WO2006048396A2 - Mikrocontrollersystem - Google Patents

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WO2006048396A2
WO2006048396A2 PCT/EP2005/055558 EP2005055558W WO2006048396A2 WO 2006048396 A2 WO2006048396 A2 WO 2006048396A2 EP 2005055558 W EP2005055558 W EP 2005055558W WO 2006048396 A2 WO2006048396 A2 WO 2006048396A2
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WO
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microcontroller
state
power consumption
timer
status register
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PCT/EP2005/055558
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Claus Steinle
Holger Ceskutti
Martin Thomas
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/26—Power supply means, e.g. regulation thereof
    • G06F1/32—Means for saving power
    • G06F1/3203—Power management, i.e. event-based initiation of a power-saving mode

Definitions

  • the present invention relates to a microcontroller system with a microcontroller which can be switched between an operating state with a high power consumption and an operating state with limited power consumption.
  • the functions of the microcontroller which are available in the state of high power consumption are not or only to a limited extent available.
  • Such microcontrollers have been developed for applications in which phases in which the microcontroller is heavily utilized alternate with phases in which the microcontroller is idle or underloaded. By switching the microcontroller to the state of limited power consumption during the inactivity phases, the average power consumption of the microcontroller system can be considerably reduced, which is advantageous in particular when it is used with mains-independent power supply.
  • the present invention provides a micro-controller system which satisfies this requirement. It comprises a microcontroller, which can be switched over between a state with high power consumption and a state with limited power consumption, a status register, a timer and a first logic gate, which is connected to the timer and the status register and upon receipt of a Timing signal from the timer causes a transition of the microcontroller from the state of limited power consumption in the state of high power consumption, if the content of the status register has a first predetermined value. As soon as the status register loses this predetermined value, either because it is being overwritten by the microcontroller or due to the access of any other circuit element, the microcontroller system no longer returns to the state of high power consumption. Preferably, when the content of the status register is changed to a second value upon receipt of the Zeitablauf ⁇ , the microcontroller is completely off.
  • the microcontroller is set up to carry out a transition from the state of high power consumption to the state of limited power consumption under the control of its own operating program. This allows the microcontroller to automatically return to the reduced power state after it has transitioned to the high power state, caused by the timing signal.
  • the microcontroller able to execute program instructions, but not in the state of limited power consumption.
  • contents of registers of the microcontroller are expediently retained in the state of limited power consumption, so that the data stored in the previously stored data is immediately available to the microcontroller upon transition to the state of high power consumption.
  • the status register should preferably be writable by the microcontroller.
  • the microcontroller has at any time, at least when it is in the high power consumption state, an opportunity to specify on the basis of current operating conditions whether this condition occurs after a temporary period Transition to the state of limited soup ⁇ recording to be restored or not.
  • a monitoring circuit for measuring the residual capacity of an energy source which is fed to the microcontroller system overwrites the status register when the residual capacity of the energy source falls below a critical value, thus returning to the high power consumption state If this could lead to excessive exhaustion of the energy source.
  • the timer preferably generates the timing signal with a predetermined delay after a transition of the microcontroller from the high power consumption state to the power limited state, such that as long as the register contains the first value, the microcontroller cyclically enters the delay time set in FIG returns the state of limited power consumption.
  • the value of the delay can be set by the microcontroller.
  • the microcontroller and the timer are preferably implemented in a common circuit module.
  • the microcontroller system comprises a voltage supply circuit which is designed to deliver a set of several supply potentials, not all of which are in the state. limited power consumption of the microcontroller are required, this power supply circuit is preferably switchable between a state in which it provides the full set of supply potentials, and a state in which it is at least one of the limited to operate the microcontroller in the state soup ⁇ intake does not supply required supply potentials. In this way, the power loss of the power supply circuit can be reduced in times of limited power consumption of the microcontroller, thereby further extending the service life of a battery.
  • a reset gate of the microcontroller is preceded by a logic gate which, in the state of limited power consumption, does not pass reset commands to the microcontroller.
  • a logic gate is particularly expedient for suppressing reset commands which are always generated by a known operating voltage monitoring circuit when an operating voltage monitored by it leaves an admissible interval, which in the state of high power consumption becomes one Malfunction of the microcontroller.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a microcontroller system according to the invention.
  • the microcontroller system shown in FIG. 1 comprises a microcontroller 1 which reads and executes a normal operating state with high power consumption in which it is able to display a drive program stored in a memory (not shown in the figure), can be switched into a state with limited power consumption, in which it is no longer able to process the operating program, but in which the contents of the registers of the microcontroller or at least a part of these registers and a (also not shown) read-write memory to which the microcontroller 1 accesses, remain intact and an internal timer 2 of the microcontroller remains functional.
  • the microcontroller 1 receives a plurality of supply potentials from an integrated voltage supply module 3, also referred to as a voltage supply 3 for short.
  • VKAP Of the plurality of potentials provided by the power supply 3, only one, referred to as VKAP in the figure, is required to maintain the state of limited power consumption of the microcontroller 1.
  • the potential VKAP is for example about 2.6 V.
  • Supply lines for only in the state of high power consumption of the microcontroller 1 required supply potentials are in the figure as a Dashed line between the power supply 3 and the microcontroller 1 symbolizes.
