DE3700986A1 - Einrichtung zur ueberwachung eines rechnersystems mit zwei prozessoren in einem kraftfahrzeug - Google Patents

Einrichtung zur ueberwachung eines rechnersystems mit zwei prozessoren in einem kraftfahrzeug

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Rechnersystem mit zwei Prozessoren für die Gemischzumessung in eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind Mehrrechnersysteme mit einer Funktions­ aufteilung bekannt, bei denen ein Hauptrechner im Normalbetrieb, der den störungsfreien Zustand darstellt, die gesamte Rechnerleistung für die erforderlichen Steuer- und Regelfunktionen bereitstellt. Ein zweiter Rechner, der ausschließlich als Notrechner dient, kann bei Ausfall des Hauptrechners Notfunktionen übernehmen und damit einen wenigstens eingeschränkten Betrieb aufrechterhalten. Solange kein Störungsfall vorliegt, bleibt der Notrechner im allgemeinen unge­ nutzt. In solchen Systemen wird jedenfalls der Hauptrechner über­ wacht; erkennt eine geeignete Überwachungseinrichtung eine Störung oder einen Defekt, übernimmt der Notrechner teilweise oder in vollem Umfang die Aufgaben des Hauptrechners.
In der noch unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 35 39 407.2 ist ein Rechnersystem mit zwei Prozessoren zur Regelung von Kenngrößen einer Brennkraftmaschine beschrieben. Den zwei Pro­ zessoren sind gedoppelte Geber zugeordnet, von denen jeweils einer dem Hauptrechner und ein anderer dem Notrechner Meßwerte liefert. Es sind zwar beide Rechner so ausgeführt, daß sie dieselbe Verarbeits­ leistung erbringen können. Allerdings besteht die dort realisierte Notfunktion hauptsächlich in der alternativen Zuweisung von Geber­ signalen an die beiden Prozessoren bzw. der alternativen Zuweisung von Ausgangssignalen der beiden Prozessoren an Endstufen im Fehler­ fall. Stellen Überwachungsschaltungen in den zugeordneten Prozesso­ ren Störungen fest, wid über ein UND-Gatter eine die Kraftstoff­ zumessung beeinflussende Endstufe abgeschaltet. Eine weitergehende technische Lehre, wie die Überwachung der beiden leistungsgleichen Prozessoren mit Haupt- und Notfunktion geschieht, wird dort jedoch nicht gegeben. Insbesondere gibt jene Schrift keinen Hinweis darauf, wie die gegenseitige Überwachung mehrerer Prozessoren auch dann zu leisten wäre, wenn beide für verschiedene Aufgaben, unter Umständen gar in synchroner Betriebsweise, benutzt werden.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, in einem mit zwei Prozessoren arbeitenden Kraftsstoffzumessungssystem eine möglichst einfache, aber dennoch mächtige Sicherheitsfunktion vorzusehen, und zwar insbesondere dann, wenn beide Prozessoren im störungsfreien Fall gleichermaßen und gleichberechtigt zur Verarbeitungsleistung des Gesamtsystems beitragen. Die Erfindung zielt also ab auf ein System, in dem ein Datenaustausch zwischen beiden Prozessoren erfol­ gen muß und erfolgt, solange keine Störung vorliegt. Um die Verfüg­ barkeit des Gesamtsystems bei Ausfall eines Prozessors oder auch nur bei Fehlern in der Datenübertragung zu gewährleisten, ist es notwen­ dig, daß der entsprechende Fehler erkannt wird. Bei Erkennen eines Fehlers müssen die Prozessoren je nach Fehlerart geeignet reagie­ ren, um die Verfügbarkeit des Systems zu gewährleisten.
