-
Die Erfindung betrifft eine Überwachungsschaltung
zum Bestimmen, ob die Periode eines Taktsignals kürzer als
ein vorbestimmter zulässiger Bereich
geworden ist.
-
Prozessoren, die synchron zu einem
durch eine Takterzeugungsschaltung erzeugten Taktsignal arbeiten
und die verschiedene Verarbeitungsarten durchführen, werden derzeit z. B.
in Form von MPUs (Mikroprozessoreinheiten) implementiert.
-
Allerdings sind solche Prozessoren
wie MPUs so gestaltet, daß sie
synchron zu einem Taktsignal mit einer vorbestimmten Periode arbeiten,
und unterliegen daher Überlauf,
wenn die Periode dieses Taktsignals kürzer als die vorbestimmte Periode
geworden ist.
-
Die SU-A-1798919 offenbart eine Vorrichtung
zum Überwachen
von Taktsignalen. Die Vorrichtung verfügt über ein erstes D-Flipflop,
eine Verzögerungsleitung
und ein zweites D-Flipflop,
die in einem Ring konfiguriert sind; eine Verzögerungsleitung, eine Rücksetzleitung
und eine Ausgangsleitung. Die Vorrichtung wird durch Zuführen einer '1' zur Rücksetzleitung zurückgesetzt,
wodurch das erste D-Flipflop gesetzt und das zweite D-Flipflop zurückgesetzt wird.
Ein Synchronisationssignal wird zum Takteingang des ersten D-Flipflops
geführt.
Die zu überwachende
Impulsfolge wird zum Takteingang des zweiten D-Flipflops geführt. Ein
Zustandssignal wird vom Ausgang des ersten D-Flipflops abgeleitet.
-
Mit der Erfindung soll eine Taktüberwachungsschaltung
mit Vorteilen gegenüber
solchen bekannten Schaltungen bereitgestellt werden.
-
Erfindungsgemäß bereitgestellt wird eine Taktüberwachungsschaltung
mit einer ersten Flipflopschaltung zum Zwi schenspeichern und Ausgeben
eines Eingangssignals, wenn ein vorgegebener Übergang eines Taktsignals zwischen
seinen beiden Logikpegeln auftritt, einer zweiten Flipflopschaltung zum
Zwischenspeichern und Ausgeben des Ausgangssignals der ersten Flipflopschaltung,
wenn ein vorgegebener Übergang
des Taktsignals zwischen seinen beiden Logikpegeln auftritt, einer
Verzögerungseinrichtung
zum Verzögern
des Ausgangssignals der zweiten Flipflopschaltung um ein Zeitintervall,
das kürzer
als eine vorbestimmte Periode des Taktsignals ist, und zum Ausgeben
des resultierenden Signals als Eingangssignal zur ersten Flipflopschaltung,
und einer Gatterschaltung zum Empfangen des Ausgangssignals der
ersten Flipflopschaltung und des Ausgangssignals der zweiten Flipflopschaltung
und zum Ausgeben eines Signals mit einem ersten Logikpegel, wenn
die Periode des Taktsignals gleich oder größer als das vorbestimmte Zeitintervall
ist, und zum Ausgeben eines Signals mit einem zweiten Logikpegel,
wenn die Periode des Taktsignals kürzer als das vorbestimmte Zeitintervall
ist, und ferner mit einer dritten Flipflopschaltung zum Zwischenspeichern
des Ausgangssignals der Gatterschaltung bei einer Taktung, die gegenüber der
Zwischenspeicherung der zweiten Flipflopschaltung verzögert ist,
wenn ein vorgegebener Übergang
des Taktsignals zwischen seinen beiden Logikpegeln auftritt.
-
Die Gatterschaltung ist so angeordnet,
daß sie
die Ausgangssignale der ersten und zweiten Flipflopschaltung empfängt und
ein Ausgangssignal bereitstellt, dessen Logikpegel davon abhängt, ob
die Periode der Eingangstaktsignale die vorbestimmte Periode ist.
Eine Verkürzung
der Periode des Taktsignals kann somit gemäß dem Logikpegel des Ausgangssignals
der Taktüberwachungsschaltung
detektiert werden.
-
Zu einer speziellen Verarbeitungsvorrichtung,
die exemplarisch zu beschreiben ist, gehört die o. g. Taktüberwachungsschaltung.