  • the microcontroller system receives from the outside an on / off signal PWR, which, if the microcontroller system is installed in a motor vehicle, for example, can be derived from the ignition and switched off ignition Massepe ⁇ gel according to a logic value zero and the ignition is switched on, for example, a Potenti ⁇ al of +12 V corresponding to logical one.
  • the on / off signal PWR is directly connected to a switching input of the power supply 3.
  • the power supply supplies a status signal ST with a level of 5 or 0 V.
  • the status signal ST is generated by a voltage divider comprising resistors 4 5, which reduces the 5V level to 2.6 V, applied to a first input of a NOR gate 8.
  • the second input of the NOR gate 8 is connected to VKAP via a low pass, consisting of a capacitor 6 and a resistor 7, and two inverting Schmitt triggers 9, 10 connected in series.
  • the output of the NOR gate 8 is connected to a low-active clear input CL of a first D flip-flop 11.
  • the flip-flop 11 further has a high-active set input PR, which is connected directly to VKAP, one NEN clock input CLK, which receives a time inverted by an inverting Schmitt trigger 12 Zeitablauf ⁇ signal T EXP from the timer 2, and a data input D, which is connected directly to VKAP.
  • a first input of an OR gate 13 is connected, whose second input is connected to a reset output RST_OUT thedersver ⁇ supply 3 and its output with a reset input RST_IN the microcontroller. 1 connected is.
  • a second D flip-flop 16 is identical in construction to the flip-flop 11.
  • the data input D of the flip-flop 16 is connected to a wake-up request signal AUFW of the microcontroller 1, which is divided by a voltage divider comprising resistors 21, 22 from the usual TTL output level of 5V of the microcontroller is divided down to 2.6V according to the supply potential VKAP of the flip-flop 16.
  • the clock signal at the input CLK of the flip-flop 16 originates from a NAND gate 17 which receives at its first input the timer sequence signal T EXP and at the second input the output signal of a further NAND gate 18.
  • the outputs of the OR gate 13 or the output of the voltage divider 4, 5 are connected to the inputs of the NAND gate 18 again.
  • the inverted output signal Q of the flip-flop 16 is connected, via a NAND gate 19, to the timer sequence signal T_EXP, to a control input KAP_ON and, via a NOR gate 20, to the in ⁇ timed time signal from the Schmitt trigger 12 linked to a control input REAKT the voltage supply 3 at.
  • the voltage divider 4, 5 are derived from the status signal ST 2.6 V, corresponding to a logic one level, to an input of the NOR gate 8, so that the NOR gate 8, regardless of its other input signal, an output signal with logic level Zero to the low-active clear input CL of the flip-flop 11 supplies.
  • the value appears logical zero, so that the OR gate 13 supplies the value of logic zero to the reset input RST IN of the microcontroller 1.
  • the microcontroller is thus set back continuously in this phase. As soon as the supply voltages supplied by the power supply 3 are stable, the reset output RST OUT changes to logic one. Since the content of the flip-flop 11 does not change in the meantime, the logic one level also reaches the reset input RST_IN of the microcontroller 1 so that it can no longer be reset and begin to process its work program.
  • the work program checks for certain registers and RAM memory areas whether they contain data obtained from an earlier operating phase of the microcontroller 1 or random values resulting from the power on.
  • the type of check depends on how this data has been backed up by the operating program during the previous phase of operation.
  • One way to make this test is z. For example, one of a plurality of registers or RAM memory cells to reserve one, which is described with Pari ⁇ tuschsbits or another type of Integrticians ⁇ test information of the other registers or Speicher ⁇ cells.
  • the microcontroller recalculates the integrity check information for the other registers or memory cells and compares the result to the contents of the one register or cell.
  • the calculated and the integrity check information found in the one register or the one memory cell do not match.
  • the memory contents are worthless and must be reinitialized. If there is a match, The memory contents are usable data with a probability of l-2 n (if n is the number of bits of the integrity check information).
  • Another possibility for securing data to be saved is to save not only the actual value of each data to be saved, but also its bit-wise negation, and to check this at the restart.
  • the voltage supply 3 sets the generation of all supply voltages with the exception of VKAP.
  • the microcontroller 1 decides whether it should be completely switched off or whether it should be activated again at a later time, and sets an internal register 23 to logic zero or logic one as a function of this decision , the content of which is outputted as an output signal AUFW designated as a "wake-up request signal" at a terminal of the microcontroller 1.
  • AUFW is set to zero and the timer output T EXP transitions from one to zero. This results in each case a rising edge at the clock inputs CLK of the flip-flops 11, 16, which causes them to take over the value applied to their respective data input D D. In the case of the flip-flop 11, this is the value one, since the voltage supply 3 still supplies the supply voltage VKAP. In the flip-flop 16, it is the value zero of the wake-up request signal AUFW.
  • the microcontroller 1 initializes the timer 2 with a predetermined delay time, sets it in progress and enters the state of limited power consumption.
  • the microcontroller 1 decides to go again after switching off the ignition in the state of increased power consumption, in which it is fully operational.
  • the microcontroller 1 sets the internal register 23 and thus the wake-up request signal AUFW to the value one before it enters the state of limited power consumption and T_EXP goes to zero, and consequently the value one is stored in the flip-flop 16.
  • the Zeit ⁇ encoder 2 expires and the output T EXP again assumes the value one, is at the other input of the NOR gate 19 is also one, so that the NOR gate 19 continuously the level 1 to the input KAP ON of the power supply 3 supplies. The Generation of VKAP is thus not set with expiration of the timer 2.
