 denotes the result of invoice 0, invoice 1, invoice 2 and invoice 3.
  • the result 1 with the hexadecimal value 09BE must be obtained if the arithmetic unit 3 functions correctly.
  • the first arithmetic unit 3 With a starting value with the hexadecimal value DFDB, the first arithmetic unit 3 must receive the result 0 with the hexadecimal value from ACCD when the calculation 0 is being carried out if the first arithmetic unit 3 is working correctly.
  • the calculation rules shown in FIG. 3 represent preferred calculation rules.
  • a calculation rule consists of only at least one command of the instruction set of the processing unit to be tested.
  • the commands given as an example in FIG. 3 are assembler commands.
  • the arithmetic rules should preferably be programmed directly in the appropriate machine language, since this is the only way to determine the exact command set.
  • the calculation instructions 0 to 3 should be programmed in assembler.
  • the calculation 0 is to be understood in such a way that the assembler commands in the calculation 0 column are calculated from top to bottom with the start value specified by the second computing unit 8. For calculation 0, this means that starting from the value 0, the start value is added (ADD) and the result is the hexadecimal value 155 C. The result is then multiplied by the starting value (MUL). In this way, all assembler instructions of calculation 0 are processed one after the other in such a way that the result of the previous assembler instruction is used again for the next assembler instruction. Thus, each assembler instruction contributes to the end result in the event of a malfunction.
  • the last result i.e. the final result, which is obtained after the jump instruction JNB, is fed to the second arithmetic unit 8 "as a result at program point 24.
  • the assembler instructions were specified, which are preferably individual or, as in the computational 3, several are checked for correct functioning.
  • Machine commands are the commands that represent the smallest given commands of a programming language with which a program is created, e.g. the individual assembler codes when using the assembler language.
  • the main advantage of the invention resides in the fact that the instructions of the instruction set (instruction set), preferably all instructions of the instruction set, with which the first arithmetic unit 3 processes or can process a program or a calculation, individually or correctly be checked as a group with several commands in a test calculation.
  • Command chains are preferably checked which have at least one command of the different types of possible commands, so that the different types of commands are checked with a single calculation rule.
  • FIG. 5 shows an overview of the calculation of a calculation rule which consists of the assembler instructions XORB, ADDC, JNB and XOR.
  • the assembly instructions are described, for example, in the instruction set manual of the 16-bit CMOS single-chip microcontroller from Siemens.
  • the calculation rule is started in accordance with program point 23 in FIG.
  • the memory location at which the result of the calculation rule is stored is assigned an error value. This pre-assignment has the advantage that if the calculation rule is terminated, the result is assigned an error result and the termination is therefore recognized as an error on the basis of the result.
  • the assembly instruction XORB is then carried out at program point 42.
  • the execution of this command is shown in more detail in FIG.
  • condition bits are provided in addition to the result, which provide further information about the processing of the calculation rule. In the example of the 16-bit CMOS single-chip microcontroller, five condition bits are provided, which are assigned different values depending on the result of the assembly instruction that was carried out.
  • the five condition bits are stored in a bit register and are referred to below as E-bit, Z-bit, V-bit, C-bit and N-bit.
  • the N bit has the value 1 if the highest bit (most significant bit) of the result is set.
  • the N bit is set to 0 if the highest bit of the result is not set.
  • the C bit has the value 1 if an overflow occurs at the highest bit position.
  • the C bit has the value 0 if there is no overflow when processing the assembly instruction.
  • the V bit has the value 1 if an arithmetic overflow occurs during the processing of the assembly instruction.
  • the V bit has the value 0 if there is no arithmetic overflow when the assembly instruction is processed.
  • the Z bit has the value 1 if the result of the assembly instruction has the value 0.
  • the Z bit is 0 if the result of the assembly instruction is not 0.
  • the E bit has the value 1 if the second value (W2) represents the smallest negative number, otherwise the E bit has the value 0.
  • W2 the second value
  • the execution of the assembly instruction XORB is started, a starting value from the table in FIG. 4 being used as the first value, which is supplied from the second computing unit 8 to the first computing unit 3. If the start value is a 16-bit data word, only the HIGH bit of the start value, ie the eight high-order bits, is used to execute the assembly instruction XORB.
  • the value (value) of a specified mask that filters eight bits out of the start value is used as the second value (W2).
  • the mask used consists of the eight least significant bits of the start value.
  • the result is stored as an intermediate result in a temporary register at program point 61.
  • the intermediate result stored at program point 61 plus the value of the bit register is then stored as a new intermediate result at program point 62, the condition bits not influenced by the assembler command XORB being assigned the value 0:
  • ZW ZW + (bit register).
  • the program then branches back to program point 63 in FIG. 5 at program point 63.
  • the ADDC assembler command carries out a binary addition of the two's complement of the second value and the first value, with the C bit generated in the last arithmetic step also being added.
  • Program point 43 branches to program point 70, at which the test calculation for the ADDC arithmetic operation is started.
  • program point 71 it is checked whether the fifteenth bit of the start value, which is taken from the table in FIG. 4, has the value 1. If this is the case, the program branches to program point 72.