Vorteile der Erfindung
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs gelöst. Diese sieht vor, daß sich die beiden Prozessoren gleichberechtigt überwachen und diese Überwachung in der Art eines Hand-Shake-Betriebs im Zuge des zykli­ schen Datenaustauschs zwischen beiden Prozessoren erfolgt. Dabei ist es möglicht, daß die Prozessoren sich jeweils gegenseitig neu starten können, z. B. nach Wegfall einer Störungseinwirkung auf den I/O-Bus eines der beiden Prozessoren, oder bei dauerhaftem Totalausfall ei­ nes der beiden Prozessoren.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor­ teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrich­ tung möglich. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die beiden Pro­ zessoren auch völlig unabhängig voneinander arbeiten können, keinen direkt gekoppelten oder gemeinsamen I/O-Bus benutzen müssen und überdies mit verschiedenen Clock-Frequenzen gegenseitig asynchron betreibbar sind. Schließlich leistet die Erfindung eine gleichbe­ rechtigt gegenseitige Überwachung zweier Prozessoren so, daß bei Auftreten eines Fehlers dieser lokalisiert werden kann. So erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung eine Unterscheidung, ob ein Prozes­ sor ausgefallen ist oder ob in der peripheren Hardware der Pro­ zessoren ein Fehler vorliegt. Zu diesem Zweck wird besagter zykli­ scher Datenaustausch zwischen beiden Prozessoren als Quittungspfad für die Überwachungsfunktion ausgenutzt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt in Blocksymbolen eine erfindungsgemäße Einrich­ tung zur Überwachung eines Rechnersystems mit zwei Prozessoren in einem Kraftfahrzeug.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Zeichnung zeigt einen ersten Prozessor 10 mit einem Tor 11 zur Speisung eines Daten- und Kontrollbusses 17 und mit einem - hier nur symbolisch angedeutet - Eingangs/Ausgangs(I/O)-Bus 16. Entsprechend ist ein zweiter Prozessor 20 mit einem Tor 21 zur Speisung desselben Daten- und Kontrollbusses 17 und mit einem I/O-Bus 26 vorgesehen. Der Prozessor 10 verfügt über zwei Ausgänge 12 und 13, die über ent­ sprechende Leitungen 33 und 34 eine erste Pumpschaltung 27 bzw. den ersten Eingang eines ersten UND-Gatters 29 ansteuern. Dabei gibt der Ausgang 12 ein sogenanntes Watch-Dog-Signal und der Ausgang 13 ein sogenanntes Software-Reset-Signal ab. Weiter weist der Prozessor 10 zwei Eingänge 14 und 15 auf, die über entsprechende Leitungen 35 bzw. 36 vom Ausgang einer zweiten Pumpschaltung 28 bzw. eines ersten ODER-Gatters 32 angesteuert werden. Der Eingang 14 dient dabei zum Empfang eines Watch-Dog-Signals und der Eingang 15 dient zum Empfang eines Reset-Signals. Der Prozessor 20 verfügt ebenfalls über zwei Eingänge 22 und 23, die über entsprechende Leitungen 39 bzw. 40 vom Ausgang der ersten Pumpschaltung 27 bzw. vom Ausgang einer zweiten ODER-Schaltung 31 angesteuert werden. Dabei dienen die Eingänge 22 und 23 analog zu den Eingängen 14 und 15 des Prozessors 10 zum Emp­ fang eines Watch-Dog-Signals bzw. eines Reset-Signals. Entsprechend zum Prozessor 10 weist der Prozessor 20 noch zwei Ausgänge 24 und 25 auf, die über Leitungen 37 bzw. 38 eine zweite Pumpschaltung 28 bzw. den ersten Eingang eines zweiten UND-Gatters 30 ansteuern. Der Aus­ gang der ersten Pumpschaltung 27 ist noch an den zweiten Eingang des ersten UND-Gatters 29 geführt, dessen Ausgang über eine Verbindungs­ leitung 41 den ersten Eingang besagten ODER-Gatters 31 ansteuert. Entsprechend ist der Ausgang der zweiten Pumpschaltung noch auf den ersten Eingang eines zweiten UND-Gatters 30 geführt, dessen Ausgang über eine Verbindungsleitung 42 den ersten Eingang besagten ODER- Gatters 32 ansteuert. Den jeweils zweiten Eingänge der ODER-Gatter 31 und 32 kann über eine gemeinsame Ansteuerleitung 18 beim Ein­ schalten des Systems ein Initialisierungssignal (Power-On-Impuls) zugeführt werden.