  • the NOR gate 20 receives before the expiration of the timer 2, the value zero from the output Q of the Flip ⁇ flops 16 and the value of one of the T_EXP ange ⁇ closed inverting Schmitt trigger 12 and supplies zero level to a reactivation input REAKT the power supply At the end of the timer, the output signal of the Schmitt trigger 12 goes to zero and thus that of the NOR gate 20 to unity.
  • the power supply 3 is thereby reactivated and also resumes generating all other supply voltages besides VKAP.
  • the voltage supply 3 keeps the reset output RST_OUT to zero, as long as the supply voltages are not stable again.
  • the flip-flop 11 is reset to zero and pulls the reset input RST_IN of the microcontroller 1 via the OR gate 13 at the logic zero level. This forces a reset of the microcontroller 1. This now restarts its work program with the memory and register contents that have remained unchanged since switching off.
  • the microcontroller 1 decides once again whether it must be activated again or can be permanently switched off, sets the value of the wake-up request signal AUFW accordingly, sets T_EXP to zero, the flip-flops 11, 16 To trigger, the timer 2 starts and causes the power supply 3, the generation of all supply voltage supply except VKAP set.
  • microcontroller 1 If the microcontroller 1 is in a state of limited power consumption, it is also possible at any time to restore the full operability of the microcontroller system by actuating the ignition of the vehicle.

Abstract

Ein Mikrocontrollersystem umfasst einen Mikrocontroller (1), der zwischen einem Zustand mit hoher Leistungsaufnahme und einem Zustand mit eingeschränkter Leistungsaufnahme umschaltbar ist, ein Statusregister (23), einen Zeitgeber (2) und eine erste Logikbaugruppe (16, 19), die mit dem Zeitgeber (2) und dem Statusregister (23) verbunden ist und bei Empfang eines Zeitablauf Signals (T_EXP) von dem Zeitgeber (2) einen Übergang des Mikrocontrollers (1) vom Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme in den Zustand hoher Leistungsaufnahme veranlasst, sofern der Inhalt (AUFW) des Statusregisters (23) einen ersten vorgegebenen Wert hat. ­

Description

MikrocontrollerSystem
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mikrocont- rollersystem mit einem MikroController, der zwi¬ schen einem Betriebszustand mit hoher Leistungsauf- nähme und einem Betriebszustand mit eingeschränkter Leistungsaufnahme umschaltbar ist. In dem Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme stehen die Funk¬ tionen des MikroControllers, die im Zustand hoher Leistungsaufnahme verfügbar sind, nicht oder nur eingeschränkt zur Verfügung. Derartige Mikrocont- roller sind für Anwendungen entwickelt worden, bei denen sich Phasen, in denen der MikroController stark ausgelastet ist, mit Phasen abwechseln, in denen der MikroController untätig oder wenig ausge- lastet ist. Indem der MikroController in den Untä¬ tigkeitsphasen in den Zustand eingeschränkter Leis¬ tungsaufnahme umgeschaltet wird, kann die mittlere Leistungsaufnahme des Mikrocontrollersystems erheb¬ lich reduziert werden, was insbesondere bei Anwen- düngen mit netzunabhängiger Stromversorgung von Vorteil ist.
Egal, wie gering jedoch die eingeschränkte Leis¬ tungsaufnahme des MikroControllers ist, besteht das Problem, dass der Betrieb des MikroControllers eine netzunabhängige Stromquelle von begrenzter Kapazi¬ tät über kurz oder lang erschöpft. Wenn z.B. das Mikrocontrollersystem in einem Kraftfahrzeug einge- setzt und aus dessen Batterie gespeist wird, wird die Batterie nach mehr oder weniger langer Zeit er¬ schöpft sein, mit der Folge, dass das Fahrzeug nicht mehr ohne externe Hilfsmittel gestartet wer- den kann. Um diese Gefahr zu reduzieren, muss die Gesamtenergieaufnahme des Mikrocontrollersystems während eines Zeitraums, in dem nicht die volle Verarbeitungskapazität des MikroControllers benö¬ tigt wird, etwa während das Fahrzeug steht, so ge- ring wie möglich gemacht werden.
Vorteile der Erfindung
Durch die vorliegende Erfindung wird ein Mikrocont- rollersystem geschaffen, das dieser Anforderung ge¬ nügt. Es umfasst einen MikroController, der zwi¬ schen einem Zustand mit hoher Leistungsaufnahme und einem Zustand mit eingeschränkter Leistungsaufnahme umschaltbar ist, ein Statusregister, einen Zeitge¬ ber und ein erstes Logikgatter, das mit dem Zeitge¬ ber und dem Statusregister verbunden ist und bei Empfang eines ZeitablaufSignals von dem Zeitgeber einen Übergang des MikroControllers vom Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme in den Zustand hoher Leistungsaufnahme veranlasst, sofern der In¬ halt des Statusregisters einen ersten vorgegebenen Wert hat. Sobald das Statusregister diesen vorgege¬ benen Wert verliert, sei es, weil es vom Mikrocont- roller überschrieben wird, oder durch den Zugriff irgendeines anderen Schaltungselements, kehrt das Mikrocontrollersystem nicht mehr in den Zustand ho¬ her Leistungsaufnahme zurück. Vorzugsweise wird, wenn bei Empfang des Zeitablauf¬ signals der Inhalt des Statusregisters auf einen zweiten Wert verändert ist, der MikroController vollständig ausgeschaltet.