  • a working register AR is assigned the result of the ADDC arithmetic operation, the start value being used as the first value and the second value:
  • the program then branches back to program point 44 in FIG. 5 at program point 75. If the query at program point 73 shows that the C bit does not have the value 1, the program branches to program point 79, in which an error value is stored as the result and the test calculation is then ended at program point 80.
  • the program then branches back to program point 44 of FIG. 5 at program point 81.
  • the test calculation for program point 44 comprises the assembler instructions JNB and XOR.
  • the assembly instruction JNB represents a conditional jump instruction which is executed when a given bit has the value 0.
  • a command pointer is used which is directed to a current address at which the command to be executed next is stored.
  • the instruction pointer is shifted by a predetermined number of addresses, which is determined by the second value W2. However, if the specified bit has the value 1, the next command is the command that is stored at the current address.
  • the XOR arithmetic operation represents a logical, exclusive OR operation between a first and a second value W1, W2: XOR (Wl, W2).
  • the fourth bit of the work register is then assigned the value 0 at program point 92. Then at Pro Point 93 of the JNB instruction is carried out, the fourth bit of the working register AR being used as the first value W1.
  • the second value W2 is designed so that the command pointer jumps to a new address at which an error routine is stored as a command. If the execution of the JNB command now shows that the fourth bit of the working register is not 0, the program branches to program point 94 in accordance with the predetermined second value W2, at which the error routine is started, in which memory for the result is assigned an error value and then the program is ended at program point 97.
  • the program then branches back to program point 45 at program point 96.
  • the first arithmetic unit 3 in accordance with the program point 24 in FIG. 2, passes the result to the second arithmetic unit 8, which compares the result with a comparison result and detects a malfunction of the first arithmetic unit 3 if the result does not match the comparison result matches a predetermined relation.
  • the program is then ended.
  • the start values used in FIG. 5 are preferably always the same start value of the table in FIG. 4 that is assigned to the corresponding calculation rule.
  • a simple check of the first computing unit 3 consists in checking the correct value or the correct change of at least one condition bit of this command when processing a command. If the condition bit is incorrect, it can be concluded that the first arithmetic unit 3 is malfunctioning.
  • the condition bits of the first computing unit 3 are checked by either the first or the second computing unit 3, 8.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung der korrekten Funktionsweise einer ersten Recheneinheit durch eine zweite Recheneinheit beschrieben, bei der die zweite Recheneinheit der ersten Recheneinheit einen Startwert und eine Rechenvorschrift vorbigt. Die erste Recheneinheit führt mit dem vorgegebenen Startwert die vorgegebene Rechenvorschrift aus und gibt das Ergebnis an die zweite Recheneinheit zurück. Die zweite Recheneinheit überprüft das Ergebnis mit einem abgelegten Vergleichsergebnis. Die Rechenvorschrift ist so aufgebaut, dass die Grundbefehle, die zur Programmierung der ersten Recheneinheit verwendet werden, überprüft werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Recheneinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Recheneinheit gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer Recheneinheit werden insbesondere in der Kraftfahrzeugtechnik eingesetzt, wenn die Recheneinheit eine sicherheitsrelevante Funktion des Kraftfahrzeuges steuert. Beispielsweise ist die Steuerung des Fahrgeschwindigkeitsreglers oder die Steuerung der Drosselklappenstellung sicherheitsrelevant, so daß die Recheneinheit, die den Fahrgeschwindigkeitsregler oder die Drosselklappenstellung steuert, auf eine korrekte Funktionsfähigkeit hin überprüft wird.
Aus DE 44 38 714 AI ist ein Verfahren zur Steuerung einer Antriebseinheit eines Fahrzeuges bekannt, bei dem zur Leistungssteuerung ein Rechenelement zur Durchführung von Steuerungsfunktionen und Überwachungsfunktionen vorgesehen ist. Das Rechenelement ist in drei unabhängige Ebenen unterteilt. Die erste Ebene führt die Steuerung der Leistung durch, die zweite Ebene überwacht die Durchführung der Steuerung und die dritte Ebene überwacht die Funktionsweise der zweiten Ebene. Die zweite Ebene überwacht die Steuerfunktion zur Steuerung der Drosselklappe durch den Vergleich von aus Vorgabewerten und aus Einstellwerten der Leistung abgeleiteten Werten.
Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit einer Recheneinheit bereitzustellen, mit dem Fehler sicher erkannt werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An- Spruchs 1 gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung beruht darin, daß Grundfunktionen, die eine Recheneinheit zur Abarbeitung von Funktionen verwendet, überprüft werden.
Vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:
Figur 1 den schematischen Aufbau eines Kraftfahrzeuges mit einem Steuergerät ,
Figur 2 einen schematischen Programmablauf, Figur 3 eine Befehlstabelle,
Figur 4 eine Ergebnistabelle,
Figur 5 einen Programmablauf,
Figur 6 ein erstes Unterprogramm,
Figur 7 ein zweites Unterprogramm und Figur 8 ein drittes Unterprogramm. Figur 1 zeigt schematisch den Aufbau einer Steuerung für eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Einspritzanlage, die einen Ansaugtrakt 12 aufweist, in der eine Drosselklappe 17 mit einem zugeordneten Drosselklappensteller 2 angeordnet ist . Die Brennkraftmaschine 1 weist weiterhin einen Abgastrakt 13 zum Ausstoßen der Abgase auf. Zudem ist ein Gaspedal 14 vorgesehen, dessen Stellung mit einem Gaspedalgeber 11 ermittelt wird.