Bei Detektion eines fehlerhaften Zustands bzw. einer Anomalität im Taktsignal
durch die Taktüberwachungsschaltung wird
diese Anomalität
einer Steuerschaltung mitgeteilt, die den Betrieb des Prozessors
steuert, wodurch der Betrieb des Prozessors angehalten wird.
-
Vorteilhaft kann die Erfindung somit
eine Taktüberwachungsschaltung
bereitstellen, die leicht und genau detektieren kann, daß die Periode
eines Taktsignals kürzer
als eine vorbestimmte Periode geworden ist.
-
Daher läßt sich die Erfindung in einer
Datenverarbeitungsvorrichtung verwenden, die mit der o. g. Taktüberwachungsschaltung
ausgerüstet
ist und die Überlauf
einer Verarbeitungsschaltung verhindern kann, wenn die Periode des
Taktsignals kürzer
als die vorbestimmte Periode geworden ist.
-
Vorteilhaft wird danach Überlauf
in der Verarbeitungsschaltung infolge von Anomalitäten des Taktsignals
gestoppt.
-
Mit der folgenden Beschreibung und
den Zeichnungen wird die Erfindung als Beispiel offenbart, die in
den beigefügten
Ansprüchen
gekennzeichnet ist, deren Inhalt den hierdurch angestrebten Schutzumfang
bestimmen. Es zeigen:
-
1 ein
schematisches Blockschaltbild einer Datenverarbeitungsvorrichtung;
-
2 ein
Schaltbild des Aufbaus der Taktüberwachungsschaltung
von 1;
-
3 ein
Zeitdiagramm des Betriebs der Taktüberwachungsschaltung von 2; und
-
4 ein
Blockschaltbild des Aufbaus eines Datenverarbeitungssystems.
-
In 1 ist
eine Datenverarbeitungsvorrichtung gezeigt, die eine Ausführungsform
der Erfindung verwendet und die aufweist: einen Rücksetzeingangsanschluß 102,
mehrere Dateneingangs-/-ausgangsanschlüsse 103, eine Takterzeugungsschaltung 104,
eine Mikroprozessoreinheit (MPU) 105 zur Datenverarbeitung,
eine Taktüberwachungsschaltung 106 und
eine Betriebssteuerschaltung 107.
-
Der Rücksetzeingangsanschluß 102 ist
mit der MPU 105 und der Taktüberwachungsschaltung 106 verbunden,
und der Dateneingangs-/-ausgangsanschluß 103 ist mit der
MPU 105 verbunden. Ferner ist die MPU 105 mit
der Takterzeugungsschaltung 104 und auch mit der Betriebssteuerschaltung 107 verbunden.
Die Taktüberwachungsschaltung 106 ist auch
mit der Takterzeu gungsschaltung 104 und mit der Betriebssteuerschaltung 107 verbunden.
-
Die Takterzeugungsschaltung 104 ist
z. B. mit einem (nicht gezeigten) Quarzoszillator versehen und so
angeordnet, daß sie
ein Taktsignal mit einer vorbestimmten Periode T erzeugt. Ein Computerprogramm
zur Verarbeitungssteuerung, z. B. Software oder Firmware, ist in
der MPU 105 installiert, und die MPU 105 arbeitet
geeignete Verarbeitungsschritte synchron zum Taktsignal ab, das
durch die Takterzeugungsschaltung 104 erzeugt wird.
-
Deutlich ist, daß die MPU 105 Verarbeitungsschritte
gemäß den verschiedenen
Arten von Daten abarbeitet, die von Dateneingangs-/-ausgangsanschlüssen 103 zugeführt werden,
und die resultierenden Daten von Dateneingangs-/-ausgangsanschlüssen 103 ausgibt.
Somit kann der Datenprozessor mit (nicht gezeigten) externen Vorrichtungen über die Dateneingangs-/-ausgangsanschlüsse 103 kommunizieren
und kann verschiedene Arten von Datenverarbeitungsschritten gemäß dieser
Kommunikation abarbeiten.
-
Bei Anliegen eines Rücksetzsignals
als Eingabe am Rücksetzeingangsanschluß 102 wird
das Rücksetzsignal
zur MPU 105 und zur Taktüberwachungsschaltung 106 geführt, wodurch
die MPU 105 und die Taktüberwachungsschaltung 106 zurückgesetzt
werden.
