WO1997049033A1 - System zum übertragen von daten - Google Patents

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WO1997049033A1
WO1997049033A1 PCT/IB1997/000709 IB9700709W WO9749033A1 WO 1997049033 A1 WO1997049033 A1 WO 1997049033A1 IB 9700709 W IB9700709 W IB 9700709W WO 9749033 A1 WO9749033 A1 WO 9749033A1
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wake
voltage
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PCT/IB1997/000709
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Robert Mores
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Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Koninklijke Philips NV
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Philips Patentverwaltung GmbH
Philips Electronics NV
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Priority to EP97924200A priority patent/EP0852764B1/de
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    • G06F11/20—Error detection or correction of the data by redundancy in hardware using active fault-masking, e.g. by switching out faulty elements or by switching in spare elements
    • G06F11/2015—Redundant power supplies

Definitions

  • the invention relates to an electronic system for transmitting data between a number of stations which are connected to one another via a common bus.
  • a microcontroller is provided in at least some of the stations, which controls the stations and which uses a
  • Interface circuit which is designed as a transmit / receive circuit and is also referred to below as a signal converter, is connected to the bus and transmits and receives information about it. Furthermore, there is often a time monitoring circuit, hereinafter referred to as the watchdog, which delivers a signal to the microcontroller if it has not received a signal from the microcontroller for more than a predetermined period of time.
  • the watchdog which delivers a signal to the microcontroller if it has not received a signal from the microcontroller for more than a predetermined period of time.
  • the microcontroller can put all elements of the stations into a power-saving operating state, for example in order to conserve a battery as an energy source and through local events, or through signals via the bus, the station can be woken up again into a normal operating state.
  • the microcontroller Interference from outside or in individual elements can result in undesirable operating states of the station. It is common for the microcontroller to detect undesired operating states, if necessary, and to return the station to an operating state that makes sense for the application by means of suitable measures. The microcontroller is in turn monitored by the watchdog and, in the event of a malfunction, is brought back to a defined initial state by a reset signal.
  • a major disadvantage is that a permanently disturbed microcontroller, which no longer functions as expected from the initial state, can no longer lead the other elements of the station into a defined fallback operating state and the entire system may be disturbed with several stations. The same situation arises if, for example, only the power supply of the microcontroller is disturbed. In addition to disrupting the entire system, there may also be adverse effects on use.
  • microcontroller can no longer lead the affected station into a power-saving mode, since the serial data or information distributed for this requirement via the system can no longer be evaluated in the station itself.
  • the object of the invention is to provide a system in which a fallback operating state that is useful for the application is set autonomously in a station even if the microcontroller in question remains permanently disturbed.
  • the basic principle of the invention is that the microcontroller is operated with the greatest possible security and this can then put all other elements into a corresponding fallback operation if necessary, and if the microcontroller fails, the remaining elements are closed and automatically one according to the application if possible set optimal fallback operation, with regard to the
  • One embodiment is that the watchdog and the second voltage regulator are linked to one another in such a way that, for a first reset signal of the watchdog, for example due to a software error, the second voltage regulator initially remains in the state previously defined by the microcontroller and, when the reset is repeated, for. B. due to a permanent malfunction in the microcontroller, the second voltage regulator is switched off, so that the application-specific elements of the station are not supplied and operated in an uncontrolled manner.
  • the second voltage regulator can also be switched off immediately on the first reset.
  • a further embodiment is that the watchdog, the two supply voltages and the signal converter are linked to one another in such a way that, in the event of a permanent malfunction of the microcontroller that has been determined due to repeated resets, the two voltage supplies and the signal converter are switched off when the watchdog detects an expanded function that serial data is no longer transmitted over a certain period of time and the entire system is therefore obviously in a power-saving mode, so that the power saving requirement is also met at the faulty station.
  • a further embodiment is that the watchdog and the second voltage regulator are linked to one another in such a way that the second voltage regulator can only be activated by the microcontroller (trigger) by at least one successful reset process, so that during the start phase of the microcontroller and also through Prolonged start-up phases of the microcontroller, the application-specific elements are not operated in an uncontrolled manner.
  • a further embodiment is that the watchdog and the one supply voltage are linked to one another in such a way that the watchdog, in an expanded function, can cyclically activate a supply voltage from a power-saving mode and thus wake up the entire station in order to ensure some basic functions of the station and save electricity at the same time.
  • a further embodiment is that the signal converter and the one supply voltage are linked to one another in such a way that the signal converter can still monitor the transmission activities with regard to the serial data in the system in its power-saving mode and, based on a transmitted wake-up request from another station, the own station by automatically activating one Can make supply voltage.
  • the watchdog, the two supply voltages and the signal converter are linked to one another in such a way that when the operating states of the station change, they are preferably controlled via a control signal in such a way that the individual elements only change their specific operating states together and at the same time, so that this prevents undesirable intermediate operating states and ensures the requirements of the application with regard to safety and power saving are, this signal can be designed as a qualified by known security methods serial or parallel control signal to an integrated element with the individual basic elements.
