DE3521081A1

DE3521081A1 - Mikrocomputeranordnung

Info

Publication number: DE3521081A1
Application number: DE19853521081
Authority: DE
Inventors: Hisashi Nagaokakyo Kyoto Shonaka
Original assignee: Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1984-06-12
Filing date: 1985-06-12
Publication date: 1986-01-30
Also published as: DE3521081C2; US4809280A; JPS60263235A

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Mikrocomputeranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.

Bei bekannten Mikrocomputeranordnungen ist ein Überwachungszeitgeber einer an sich bekannten Art üblicherweise extern zu dem Mikrocomputer angeordnet, und die Taktsignalquelle für den Überwachungszeitgeberschaltkreis ist getrennt von dem Systemtakt des Mikrocomputers vorgesehen, so daß im Falle eines Versagens der Taktgebersignalquelle des Systemtaktes der Überwachungszeitgeberschaltkreis in der Lage ist, daß Versagen der Hardware des Mikrocomputers festzustellen. In einer derartigen üblichen Mikrocomputeranordnung ist es, da die Taktsignalquelle des Überwachungszeitgeberschaltkreises unabhängig von der Signalquelle des Systemtaktes ist, im Falle eines Versagens der Taktsignalquelle und/oder des Zählers des Überwachungszeitgeberschaltkreises, unmöglich, diese Tatsache systemseitig festzustellen. Auch,wenn die Taktsignalquelle und/oder der Zählerschaltkreis des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises versagen sollte, arbeitet der Mikrocomputer dementsprechend unab-0 hängig davon, weiter und daher kann, auch wenn der Mikrocomputer unkontrolliert laufen sollte, d. h., wenn die Programmausführung in einer bestimmten geschlossenen Schleife laufen sollte oder infolge irgendeiner Fehlfunktion in der Mikrocoraputeranordnung sich auf sonstige Weise nicht normal verhalten sollte, der Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis die Mikrocomputeranordnung nicht stoppen.

Daher ist gemäß der am 18. April 1984 beim Japanischen Patentamt eingereichten japanischen Patentanmeldung 59-78061 ein Verfahren in Systemprogramm des Mikrocomputers vorgesehen, gemäß welchem der Zeitgebertakt des Überwachungs-

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Zeitgeberschaltkreises überwachbar ist und mit welchem im Falle eines unnormalen Verhaltens desselben ein Ausgangssignal nach außen abgebbar ist, mit welchem das Auftreten eines derartigen Verhaltens angezeigt wird.

Mit einer derartigen Konstruktion kann im Falle eines beliebigen Versagens des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises der Mikrocomputer dieses Versagen erkennen, und die Sicherheit im Falle eines beliebigen Versagens der Hardware der Mikrocomputeranordnung kann hierdurch verbessert werden.

Gemäß einer derartigen Anordnung ist jedoch eine Uberwachungstaktquelle für den Uberwachungszeitgeber getrennt von der Taktquelle des Systemtaktes vorgesehen. Dabei besteht das Problem, daß, sollte diese Überwachungs-Taktquelle ausfallen, auch, wenn das Verhalten der Mikrocomputeranordnung normal ist, es unmöglich wird, eine irgendwie geartete Abnormalität des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises zu erkennen.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, eine Mikrocomputeranordnung zu schaffen, bei welcher das Versagen eines Überwachungszeitgebers mit verbesserter Zuverlässigkeit erkannt wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Besondere Vorteile ergeben sich daraus, daß bei einer Mikrocomputeranordnung ein Mikrocomputer vorgesehen ist, der eine Mikroprozessoreinrichtung und einen Systemtakt aufweist, daß ferner ein Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis extern zu dem Mikrocomputer vorgesehen ist, welcher einen Zeitgeber-Taktschaltkreis, der sich von dem Systemtakt unterscheidet, einen Zählerschaltkreis und eine Zähleinrich-