Die beiden zu überwachenden Prozessoren 10 und 20 können z. B. in ei­ nem E-Gas-System als Master- und Slave-Prozessor ausgeführt sein. Dabei arbeiten die beiden Prozessoren asynchron und bis auf eine zyklische Datenübertragung völlig unabhängig voneinander. Die gegen­ seitige Überwachung erfolgt jeweils durch die Auswertung der Signal­ zustände auf drei parallelen Pfaden: der Prozessor 10 wird vom Pro­ zessor 20 auf Fehlerhaftigkeit überwacht anhand logischer Auswertung des Signalprotokolls, wie es sich aus der Zusammenfassung dreier Signalpfade ergibt, nämlich dem Signalfluß auf dem Bus 17, dem Watch-Dog-Signal auf der Leitung 33 und dem Software-Reset-Signal auf der Leitung 34, der Prozessor 20 wird vom Prozessor 10 auf Feh­ lerhaftigkeit überwacht anhand logischer Auswertung des Signalproto­ kolls, wie es sich aus der Zusammenfassung dreier Signalpfade er­ gibt, nämlich dem Signalfluß auf dem Bus 17, dem Watch-Dog-Signal auf der Leitung 37 und dem Software-Reset-Signal auf der Leitung 38.
Die Prozessoren 10 und 20 tauschen in einem festen Zeitraster Daten zyklisch aus. Es wird davon ausgegangen, daß zunächst der Prozessor 10 (als Master) eine Datenanforderung über den Bus 17 an den Prozes­ sor 20 (als Slave) abgibt; letzterer erwartet aufgrund der fest ver­ einbarten Zykluszeit eine Datenanforderung. Bleibt daraufhin eine Datenübertragung von Prozessor 20 an Prozessor 10 aus, so erkennt dies jeweils der entsprechende Prozessor, und zwar Prozessor 10, wenn auf seine Datenanforderung nicht mit einer Datenübertragung reagiert wurde, und Prozessor 20, wenn nach Ablauf eines Zyklus keine Datenanforderung vom Prozessor 10 einging. Damit stellt der Bus 17 zusammen mit dem darauf stattfindenden Signalfluß und dessen Vergleich mit dem zugrundeliegenden Signalflußprotokoll einen bidi­ rektionalen, ersten Kausalpfad zur Überwachung beider Prozessoren gegeneinander dar.
Der Prozessor 10 bzw. 20 gibt über die Leitung 33 bzw. 37 ein dyna­ misches Watch-Dog-Signal - in der Regel einen Puls - an die Pump­ schaltung 27 bzw. 28 in Richtung des jeweils anderen Prozessors ab. Bei den Pumpschaltungen 27 und 28 handelt es sich um Einrichtungen, die aus dem Vorhandensein eines Eingangspulses während einer be­ stimmten Mindestzeitdauer ein statisches Ausgangssignal erzeugen; unter Zugrundelegung einer positiven Logik wird also von einer sol­ chen Pumpschaltung eine logische 1 am Ausgang ausgegeben, sofern der Watch-Dog-Puls am Eingang anliegt. Dieses statische Ausgangssignal wird jeweils vom anderen Prozessor eingelesen (Watch-Dog-Erkennung). Bei Ausfall des Watch-Dog-Signals auf der Leitung 33 bzw. 37 wird somit eine logische Brennzahl 0 in den Eingang 22 bzw. 14 des Pro­ zessors 20 bzw. 10 eingelesen. Der Ausfall des Watch-Dog-Signals ist ein Anzeichen dafür, daß ein Fehler im entsprechenden Prozessor vor­ liegt, der auf diese Weise vom jeweils anderen Prozessor erkannt wird. Somit stellt die Auswertung des Watch-Dog-Status der beiden Prozessoren den zweiten Kausalpfad zur Überwachung beider Prozesso­ ren gegeneinander dar.
Jeder Prozessor hat die Möglichkeit, den jeweils anderen Prozessor bei seinem Ausfall wieder zu starten (Software-Reset-Output). Die Voraussetzung für die Abgabe eines Reset-Impulses auf der Leitung 34 bzw. 38 zum Prozessor 20 bzw. 10 ist, daß der Prozessor 10 bzw. 20 an seinem Eingang 14 bzw. 22 eine logische 1 infolge Vorhandenseins des Watch-Dog-Signals am Ausgang 24 bzw. 12 des Prozessors 20 bzw. 10 erkennt. Damit der Prozessor 10 bzw. 20 bei einem Defekt nicht unkontrolliert Reset-Impulse an den Prozessor 20 bzw. 10 abgeben kann, fungiert das UND-Gatter 29 bzw. 30 als Torschaltung, indem der betreffende Reset-Impuls nur bei Vorhandensein eines Watch-Dog-Si­ gnals des aussendenden Prozessors in Richtung des jeweils anderen Prozessors durchgelassen wird. Die ODER-Gatter 31 und 32 erlauben die gleichzeitige Rücksetzung beider Prozessoren beim Aktivieren des Gesamtsystems, also z. B. beim Einschalten der entsprechend ausge­ rüsteten E-Gas-Anlage. Der Austausch von Software-Reset-Signalen zwischen beiden Prozessoren stellt somit den dritten Kausalpfad zur Überwachung beider Prozessoren gegeneinander dar.