  • a further embodiment is that the watchdog, the signal converter and a separate circuit for detecting local wake-up requests are linked to one another in such a way that the cyclical, local and the transmitted wake-up requests are implemented, depending on whether the station is in a standby state or in a power-saving mode are in a notification of the microcontroller, for example, by interrupt when the program is running properly, resetting the microcontroller to its initial state and thus restarting the program, in order to wake up the station as quickly as possible, depending on the current operating state.
  • Another embodiment is that the watchdog, the signal converter and the additional monitoring circuit are linked to one another such that the cause and origin of the reset can be determined after a restart of the program sequence at the microcontroller, and the microcontroller can thereby determine the history before the reset and the program flow e.g. by omitting a teach-in process and optimizing the management of data e.g. can optimize by reusing already generated data, whereby the differentiation of the reset sources takes into account, for example:
  • a further embodiment is that the watchdog, the signal converter and the additional monitoring circuit are linked to one another in such a way that the actions initiated by warning functions, error displays and reset sources of the individual elements for setting a fallback operation of the entire station can be divided into application-related in terms of the procedure a notification of the microcontroller, for example by an interrupt when the program is running properly, a reset of the microcontroller to its initial state and thus a restart of the program, a permanent reset of the microcontroller and automatic, closed setting of the most appropriate relapse operation of the station by the remaining elements for the application.
  • Both the linking of the different control signals and functions of the individual basic elements and the fallback operating state can be programmed application-specifically by means of non-volatile memories on an integrated circuit.
  • the advantages of combining the functions and control signals of the individual basic elements are a closed relapse which is optimal for the application, even in the event that the microcontroller remains permanently disturbed - a safe power saving, by autonomous switching off even when the microcontroller is faulty, a safer one Function of the system due to the guaranteed reduced number of possible operating states in a station, more optimal operational program sequences by determining the reset sources, - defined system starts by microcontroller-independent control of the
  • Fig. 1 is a block diagram of a station according to the invention
  • Fig. 2 to 4 diagrams of state transitions.
  • Safe operation is achieved through the safe operation of the station and through its defined relapse behavior in the event of an error.
  • an integrated element with the individual basic elements watchdog, two supply voltages and signal converter is used in each station.
  • control signals of the individual elements on the integrated circuit are linked to one another in such a way that only the seven operating states of an entire station required for the application are possible, three of the seven operating states being operational operating states for the application, normal operation (NB), the standby mode (BB), the power saving mode (SB), and four start or fallback operating states are, the cold start (KS), the warm start (WS), the fallback operation with power supply (VR), and fallback operation without power supply (UR).
  • the stations essentially switch back and forth depending on the requirement from the application between normal operation and energy-saving operation or standby operation, with a faster transition to normal operation and less power saving being achieved in the standby operation than in the power-saving operation.
  • the reduction of the possible operating states is ensured by the fact that the individual elements can only be led together into another operating state by the microcontroller to the integrated circuit by means of a single serial code word.
  • the link also enables the optimal fallback behavior for the application and the setting of a closed fallback behavior to be established even with a permanently disturbed microcontroller.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a station according to the invention.
  • This contains an integrated circuit 10 with some elements, which will be explained in more detail below, and a microcontroller 40, which is connected to the integrated circuit 10 and is usually also designed as an integrated circuit.
  • the microcontroller 40 controls peripheral circuits 42 via a connection 41, which depend on the application and can, for example, contain switches for consumers with higher power.
  • the integrated circuit 10 is also connected to a bus 6, to which further stations are connected, and has an input 7, via which so-called wake-up requests, which come, for example, from a manually operated switch or sensors. Via a connection 9, the integrated circuit 10 receives an operating voltage that is higher than that required to supply the microcontroller 40, the peripheral circuit 42 and certain elements of the integrated circuit 10.
  • This supply voltage designated VB
  • VB This supply voltage, designated VB, is supplied to two voltage regulators 12 and 14, which use them to generate the lower supply voltage of the corresponding circuits.
  • the voltage regulator 12 generates a voltage VI which is only supplied to the microcontroller 40 via the line 13.
  • the voltage regulator 14 generates a voltage V2, which is supplied within the integrated circuit 10 to a transceiver circuit 20 and, moreover, to the peripheral circuit 42.
  • the voltage regulators 12 and 14 can be switched off individually or together by a monitoring circuit 22 via the line 23.
  • the integrated circuit 10 also contains an oscillator 18 which controls a watchdog time monitoring circuit 16.
  • the watchdog can also be contained outside the integrated circuit 10, preferably in the microcontroller.
  • one Interface circuit 28 is provided, which receives control words from the microcontroller 40 or in particular transmits status words.
  • a reset control circuit 24 generates a reset signal or an interrupt signal for the microcontroller 40 on line 25 or receives a restart signal from the latter, which restarts the monitoring time.
  • a circuit 26 converts the wake-up signals received via the input 7 or from the transceiver circuit 20 into control signals for the control circuit 24.
  • the watchdog 16 is connected to the interface circuit 28 via the connection 17c in order to be able to be set to specific monitoring times by control words from the microcontroller 40 and to be able to report the set monitoring times and possibly further states to the microcontroller. Furthermore, the watchdog circuit 16 is connected to the control circuit 24 via a connection 17a in order to transmit reset signals or interrupt signals for the microcontroller 40 to them or to receive a restart signal from the microcontroller. Furthermore, the watchdog circuit 16 is connected to the monitoring circuit 22 via a connection 17b in order to switch the voltage regulators 12 and 14 on or off. In addition, the interface circuit 28 is connected to the monitoring circuit 22, so that the voltage regulators 12 and 14 can also be switched off by control signals from the microcontroller 40.