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tung aufweist, mit welcher ein erstes Zeitintervall dadurch meßbar bzw. zählbar ist, daß der Zähler auf einen bestimmten Grenzwert heraufgezählt wird und bei Beendigung des Zählens die Mikroprozessoreinrichtung des Mikrocomputers zwangsweise zurückgesetzt wird, daß ferner eine Zeitgeberschaltkreiseinrichtung vorgesehen ist, die einen Zählerschaltkreis aufweist, mit dem der Systemtakt des Mikrocomputers unter Verwendung des Zählerschaltkreises bis zu einem bestimmten Grenzwert heraufzählbar ist, um

ein zweites bestimmtes Zeitintervall festzulegen, das um

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weniges länger als das erste Zeitintervall ist, und mit welcher beim Abschluß des Zählens die Mikroprozessoreinrichtung des Mikrocomputers zwangsweise zurückgesetzt wird. Besonders vorteilhaft ist es ferner, daß die Mikroprozessoreinrichtung nach einem Systemprogramm arbeitet, gemäß welchem nur dann, wenn die Arbeitsweise der Mikrocomputeranordnung normal ist, ein Rücksetz-Ausgangssignal für den Zählerschaltkreis des Uberwachungs-Zeitgeberschaltkreises vor einem vorgegebenen Zeitpunkt erzeugbar ist, gemäß welehern ein Rücksetz-Ausgangssignal dem Zählerschaltkreis der Zeitgeberschaltkreiseinrichtung wiederholt entsprechend dem Uberwachungsergebnis des Zeitgebertaktes des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises ansprechend auf entweder die steigende oder auf die fallende Flanke des Zeitgebertaktes, zuführbar ist, und gemäß welchem die Anzeige eines unnormalen Betriebszustandes in Abhängigkeit von der Unterbrechung des Programmablaufs durch die Zeitgeberschaltkreiseinrichtung erzeugbar ist.

Besonders vorteilhaft ist es, daß erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß, sollte der Überwachungs-Zeitgeber versagen, solange das Systemprogramm des Mikrocomputers läuft, dank der zuvor beschriebenen Merkmale eine Unterbrechung

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bzw. ein Interrupt von·, dem Zeitgeberschaltkreis für den Mikrocomputer durchgeführt wird, und der Mikrocomputer ein einen abnormalen Ausgangszustand kennzeichnendes Ausgangssignal in Abhängigkeit von diesem Interrupt abgeben kann.

Da nun, wenn die Taktsignalquelle des Zeitgeberschaltkreises selbst ausgefallen ist, der Mikrocomputer selbst zum gleichen Zeitpunkt versagt, ist es möglich, den Mikroprozessor mit dem Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis wie zuvor zurückzusetzen. Dementsprechend wird die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Mikrocomputersystems bzw. der erfindungsgemäßen Mikrocomputeranordnung mit dieser Art von überwachungsfunktion für das Versagen des Überwachungszeitgebers erheblich verbessert.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale sind in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Innerhalb dieser Beschreibung werden für gleiche bzw. ähnliche Teile gleiche bzw. ähnliche Bezugszeichen verwendet; eine wiederholte Beschreibung unterbleibt. In den Figuren zeigen

Fig. 1 ein Blockdiagramm, das schematisch den Gesamtaufbau einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Mikrocomputeranordnung mit dem Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis zeigt,

Fig; 2 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Mikrocomputeranordnung während des Normalbetriebes;

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise

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der erfindungsgeraäßen Mikrocomputeranordnung während eines durch eine steigende oder eine fallende Flanke eines Taktsignales bewirkten Interruptes;
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Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Mikrocomputeranordnung während eines Interruptes aufgrund eines Zeitablaufs; und
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Fig. 5 ein Zeitdiagramm zur Verbesserung der Verständlichkeit der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Flußdiagramme .

Bei dem in Figur 1 dargestellten bevorzugten Ausfüh-. rungsbeispiel der erfindungsgemäßen Mikrocomputeranordnung bezeichnet Bezugszeichen 1 den Mikrocomputer als Ganzes. Der Mikrocomputer 1 weist einen Mikroprozessor 2 auf, der entsprechend einem vorgegebenen Systemtakt aus einem internen Oszillatorschaltkreis (OSZ) 3 arbeitet. Ferner weist der Mikrocomputer 1 einen Festwertspeicher ROM 4 und einen Schreib/Lese-Speicher RAM 5 auf.

In dem ROM 4 sind die System- bzw. Betriebsprogramme abgespeichert, die durch den Mikroprozessor 2 ausgeführt werden. Ferner sind verschiedene Konstanten hierfür und weitere Daten abgespeichert, während das RAM 5 verwendet wird, um verschiedene Variablen und Daten zwischenzuspeichern, die sich während des Arbeitsablaufes in dem Programm ändern, wie es bereits an sich bekannt ist.

