DE10113317A1 - Verfahren zum Betrieb eines von einem Prozessor gesteuerten Systems - Google Patents
Verfahren zum Betrieb eines von einem Prozessor gesteuerten SystemsInfo
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Abstract
Vorgeschlagen wird ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Überwachung eines von einem Prozessor gesteuerten Systems, dessen Daten in einer nicht-flüchtigen Speichereinheit gespeichert werden. DOLLAR A Hierzu werden beim Speichern der Daten aus mindestens einem Bit bestehende Datenwörter und Datenbereiche aus mindestens einem Datenwort gebildet. Durch Summation der Datenwörter eines Datenbereichs wird eine Prüfsumme und aus dieser Prüfsumme mittels einer vorgegebenen algebraischen Operation ein Prüfwort generiert, das als zum Datenbereich gehörig abgespeichert wird. Beim Lesen der gespeicherten Daten eines Datenbereichs wird durch Summation der gelesenen Datenwörter des Datenbereichs eine Prüfsumme gebildet und aus dieser Prüfsumme mittels der vorgegebenen algebraischen Operation ebenfalls ein Prüfwort generiert. Dieses beim Lesen generierte Prüfwort wird mit dem zum Datenbereich gehörigen gelesenen Prüfwort verglichen, wobei bei einer Abweichung des anhand der gelesenen Datenwörter generierten Prüfworts vom gelesenen gespeicherten Prüfwort ein Fehler in den gespeicherten Daten erkannt wird. DOLLAR A Verfahren zum Betrieb einer von einem Prozessor gesteuerten Bedienfunktion eines Kraftfahrzeugs.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines von einem Prozessor gesteu
erten Systems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Prozessorgesteuerte Systeme, bsp. durch Mikroprozessoren oder Mikrocontroller
gesteuerte Systeme, werden für vielfältige Anwendungen eingesetzt, insbesondere
zur Ausführung vorgegebener Funktionen oder Abläufe. Die hierfür benötigten Daten
werden in den Speicherzellen einer Speichereinheit des Systems gespeichert, oft
mals in einer nicht-flüchtigen Speichereinheit, bsp. in einem EEPROM. Im Betrieb
des prozessorgesteuerten Systems können bei defekten Speicherzellen oder einer
defekten Speichereinheit die gespeicherten Daten nicht oder nur fehlerhaft gelesen
werden, so daß vom Prozessor falsche Daten verwendet werden; hierdurch kann ein
Anwendungsfehler auftreten, bsp. wird ein falscher Ablauf oder eine nicht beabsich
tigte Funktion ausgeführt. Dieses Fehlverhalten ist unerwünscht und störend und
muß insbesondere bei prozessorgesteuerten Systemen zur Ausführung sicherheits
kritischer Anwendungen (bei Kraftfahrzeugen bsp. den Tempomat, den Airbag oder
die Lenkwinkelerkennung betreffende Anwendungen) ausgeschlossen werden.
Es sind unterschiedliche Verfahren gebräuchlich, um defekte Speicherzellen der
Speichereinheit und damit falsche Daten zu erkennen; bsp. können die Daten in der
Speichereinheit mehrfach abgespeichert werden, so daß unter Berücksichtigung
dieser Redundanz mittels Plausibilitätsbetrachtungen auf den richtigen Speicherin
halt geschlossen werden kann. Jedoch können hiermit einerseits Defekte der ge
samten Speichereinheit (bsp. ist die Speichereinheit physikalisch zerstört oder nicht
vorhanden oder die Speichereinheit wird nicht angesteuert) nicht erkannt werden,
andererseits kann, falls alle Speicherzellen konstante Werte aufweisen (bsp. sind
alle Bits der Speicherzellen 0 oder 1), nicht zwischen fehlerhaften und korrekten
Daten unterschieden werden. Zudem ist im Fehlerfall ein weiterer Betrieb des pro
zessorgesteuerten Systems nicht möglich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines von ei
nem Prozessor gesteuerten Systems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
anzugeben, bei dem der korrekte Betrieb des Systems auf einfache und kostengün
stige Weise überwacht und gewährleistet werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Pa
tentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Bestandteil der weiteren Patent
ansprüche.