Der Gaspedalgeber 11 ist über eine Sensorleitung 15 mit einer ersten Recheneinheit 3 verbunden, die über eine Steuerleitung 6 mit dem Drosselklappensteller 2, über eine erste Datenleitung 4 mit einem ersten Speicher 5, über einen ersten Datenbus 16 mit der Brennkraftmaschine 1 und über einen zweiten Datenbus 7 mit einer zweiten Recheneinheit 8 in Verbindung steht . Die zweite Recheneinheit 8 ist über eine zweite Datenleitung 9 an einen zweiten Speicher 10 angeschlossen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird im folgenden am Beispiel der Leistungssteuerung einer Brennkraftmaschine 1 beschrieben, bei der die Leistung der Brennkraftmaschine über die Stellung der Drosselklappe 17 eingestellt wird.
Die vom Fahrer gewünschte Leistung wird über eine entspre- chende Betätigung des Gaspedals 14 angezeigt. Die Stellung des Gaspedals 14 wird vom Gaspedalgeber 11 gemessen und an das erste Steuergerät 3 weitergegeben. Das erste Steuergerät 3 setzt nun den Fahrerwunsch in eine entsprechende Ansteue- rung des Drosselklappenstellers 2 um, der die Drosselklappe 17 entsprechend einstellt. Die erste Recheneinheit 3 berechnet dazu aus dem Fahrerwunsch unter Berücksichtigung von Parametern der Brennkraftmaschine 1, die der ersten Recheneinheit 3 über den ersten Datenbus 16 zugeführt werden, und unter Verwendung von Berechnungs- und Steuerungsfunktionen, die im ersten Speicher 5 abgelegt sind, das Ansteuersignal mit dem der Drosselklappensteller 2 angesteuert wird. Vorzugsweise werden Parameter aus der Umgebung wie z.B. die Außentemperatur oder die Feuchtigkeit berück- sichtigt.
Die korrekte Funktionsweise der ersten Recheneinheit 3 wird von der zweiten Recheneinheit 8 durch einen Datenaustausch über den zweiten Datenbus 7 überprüft, wobei die zweite Re- cheneinheit 8 auf Daten zugreift, die im zweiten Speicher 10 abgelegt sind.
Figur 2 zeigt ein schematisches Verfahren, mit dem eine korrekte Funktionsweise der ersten Recheneinheit 3 von der zwei- ten Recheneinheit 8 überprüft wird.
Bei Programmpunkt 20 wird nach dem Einschalten der Spannungs- versorgung eine Initialisierung vorgenommen, bei der vorgegebene Anfangsparameter aus dem ersten und zweiten Speicher 5, 10 gelesen werden.
Anschließend wird bei Programmpunkt 21 von der zweiten Recheneinheit 8 der ersten Recheneinheit 3 ein Startwert zugeführt . Dann gibt die zweite Recheneinheit 8 bei Programmpunkt 22 der ersten Recheneinheit 3 eine Rechenvorschrift vor. Nach Erhalt des Startwertes und der Rechenvorschrift arbeitet die erste Recheneinheit 3 die vorgegebene Rechenvorschrift mit dem vorgegebenen Start ert bei Programmpunkt 23 durch. Bei Programmpunkt 24 gibt die erste Recheneinheit 3 das aus der vorgegebenen Rechenvorschrift und dem vorgegebenen Start- wert berechnete Ergebnis an die zweite Recheneinheit 8.
Die zweite Recheneinheit 8 vergleicht das von der ersten Recheneinheit 3 gelieferte Ergebnis mit einem Vergleichsergeb- nis, das im zweiten Speicher 10 in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Startwert und der vorgegebenen Rechenvorschrift abgelegt ist. Ergibt der Vergleich bei Programmpunkt 25, daß das Ergebnis und das Vergleichsergebnis übereinstimmen, so wird nach Programmpunkt 29 verzweigt.
Ergibt jedoch der Vergleich bei Programmpunkt 25, daß das Ergebnis und das Vergleichsergebnis nicht übereinstimmen, so wird anschließend bei Programmpunkt 26 von der zweiten Recheneinheit 8 ein Fehlerzähler um den Wert 1 inkrementiert . Nach Abarbeitung von Programmpunkt 26 wird zu Programmpunkt 31 verzweigt.