Extern zu dem Mikrocomputer 1 (der als Mittelpunkt der Mikrocomputeranordnung betrachtet werden kann) ist eine Externschnittstelle 6, an welche ein externes Eingangs-

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Extern zu dem Mikrocomputer 1 (der als Mittelpunkt der Mikrocomputeranordnung betrachtet werden kann) ist eine Externschnittstelle 6, an welche ein externes Eingangssignal anlegbar ist, und ein Ausgangsschaltkreis 7 vorgesehen, mit welchem ein Ausgangssignal nach außen abgebbar ist. Ferner ist ein Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis 8 vorgesehen, welcher einen Oszillatorschaltkreis (OSC) 9 und einen Zählerschaltkreis 10 aufweist. Darüber hinaus ist ein weiterer Zählerschaltkreis 11, ein ODER-Gatter 13, ein NICHT-ODER-Gatter 14 und eine Lumineszenzdiode (LED) 15 vorgesehen. Torschaltkreise werden hier grundsätzlich als Gatter bezeichnet, während Unterbrechungssignale bzw. Unterbrechungsanforderungssignale hier grundsätzlich als Interrupts bezeichnet werden.

Der Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis 8 dient dazu, den Mikroprozessor 2 im Falle irgendeines Versagens eines Schaltungsbestandteiles bzw. der Hardware des Mikrocomputers oder in dem Falle, daß das Programm unkontrolliert ausgeführt wird, zurückzusetzen, und der Oszillatorschaltkreis 9 dieses Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises 8 erzeugt Taktimpulse unabhängig von dem Systemtakt des Mikroprozessors 2, während der Zählerschaltkreis 10 wiederholt zurückgesetzt wird, ohne daß er seine Heraufzählfunktion auf einen bestimmten vorgegebenen Wert vollenden kann, solange der Mikrocomputer 1 sich im Normalbetrieb befindet.

Mit anderen Worten weist das in dem ROM abgespeicherte und durch den Mikroprozessor 2 ausgeführte Systemprogramm einen Verfahrensschritt auf, in welchem ein Rücksetz-Ausgangssignal an den Zählerschaltkreis 10 des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises 8 angelegt wird, bevor ein bestimmtes vorgegebenes Zeitintervall abläuft, solange die Wirkungsweise des Systems normal ist.

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Um andererseits ein Versagen des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises 8 mit dem Mikrocomputer 1 zu erfassen, ist ein Zählerschaltkreis 11 vorgesehen, der an dem internen Oszillatorschaltkreis 3 Teil hat bzw. die Funktion des internen Oszillatorschaltkreises 3 für sich verwendet, um so einen Zeitgeberschaltkreis für die Überwachung des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises zu bilden. Ferner ist ein Verfahrensschritt vorgesehen, in welchem der Zählerschaltkreis 11 des Zeitgeberschaltkreises zurückgesetzt wird, sowie ferner ein Verfahrensschritt, in welchem ein Ausgangssignal, das eine unnormale Funktion kennzeichnet, nach außen abgegeben wird.

Im folgenden wird die Funktionsweise des bevorzugten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Mikrocomputeranordnung mit Bezug auf diese Verfahrensschritte anhand der in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Flußdiagramme beschrieben.

Nach den in Fig. 2 dargestellten START-Block wird im Schritt 1 festgestellt, ob irgendein Hardwareversagen in dem Mikrocomputer 1 aufgetreten ist oder nicht. Dies geschieht in Abhängigkeit davon, ob ein die unnormale Funktion kennzeichnendes Flag oder Markierungszeichen F gesetzt worden .ist oder nicht; d.h., es wird entschieden, ob die Arbeitsweise des Mikrocomputers 1 normal ist oder nicht. Wenn das Ergebnis dieser Entscheidung JA ist, gelangt die Ausführungssteuerung zu Schritt 2, in welchem ein Rücksetzimpuls von dem Ausgangsschaltkreis 7 des Mikrocomputers 1 an den Zählerschaltkreis 10 des Überwachungs-Zeitgebers abgegeben wird. Dadurch wird der Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis 10 zurückgesetzt, bevor der von ihm durchgeführte Zählvorgang abgeschlossen ist.

Daraufhin gelangt die Ablaufsteuerung zu Schritt 3, in welchem das Hauptprogramm des Mikrocomputers 1 durchgeführt wird -

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dies kann beispielswei-se die Ausführung des Programmes einer programmierbaren Steuereinheit in dem Fall sein, daß die Mikrocomputeranordnung als programmierbare Steuereinheit ausgebildet ist. Danach läuft die Programmausführung erneut durch den Entscheidungsschritt 1 und wiederholt die Schritte 1 bis 3, wie es zuvor beschrieben wurde, solange das Flag F für den unnormalen Betriebszustand sich in rückgesetztem Zustand befindet. Markierungs- bzw. Kenn-Zeichen werden hier als Flag bezeichnet.