Die in der Speichereinheit des von einem Prozessor gesteuerten Systems (bsp. in
einem EEPROM) nicht-flüchtig gespeicherten Daten werden entsprechend ihrer
funktionellen Zusammengehörigkeit in Datenbereiche unterteilt, die jeweils aus min
destens einem, eine bestimmte Anzahl von Bits aufweisenden Datenwort bestehen;
ein Datenbereich kann somit ein Datenwort oder mehrere Datenwörter umfassen.
Jedem Datenbereich wird ein Prüfwort zugeordnet, das (vorzugsweise von einer
Funktionseinheit des Prozessors) durch Anwendung einer (einfachen) algebraischen
Operation auf die Prüfsumme als Summe des Binärcodes aller Datenwörter des Da
tenbereichs (bsp. ohne Berücksichtigung eines Überlaufs) generiert wird, insbeson
dere durch Anwendung einer arithmetischen oder logischen Operation auf die Prüf
summe; die algebraische Operation wird hierbei so gewählt, daß sich das dem Da
tenbereich zugeordnete Prüfwort von den Datenwörtern des Datenbereichs unter
scheidet, d. h. daß bei identischen Datenwörtern eines Datenbereichs das zugeord
nete Prüfwort hiervon abweichen muß. Als algebraische Operation wird insbesonde
re eine Operation aus dem Befehlssatz der zentralen Prozessoreinheit (CPU) des
Prozessors herangezogen, bsp. eine typische CPU-Operation wie Addition, Schie
beoperation oder Bitmanipulation; bsp. wird das Prüfwort durch Differenzbildung
(Subtraktion) zwischen der Prüfsumme und einem festen Wert generiert (d. h. durch
Subtraktion der Prüfsumme von einem vorgegebenen Wert) oder mittels einer logi
schen XOR-Verknüpfung der Prüfsumme. Beim Schreiben der Daten werden die
Datenwörter eines Datenbereichs und das zugeordnete Prüfwort in die entspre
chenden Speicherzellen der nicht-flüchtigen Speichereinheit abgelegt. Beim Lesen
der Daten (der in der nicht-flüchtigen Speichereinheit enthaltenen Information) und
damit des Inhalts der Speicherzellen, wird für jeden Datenbereich durch Summation
der gelesenen Datenwörter ebenfalls eine Prüfsumme gebildet und auf diese die
gleiche beim Schreiben der Daten zur Generierung des Prüfworts verwendete alge
braische Operation angewendet; das hierdurch generierte Prüfwort wird mit dem
gelesenen, in der Speichereinheit gespeicherten, dem Datenbereich zugeordneten
Prüfwort verglichen. Bei Unterschieden zwischen den beiden Prüfwörtern, d. h. bei
einer Abweichung des beim Lesen anhand der gelesenen Datenwörter generierten
Prüfworts vom gelesenen gespeicherten Prüfwort, ist ein Datenfehler im betreffen
den Datenbereich vorhanden; insbesondere kann hierdurch auch ein Ausfall von
gesamten Datenbereichen und damit auch der gesamten Speichereinheit erkannt
werden - in diesem Falle besitzen sowohl die Datenwörter als auch das Prüfwort
eines Datenbereichs den gleichen Wert (bsp. den Wert 0), der sich vom beim Lesen
anhand der gelesenen Datenwörter generierten Prüfwort unterscheidet. Ist ein Feh
ler in der Speichereinheit erkannt, können den Datenwörtern des als fehlerhaft er
kannten Datenbereichs bestimmte Standardwerte ("Defaultwerte") zugeordnet wer
den, mit denen ein weiterer (eingeschränkter) Betrieb des prozessorgesteuerten
Systems möglich ist (das prozessorgesteuerte System wird bei einem Fehler nicht
komplett außer Funktion gesetzt). Insbesondere kann auch bei der ersten Inbetrieb
nahme des prozessorgesteuerten Systems (bei der Initialisierung) eine gelöschte
nicht-flüchtige Speichereinheit erkannt werden, so daß in diesem Falle bestimmte
Standardwerte (Defaultwerte) für die Datenwörter verwendet werden können, mit
denen eine Initialisierung des prozessorgesteuerten Systems durchgeführt werden
kann (eine manuelle Inbetriebnahme des prozessorgesteuerten Systems ist somit
nicht erforderlich).