Zweckmäßigerweise ist der MikroController einge¬ richtet, einen Übergang vom Zustand hoher Leis¬ tungsaufnahme in den Zustand eingeschränkter Leis¬ tungsaufnahme unter der Steuerung seines eigenen Betriebsprogramms auszuführen. Dies ermöglicht eine selbsttätige Rückkehr des MikroControllers in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme, nachdem er, veranlasst durch das Zeitablaufsignal, in den Zustand hoher Leistungsaufnahme übergegangen ist.
Vorzugsweise ist der MikroController nur in dem Zu¬ stand hoher Leistungsaufnahme in der Lage, Pro¬ grammanweisungen auszuführen, nicht aber in dem Zu¬ stand eingeschränkter Leistungsaufnahme.
Inhalte von Registern des MikroControllers bleiben hingegen im Zustand eingeschränkter Leistungsauf¬ nahme zweckmäßigerweise erhalten, so dass beim Ü- bergang in den Zustand hoher Leistungsaufnahme dem MikroController die darin zuvor gespeicherten Daten sofort zu Verfügung stehen.
Das Statusregister sollte vorzugsweise durch den MikroController beschreibbar sein. So hat der Mik- rocontroller jederzeit, zumindest wenn er sich im Zustand hoher Leistungsaufnahme befindet, Gelegen¬ heit, anhand aktueller Betriebsbedingungen festzu¬ legen, ob dieser Zustand nach einem zeitweiligen Übergang in den Zustand eingeschränkter Leistungs¬ aufnahme wieder hergestellt werden soll oder nicht.
Alternativ oder ergänzend kann auch vorgesehen wer- den, dass eine Überwachungsschaltung zum Messen der Restkapazität einer das Mikrocontrollersystem spei¬ senden Energiequelle das Statusregister über¬ schreibt, wenn die Restkapazität der Energiequelle einen kritischen Wert unterschreitet, und so eine Rückkehr in den Zustand hoher Leistungsaufnahme un¬ terbindet, wenn dies zu einer übermäßigen Erschöp¬ fung der Energiequelle führen könnte.
Der Zeitgeber erzeugt das Zeitablaufsignal vorzugs- weise mit einer vorgegebenen Verzögerung nach einem Übergang des MikroControllers vom Zustand hoher Leistungsaufnahme in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme, so dass, so lange das Register den ersten Wert enthält, der MikroController zyk- lisch nach Ablauf der eingestellten Verzögerung in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme zu¬ rückkehrt.
Der Wert der Verzögerung kann durch den Mikrocont- roller einstellbar sein.
Vorzugsweise sind der MikroController und der Zeit¬ geber in einem gemeinsamen Schaltungsbaustein imp¬ lementiert.
Wenn das Mikrocontrollersystem eine Spannungsver- sorgungsschaltung umfasst, die ausgelegt ist, einen Satz von mehreren Versorgungspotentialen zu lie¬ fern, von denen nicht alle in dem Zustand einge- schränkter Leistungsaufnahme des MikroControllers benötigt werden, so ist diese Spannungsversorgungs- schaltung vorzugsweise umschaltbar zwischen einem Zustand, in dem sie den vollständigen Satz der Ver- sorgungspotentiale liefert, und einem Zustand, in dem sie wenigstens eines der zum Betrieb des Mikro- controllers im Zustand eingeschränkter Leistungs¬ aufnahme nicht erforderlichen Versorgungspotentiale nicht liefert. Auf diese Weise kann die Verlust- leistung der Spannungsversorgungsschaltung in Zei¬ ten eingeschränkter Leistungsaufnahme des Mikro- controllers verringert und dadurch die Standzeit einer Batterie weiter verlängert werden.
Vorzugsweise ist einem Reset-Eingang des Mikrocont- rollers ein Logikgatter vorgeschaltet, das im Zu¬ stand eingeschränkter Leistungsaufnahme Reset- Befehle nicht zum MikroController durchlässt. Ein solches Logikgatter ist insbesondere zweckmäßig, um Reset-Befehle zu unterdrücken, die von einer an sich bekannten Betriebsspannungsüberwachungsschal- tung immer dann erzeugt werden, wenn ein von ihr überwachte Betriebsspannung ein zulässiges Inter¬ vall verlässt, was im Zustand hoher Leistungsauf- nähme zu einer Fehlfunktion des MikroControllers führen könnte.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus- führungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügte Fi¬ gur.
Figur Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm eines er¬ findungsgemäßen Mikrocontrollersystems .