Wenn andererseits die Arbeitsweise des Programmes des Mikrocomputers 1 in eine Endlosschleife gelangt ist, oder wenn die Programmausführung vollständig abgebrochen worden ist, so daß ■ Schritt 2 nicht ausgeführt wird, läuft der Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis 8 auf seinen vorgegebenen Endwert auf, bis er ihn erreicht, und bewirkt dann das Zurücksetzen (oder einen anderen Interrupt) des Mikroprozessors 2.

Unterdessen werden die Taktimpulse des Oszillatorschaltkreises 9 des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises 8 in dem Mikroprozes^sor 2 stets mittels der Schnittstelle 6 überwacht, und ein Interruptsignal wird von der Schnittstelle 6 synchron mit der steigenden oder der fallenden Flanke dieser Taktimpulse hergeleitet. Dann wird, wie es in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 3 dargestellt ist, jedesmal dann, wenn ein Interrupt auftritt, ein Zeitgeber-Startprozess aktiviert, und der Zählerschaltkreis 11 wird wiederholt zurückgesetzt.

Es sei insbesondere darauf hingewiesen, daß der Abschluß-Zählwert des Zählers 11 oder die Zeitablauf-Zeitdauer T2 des Zählerschaltkreises 11 so ausgelegt ist, daß sie etwas langer als die normale Periode des Taktes des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises 8 ist.

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Wenn daher der Oszillätorschaltkreis 9 nicht mehr schwingt, wie es in dem Wellenform-bzw. Signalverlaufsdiagramm gemäß Fig. 5 dargestellt ist, oder, wenn die Oszillatorperiode sich infolge von Änderungen der Umgebungstemeraturen oder dergleieheη verlängert hat, wie es in dem Wellenformdiagramm gemäß Fig. 5 ebenfalls; dargestellt ist, dann wird ein Zeitablauf-Ausgangssignal von dem Zählerschaltkreis 11 erzeugt, bevor der Zählerschaltkreis 11 zurückgesetzt wird. Dann wird, wie es in dem Flußdiagramm gemäß Fig. 4 dargestellt ist, das Flag F für den unnormalen Betriebszustand durch diesen Zeitgeberprozeß gesetzt.

Wenn das Flag F für den unnormalen Betriebszustand somit gesetzt ist, wird in den Hauptfunktionsablauf gemäß Fig. 2 das

■\ 5 Ergebnis des Entscheidungsschritts 1 zu NEIN und die Ablaufsteuerung wird weitergeführt bei dem folgenden Schritt 4, in welchem ein Ausgangssignal mit dem logischen Pegel "1" von dem Ausgangsschaltkreis 7 erzeugt wird, durch die LED 15 mittels des NICHT-ODER-Gatter 14 angesteuert wird, um so einen normalen Betriebszustand nach außen, d.h., beispielsweise für den Benutzer, anzuzeigen.

Zur selben Zeit wird das Ausgangssignal mit dem hohen logischen Pegel für den unnormalen Betriebszustand, das aus dem Ausgangsschaltkreis 7 stammt, auch an den Rücksetzanschluß RST des Mikroprozessors 2 mittels des ODER-Gatters 13 angelegt und setzt dadurch zwangsweise den Mikroprozessor 2 zurück. Somit wirdLin dem Falle, daß irgendein Versagen in dem Mikrocomputer 1 entstehen sollte, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel die Wirkungsweise des Mikrocomputers 1 zwangsweise durch die Aktivität des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises 8 beendet, und dies wird nach außen dadurch angezeigt, daß die LED 15 zugleich aufleuchtet.

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Sollte ferner der Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis 8 selbst ausfallen, wird ein Zeitgeber-Ausgangssignal von dem Zähler-Schaltkreis 11 erzeugt und in Abhängigkeit davon wird von einem von dem Mikrocomputer 1 erzeugten unnormalen Ausgangssignal wird dadurch die eigene Aktivität des Mikrocomputers zwangsweise beendet, und dies wird ebenso nach außen hin dadurch angezeigt, daß die LED 15 aufleuchtet.

Somit wird es möglich, den gefährlichen Betriebszustand zu vermeiden, in welchem der Mikrocomputer 1 weiter arbeitet, ohne daß das Versagen des Überwachungs-Zeitgebers 8 erkannt wird, und dann der Mikrocomputer 1 selbst fehlerhaft wird.