  • the monitoring circuit 22 monitors the unregulated input voltage and can determine whether the voltage has been doubled by "jump start” and whether application-related elements have to be protected by switching off.
  • the monitoring circuit also detects the loss of the input voltage by means of the sudden voltage drop associated therewith, so that the station still stores volatile data and that
  • Program can terminate sensibly, whereby the station remains supplied with a local energy buffer for these last actions before a permanent loss of the supply voltage.
  • the monitoring circuit can also cause a temporary drop in the input voltage due to overload, e.g. when starting the engine, so that the station can switch off consumer-related applications to protect the battery.
  • the transmission / reception circuit 20 is connected to the microcontroller 40 via a connection 21, in order to use this to transmit the data received from the bus to the microcontroller or to receive data to be transmitted from it.
  • the elements 16, 18, 22, 24 and 26 are essentially supplied by the supply voltage VB, so that they are always active, even when the voltage regulators 12 and 14 are switched off.
  • the operating states are shown graphically in FIGS. 2 to 4, VI representing the supply voltage for the microcontroller and V2 representing the supply voltage for the periphery and the signal converter and being able to be switched on and off.
  • the signal converter (SF) can send and receive serial data in normal operation and only receive wake-up requests in its energy-saving mode (ready). In addition, the signal converter can behave with high resistance with regard to the lines to other stations in the system.
  • the watchdog knows short periods for software monitoring and long or very long periods for cyclical waking of the station from standby mode or from energy saving mode. The watchdog also monitors the microcontroller after a reset (start).
  • microcontroller-independent, permanent relapse functions when the microcontroller stops working, e.g. in the event of permanently faulty supply voltage on the microcontroller, in the event of unanswered cold or warm start of the microcontroller, in the event of overtemperature protection (protection against self-destruction of the integrated component).
  • the states 50 mean a change in the operating mode; from the microcontroller only in the NB, BB and SB,
  • state 50a also means a change in the operating mode, the microcontroller being arbitrary
  • V2 supply voltage of the signal converter and the application-related components

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Abstract

In einem elektronischen System zum Übertragen von Daten zwischen einer Anzahl von Stationen werden die Ansteuersignale und Funktionen der Grundelemente Spannungsversorgung, Watchdog und Signalumformer in jeder Station derart miteinander verknüpft, daß die Anzahl der über alle Elemente betrachteten möglichen Betriebszustände auf die für die entsprechende Anforderung nötige Anzahl gesichert reduziert wird und dadurch eine sicherere Funktion gewährleistet wird. Außerdem ergibt sich durch die Verknüpfung ein hinsichtlich der anwendungsspezifischen Stromspar- und Sicherheitsanforderungen optimales Rückfallverhalten der Station auch dann, wenn beispielsweise der Mikrocontroller der Station dauerhaft gestört bleibt.

Description

BESCHREIBUNG
System zum Übertragen von Daten
Die Erfindung betrifft ein elektronisches System zum Übertragen von Daten zwischen einer Anzahl von Stationen, die über einen gemeinsamen Bus miteinander verbunden sind.
Bei derartigen bekannten Systemen ist zumindest in einem Teil der Stationen je ein Mikrocontroller vorgesehen, der die Stationen steuert und der über eine
Schnittstellenschaltung, die als Sende/Empfangsschaltung ausgebildet ist und im folgenden auch als Signalumformer bezeichnet wird, mit dem Bus verbunden ist und darüber Informationen aussendet und empfängt. Ferner ist häufig eine Zeitüberwachungsschaltung, im folgenden Watchdog genannt, vorhanden, der ein Signal an den Mikrocontroller liefert, wenn er länger als eine vorgegebene Zeitdauer nicht ein Signal vom Mikrocontroller erhalten hat. Diese Elemente oder zumindest ein Teil davon werden über eine Spannungsregelschaltung gespeist, wenn z.B. bei Verwendung im Kraftfahrzeug die zur Verfügung stehende Spannung höher ist als die Betriebsspannung der Elemente. Unter vorgegebenen Bedingungen kann der Mikrocontroller alle Elemente der Stationen in einen stromsparenden Betriebszustand versetzen, um beispielsweise eine Batterie als Energiequelle zu schonen und durch lokale Ereignisse, oder durch Signale über den Bus kann die Station wieder in einen Normal-Betriebszustand geweckt werden.
Durch Störungen von außen oder in einzelnen Elementen können Betriebszustände der Station auftreten, die unerwünscht sind. Üblich ist es, daß der Mikrocontroller gegebenenfalls unerwünschte Betriebszustände erfaßt und durch geeignete Maßnahmen die Station wieder in einen für die Anwendung sinnvollen Betriebszustand zurückführt. Der Mikrocontroller wird wiederum von der Watchdog überwacht und bei Fehlfunktion durch ein Rücksetz-Signal wieder in einen definierten Ausgangszustand gebracht.