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in Fig. 1 gezeigte Mikrocontrollersystem um- fasst einen MikroController 1, der von einem Normalbetriebszustand mit hoher Leistungsaufnahme, in welchem er in der Lage ist, ein in einem (in der Figur nicht dargestellten) Speicher abgelegtes Be¬ triebsprogramm zu lesen und auszuführen, in einen Zustand mit eingeschränkter Leistungsaufnahme um- schaltbar ist, in welchem er nicht mehr in der Lage ist, das Betriebsprogramm abzuarbeiten, in welchem aber die Inhalte der Register des MikroControllers oder zumindest eines Teils dieser Register sowie eines (ebenfalls nicht dargestellten) Schreib- Lesespeichers, auf den der MikroController 1 zu¬ greift, erhalten bleiben und ein interner Zeitgeber 2 des MikroControllers funktionsfähig bleibt. Der MikroController 1 bezieht eine Mehrzahl von Versor¬ gungspotentialen von einem integrierten Spannungs- Versorgungsbaustein 3, auch kurz als Spannungsver¬ sorgung 3 bezeichnet. Von den mehreren von der Spannungsversorgung 3 bereitgestellten Potentialen ist zum Aufrechterhalten des Zustands eingeschränk¬ ter Leistungsaufnahme des MikroControllers 1 ledig- lieh eines, in der Figur mit VKAP bezeichnet, er¬ forderlich. Das Potential VKAP beträgt z.B. ca. 2,6 V. Versorgungsleitungen für nur im Zustand hoher Leistungsaufnahme des MikroControllers 1 benötigte Versorgungspotentiale sind in der Figur als eine gestrichelte Linie zwischen der Spannungsversorgung 3 und dem MikroController 1 symbolisiert.
Eine Mehrzahl von logischen Bausteinen 8 bis 20, die im Folgenden noch genauer beschrieben werden, benötigten für ihren Betrieb lediglich das Versor¬ gungspotential VKAP.
Das Mikrocontrollersystem empfängt von außen ein Ein/Ausschaltsignal PWR, welches, wenn das Mikro¬ controllersystem in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, beispielsweise von dessen Zündung abgeleitet sein kann und bei ausgeschalteter Zündung Massepe¬ gel entsprechend einem logischen Wert Null und bei eingeschalteter Zündung beispielsweise ein Potenti¬ al von +12 V entsprechend logisch Eins annimmt. Das Ein/Ausschaltsignal PWR liegt direkt an einem Schalteingang der Spannungsversorgung 3. Entspre¬ chend dem Pegel des Ein-Ausschaltsignals liefert die Spannungsversorgung ein Statussignal ST mit ei¬ nem Pegel von 5 oder 0 V. Das Statussignal ST wird über einen Spannungsteiler aus Widerständen 4, 5, der den 5V-Pegel auf 2,6 V reduziert, an einen ers¬ ten Eingang eines NOR-Gatters 8 angelegt. Der zwei- te Eingang des NOR-Gatters 8 ist über einen Tief- pass, bestehend aus einem Kondensator 6 und einem Widerstand 7, und zwei hintereinander geschaltete invertierende Schmitt-Trigger 9, 10 an VKAP ange¬ schlossen. Der Ausgang des NOR-Gatters 8 ist mit einem niedrig-aktiven Löscheingang CL eines ersten D-Flipflops 11 verbunden.
Das Flipflop 11 hat ferner einen hoch-aktiven Setz- Eingang PR, der direkt mit VKAP verbunden ist, ei- nen Takt-Eingang CLK, der ein von einem invertie¬ renden Schmitt-Trigger 12 invertiertes Zeitablauf¬ signal T EXP vom Zeitgeber 2 empfängt, und einen Dateneingang D, der direkt an VKAP angeschlossen ist. An einen nicht invertierenden Datenausgang Q des Flipflops 11 ist ein erster Eingang eines ODER- Gatters 13 angeschlossen, dessen zweiter Eingang mit einem Reset-Ausgang RST_OUT der Spannungsver¬ sorgung 3 verbunden ist und dessen Ausgang mit ei- nem Reset-Eingang RST_IN des MikroControllers 1 verbunden ist.
Ein zweites D-Flipflop 16 ist baugleich mit dem Flipflop 11. Der Dateneingang D des Flipflops 16 ist mit einem Aufwachwunsch-Signal AUFW des Mikro- controllers 1 beschaltet, das über einen Spannungs¬ teiler aus Widerständen 21, 22 vom üblichen TTL- Ausgangspegel von 5V des MikroControllers auf 2,6 V entsprechend dem Versorgungspotential VKAP des Flipflops 16 heruntergeteilt ist. Das Taktsignal am Eingang CLK des Flipflops 16 rührt von einem NAND- Gatter 17 her, das an seinem ersten Eingang das Zeitgeber-Ablaufsignal T EXP und am zweiten Eingang das Ausgangssignal eines weiteren NAND-Gatters 18 empfängt. An die Eingänge des NAND-Gatters 18 wie¬ derum sind angeschlossen der Ausgang des ODER- Gatters 13 bzw. der Ausgang des Spannungsteilers 4, 5.
Das invertierte Ausgangssignal Q des Flipflops 16 liegt, über ein NAND-Gatter 19 mit dem Zeitgeber- Ablaufsignal T_EXP verknüpft, an einem Steuerein¬ gang KAP_ON und, über ein NOR-Gatter 20 mit dem in¬ vertierten Zeitablaufsignal vom Schmitt-Trigger 12 verknüpft, an einem Steuereingang REAKT der Span¬ nungsversorgung 3 an.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Schaltung erläutert. Dabei wird als Anfangszustand ein Zustand angenommen, in welchem die Spannungsversorgung 3 keinerlei Versorgungspo¬ tential liefert und das Ein/Ausschaltsignal PWR den Wert logisch Null hat, das Mikrocontrollersystem also vollständig ausgeschaltet ist. Wenn die Fahr¬ zeugzündung betätigt wird und dementsprechend PWR stabil auf logisch Eins übergegangen ist, beginnt die Spannungsversorgung 3, die diversen Versorgungspotentiale des MikroControllers 1 und das Statussignal ST mit hohem Pegel auszugeben. So lange die Versorgungspotentiale nicht stabil sind, wird der Reset-Ausgang RST OUT der Spannungs¬ versorgung 3 auf Null gehalten.