Vorteilhafterweise können mit dem vorgestellten Verfahren Datenfehler in der Spei
chereinheit eines prozessorgesteuerten Systems ohne das Erfordernis zusätzlicher
Hardware (insbesondere an Speicherzellen) und damit auf einfache und
kostengünstige Weise erkannt werden (insbesondere kann ein Fehlerfall eindeutig
von einem Nicht-Fehlerfall unterschieden werden), so daß sich Fehlfunktionen des
prozessorgesteuerten Systems aufgrund von Fehlern der Speicherzellen der Spei
chereinheit (insbesondere bei defekten, gelöschten, nicht vorhandenen oder nicht
ansteuerbaren Speicherzellen) oder der gesamten Speichereinheit (insbesondere bei
einer defekten, gelöschten, nicht vorhandenen oder nicht ansteuerbaren Spei
chereinheit) vermeiden lassen und die korrekte Ausführung der Funktionalität des
prozessorgesteuerten Systems (insbesondere bei sicherheitskritischen prozessorge
steuerten Systemen) gewährleistet ist. Da im Fehlerfall beim Erkennen einer defek
ten Speicherzelle oder defekten Speichereinheit ein Betrieb des prozessorgesteuer
ten Systems aufrechterhalten werden kann, insbesondere ist ein weiterer Betrieb
des prozessorgesteuerten Systems (mit sinnvollen Standardwerten) möglich, wird
eine hohe Verfügbarkeit des prozessorgesteuerten Systems gewährleistet.
Im Zusammenhang mit der Zeichnung soll das Verfahren anhand eines Ausfüh
rungsbeispiels weiter erläutert werden.
Hierbei zeigt:
Fig. 1 einen in der Speichereinheit des prozessorgesteuerten Systems gebildeten
Datenbereich mit unterschiedlichen Datenwörtern,
Fig. 2 einen in der Speichereinheit des prozessorgesteuerten Systems gebildeten
Datenbereich mit gleichen Datenwörtern.
Das prozessorgesteuerte System ist bsp. ein von einem Mikrocontroller gesteuertes
Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Steuergerät zur Ausführung si
cherheitskritischer Bedienfunktionen bei einem Kraftfahrzeug. Vom Mikrocontroller
werden bsp. Steuerdaten eingelesen; abhängig von diesen Steuerdaten werden die
Funktionen des Steuergeräts realisiert. Der Mikrocontroller weist als Funktionsein
heiten bsp. eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), eine bsp. als EEPROM ausgebilde
te nicht-flüchtige Speichereinheit mit einer Vielzahl von Speicherzellen (bsp. 8 kBit
bzw. 1 kByte) und eine Recheneinheit auf.