Bei Programmpunkt 29 gibt die zweite Recheneinheit 8 die Information an die erste Recheneinheit 3, daß das gelieferte Ergebnis mit dem Vergleichsergebnis übereinstimmt. Daraufhin überprüft die zweite Recheneinheit 8 den Fehlerzähler und erniedrigt den Wert des Fehlerzählers bei Programmpunkt 30, wenn dieser größer als null ist. Anschließend wird bei Programmpunkt 31 der Wert des Fehlerzählers von der zweiten Recheneinheit 3 mit einem Maximalwert verglichen. Ergibt der Vergleich, daß der Fehlerzähler über dem vorgegebenen Maximalwert liegt, so wird beim folgenden Programmpunkt 27 die erste Recheneinheit 3 von der zweiten Recheneinheit 8 in eine Notlauffunktion geschaltet, in der die Steuerung der Brennkraftmaschine 1 nur noch in vorgegebenen, begrenzten Leistungsbereichen möglich ist, so daß eine Gefährdung so weit wie möglich begrenzt ist, aber zudem noch die nächste Werkstatt erreicht werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung wird durch folgende Funktion erreicht : Die zweite Recheneinheit 8 führt der ersten Recheneinheit 3 ein Fehlersignal zu, wenn das von der ersten Re- cheneinheit 3 berechnete Ergebnis nicht mit dem entsprechenden, abgelegten Vergleichsergebnis übereinstimmt. Die erste Recheneinheit 3 erhöht bei Erhalt eines Fehlersignals den Fehlerzähler um den Wert 1. Die zweite Recheneinheit 8 führt bei einem richtigen Ergebnis der ersten Recheneinheit 3 ein Antwortsignal zu. Daraufhin erniedrigt die erste Recheneinheit 3 beim Empfang eines AntwortSignals den Fehlerzähler um den Wert 1. Die zweite Recheneinheit 8 überprüft die Erniedrigung des Fehlerzählers und gibt ein Alarmsignal an die erste Recheneinheit 3, wenn die erste Recheneinheit 3 bei einem Antwortsignal den Fehlerzähler nicht erniedrigt. Die erste Recheneinheit 3 geht bei einem Fehlersignal in eine Notlauf- funktion, bei der nur eine beschränkte Leistungssteuerung möglich ist. Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 31 jedoch, daß der Fehlerzähler unter dem vorgegebenen Maximalwert liegt, so wird nach Programmpunkt 32 verzweigt.
Bei Programmpunkt 32 wählt die zweite Recheneinheit 8 aus dem zweiten Speicher 10 einen anderen Startwert und/oder eine andere Rechenvorschrift aus, die dann anschließend bei Programmpunkt 21 und bei Programmpunkt 22 der ersten Recheneinheit 3 vorgegeben wird. Vorzugsweise wählt die zweite Rechen- einheit 8 bei einem Fehlerzähler, der ungleich 0 ist, bei dem nächsten Testprogramm die gleiche Rechenvorschrift und vorzugsweise den gleichen Startwert aus, mit dem das falsche Ergebnis von der ersten Recheneinheit 3 berechnet wurde. Die gleiche Rechenvorschrift wird so lange verwendet, bis der Fehler behoben ist oder die erste Recheneinheit 3 in eine Notlauffunktion geschaltet wird.
Figur 3 zeigt eine Tabelle, in der als Beispiel der Befehlssatz der ersten Recheneinheit 3 angegeben ist, mit der die erste Recheneinheit 3 Programme und/oder Berechnungen abarbeitet. Die Befehle des Befehlssatzes sind in diesem Fall vier verschiedenen Rechenvorschriften zugeordnet, die mit Rechnung 0, Rechnung 1, Rechnung 2 und Rechnung 3 bezeichnet sind. Der Befehlssatz weist als Befehlsarten arithmetische Befehle, logische Befehle, Bitsetz-Befehle, Vergleichsbefehle, Schiebebefehle, Transferbefehle und Sprungbefehle auf.
In jeder Rechenvorschrift sind vorzugsweise mindestens ein arithmetischer Befehl, ein logischer Befehl, ein Bitsetz- Befehl, ein Vergleichsbefehl, ein Schiebebefehl, ein Trans- ferbefehl und ein Sprungbefehl enthalten. Die in Figur 3 dargestellte Rechentabelle ist im ersten Speicher 5 abgelegt .
Figur 4 zeigt eine Ergebnistabelle, die in Abhängigkeit vom Startwert das Ergebnis der Rechenvorschriften Rechnung 0 bis 3 darstellt, das bei einer korrekten Abarbeitung der Rechenvorschrift durch die erste Recheneinheit 3 erhalten wird. Dabei ist mit der Bezeichnung Ergebnis 0, Ergebnis 1, Ergebnis 2 und Ergebnis 3 das Ergebnis der Rechnung 0, Rechnung 1, Rechnung 2 und Rechnung 3 bezeichnet.
In Figur 4 ist für den Startwert 0, der einem Hexadezimalwert von 155 C entspricht, das Ergebnis 0 der Rechnung 0 mit einem Hexadezimalwert von B246 angegeben.
Wird mit dem Startwert 155 C die Rechnung 1 von der ersten Recheneinheit 3 durchgeführt, so muß bei einer korrekten Funktionsweise der Recheneinheit 3 das Ergebnis 1 mit dem Hexadezimalwert 09BE erhalten werden.
Bei einem Startwert mit dem Hexadezimalwert DFDB muß von der ersten Recheneinheit 3 bei der Abarbeitung der Rechnung 0 das Ergebnis 0 mit dem Hexadezimalwert von ACCD erhalten werden, wenn die erste Recheneinheit 3 korrekt arbeitet.