Über den Spannungsteiler 4, 5 liegen vom Statussignal ST abgeleitete 2,6 V, entsprechend einem Pegel von logisch Eins, an einem Eingang des NOR-Gatters 8 an, so dass das NOR-Gatter 8 unabhängig von seinem anderen Eingangssignal ein Ausgangssignal mit Pegel logisch Null an den niedrig-aktiven Löscheingang CL des Flipflops 11 liefert. Am Ausgang Q des Flipflops 11 erscheint der Wert logisch Null, so dass das ODER-Gatter 13 den Wert logisch Null an den Reset-Eingang RST IN des MikroControllers 1 liefert. Der MikroController wird in dieser Phase also fortlaufend zurückge¬ setzt. Sobald die von der Spannungsversorgung 3 geliefer¬ ten Versorgungsspannungen stabil sind, wechselt der Reset-Ausgang RST OUT auf logisch Eins. Da sich der Inhalt des Flipflops 11 zwischenzeitlich nicht än- dert, erreicht der Pegel logisch Eins auch den Re- set-Eingang RST_IN des MikroControllers 1, so dass dieser nicht mehr zurückgesetzt wird und beginnen kann, sein Arbeitsprogramm abzuarbeiten.
In der Startphase prüft das Arbeitsprogramm bei be¬ stimmten Registern und RAM-Speicherbereichen, ob diese aus einer früheren Betriebsphase des Mikro- controllers 1 erhalten gebliebene Daten oder nur durch das Einschalten entstandene Zufallswerte ent- halten. Die Art der Prüfung hängt davon ab, wie diese Daten in der vorhergehenden Betriebsphase von dem Betriebsprogramm gesichert worden sind.
Eine Möglichkeit, diese Prüfung vorzunehmen, ist z. B. unter einer Mehrzahl von Registern oder RAM- Speicherzellen eine zu reservieren, die mit Pari¬ tätsbits oder einer anderen Art von Integritäts¬ prüfinformation der anderen Register oder Speicher¬ zellen beschrieben wird. In der Startphase berech- net der MikroController die Integritätsprüfinforma- tion für die anderen Register oder Speicherzellen neu und vergleicht das Ergebnis mit dem Inhalt des einen Registers oder der einen Zelle. In der hier betrachteten Situation des Neustarts nach vollstän- diger Abschaltung stimmen die berechnete und die in dem einen Register oder der einen Speicherzelle gefundene Integritätsprüfinformation nicht überein. Die Speicherinhalte sind also wertlos und müssen neu initialisiert werden. Bei Übereinstimmung stel- len die Speicherinhalte mit einer Wahrscheinlich¬ keit von l-2n (wenn n die Bitzahl der Integritäts¬ prüfinformation ist) brauchbare Daten dar.
Eine andere Möglichkeit, zu erhaltende Daten zu si¬ chern, ist, von jedem zu sichernden Datum nicht nur dessen eigentlichen Wert, sondern auch dessen bit¬ weise Negation zu speichern und beim Neustart abzu- prüfen.
Wenn die Zündung wieder ausgeschaltet wird, kehrt PWR zurück auf logisch Null. Die Spannungsversor¬ gung 3 stellt die Erzeugung aller Versorgungsspan¬ nungen mit Ausnahme von VKAP ein. Der Mikrocontrol- ler 1 entscheidet mit Hilfe seines Betriebspro¬ gramms, ob er vollständig ausgeschaltet werden darf oder zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal akti¬ viert werden soll, und setzt in Abhängigkeit von dieser Entscheidung ein internes Register 23 auf logisch Null bzw. logisch Eins, dessen Inhalt als ein als „Aufwachwunsch-Signal" bezeichnetes Aus¬ gangssignal AUFW an einer Klemme des Mikrocontrol- lers 1 ausgegeben wird.
Immer wenn eines der mehreren Versorgungspotentiale von der Spannungsversorgung 3 nicht so zur Verfü¬ gung steht, dass es ein ordnungsgemäßes Funktionie¬ ren des MikroControllers 1 gewährleistet, insbeson¬ dere also auch dann, wenn die Spannungsversorgung 3 nur VKAP liefert, geht ihr Ausgang RST_OUT auf lo¬ gisch Null. Herkömmlicherweise soll dies gewähr¬ leisten, dass ein von der Spannungsversorgung 3 ge¬ speister MikroController nicht aufgrund eines Ver- sorgungsspannungsfehlers in einen Undefinierten Zu- stand gelangt, sondern jedes Mal, wenn die Gefahr eines solchen Zustands droht, neu gestartet wird. Ein solcher Neustart ist jedoch unerwünscht, wenn der MikroController nur zeitweilig in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme übergeht. In die¬ sem Zustand wird hier der Neustart unterdrückt, weil das Signal am Löscheingang CL des Flipflops 11 auf Eins übergeht, sobald der Kondensator 6 geladen ist, das Flipflop 11 also nicht mehr ständig ge- löscht wird, sondern, getriggert durch das Zeitge¬ berablaufsignal T EXP beim Ausschalten der Zündung, den Wert Eins an seinem Dateneingang speichern und folglich am Ausgang Q ausgeben kann. Der Wert Q=I liegt über das ODER-Gatter 13 auch am niedrig- aktiven Reset-Eingang RST IN des MikroControllers 1 an, so dass dieser in dem Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme nicht zurückgesetzt wird.