Ein wesentlicher Nachteil dabei ist, daß ein dauerhaft gestörter Mikrocontroller, der auch aus dem Ausgangszustand heraus nicht mehr erwartungsgemäß funktioniert, die anderen Elemente der Station nicht mehr in einen definierten Rückfall-Betriebszustand führen kann und unter Umständen das gesamte System mit mehreren Stationen gestört wird. Dieselbe Situation ergibt sich, wenn beispielsweise nur die Spannungsversorgung des Mikrocontroller gestört ist. Neben der Störung des gesamten Systems können sich auch für die Anwendung unvorteilhafte Wirkungen ergeben.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die betroffene Station in solchen Situationen durch den Mikrocontroller nicht mehr in einen Stromsparbetrieb geführt werden kann, da die für diese Anforderung über das System verbreiteten seriellen Daten oder Informationen in der Station selbst nicht mehr ausgewertet werden können.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein System anzugeben, in dem sich in einer Station auch dann einen für die Anwendung sinnvollen Rückfall-Betriebszustand autonom einstellt, wenn der betreffende Mikrocontroller dauerhaft gestört bleibt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Das grundlegende Prinzip der Erfindung ist, daß der Mikrocontroller mit möglichst großer Sicherheit betrieben wird und dieser dann alle anderen Element bei Bedarf in einen entsprechenden Rückfall-Betrieb versetzen kann, und bei Ausfall des Mikrocontroller selbst die verbleibenden Elemente geschlossen und selbsttätig einen der Anwendung entsprechend möglichst optimalen Rückfall-Betrieb einstellen, und zwar hinsichtlich des
Sicherheitsanspruches der Anwendung, der Stromsparanforderung und des Störverhaltens gegenüber dem gesamten System. Von besonderer Bedeutung ist dabei die feste, unveränderliche logische Verknüpfung von Signalen und damit Funktionen der einzelnen Elemente, wie sie beispielsweise durch monolithische Integration der Elemente möglich ist. Dieses Prinzip kann bei konkreten Anwendungsfällen zweckmäßig ausgestaltet werden.
Eine Ausgestaltung ist, daß der Watchdog und der zweite Spannungsregler derart miteinander verknüpft werden, daß bei einem ersten Reset-Signal des Watchdogs beispielsweise durch einen Softwarefehler der zweite Spannungsregler zunächst in dem vom Mikrocontroller zuvor definierten Zustand bleibt und bei wiederholtem Reset z. B. aufgrund einer dauerhaften Störung beim Mikrocontroller der zweite Spannungsregler abgeschaltet wird, damit die anwendungsspezifischen Elemente der Station nicht unkontrolliert weiter versorgt und damit betrieben werden. Alternativ kann die zweite Spannungsregler auch bereits unmittelbar beim ersten Reset abgeschaltet werden. Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog, die beiden Versorgungsspannungen und der Signalumformer derart miteinander verknüpft werden, daß bei einer aufgrund wiederholten Resets festgestellten dauerhaften Störung des Mikrocontroller die beiden Spannungsversorgungen und der Signalumformer dann abgeschaltet werden, wenn der Watchdog in einer erweiterten Funktion feststellt, daß über einen gewissen Zeitraum keine seriellen Daten mehr übertragen werden und sich das gesamte System daher offensichtlich in einem Strom sparbetrieb befindet, so daß die Stromsparanforderung auch bei der fehlerhaften Station erfüllt wird.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog und die zweite Spannungsregler derart miteinander verknüpft werden, daß die zweite Spannungsregler erst durch mindestens einen erfolgreichen Rücksetzvorgang der Watchdog durch den Mikrocontroller (Trigger) aktiviert werden kann, so daß während der Startphase des Mikrocontroller und auch in durch Fehler bedingten verlängerten Startphasen des Mikrocontroller die anwendungsspezifischen Elemente nicht unkontrolliert betrieben werden.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog und die eine Versorgunsspannung derart miteinander verknüpft werden, daß der Watchdog in einer erweiterten Funktion die eine Versorgungsspannung aus einem Strom sparbetrieb heraus zyklisch aktivieren und damit die gesamte Station wecken kann, um damit einige Grundfunktionen der Station zu gewährleisten und gleichzeitig Strom zu sparen.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Signalumformer und die eine Versorgunsspannung derart miteinander verknüpft werden, daß der Signalumformer in seinem Stromsparbetrieb die Übertragungsaktivitäten hinsichtlich der seriellen Daten im System noch überwachen kann und aufgrund einer übertragenen Weckanforderung einer anderen Station die eigene Station durch selbsttätiges Aktivieren der einen Versorgunsspannung vornehmen kann.