Als Steuerdaten zur Realisierung der Funktionen des Steuergeräts können bis zu
800 Datenwörter DW vorgesehen werden. Bsp. umfassen die in der nicht-flüchtigen
Speichereinheit gebildeten Datenbereiche DB mehrere Datenwörter DW, bsp. wird
einer der Datenbereiche DB aus vier Datenwörtern DW1-DW4 mit jeweils 8 Bit ge
bildet. Exemplarische Werte dieser vier Datenwörter DW1-DW4 des Datenbereichs
DB sind in der Fig. 1 und der Fig. 2 in hexadezimaler Schreibweise dargestellt;
hierbei unterscheiden sich gemäß der Fig. 1 die vier Datenwörter DW1-DW4 des
Datenbereichs DB voneinander, während gemäß der Fig. 2 die vier Datenwörter
DW1-DW4 des Datenbereichs DB identisch sind (bsp. besitzen alle vier Datenwör
ter DW1-DW4 des in der Fig. 2 dargestellten Datenbereichs DB den gleichen Wert
00H). Die Datenwörter DW1-DW 4 eines Datenbereichs DB werden in unterschied
liche Speicherzellen der Speichereinheit abgelegt (in einer Speicherzelle können
hierbei 8 Bit eines Datenworts DW gespeichert werden). Durch Summation der Wer
te der vier Datenwörter DW1-DW4 des Datenbereichs DB wird unter Nichtberück
sichtigung eines Überlaufs eine Prüfsumme PS gebildet; gemäß Fig. 1 erhält man
als Prüfsumme PS des Datenbereichs DB den Wert 47H, gemäß Fig. 2 als Prüfsum
me PS des Datenbereichs DB den Wert 00H. Auf die Prüfsumme PS wird eine alge
braische Operation angewendet und hieraus ein Prüfwort PW generiert; bsp. wird
hierzu auf die Prüfsumme PS die arithmetische Operation Prüfwort PW = FFH-
Prüfsumme PS angewendet, wodurch gewährleistet ist, daß nicht alle Datenwörter
DW eines Datenbereichs DB und das dem Datenbereich DB zugeordnete Prüfwort
PW identische Werte annehmen können. Nach Durchführung dieser arithmetischen
Operation erhält man gemäß Fig. 1 als Prüfwort PW den Wert B8H, gemäß Fig. 2
als Prüfwort PW den Wert FFH. Beim Speichern der Datenwörter DW1-DW4 eines
Datenbereichs DB wird das zugehörige Prüfwort PW ebenfalls in einer Speicherzelle
der Speichereinheit abgespeichert. Beim Lesen der Daten werden die Speicherein
heit und die Speicherinhalte der Speicherzellen überprüft, indem bsp. von der CPU
des Mikrocontrollers (anhand der gelesenen Datenwörter DW des Datenbereichs
DB) die Prüfsumme PS jedes gelesenen Datenbereichs DB bestimmt wird und mit
tels der arithmetischen Operation Prüfwort PW = FFH-Prüfsumme PS das entspre
chende Prüfwort PW generiert wird. Dieses generierte Prüfwort PW wird beim Lesen
der Daten mit dem in der Speichereinheit gespeicherten und ebenfalls gelesenen
Prüfwort PW verglichen: entsprechen sich die beiden Prüfwörter PW, d. h. das gene
rierte Prüfwort PW und das gelesene gespeicherte Prüfwort PW, ist der Speicherin
halt des Datenbereichs DB und des zugehörigen Prüfworts PW in Ordnung, d. h. die
entsprechenden Speicherzellen der Speichereinheit und damit die Datenwörter DW
des Datenbereichs DB und das Prüfwort PW weisen keinen Fehler auf; differiert da
gegen das generierte Prüfwort PW vom gelesenen gespeicherten Prüfwort PW, ist
der Speicherinhalt des Datenbereichs DB oder des zugehörigen Prüfworts PW nicht
in Ordnung (bsp. aufgrund eines Fehlers der Speichereinheit oder einer fehlerhaften
Speicherzelle der Speichereinheit). Bsp. kann aufgrund eines Ausfalls der gesamten
Speichereinheit aus deren Speicherzellen keine Information abgerufen werden, so
daß beim Lesen die Speicherinhalte aller Speicherzellen der Speichereinheit den
gleichen Wert ergeben (daher weisen alle Datenwörter DW und die zugehörigen
Prüfwörter PW beim Lesen den gleichen Wert auf, bsp. 00H); durch Vergleich des
generierten Prüfworts PW eines Datenbereichs DB mit dem gelesenen gespeicher
ten Prüfwort PW eines Datenbereichs DB kann entschieden werden, ob die Daten
des Datenbereichs DB gültig sind (in diesem Falle muß entsprechend Fig. 2 das
gelesene Prüfwort PW richtigerweise FFH lauten, also von 00H verschieden sein) oder
ungültig sind (in diesem Falle lautet das gelesene Prüfwort PW fälschlicherweise
ebenfalls 00H). Bei einem erkannten Fehler werden den Datenwörtern DW des be
troffenen Datenbereichs DB Standardwerte zugeordnet, mit denen die Funktionalität
des Steuergeräts eingeschränkt aufrechterhalten werden kann.