Es soll zunächst der Fall betrachtet werden, dass der Mikroprozessor nach dem Übergang von PWR auf Null nicht wieder in Betrieb genommen werden muss. In diesem Fall wird AUFW auf Null gesetzt, und der Zeitgeberausgang T EXP geht von Eins auf Null über. Hieraus resultiert jeweils eine ansteigende Flanke an den Takteingängen CLK der Flipflops 11, 16, die diese veranlasst, den an ihrem jeweiligen Datenein¬ gang D anliegenden Wert zu übernehmen. Im Fall des Flipflops 11 ist dies der Wert Eins, da die Span¬ nungsversorgung 3 die Versorgungsspannung VKAP nach wie vor liefert. Beim Flipflop 16 ist es der Wert Null des Aufwachwunsch-Signals AUFW.
Der MikroController 1 initialisiert den Zeitgeber 2 mit einer vorgegebenen Verzögerungszeit, setzt ihn in Gang und geht in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme über. Das NOR-Gatter 19 empfängt vom Zeitgeber, solange dieser nicht abgelaufen ist, T_EXP=0 und vom Flipflop 16 Q=I und legt somit den Pegel logisch Eins an den Eingang KAP ON der Span¬ nungsversorgung 3 an, so dass diese die Ausgangs¬ spannung VKAP weiterhin liefert.
Wenn der Zeitgeber abläuft, nimmt T EXP den Wert Eins an, so dass das NOR-Gatter 19 (da Q = I ist) Null-Pegel an den Eingang KAP ON anlegt. Folglich hört nach Ablauf des Zeitgebers 2 die Spannungsversorgung 3 auch mit der Erzeugung der Versorgungsspannung VKAP auf, und das Mikrocontrollersystem ist vollständig ausgeschal¬ tet.
Es wird nun der Fall betrachtet, dass der MikroController 1 sich dafür entscheidet, nach Ausschalten der Zündung noch einmal in den Zustand erhöhter Leistungsaufnahme überzugehen, in welchem er uneingeschränkt betriebsfähig ist. In diesem Fall setzt der MikroController 1 das interne Register 23 und damit das Aufwachwunsch-Signal AUFW auf den Wert Eins, bevor er in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme übergeht und T_EXP auf Null geht, und folglich wird der Wert Eins im Flipflop 16 gespeichert. Wenn nun der Zeit¬ geber 2 abläuft und der Ausgang T EXP wieder den Wert Eins annimmt, liegt am anderen Eingang des NOR-Gatters 19 ebenfalls Eins an, so dass das NOR- Gatter 19 fortlaufend den Pegel 1 an den Eingang KAP ON der Spannungsversorgung 3 liefert. Die Erzeugung von VKAP wird also mit Ablauf des Zeitgebers 2 nicht eingestellt.
Das NOR-Gatter 20 empfängt vor Ablauf des Zeitgebers 2 den Wert Null vom Ausgang Q des Flip¬ flops 16 und den Wert Eins von dem an T_EXP ange¬ schlossenen invertierenden Schmitt-Trigger 12 und liefert Null-Pegel an einen Reaktivierungseingang REAKT der Spannungsversorgung 3. Mit Ablauf des Zeitgebers geht das Ausgangssignal des Schmitt- Triggers 12 auf Null und damit das des NOR-Gatters 20 auf Eins. Die Spannungsversorgung 3 wird dadurch reaktiviert und nimmt auch die Erzeugung aller anderen VersorgungsSpannungen neben VKAP wieder auf.
Wie bei der oben beschriebenen Inbetriebnahme des Mikrocontrollersystems aus dem vollständig ausgeschalteten Zustand heraus hält die Spannungs- Versorgung 3 den Reset-Ausgang RST_OUT auf Null, solange die Versorgungsspannungen noch nicht wieder stabil sind. Mit dem Wiedereinschalten geht ST wieder auf hohen Pegel. Dadurch wird das Flipflop 11 auf Null zurückgesetzt und zieht über das ODER- Gatter 13 den Reset-Eingang RST_IN des Mikrocont- rollers 1 auf dem Pegel logisch Null. Dadurch wird ein Zurücksetzen des MikroControllers 1 erzwungen. Dieser startet nun sein Arbeitsprogramm mit den seit dem Ausschalten unverändert gebliebenen Spei- eher- und Registerinhalten neu.
Wie im zuvor betrachteten Fall des Starts nach vor¬ hergehender vollständiger Abschaltung beinhaltet das Arbeitsprogramm eine Prüfung der Speicher- und Registerinhalte auf Unversehrtheit. Diesmal werden diese Inhalte als brauchbar erkannt und nicht ini¬ tialisiert.