-
Die Taktüberwachungsschaltung 106 überwacht
die Periode des durch die Takterzeugungsschaltung 104 erzeugten
Taktsignals. Wird die Periode des Taktsignals kürzer als ein vorbestimmtes
Referenzzeitintervall, stellt die Taktüberwachungsschaltung 106 ein
Taktanomalitätssignal
für die
Betriebssteuerschaltung 107 bereit. Empfängt die
Betriebssteuerschaltung 107 das Taktanomalitätssignal
von der Taktüberwachungsschaltung 106,
hält sie
die durch die MPU 105 durchgeführte Verarbeitung zwangsweise
an.
-
Gemäß 2 verfügt die Taktüberwachungsschaltung dieser
Ausführungsform über einen Rücksetzeingangsanschluß 111,
einen Takteingangsanschluß 112,
einen Signalausgangsanschluß 113,
eine Flipflip- (im folgenden kurz FF) Schaltung 114, ei ne
Signalverzögerungsschaltung 115,
eine FF-Schaltung 116, eine Exklusiv-ODER-Schaltung 117,
ein Inverterelement 118, ein Inverterelement 119 und
eine FF-Schaltung 120.
-
Der Rücksetzeingangsanschluß 111 ist
mit dem Rücksetzanschluß der FF-Schaltung 114,
dem Setzanschluß der
FF-Schaltung 116 und dem Rücksetzanschluß der FF-Schaltung 120 verbunden.
Der Takteingangsanschluß 112 ist
mit den Taktanschlüssen
der FF-Schaltung 114 und FF-Schaltung 116 und mit
dem Taktanschluß der
FF-Schaltung 120 über das
Inverterelement 119 verbunden. Der Signaleingangsanschluß der FF-Schaltung 114 und
der Signalausgangsanschluß der
FF-Schaltung 116 sind über
ein Rückkoppltingssignal 121 miteinander
verbunden. Außerdem
sind der Signalausgangsanschluß der
FF-Schaltung 114 und der Signaleingangsanschluß der FF-Schaltung 116 über die
Signalverzögerungsschaltung 115 verbunden.
-
Die Signalausgangsanschlüsse der FF-Schaltung 114 und
FF-Schaltung 116 sind jeweils mit einem jeweiligen Signaleingangsanschluß der Exklusiv-ODER-Schaltung 117 verbunden.
Der Signalausgangsanschluß der
Exklusiv-ODER-Schaltung 117 ist mit dem Signaleingangsanschluß der FF-Schaltung 120 über das
Inverterelement 118 verbunden. Der Signalausgangsanschluß der FF-Schaltung 120 ist
mit dem Signalausgangsanschluß 113 verbunden,
und der Signalausgangsanschluß 113 ist mit
der Betriebssteuerschaltung 107 (1) verbunden.
-
Die FF-Schaltung 114 wird
durch das Rücksetzsignal
zurückgesetzt.
Die FF-Schaltung 114 ist so angeordnet, daß sie ein
Ausgangssignal Q2 der FF-Schaltung 116 als
Eingangssignal D1 empfängt. Danach führt sie
eine Zwischenspeicherung des Eingangssignals D1 bei
der steigenden Flanke eines Eingangstaktsignals CLK durch und führt ein
Ausgangssignal Q1 als Eingangssignal zur
Signalverzögerungsschaltung 115.
-
Die Signalverzögerungsschaltung 115 besteht
aus zwei Inverterelementen, die in Reihe verbunden sind. Die Signalverzögerungsschaltung 115 verzögert das
Ausgangssignal Q1 von der FF-Schaltung 114 um
ein vorbestimmtes Zeitintervall und führt ein Eingangssignal D2 zur FF-Schaltung 116. Diese Verzögerungszeit
muß kürzer als
die Periode des normalen Taktsi gnals und länger als die minimale Periode
des Taktsignals eingestellt sein, bei der die MPU 105 normal
arbeiten kann.
-
Die FF-Schaltung 116 ist
so angeordnet, daß sie
durch das Rücksetzsignal
zurückgesetzt
wird, das Eingangssignal D2 empängt, das
Eingangssignal D2 bei der steigenden Flanke
des empfangenen Taktsignals CLK zwischenspeichert und ein Ausgangssignal
Q2 als Ausgabe bereitstellt. Das Ausgangssignal Q2 wird als Eingangssignal D1 zur
FF-Schaltung 114 geführt.
Die Exklusiv-ODER-Schaltung 117 führt eine Exklusiv-ODER-Verknüpfung des
Ausgangssignals Q1 von der FF-Schaltung 114 mit
einem Ausgangssignal Q2 von der FF-Schaltung 116 durch
und stellt das resultierende Signal als Ausgabe bereit. Das Inverterelement 118 dient
zum Invertieren des Ausgangssignals der Exklusiv-ODER-Schaltung 117 und führt das
resultierende Signal als Eingangssignal D, zur FF-Schaltung 120.