Claims (10)
1. Verfahren zum Betrieb eines von einem Prozessor gesteuerten Systems, dessen
Daten in einer nicht-flüchtigen Speichereinheit gespeichert werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß beim Speichern der Daten aus mindestens einem Bit bestehende Datenwör ter (DW) und Datenbereiche (DB) aus mindestens einem Datenwort (DW) gebil det werden, wobei durch Summation der Datenwörter (DW) eines Datenbereichs (DB) eine Prüfsumme (PS) und aus dieser Prüfsumme (PS) mittels einer vorge gebenen algebraischen Operation ein Prüfwort (PW) generiert und als zum Da tenbereich (DB) gehörig abgespeichert wird,
daß beim Lesen der gespeicherten Daten durch Summation der gelesenen Da tenwörter (DW) eines Datenbereichs (DB) eine Prüfsumme (PS) gebildet wird, und aus dieser Prüfsumme (PS) mittels der vorgegebenen algebraischen Opera tion ein Prüfwort (PW) generiert wird, das mit dem zum Datenbereich (DB) gehö rigen gelesenen Prüfwort (PW) verglichen wird,
und daß bei einer Abweichung des anhand der gelesenen Datenwörter (DW) ge nerierten Prüfworts (PW) vom gelesenen gespeicherten Prüfwort (PW) ein Fehler in den gespeicherten Daten erkannt wird.
daß beim Speichern der Daten aus mindestens einem Bit bestehende Datenwör ter (DW) und Datenbereiche (DB) aus mindestens einem Datenwort (DW) gebil det werden, wobei durch Summation der Datenwörter (DW) eines Datenbereichs (DB) eine Prüfsumme (PS) und aus dieser Prüfsumme (PS) mittels einer vorge gebenen algebraischen Operation ein Prüfwort (PW) generiert und als zum Da tenbereich (DB) gehörig abgespeichert wird,
daß beim Lesen der gespeicherten Daten durch Summation der gelesenen Da tenwörter (DW) eines Datenbereichs (DB) eine Prüfsumme (PS) gebildet wird, und aus dieser Prüfsumme (PS) mittels der vorgegebenen algebraischen Opera tion ein Prüfwort (PW) generiert wird, das mit dem zum Datenbereich (DB) gehö rigen gelesenen Prüfwort (PW) verglichen wird,
und daß bei einer Abweichung des anhand der gelesenen Datenwörter (DW) ge nerierten Prüfworts (PW) vom gelesenen gespeicherten Prüfwort (PW) ein Fehler in den gespeicherten Daten erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die algebraische Ope
ration so gewählt wird, daß sich das zu einem Datenbereich (DB) gehörige Prüf
wort (PW) bei identischen Datenwörtern (DW) eines Datenbereichs (DB) von den
Datenwörtern (DW) des Datenbereichs (DB) unterscheidet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als algebrai
sche Operation eine arithmetische Operation verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als arithmetische Ope
ration die Differenz zwischen der Prüfsumme (PS) und einem von Null verschie
denen Zahlenwert verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als algebrai
sche Operation eine logische Operation verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als logische Operation
eine XOR-Verknüpfung der Prüfsumme (PS) verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei
einem Fehler in den gespeicherten Daten eines Datenbereichs (DB) für die Da
tenwörter (DW) des Datenbereichs (DB) Standardwerte vorgegeben werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrieb des Sy
stems mit den Standardwerten durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Initialisie
rung des Systems mit den Standardwerten durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die
den Datenbereichen (DB) zugehörigen Prüfwörter (PW) von der zentralen Re
cheneinheit des Prozessors berechnet werden.
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