Die in Figur 3 dargestellten Rechenvorschriften stellen bevorzugte Rechenvorschriften dar. In einfachen Fällen besteht eine Rechenvorschrift aus nur mindestens einem Befehl des Befehlsatzes der zu testenden Recheneinheit. Die in Figur 3 als Beispiel angegebenen Befehle sind Assembler-Befehle. Bei der Programmierung der Rechenvorschriften in der Recheneinheit 3 sollten die Rechenvorschriften vorzugsweise direkt in der entsprechenden Maschinensprache pro- grammiert werden, da nur dadurch der genaue Befehlssatz festgelegt wird. Bei dem Beispiel des Assembler-Befehlssatzes sollte die Rechenvorschriften 0 bis 3 in Assembler programmiert werden.
Die Rechnung 0 ist so zu verstehen, daß mit dem von der zweiten Recheneinheit 8 vorgegebenen Startwert die Assembler- Befehle in der Spalte Rechnung 0 von oben nach unten durchgerechnet werden. Das heißt für die Rechnung 0, daß ausgehend von dem Wert 0 der Startwert hinzuaddiert wird (ADD) und als Ergebnis die Hexadezimalwert 155 C erhalten wird. Das Ergebnis wird anschließend mit dem Startwert multipliziert (MUL) . Auf diese Weise werden alle Assembler-Befehle der Rechnung 0 nacheinander in der Weise abgearbeitet, daß das Ergebnis des vorhergehenden Assembler-Befehles für den nächsten Assembler- Befehl wieder verwendet wird. Somit gibt jeder Assembler- Befehl bei einer Fehlfunktion einen Beitrag zum Endergebnis.
Sind alle Befehle der Rechenvorschrift 0 abgearbeitet, so wird das letzte Ergebnis, d.h. das Endergebnis das nach dem Sprungbefehl JNB erhalten wird, der zweiten Recheneineit 8 "als Ergebnis bei Programmpunkt 24 zugeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel wurden die Assembler-Befehle angegeben, die vorzugsweise einzeln oder, wie in den Rechen- Vorschriften der Figur 3 dargestellt ist, mehrere auf eine korrekte Funktionsweise hin überprüft werden.
Werden bei der Programmierung andere Maschinenbefehle, d.h. Befehlssatz (Instruction Set) der Recheneinheit 3 verwendet, so werden diese zur Überprüfung der korrekten Funktionsweise der ersten Recheneinheit 3 mit Hilfe einer entsprechenden Rechenvorschrift überprüft .
Mit Maschinenbefehl sind die Befehle bezeichnet, die die kleinsten vorgegebenen Befehle einer Programmiersprache darstellen, mit denen ein Programm erstellt wird, wie z.B. bei Verwendung der Assembler-Sprache die einzelnen Assembler Codes .
Der wesentliche Vorteil der Erfindung beruht darin, daß die Befehle des Befehlssatzes (Instruction Set) , vorzugsweise alle Befehle des Befehlssatzes, mit dem die erste Recheneinheit 3 ein Programm oder eine Berechnung abarbeitet bzw. abarbei- ten kann, auf eine korrekte Funktionsweise hin einzeln oder als Gruppe mit mehreren Befehlen in einer Testrechnung überprüft werden.
Vorzugsweise werden Befehlsketten überprüft, die von den ver- schiedenen Arten der möglichen Befehle mindestens einen Befehl aufweisen, so daß die verschiedenen Befehlsarten mit einer einzigen Rechenvorschrif überprüft werden.
Im folgenden wird anhand eines Beispiels, das nur wenige Be- fehle eines Befehlssatzes, in diesem Fall des Assembler- Codes, für die Recheneinheit 3 umfaßt, das Prinzip der Funktionsüberwachung verdeutlicht. Vorzugsweise werden möglichst viele der Befehle, am besten alle Befehle mit Testrechnungen überprüft, um die Funktionsfähigkeit der Recheneinheit 3 zu überwachen .
Figur 5 zeigt im Überblick die Berechnung einer Rechenvorschrift, die aus den Assembler-Befehlen XORB, ADDC, JNB und XOR besteht. Die Assemblerbefehle sind beispielsweise in dem Instruction Set Manual des 16 Bit CMOS Single-Chip- Mikrocontroller der Firma Siemens beschrieben.
Bei Programmpunkt 40 wird die Rechenvorschrift entsprechend dem Programmpunkt 23 der Figur 2 gestartet. Zunächst wird bei Programmpunkt 41 der Speicherplatz, an dem das Ergebnis der Rechenvorschrift abgelegt wird, mit einem Fehlerwert belegt. Diese Vorbelegung hat den Vorteil, daß bei einem Abbruch der Rechenvorschrift das Ergebnis mit einem Fehlerergebnis belegt ist und somit der Abbruch anhand des Ergebnisses als Fehler erkannt wird.