Zur Verknüpfung der drei Kausalpfade zur Erkennung und Lokalisierung von Fehlern werden die folgenden Prüfungen miteinander konjugiert und wie erläutert ausgewertet:
Erkennt beispielsweise Prozessor 10, daß auf die Datenanforderung an Prozessor 20 keine Datenübertragung erfolgt, oder erkennt Prozessor 20, daß nach Ablauf eines Übertragungszyklus keine Datenanforderung von Prozessor 10 eingeht, und erkennen beide Prozessoren gleicher­ maßen, daß der jeweilig andere Prozessor dennoch ein Watch-Dog-Si­ gnal ausgibt und somit aktiv ist, wird auf Defekt der Steuerleitung des Datenbusses 17 erkannt. Bei einem Defekt der Datenleitungen hin­ gegen ist eine Datenübertragung noch möglich. Der Fehler auf den Da­ tenleitungen wird dadurch erkannt, daß der Prozessor 10 ein Prüfwort an den Prozessor 20 abgibt und dieser dann mit einem falschen Prüf­ wort an Prozessor 10 antwortet. Der Prozessor 10 erkennt dabei die Einhaltung des Übertragungsprotokolls für den Datenaustausch durch Prozessor 20 und dessen vorhandenes Watch-Dog-Signal, kann aber durch Auswerten des falschen Prüfwortes auf einen Fehler auf den Da­ tenleitungen des Datenbusses schließen und die Datenübertragung ab­ brechen. Der Prozessor 20 erkennt das Einhalten des Übertragungs­ protokolls durch Prozessor 10 und dessen vorhandenes Watch-Dog-Si­ gnal, und schließt gleichermaßen auf Fehler im Datenbus.
Fällt beispielsweise der Prozessor 10 aus, so erkennt der Prozessor 20 nach Ablauf des Übertragungszyklus das Fehlen einer Datenanforde­ rung von Prozessor 10 sowie den Ausfall dessen Watch-Dog-Signals. Das konjugierte Erkennen beider Zustände führt bei Prozessor 20 zur Auswertung eines Defekts an Prozessor 10. Prozessor 20 gibt darauf­ hin einen Software-Reset-Impuls an Prozessor 10 ab. Sobald Prozessor 10 wieder aktiv ist, gibt er ein Watch-Dog-Signal aus und fordert wieder Daten vom Prozessor 20 an. Wird Prozessor 10 nicht aktiv, gibt er kein Watch-Dog-Signal und keine Daten-Anforderung an Prozes­ sor 20 ab, so daß dieser per Programm entsprecfhend reagiert. Ent­ sprechendes gilt umgekehrt für den Prozessor 20.
Fällt beispielsweise das Watch-Dog-Signal von Prozessor 20 aus, so erkennt diese Prozessor 10. Reagiert Prozessor 20 richtig auf die Da­ tenanforderung von Prozessor 10, so erkennt dieser, daß Prozessor 20 noch aktiv ist und lokalisiert den Fehler im Ausgang 24 des Prozes­ sors 20 für das Watch-Dog-Signal. Über den Datenbus 17 überträgt Prozessor 10 diese Information an den Prozessor 20. Tritt umgekehrt ein Fehler beim Watch-Dog-Signal des Prozessor 10 auf, so erkennt dies Prozessor 20 und überträgt die entsprechende Information an Prozessor 10.