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog, die beiden Versorgungsspannungen und der Signalumformer derart miteinander verknüpft werden, daß diese bei Wechseln der Betriebszustände der Station vorzugsweise über ein Ansteuersignal so angesteuert werden, daß die einzelnen Elemente ihre spezifischen Betriebszustände nur gemeinsam und zeitgleich wechseln, so daß dadurch unerwünschte Zwischen-Betriebszustände verhindert werden und die Anforderungen der Anwendung hinsichtlich Sicherheit und Stromeinsparung gewährleistet werden, wobei dieses Signal als ein durch bekannte Sicherungsverfahren qualifiziertes serielles oder paralleles Ansteuersignal an eine integrierte Element mit den einzelnen Grundelemente ausgeführt sein kann.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog, der Signalumformer und eine gesonderte Schaltung zur Erkennung von lokalen Weckanforderungen derart miteinander verknüpft werden, daß die zyklischen, lokalen und die übertragenen Weckanforderungen, je nachdem ob sich die Station in einem Bereitschaftszustand oder einem Stromsparbetrieb befindet, umgesetzt werden in eine Benachrichtigung des Mikrocontroller beispielsweise durch Interrupt bei ordnungsgemäßem Programmablauf, ein Rücksetzen des Mikrocontroller in seinen Ausgangszustand und damit einen Neustart des Programmes, um je nach momentanem Betriebszustand ein möglichst schnelles Wecken der Station zu erreichen.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog, der Signalumformer und die zusätzliche Überwachungsschaltung derart miteinander verknüpft werden, daß nach einem Neustart des Programmablaufes beim Mikrocontroller die Ursache und Herkunft des Reset ermittelt werden kann, und der Mikrocontroller dadurch die Historie vor dem Reset ermitteln kann und den Programmablauf z.B. durch Auslassen eines Einlernvorgangs optimieren und die Verwaltung von Daten z.B. durch Wiederverwendung bereits erzeugter Daten optimieren kann, wobei die Unterscheidung der Resetquellen beispielsweise berücksichtigt:
einen allerersten Systemstart nach einem ersten Anschließen an die Eingangsspannung, einen Reset des Watchdog bei der Überwachung des Programmablaufes, einen Reset zum zyklischen Wecken des Systemes aus einem Bereitschaftsbetrieb oder Strom sparbetrieb durch eine erweiterte Funktion des Watchdog, einen Reset durch eine Weckanforderung, die aufgrund einer Anforderung aus der Anwendung an die Station ermittelt wurde, einen Reset aufgrund von Unterspannungsbedingungen an der einen Versorgungsspannung und damit der Mikrocontroller Versorgung, einen Reset als erneuten Startversuch aus einem für bestimmte Zeit eingehaltenen Rückfall-Betrieb, z. B. wegen Übertemperatur, einen Reset als Rückfallmaßnahme, wenn ein Interrupt nicht durch den Mikrocontroller beantwortet wurde.
Eine weitere Ausgestaltung ist, daß der Watchdog, der Signalumformer und die zusätzliche Überwachungsschaltung derart miteinander verknüpft werden, daß die durch Warnfunktionen, Fehleranzeigen und Resetquellen der einzelnen Elemente eingeleiteten Aktionen zur Einstellung eines Rückfall-Betriebes der gesamten Station hinsichtlich der Vorgehensweise anwendungsbezogen eingeteilt werden können in eine Benachrichtigung des Mikrocontroller beispielsweise durch Interrupt bei ordnungsgemäßem Programmablauf, ein Rücksetzen des Mikrocontroller in seinen Ausgangszustand und damit einen Neustart des Programmes, ein dauerhaftes Rücksetzen des Mikrocontroller und selbsttätiges, geschlossenes Einstellen des für die Anwendung sinnvollsten Rückfall-Betriebes der Station durch die verbleibenden Elemente.
Sowohl die Verknüpfung der verschiedenen Ansteuersignale und Funktionen der einzelnen Grundelemente als auch der Rückfall-Betriebszustand kann mittels nichtflüchtiger Speicher auf einer integrierten Schaltung anwendungsspezifisch programmiert werden.
Als Vorteile ergeben sich aus der Verknüpfung der Funktionen und Ansteuersignale der einzelnen Grundelemente ein geschlossenes, für die Anwendung optimales Rückfall verhalten auch für den Fall, daß der Mikrocontroller dauerhaft gestört bleibt, - eine gesicherte Stromeinsparung, durch autonomes Abschalten auch bei fehlerhaftem Mikrocontroller, eine sicherere Funktion des Systemes aufgrund der gesichert reduzierten Anzahl von möglichen Betriebszuständen in einer Station, optimalere operative Programmabläufe durch Feststellung der Resetquellen, - definierte Systemstarts durch Mikrocontroller-unabhängige Kontrolle der
Versorgungsspannungen , bessere Möglichkeiten zur Realisierung von Ruhestromkonzepten.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Station, Fig. 2 bis 4 Diagramme von Zustandsübergängen.
Als Ausführungsbeispiel sei eine Anwendung aus der Kraftfahrzeugelektronik erläutert.
In dieser Anwendung sind bis zu 30 Stationen in einem System vernetzt, wobei jede der einzelnen Stationen unterschiedliche sicherheitsrelevante Aufgaben wahrnimmt und das gesamte System hinsichtlich der Stromaufnahme optimiert sein muß, damit auch längere Parkdauern eines Fahrzeuges die Batterie des Bordnetzes nicht zu sehr entladen.
Die sichere Funktion wird durch den sicheren Betrieb der Station und durch deren definiertes Rückfallverhalten im Fehlerfall erreicht. Hierfür wird in jeder Station eine integrierte Element mit den einzelnen Grundelemente Watchdog, zwei Versorgungsspannungen und Signalumformer verwendet.