Wenn der interne Oszillatorschaltkreis 3, der als Oszillatorsignalquelle für den Zeitgeberschaltkreis dient, versagt hat, wird, da der Arbeitsablauf des Mikrocomputers 1 zugleich unnormal wird, der Mikroprozessor 2 zwangsweise durch das Zeitablauf-Ausgangssignal des Überwachungs-ZeitgeberSchaltkreises 8 zurückgesetzt.

Bei den neueren Mikroprozessorentwicklungen ist der Zählerschaltkreis 11 häufig in den Mikroprozessor 2 integriert, wodurch die Sicherheit der Systemhardware sogar noch verbessert werden kann. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf eine programmierbare Steuereinheit beschränkt, sondern erstreckt sich natürlich auch auf die verschiedenen einen Mikroprozessor anwendenden Geräte, wie Personal Computer, Textverarbeitungssysteme u.s.w. Während in dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel eine Leuchtdiode verwendet wurde, um ein Versagen anzudeuten, ist es auch möglich, einen Schnarrsummer oder eine andere Vorrichtung zu verwenden, die visuell wahrnehmbar ist. Es ist auch möglich, den Mikroprozessor durch sich selbst dadurch zwangsweise zurücksetzen zu lassen, daß ein Schaltkreis in den Mikroprozessor selbst einge-

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baut wird, welcher sich selbst zwangsweise zurücksetzen kann.

- Leerseite -

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OMRON TATEISI ELECTRONICS CO. Kyoto / Japan

Mikrocomputeranordnung

Priorität: 12. Juni 1984 - JAPAN - Nr. 120583/1984

Patentanspruch

Mikrocomputeranordnung, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß ein Mikrocomputer (1) mit einer Mikroprozessor-5 einrichtung (2) und einem Systemtakt (3) vorgesehen ist, ■

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(b) daß ein Überwachungs-Zeitgeberschaltkreis (8) vorgesehen ist, welcher sich extern zu dem Mikrocomputer (1) befindet und folgendes aufweist:

(b1) ein Zeitgeber-Taktschaltkreis (9), der unterschiedlich von dem Systemtakt ist,

(b2) ein Zählerschaltkreis (10) und

(b3) eine Zähleinrichtung, mit welcher ein erstes Zeitintervall dadurch zählbar ist, daß der Zeitgeber-Taktschaltkreis (9) den Zählerschaltkreis (10) auf einen bestimmten Grenzwert zählen läßt, und mit welchem bei Abschluß des Zählens die Mikroprozessoreinrichtung (2) des Mikrocomputers (1) zwangsweise zurückgesetzt wird bzw. in der Programmausführung unterbrochen wird/

(c) daß eine Zeitgeberschaltkreiseinrichtung vorgesehen ist, die einen Zählerschaltkreis (11) aufweist, mit dem der Systemtakt (3) des Mikrocomputers (1) unter Verwendung des Zählerschaltkreises (11) bis zu einem bestimmten Grenzwert zählbar ist, um ein zweites bestimmtes Zeitintervall festzulegen, das um weniges länger als das erste Zeitintervall ist, und mit welcher beim Abschluß des Zählens die Mikroprozessoreinrichtung (2) des Mikrocomputers (1) zwangsweise rücksetztbar ist bzw. im Programmablauf unterbrechbar ist, und

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(d) daß die Mikroprozessoreinrichtung (2) nach einem Systemprogramm arbeitet, gemäß welchem

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(d1) nur dann, wenn die Arbeitsweise der Mikrocomputeranordnung normal ist, ein Rücksetz-Ausgangssignal für den Zählerschaltkreis (10) des Überwachungs-Zeitgeberschaltkreises (8) vor einem vorgegebenen Zeitpunkt erzeugbar ist,

(d2) ein Rücksetz-Ausgangssignal dem Zählerschaltkreis (11) der Zeitgeberschaltkreiseinrichtung wiederholt entsprechend dem Überwachungsergebnis des Zeitgebertaktes des überwachungs-Zeitgeberschaltkreises (8), ansprechend entweder auf die steigende oder auf die fallende Flanke des Zeitgebertaktes, zuführbar ist, und daß

(d3) die Anzeige eines unnormalen Betriebszustandes in Abhängigkeit von der Unterbrechung des Programmablaufes durch die Zeitgeberschaltkreiseinrichtung erzeugba,r ist.