Die erfindungsgemäße Einrichtung sieht somit vor, daß sich beide Prozessoren einwandfrei überwachen können, obwohl sie völlig unab­ hängig voneinander arbeiten. Je nach Fehlerart können die Prozesso­ ren entsprechend programmierter Fail-Safe-Routinen variabel reagie­ ren. Weiter ist es möglich, aufgrund einer erfolgten Lokalisierung eines Fehlers diesen zu beheben, beispielsweise nach Ausfall eines Prozessors diesen durch den noch voll funktionsfähigen wieder neu zu starten. Insgesamt erhöhen die verschiedenartig, softwaregestützten Reaktionsmöglichkeiten bei Auftreten eines Fehlers die Verfügbarkeit des Gesamtsystems beträchtlich. Es versteht sich von selbst, daß ei­ ne entsprechende Fehlerauswertung auch zur Weitergabe von Fehlermel­ dungen, beispielsweise an den Fahrer eines Kraftfahrzeugs, ausge­ nutzt werden kann. Schließlich ist die erfindungsgemäße Einrichtung auch auf Zwei-Prozessor-Systeme implementierbar, in denen anders als in der Zeichnung dargestellt der Austausch von Daten zwischen den beiden Prozessoren nicht über einen speziellen, fest verdrahteten Bus 17 zwischen besonderen Ports 11 und 21 erfolgt, sondern über ei­ nen Systembus oder einen Teil eines solchen Systembusses, über den generell erfaßte Meßgrößen eingelesen bzw. Verarbeitungsergebnisse ausgelesen werden.

Claims (5)

1. Einrichtung zur Überwachung eines Rechnersystems mit zwei Prozes­ soren in einem Kraftfahrzeug, wobei beide Prozessoren durch beson­ dere Tore über Daten- und Steuerleitungen (17) fest miteinander ver­ drahtet sind, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß beide Prozessoren (10, 20) bis auf einen zyklischen Daten- und Befehlsaustausch über besagte Daten- und Steuerleitungen unabhän­ gig voneinander betreibbar sind,
  • - daß je Prozessor ein erster Ausgang (12, 24) zur Abgabe eines dy­ namischen Watch-Dog-Signale vorgesehen und fest belegt ist,
  • - daß je Prozessor ein besonderer Eingang (14, 22) zur Erkennung ei­ nes statischen Watch-Dog-Signals vorgesehen und fest belegt ist,
  • - daß je Prozessor ein zweiter Ausgang (13, 25) zur Abgabe eines Software-Reset-Signales vorgesehen und fest belegt ist,
  • - daß ein Reset-Eingang (15, 23) eines jeden Prozessors jeweils mit dem Ausgang einer zugeordneten logischen ODER-Schaltung (31, 32) verbunden ist, wobei beide ODER-Schaltungen einen ersten und einen zweiten Eingang aufweisen und die ersten Eingänge derselben zur gemeinsamen Beaufschlagung mit einem Startimpuls, vorzugsweise mit einem Power-On-Impuls beaufschlagbar sind,
  • - daß besagter erster Ausgang (12, 24) eines jeden Prozessors auf den Eingang einer Pumpschaltung (27, 28) geführt ist, deren Aus­ gang jeweils an besagten besonderen Eingang (14, 22) des jeweils anderen Prozessors geführt ist und der in Abhängigkeit von einem anliegenden dynamischen Watch-Dog-Signal ein statisches Watch-Dog-Signal entnehmbar ist,
  • - daß besagter zweiter Ausgang (13, 25) eines jeden Prozessors je­ weils auf einen ersten Eingang einer diesem Prozessor zugeordneten logischen UND-Schaltung (29, 30) geführt ist,
  • - daß ein zweiter Eingang besagter logischer UND-Schaltung (29, 30) jeweils an den Ausgang der Pumpschaltung (27, 28) zum Empfang des stationären Watch-Dog-Signals des der jeweiligen UND-Schaltung zu­ geordneten Prozessors geführt ist und
  • - daß der Ausgang jeder der beiden besagten logischen UND-Schaltung (29, 30) jeweils auf den zweiten Eingang der dem anderen Prozessor zugeordneten ODER-Schaltung geführt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenig­ stens einer der beiden Prozessoren mit einem weiteren, von besagten Daten- und Steuerleitungen unabhängigen Datenbus verbunden ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Prozessoren mit voneinander verschiedener Clockfrequenz betreib­ bar sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über besagte Steuerleitung (17) ausgelösten Prüfworte für die Daten­ übertragung auf besagten Datenleitungen richtungsabhängig verschie­ den sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Prozessoren als Master mit Vorrang und der anderen Pro­ zessor als Slave mit Nachrang betreibbar ist, solange kein Defekt vorliegt und daß bei Erkennung eines Defekts jeder der beiden Pro­ zessoren im wesentlichen dieselbe Notfunktion mit gleicher Leistung abarbeitet.
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