Wenn der MikroController 1 die auszuführenden Auf- gaben erledigt hat, entscheidet er erneut, ob er noch einmal aktiviert werden muss oder endgültig ausgeschaltet werden darf, setzt dementsprechend den Wert des Aufwachwunsch-Signals AUFW, setzt T_EXP auf Null, um die Flipflops 11, 16 zu trig- gern, startet den Zeitgeber 2 und veranlasst die Spannungsversorgung 3, die Erzeugung aller Versor¬ gungsspannungen außer VKAP einzustellen.
Wenn sich der MikroController 1 im Zustand einge- schränkter Leistungsaufnahme befindet, ist es auch jederzeit möglich, durch Betätigung der Zündung des Fahrzeugs die volle Betriebsfähigkeit des Mikro- controllersystems wieder herzustellen.
Ein einfaches Beispiel für eine Anwendung des oben beschriebenen Mikrocontrollersystems ist das Messen der Ausschaltdauer der Fahrzeugzündung an einem Fahrzeug mit Abgaskatalysator. Hierfür wird, wäh¬ rend PWR=I ist, ein flüchtiger Speicher ungleich Null initialisiert. Während die Zündung ausgeschal¬ tet und PWR=O ist, wird der Speicher bei jedem Ü- bergang in den Zustand hoher Leistungsaufnahme dekrementiert. Wenn die Zündung wieder eingeschal¬ tet wird und wieder PWR=I ist, und das Register ist Null, muss davon ausgegangen werden, dass der Kata¬ lysator kalt ist. Wenn das Register von Null ver¬ schieden ist, gibt es die Standzeit des Fahrzeugs an und anhand der Standzeit kann abgeschätzt wer- den, was der Katalysator für eine Temperatur hat und wie man ihn optimal fährt.

Claims

- IT -Patentansprüche
1. Mikrocontrollersystem mit einem Mikrocontrol- ler (1), der zwischen einem Zustand mit hoher Leistungsaufnahme und einem Zustand mit einge¬ schränkter Leistungsaufnahme umschaltbar ist, einem Statusregister (23), einem Zeitgeber (2) und einer ersten Logikbaugruppe (16, 19) , die mit dem Zeitgeber (2) und dem Statusregister (23) verbunden ist und bei Empfang eines Zeit¬ ablaufsignals (T_EXP) von dem Zeitgeber (2) einen Übergang des MikroControllers (1) vom Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme in den Zustand hoher Leistungsaufnahme veran- lasst, sofern der Inhalt (AUFW) des Statusre¬ gisters (23) einen ersten vorgegebenen Wert hat.
2. Mikrocontrollersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Logikbaugruppe (16, 19) bei Empfang des ZeitablaufSignals (T_EXP) von dem Zeitgeber (2) ein Ausschalten des MikroControllers (1) veranlasst, sofern der Inhalt (AUFW) des Statusregisters (23) ei¬ nen zweiten vorgegebenen Wert hat.
3. Mikrocontrollersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikrocontrol- ler (1) eingerichtet ist, einen Übergang von Zustand hoher Leistungsaufnahme in den Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme programmge¬ steuert durchzuführen.
4. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand hoher Leistungsaufnahme ein Zu¬ stand ist, in welchem der MikroController (1) in der Lage ist, Programmanweisungen auszufüh¬ ren, und dass der Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme ein Zustand ist, in welchem der MikroController (1) nicht in der Lage ist, Programmanweisungen auszuführen.
5. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
Inhalte von Registern des MikroControllers (1) im Zustand eingeschränkter Leistungsaufnahme erhalten bleiben.
6. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Statusregister (23) durch den Mikrocont- roller (1) beschreibbar ist.
7. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitgeber (2) das Zeitablaufsignal (T_EXP) mit einer vorgegebenen Verzögerung nach einem Übergang vom Zustand hoher Leistungsaufnahme des MikroControllers (1) in den Zustand einge¬ schränkter Leistungsaufnahme erzeugt.
8. Mikrocontrollersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzögerung durch den MikroController einstellbar ist.
9. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der MikroController (1) und der Zeitgeber (2) in einem gemeinsamen Schaltungsbaustein imple¬ mentiert sind.
10. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Spannungsversorgungsschaltung (3) um- fasst, die ausgelegt ist, einen Satz von meh- reren Versorgungspotentialen zu liefern und die umschaltbar ist zwischen einem Zustand, in dem sie den vollständigen Satz liefert, und einem Zustand, in dem sie wenigstens ein Ver¬ sorgungspotential des Satzes, das zum Betrieb des MikroControllers (1) im Zustand einge¬ schränkter Leistungsaufnahme nicht erforder¬ lich ist, nicht liefert.
11. Mikrocontrollersystem nach Anspruch 10, da- durch gekennzeichnet, dass ein Steuereingang
(REAKT, KAP_ON) der Spannungsversorgungsschal¬ tung (3) mit dem Statusregister (23) verbunden ist und die Spannungsversorgungsschaltung ge¬ nau dann den nicht vollständigen Satz von Aus- gangsSpannungen liefert, wenn der Inhalt (AUFW) des Statusregisters (23) den ersten vorgegebenen Wert hat.
12. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einem Reset-Eingang (RST IN) des Mikrocontrol- lers (1) ein Logikgatter (13) vorgeschaltet ist, das im Zustand eingeschränkter Leistungs¬ aufnahme Reset-Befehle nicht zum Mikrocontrol- ler (1) durchlässt.
13. Mikrocontrollersystem nach einem der vorherge- henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Steuergerät für ein Kraftfahrzeug ist.
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