Als erste Maßnahme werden die Ansteuersignale der einzelnen Elemente auf der integrierten Schaltung derart miteinander verknüpft, daß nur noch die für die Anwendung nötigen sieben Betriebszustände einer gesamten Station möglich sind, wobei drei der sieben Betriebszustände operative Betriebszustände für die Anwendung sind der Normalbetrieb (NB), der Bereitschafts-Betrieb (BB), der Stromspar-Betrieb (SB), und vier Start- bzw. Rückfall-Betriebszustände sind, der Kaltstart (KS), der Warmstart (WS), der Rückfall-Betrieb mit Spannungsversorgung (VR), und der Rückfall-Betrieb ohne Spannungsversorgung (UR).
Die Stationen wechseln im wesentlichen je nach Anforderung aus der Anwendung zwischen Normalbetrieb und Stromsparbetrieb bzw. Bereitschaftsbetrieb hin und her, wobei in dem Bereitschaftsbetrieb ein schnellerer Übergang in den Normalbetrieb und eine geringere Stromeinsparung erreicht wird als beim Strom sparbetrieb. Die Reduzierung der möglichen Betriebszustände wird dadurch sichergestellt, daß die einzelnen Elemente durch ein einziges serielles Codewort vom Mikrocontroller an die integrierte Schaltung nur gemeinsam in einen anderen Betriebszustand geführt werden können.
Die Verknüpfung ermöglicht auch bei dauerhaft gestörtem Mikrocontroller die Feststellung des für die Anwendung optimalen Rückfallverhaltens und das Einstellen eines geschlossenes Rückfallverhaltens.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Station dargestellt. Diese enthält eine integrierte Schaltung 10 mit einigen Elementen, die nachfolgend näher erläutert werden, und einen Mikrocontroller 40, der mit der integrierten Schaltung 10 verbunden ist und üblicherweise ebenfalls als integrierte Schaltung ausgeführt ist. Der Mikrocontroller 40 steuert über eine Verbindung 41 Peripherieschaltungen 42, die von der Anwendung abhängen und beispielsweise Schalter für Verbraucher mit höherer Leistung enthalten können. Die integrierte Schaltung 10 ist außerdem mit einem Bus 6 verbunden, an dem weitere Stationen angeschlossen sind, und weist einen Eingang 7 auf, über den sogenannte Weckanforderungen zugeführt werden, die beispielsweise von einem handbetätigten Schalter oder von Sensoren stammen. Über einen Anschluß 9 erhält die integrierte Schaltung 10 eine Betriebsspannung, die höher ist als die zur Versorgung des Mikrocontrollers 40, der Peripherieschaltung 42 sowie bestimmter Elemente der integrierten Schaltung 10 erforderlich ist.
Diese mit VB bezeichnete Versorgungsspannung wird zwei Spannungsreglern 12 und 14 zugeführt, die daraus die niedrigere Versorgungsspannung der entsprechenden Schaltungen erzeugen. Der Spannungsregler 12 erzeugt eine Spannung VI, die über die Leitung 13 nur dem Mikrocontroller 40 zugeführt wird. Der Spannungsregler 14 erzeugt eine Spannung V2, die innerhalb der integrierten Schaltung 10 einer Sende-Empfangsschaltung 20 sowie im übrigen der Peripherieschaltung 42 zugeführt wird. Die Spannungsregler 12 und 14 können von einer Überwachungsschaltung 22 über die Leitung 23 einzeln oder gemeinsam abgeschaltet werden.
Die integrierte Schaltung 10 enthält ferner einen Oszillator 18, der eine Watchdog- Zeitüberwachungsschaltung 16 steuert. Der Watchdog kann auch außerhalb der integrierten Schaltung 10, vorzugsweise im Mikrocontroller, enthalten sein. Ferner ist eine Schnittstellenschaltung 28 vorgesehen, die vom Mikrocontroller 40 Steuerwörter empfängt oder insbesondere Statuswörter überträgt. Eine Rücksetz-Steuerschaltung 24 erzeugt auf der Leitung 25 ein Rücksetzsignal oder ein Unterbrechungssignal für den Mikrocontroller 40 oder empfängt von diesem ein Neustart-Signal, das die Überwachungszeit neu startet. Eine Schaltung 26 setzt die über dem Eingang 7 oder von der Sende-Empfangsschaltung 20 empfangenen Wecksignale in Steuersignale für die Steuerschaltung 24 um.
Der Watchdog 16 ist über die Verbindung 17c mit der Schnittstellenschaltung 28 verbunden, um durch Steuerwörter vom Mikrocontroller 40 auf bestimmte Überwachungszeiten eingestellt werden zu können und um die eingestellten Überwachungszeiten und gegebenenfalls weitere Zustände an den Mikrocontroller melden zu können. Ferner ist die Watchdog-Schaltung 16 über eine Verbindung 17a mit der Steuerschaltung 24 verbunden, um an diese Rücksetz-Signale oder Unterbrechungssignale für den Mikrocontroller 40 zu übertragen oder ein Neustart-Signal vom Mikrocontroller zu empfangen. Ferner ist die Watchdog-Schaltung 16 über eine Verbindung 17b mit der Überwachungsschaltung 22 verbunden, um über diese die Spannungsregler 12 und 14 einzuschalten bzw. abzuschalten. Außerdem ist die Schnittstellenschaltung 28 mit der Überwachungsschaltung 22 verbunden, so daß die Spannungsregler 12 und 14 auch durch Steuersignale vom Mikrocontroller 40 abgeschaltet werden können.