Anschließend wird bei Programmpunkt 42 der Assemblerbefehl XORB durchgeführt. Die Durchführung dieses Befehls ist genauer in Figur 6 dargestellt. Der Assemblerbefehl XORB stellt eine logische exclusive ODER-Verknüpfung dar, bei der bitweise eine logische, exclusive ODER-Verknüpfung zwischen einem ersten und einem zweiten Wert durchgeführt wird und das Ergebnis als neuer erster Wert abgelegt wird: Wl = XORB (Wl, W2) , wobei mit Wl und mit W2 der erste und der zweite Wert bezeichnet sind. Bei der Abarbeitung von Rechenvorschriften wie den Assembler- Befehlen sind neben dem Ergebnis noch Bedingungsbits vorgesehen, die eine weitere Information über die Abarbeitung der Rechenvorschrift wiedergeben. In dem Beispiel des 16 Bit CMOS Single-Chip-Mikrocontroller sind fünf Bedingungsbits vorgesehen, die abhängig von dem Ergebnis des durchgeführten Assemblerbefehls mit unterschiedlichen Werten belegt werden. Die fünf Bedingungsbits sind in einem Bitregister abgelegt und werden im folgenden als E-Bit, Z-Bit, V-Bit, C-Bit und N-Bit bezeichnet. Das N-Bit weist den Wert 1 auf, wenn das höchste Bit (most significant Bit) des Ergebnisses gesetzt ist. Das N-Bit wird mit dem Wert 0 besetzt, wenn das höchste Bit des Ergebnisses nicht gesetzt wird.
Das C-Bit weist den Wert 1 auf , wenn ein Überlauf an der höchsten Bitstelle auftritt. Das C-Bit weist den Wert 0 auf, wenn kein Überlauf bei der Abarbeitung des Assemblerbefehls auftritt. Das V-Bit weist den Wert 1 auf, wenn ein arithmeti- scher Überlauf bei der Abarbeitung des Assemblerbefehls auftritt. Das V-Bit weist den Wert 0 auf, wenn kein arithmetischer Überlauf bei der Abarbeitung des Assemblerbefehls auftritt. Das Z-Bit weist den Wert 1 auf, wenn das Ergebnis des Assemblerbefehls den Wert 0 aufweist. Das Z-Bit weist den Wert 0 auf, wenn das Ergebnis des Assemblerbefehls nicht den Wert 0 aufweist. Das E-Bit weist den Wert 1 auf, wenn der zweite Wert (W2) die kleinste negative Zahl darstellt, ansonsten weist das E-Bit den Wert 0 auf. Für den Assemblerbefehl XORB sind das V-Bit und das C-Bit immer mit 0 besetzt. Bei Programmpunkt 60 wird die Durchführung des Assemblerbefehls XORB gestartet, wobei als erster Wert ein Startwert aus der Tabelle der Figur 4 verwendet wird, der von der zweiten Recheneinheit 8 der ersten Recheneinheit 3 zugeführt wird. Ist der Startwert ein 16 Bit breites Datenwort, so wird für die Durchführung des Assemblerbefehls XORB nur das HIGH-Bit des Startwertes, d. h. die acht höherwertigen Bits verwendet.
Als zweiten Wert (W2) wird der Wert (value) einer vorgegebe- nen Maske, die acht Bit aus dem Startwert herausfiltert, verwendet . In diesem Ausführungsbeispiel besteht die verwendete Maske aus den acht niedrigwertigeren Bits des Startwertes.
Nach der Durchführung der Rechenoperation XORB wird bei Pro- grammpunkt 61 das Ergebnis als Zwischenergebnis in einem temporären Register abgespeichert. Daraufhin wird bei Programmpunkt 62 als neues Zwischenergebnis das bei Programmpunkt 61 abgespeicherte Zwischenergebnis plus dem Wert des Bitregisters abgelegt, wobei die nicht durch den Assembler-Befehl XORB beeinflußten Bedingungsbits mit dem Wert 0 belegt wurden:
ZW = ZW + (Bitregister) .
Anschließend wird bei Programmpunkt 63 nach Programmpunkt 43 der Figur 5 zurückverzweigt.
Bei Programmpunkt 43 wird der Assemblerbefehl ADDC getestet, der eine Integer-Addition unter Berücksichtigung des Übertragsbits, d.h. des C-Bits, durchführt: ADDC (Wl, W2) = Wl + W2 + C-Bit. Der ADDC-Assemblerbefehl führt eine binäre Addition des Zweierkomplements des zweiten Wertes und des ersten Wertes durch, wobei zusätzlich das im letzten Rechenschritt erzeugte C-Bit addiert wird. Das Ergebnis der ADDC-Rechenoperation wird als neuer erster Wert Wl abgespeichert : Wl = ADDC (W1,W2) .
Die Durchführung der Testrechnung für die ADDC- Rechenoperation wird in Figur 7 näher erläutert. Von Programmpunkt 43 wird zu Programmpunkt 70 verzweigt, bei dem die Testrechnung für die ADDC-Rechenoperation gestartet wird. Bei Programmpunkt 71 wird überprüft, ob das fünfzehnte Bit des Startwertes, der aus der Tabelle der Figur 4 entnommen ist, den Wert 1 aufweist. Ist dies der Fall, so wird nach Programmpunkt 72 verzweigt. Bei Programmpunkt 72 wird ein Arbeitsregister AR mit dem Ergebnis der ADDC-Rechenoperation belegt, wobei als erster Wert und als zweiter Wert jeweils der Startwert verwendet wird: AR = ADDC(W1,W1)= ADDC (Startwert , Startwert).
Anschließend wird bei Programmpunkt 73 überprüft, ob das C- Bit für den durchgeführten ADDC-Befehl den Wert 1 aufweist . Ist dies der Fall, so wird daraufhin bei Programmpunkt 74 als neues Zwischenergebnis ZW(n) die Summe aus dem Arbeitsregister AR und dem bisherigen Zwischenergebnis ZW(n-l) abgelegt: ZW(n) = AR+ZW(n-l) .
Anschließend wird bei Programmpunkt 75 zu Programmpunkt 44 der Figur 5 zurückverzweigt. Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 73 , daß das C-Bit nicht den Wert 1 aufweist, so wird nach Programmpunkt 79 verzweigt, bei der als Ergebnis ein Fehlerwert abgelegt wird und anschließend bei Programmpunkt 80 die Testrechnung beendet.
Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 71, daß das fünfzehnte Bit des Startwertes nicht den Wert 1 aufweist, so wird anschließend nach Programmpunkt 76 verzweigt. Nach Programmpunkt 76 wird in das Arbeitsregister AR der Wert der Re- chenoperation ADDC abgelegt, wobei als erster Wert und als zweiter Wert jeweils der Startwert verwendet wird: AR=ADDC (Startwert, Startwert).
Anschließend wird bei Programmpunkt 77 das C-Bit des ADDC- Befehls überprüft. Weist das C-Bit den Wert 0 auf, so wird nach Programmpunkt 78 verzweigt. Bei Programmpunkt 78 wird als neues Zwischenergebnis ZW(n) die Summe aus dem Wert des Arbeitsregisters und dem Wert des bisherigen Zwischenergebnisses ZW (n-1) abgelegt : ZW (n) =AR+ZW (n-1) .
Anschließend wird bei Programmpunkt 81 zu Programmpunkt 44 der Figur 5 zurückverzweigt.
Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 77, daß das C-Bit nicht den Wert 0 aufweist, so wird nach Programmpunkt 79 verzweigt. Bei Programmpunkt 79 wird als Ergebnis ein Fehlerwert abgelegt und anschließend die Testrechnung bei Programmpunkt 80 beendet . Die Testrechnung für Programmpunkt 44 umfaßt die Assemblerbefehle JNB und XOR. Der Assemblerbefehl JNB stellt einen bedingten Sprungbefehl dar, der ausgeführt wird, wenn ein vorgegebenes Bit den Wert 0 aufweist. Zur Festlegung welcher Be- fehl als nächstes ausgeführt werden soll, wird ein Befehlszeiger verwendet, der auf eine aktuelle Adresse gerichtet ist, an der der als nächstes auszuführende Befehl abgelegt ist .
Wird der Sprungbefehl JNB ausgeführt, so wird der Befehlszeiger um eine vorgegebene Anzahl von Adressen verschoben, die durch den zweiten Wert W2 bestimmt wird. Weist das vorgegebene Bit jedoch den Wert 1 aufweist, so wird als nächster Befehl der Befehl durchgeführt, der an der aktuellen Adresse abgelegt ist.
Die XOR-Rechenoperation stellt eine logische, exclusive ODER- Verknüpfung zwischen einem ersten und einem zweiten Wert Wl, W2 dar: XOR (Wl, W2) . Das Ergebnis der XOR-Rechenoperation wird als neuer Wert Wl abgelegt: W1=X0R(W1,W2) .
Von Programmpunkt 44 wird nach Programmpunkt 90 verzweigt, bei dem die Testrechnung für den JNB- und XOR-Befehl gestar- tet wird. Bei Programmpunkt 91 wird das temporäre Arbeitsregister AR mit dem vorgegebenen Startwert der Tabelle der Figur 4 belegt: AR=Startwert .
Anschließend wird bei Programmpunkt 92 das vierte Bit des Ar- beitsregisters mit dem Wert 0 belegt. Daraufhin wird bei Pro- grammpunkt 93 der JNB-Befehl durchgeführt, wobei als erster Wert Wl das vierte Bit des Arbeitsregisters AR verwendet wird. Der zweite Wert W2 ist so ausgelegt, daß der Befehlszeiger auf eine neue Adresse springt, an der als Befehl eine Fehlerroutine abgelegt ist. Ergibt nun die Durchführung des JNB-Befehls, daß das vierte Bit des Arbeitsregisters nicht 0 ist, so wird entsprechend dem vorgegebenen zweiten Wert W2 nach Programmpunkt 94 verzweigt, bei dem die Fehlerroutine gestartet wird, bei der Speicher für das Ergebnis mit einem Fehlerwert belegt wird und anschließend bei Programmpunkt 97 das Programm beendet wird.
Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 93 jedoch, daß das vierte Bit den Wert 0 aufweist, so wird nach Programmpunkt 95 verzweigt . Bei Programmpunkt 95 wird als neues Zwischenergebnis ZW(n) das Ergebnis der XOR-Rechenoperation mit dem bisherigen Zwischenergebnis ZW(n-l) als ersten Wert Wl und dem Arbeitsregister AR als zweiten Wert W2 abgespeichert: ZW(n) = XOR (ZW(n-l) ,AR) .