Die Überwachungsschaltung 22 überwacht die ungeregelte Eingangsspannung und kann dabei feststellen, ob die Spannung durch "Jump-Start" verdoppelt wurde und anwendungsbezogene Elemente durch Abschalten geschützt werden müssen. Die Überwachungsschaltung stellt außerdem den Verlust der Eingangsspannung mittels des damit verbundenen plötzlichen Spannungseinbruches fest, so daß die Station noch flüchtige Daten speichern und das
Programm sinnvoll abbrechen kann, wobei die Station für diese letzten Aktionen vor einem endgültigen Verlust der Versorgungsspannung noch durch einen lokalen Energiepuffer versorgt bleibt. Die Überwachungsschaltung kann außerdem einen temporären Einbruch der Eingangsspannung durch Überbelastung, z.B. beim Motorstart, feststellen, so daß die Station anwendungsbezogen Verbraucher abschalten kann, um die Batterie zu schonen.
Die Sende/Empfangsschaltung 20 ist über eine Verbindung 21 mit dem Mikrocontroller 40 verbunden, um darüber die vom Bus empfangenen Daten an den Mikrocontroller abzugeben oder von diesem auszusendende Daten zu erhalten. Die Elemente 16, 18, 22, 24 und 26 werden im wesentlichen von der Versorgungsspannung VB gespeist, so daß sie ständig aktiv sind, auch wenn die Spannungsregler 12 und 14 abgeschaltet sind.
In den Fig. 2 bis 4 sind die Betriebszustände graphisch dargestellt, wobei VI die Versorgungsspannung für den Mikrocontroller und V2 die Versorgungsspannung für die Peripherie und den Signalumformer darstellen und an- und abgeschaltet werden können. Der Signalumformer (SF) kann im normalen Betrieb serielle Daten senden und empfangen und in seinem Strom sparbetrieb (bereit) nur noch Weckanforderungen empfangen. Außerdem kann sich der Signalumformer bezüglich der Leitungen zu anderen Stationen im System hochohmig verhalten. Der Watchdog (WD) kennt in seinem normalen Betrieb kurze Perioden zur Softwareüberwachung und lange bzw. sehr lange Perioden zum zyklischen Wecken der Station aus dem Bereitschaftsbetrieb bzw. dem Stromsparbetrieb. Außerdem überwacht der Watchdog den Mikrocontroller nach einem Reset (starten).
In diesem Ausführungsbeispiel werden die verschiedenen Selbstüberwachungsfunktionen, Warnfunktionen und Resetquellen unterteilt in
Warnfunktionen mittels Interrupt, wenn der Mikrocontroller nicht in seiner Programmbearbeitung beeinträchtigt ist, z.B. Jump-Start,
Spannungseinbruch an der Eingangsspannung, baldiger Spannungsverlust, Fehler beim Signalumformer,
Übertemperatur Meldung als Vorwarnung zu einem Übertemperatur Schutz, Unterspannung bei der anderen Versorgungsspannung,
und Rückfall-Funktionen mittels Reset, wenn der Mikrocontroller in seiner Funktion temporär beeinträchtigt ist, z.B. bei temporären Fehlern im Programmablauf, nicht beantwortetem Warn-Interrupt, nicht beantwortetem Wake-Up Interrupt, nicht beantwortetem Warm-Start, z.B. als Wake-Up,
und autonome, Mikrocontroller-unabhängige, permanente Rückfall-Funktionen, wenn der Mikrocontroller nicht mehr funktioniert, z.B. bei permanent fehlerhafter Versorgungsspannung am Mikrocontroller, bei nicht beantwortetem Kalt- oder Warm-Start des Mikrocontroller, bei Übertemperatur Schutz (Schutz vor Selbstzerstörung der integrierten Komponente).
In Fig. 2 bedeuten die Zustände 50 Wechsel der Betriebsart; vom Mikrocontroller aus nur in den NB, BB und SB,
51 NB mit VI , V2 an,SF normal, WD normal/aus,
52 BB mit VI an, V2 an/aus, SF bereit, WD lang/aus,
53 SB mit VI aus, V2 aus, SF bereit, WD sehr lang/aus,
54 WS mit VI an, V2 wie zuvor, SF wie zuvor,WD starten für Resetimpulse, 55 KS mit VI an, V2 aus, SF = bereit, WD starten, Reset = Vl-gesteuert (bei
Wdh. - > Impuls),
56 UR mitVl aus, V2 aus, SF hochohmig, WD aus,
57 INT,
58 jeder Zustand, und die Übergänge
61 SCW,
62 INT-maskierteWeckanforderung (wenn Weckanforderungen weder INT- maskiert noch RESET-maskiert sind: Rückfall nach RESET),
63 kein SCW in WD-Periode 64 RESET-maskierte Weckanforderung, RESET-maskierter zyklischer Start durch WD,
65 alle lokalen Weckanforderungen, übertragene Weckanforderung, zyklisches Wecken durch WD,
66 erste Spannungs Versorgung der integrierten Komponente, 67 Verlust der Versorgungsspannung bei der integrierten Komponente.