Anschließend wird bei Programmpunkt 96 zu Programmpunkt 45 zurückverzweigt wird.
Bei Programmpunkt 45 gibt die erste Recheneinheit 3 entspre- chend dem Programmpunkt 24 bei Figur 2 das Ergebnis an die zweite Recheneinheit 8, die das Ergebnis mit einem Vergleichsergebnis vergleicht und eine Fehlfunktion der ersten Recheneinheit 3 erkennt, wenn das Ergebnis nicht mit dem Vergleichsergebnis vorzugsweise in einer vorgegebenen Relation über- einstimmt. Anschließend wird das Programm beendet. Die in Figur 5 verwendeten Startwerte sind vorzugsweise immer der gleiche Startwert der Tabelle der Figur 4, der der entsprechenden Rechenvorschrift zugeordnet ist.
Die Überprüfung von mehreren Befehlen in einer Befehlskette, bei der das Ergebnis eines Befehles für den folgenden Befehl wieder verwendet wird, bietet den Vorteil, daß zum Endergebnis jeder Befehl beiträgt und somit auch kleinere Ungenauig- keiten einzelner Befehle sich auf diese Weise verstärken und somit in der Summe im Endergebnis zu einem merklichen Fehler führen, der eine Aussage über eine Fehlfunktion der Recheneinheit ermöglicht.
Eine einfache Überprüfung der ersten Recheneinheit 3 besteht darin, bei der Abarbeitung eines Befehls den korrekten Wert bzw. die korrekte Veränderung mindestens eines Bedingungsbits dieses Befehls zu überprüfen. Bei einem falschen Bedingungs- bit kann auf eine Fehlfunktion der ersten Recheneinheit 3 geschlossen werden. Die Bedingungsbits der ersten Recheneinheit 3 überprüft entweder die erste oder die zweite Recheneinheit 3,8.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer ersten Recheneinheit (3) durch eine zweite Recheneinheit (8) , die der ersten Recheneinheit (3) eine Rechenvorschrift und einen Startwert vorgibt, wobei die erste Recheneinheit (3) unter Verwendung des Startwertes und der Rechenvorschrift ein Ergebnis berechnet und das Ergebnis der zweiten Recheneinheit (8) übergibt, die das Ergebnis mit einem Vergleichsergebnis vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß als Rechenvorschrif ein Befehl des Befehlssatzes vorgegeben wird, den die erste Recheneinheit (3) zur Abarbeitung eines Programmes oder einer Rechenvorschrift verwendet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechenvorschrift mindestens einen arithmetischen Befehl und/oder einen logischen Befehl und/oder einen Bitsetbefehl und/oder einen Vergleichsbefehl und/oder einen Schiebebefehl und/oder einen Transferbefehl und/oder einen Sprungbefehl des verwendeten Befehlssatzes aufweist .
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Recheneinheit (8) der ersten Recheneinheit (3) zyklisch verschiedene Rechenvorschriften und verschiedene Startwerte vorgibt.
4. Verfahren nach Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Rechenvorschriften für die gleiche Befehlsart unterschiedliche Befehle aufweisen.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Recheneinheit (8) der ersten Recheneinheit (3) ein Fehlersignal zuführt, wenn das von der ersten Recheneinheit (3) berechnete Ergebnis nicht mit dem entsprechenden Vergleichsergebnis übereinstimmt, daß die erste Recheneinheit (3) bei Erhalt eines Fehlersignals einen Fehlerzähler um einen vorgegebenen Wert erhöht, daß die zweite Recheneinheit (8) bei einem richtigen Ergebnis der ersten Recheneinheit (3) ein Antwortsignal zuführt, daß die erste Recheneinheit (3) beim Empfang eines AntwortSignals den Fehlerzähler um den vorgegebenen Wert 1 erniedrigt, daß die zweite Recheneinheit (8) die Erniedrigung des Fehlerzählers überprüft, und daß die zweite Recheneinheit (8) ein Alarmsignal an die erste Recheneinheit gibt, wenn die erste Recheneinheit (3) bei einem Ant- wortsignal den Fehlerzähler nicht erniedrigt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Befehlssatz einen Maschinenbefehlssatz eines Microcontrollers, vorzugsweise einen Assem- bler-Befehlssatz, darstellt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Rechenvorschrift eine Folge von Befehlen vorgegeben werden, daß das Ergebnis eines ersten Befehls oder ein Bedingungsbits des ersten Befehles bei der Abarbeitung eines zweiten Befehles berücksichtigt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Folge von Befehlen nacheinander abgearbeitet wird, wobei mit dem Startwert der erste Befehl abgearbeitet wird und das Ergebnis des ersten Befehls als Startwert für den zweiten Befehl verwendet wird, und daß das Ergebnis des zweiten Befehls an die zweite Recheneinheit (8) als Endergebnis geführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Recheneinheit (3) mindestens ein Bedingungsbit des abgearbeiteten Befehls auf einen richtigen Wert hin überprüft wird.
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