In Fig. 3 bedeuten zusätzlich der Zustand
59 VR mit VI aus, V2 aus, SF bereit, WD aus, und die Übergänge 68 WD-Überlauf (normal),
69 WD-Überlauf (starten),
70 Unterspannung VI,
71 Übertemperatur-Schutz, 72 keine Weckanforderung für lange Zeit oder Übertemperatur-Schutz,
73 Weckanforderung (wenn vorheriger Zustand "KS") oder kein Übertemperatur-Schutz mehr erforderlich.
In Fig. 4 bedeuten zusätzlich der Zustand 50a Wechsel der Betriebsart, wobei der Mikrocontroller beliebige
Rückfallverhalten selbst einstellen kann, und die Übergänge
74 maskierte Interrupts: Fehler beim SF, V2 Unterspannung, Jump Start,
Übertemperatur- Warnung, Klemme 30 Unterbrechung, 75 maskierte Interrupts,
76 SCW (nimmt auch Interrupt zurück),
77 kein SCW innerhalb WD-Periode,
78 keine Weckanforderung für lange Zeit,
79 Weckanforderung.
Für alle Figuren bedeuten
SCW serielles Codewort zur Wahl der Betriebsart und Triggern des WD,
NB normaler Betrieb,
BB Bereitschaftsbetrieb, SB Stromsparbetrieb,
WS Warmstart ohne Veränderung von VI,
KS Kaltstart, möglicherweise mit Hochlaufen von VI ,
UR unversorgter Rückfall-Betrieb,
SF Signalumformer für serielle Daten, WD Watchdog zur Programmüberwachung,
VI Versorgungsspannung des Mikrocontrollers,
V2 Versorgungsspannung des Signalumformers und der anwendungsbezogenen Komponenten,
INT Interrupt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Station für ein System zum Übertragen von Daten zwischen einer Anzahl Stationen, die über einen gemeinsamen Bus miteinander verbunden sind, wobei die Station wenigstens folgende Elemente enthält einen Mikrocontroller, - eine damit gekoppelte Sende/Empfangsschaltung, die mit dem Bus verbunden ist, eine Zeitüberwachungsschaltung (Watchdog) zum Erzeugen von
Rücksetzsignalen für den Mikrocontroller und einen ersten Spannungsregler, wobei die Station sich in einem normalen Betriebszustand oder in wenigstens einem weiteren Betriebszustand, vorzugsweise einem Bereitschaftszustand befinden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Watchdog unter vorgegebenen Bedingungen Rücksetz- Signale oder Unterbrechungssignale an den Mikrocontroller liefert, daß wenigstens ein zweiter Spannungsregler vorgesehen ist, wobei der ersten Spannungsregler ausschließlich den Mikrocontroller speist und beide Spannungsregler abschaltbar sind, daß die Anzahl möglicher Betriebszustände durch Verknüpfung von Steuersignalen der einzelnen Elemente auf vorgegebene Betriebszustände begrenzt ist, und daß durch Verknüpfung von Signalen der einzelnen Elemente autonom ohne Mitwirkung des Mikrocontroller Teilfunktionen der Station, insbesondere Rückfallfunktionen, einstellbar sind.
2. Station nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Watchdog und der zweite Spannungsregler derart miteinander verknüpft sind, daß eine vorgegebene Anzahl aufeinanderfolgender Rücksetz- Signale des Watchdog den zweiten Spannungsregler abschaltet.
3. Station nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Watchdog, die beiden Spannungsregler und die Sende/Empfangsschaltung derart miteinander verknüpft sind, daß bei fehlender Übertragung von Daten auf den Bus eine vorgegebene Anzahl von Rücksetz-Signalen des Watchdog beide Spannungsregelschaltungen abschaltet .
4. Station nach Anspruch 1 , bei der im Bereitschaftszustand der zweite Spannungsregler abgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß erst durch ein Trigger-Signal des Mikrocontroller an den Watchdog der zweite Spannungsregler eingeschaltet wird.
5. Station nach Anspruch 1 , die sich in einem Stromspar-Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Watchdog anstelle der Erzeugung von Rücksetz-Signalen periodisch kurze Einschalt-Signale für beide Spannungsregler erzeugt.
6. Station nach Anspruch 1, die sich in einem Stromspar-Zustand befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende/Empfangsschaltung bei Empfang einer Weckanforderung über den Bus die beiden Spannungsregler autonom einschaltet.
7. Station nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Versorgungsspannungen und die Sende/Empfangsschaltung derart miteinander verknüpft sind, daß gemeinsame Steuersignale für die einzelnen Betriebszustände alle Elemente nur gemeinsam und zeitgleich in einen anderen Betriebszustand umschalten.
8. Station nach Anspruch 5 und 6, wobei die Station Weckmittel zur Erzeugung von lokalen Weckanforderungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Watchdog, die Sende/Empfangsschaltung und die Weckmittel derart miteinander verknüpft sind, daß der Watchdog abhängig davon, ob eine zyklische, eine lokale oder eine übertragene Weckanforderung auftritt und abhängig davon, in welchem Zustand die Station sich befindet, entweder ein Unterbrechungssignal oder ein Rücksetz/Signal an den Mikrocontroller sendet.
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