-
Die FF-Schaltung 120 ist
so angeordnet, daß sie
durch das Rücksetzsignal
zurückgesetzt
wird, das Eingangssignal D, empfängt,
das vom Inverter 118 ausgegeben wird, das Eingangssignal
D3 bei der steigenden Flanke des Taktsignals
CLK zwischenspeichert, das durch das Inverterelement 119 invertiert
wurde, und ein Ausgangssignal Q, als Ausgabe bereitstellt. Das Ausgangssignal
Q, der FF-Schaltung 120 wird zur Betriebssteuerschaltung 107 über den Signalausgangsanschluß 113 geführt.
-
Anhand von 3 wird im folgenden der Betrieb dieser
Ausführungsform
beschrieben. Nach Empfang eines Taktsignals mit einer vorbestimmten Periode
T am Takteingangsanschluß 112 zur
Zeit t, wird das Ausgangssignal Q2 (Eingangssignal
D1) der FF-Schaltung 116 durch
die FF-Schaltung 114 bei der steigenden Flanke des Taktsignals
CLK zwischengespeichert und als Ausgangssignal Q1 erzeugt.
-
Das Ausgangssignal Q1 der
FF-Schaltung 114 wird durch die Signalverzögerungsschaltung
115 um ein vorbestimmtes Zeitintervall verzögert. Die FF-Schaltung 116 empfängt das
verzögerte
Signal, d. h. das Eingangssignal D2, bei
der steigenden Flanke des Taktsignals CLK und stellt das Signal
als Ausgangssignal Q2 bereit.
-
Ist die Periode des Taktsignals CLK
länger als
die Verzögerungszeit
der Signalverzögerungsschaltung 115,
wird das Ausgangssignal Q1 der FF-Schaltung 114 ein
Signal, das die invertierte Logik des Ausgangssignals Q2 der
FF-Schaltung 116 ist. Außerdem wird das Ausgangssignal
Q2 der FF-Schaltung 116 ein Signal,
das die invertierte Logik des Ausgangssignals Q1 der
FF-Schaltung 114 ist. Folglich wird das Ausgangssignal
der Exklusiv-ODER-Schaltung 117 auf einem logischen Tiefpegel
gehalten.
-
Sind aber der Betrieb der FF-Schaltung 114 und
der Betrieb der FF-Schaltung 116 nicht ganz genau synchronisiert,
tritt Spike-Rauschen im Ausgangssignal D3 der
Exklusiv-ODER-Schaltung 117 auf,
auch wenn die Periode des Taktsignals CLK länger als die Verzögerungszeit
der Signalverzögerungsschaltung 115 ist.
In einer Taktüberwachungsschaltung
als Ausführung
der Erfindung empfängt aber
die FF-Schaltung 120 als ihr Eingangssignal D3 das
Ausgangssignal der Exklusiv-ODER-Schaltung 117, das durch
das Inverterelement 118 invertiert wurde, und durch Anpassen
des Logikpegels des Ausgangssignals Q3 an
den Logikpegel des Eingangssignals D, an der steigenden Flanke des
Taktsignals CLK, das durch das Inverterelement 119 invertiert
wird. Das Spike-Rauschen, das im Ausgangssignal D3 der
Exklusiv-ODER-Schaltung 117 infolge des Taktungsfehlers
zwischen der FF-Schaltung 114 und der FF-Schaltung 116 auftritt,
wird beseitigt.
-
Ist die Periode des Taktsignals CLK
kürzer als
die Verzögerungszeit
der Signalverzögerungsschaltung 115 zur
Zeit t2, werden das Ausgangssignal Q1 der FF-Schaltung 114 und das Ausgangssignal
Q2 der FF-Schaltung 116 zwischen
der Zeit t2 und der Zeit t3 beide
tiefpeglig. Somit wird das Eingangssignal D, der FF-Schaltung 120 hochpeglig.
Das Ausgangssignal Q3 wird ebenfalls hochpeglig,
und ein Taktanomalitätssignal
wird vom Ausgangsanschluß 113 zur Betriebssteuerschaltung 107 als
Ausgabe gesendet. Die Betriebssteuerschaltung 107 empfängt das
Taktanomalitätssignal
und hält
den Betrieb der MPU 105 zwangsweise an, was Überlauf
der MPU 105 zuverlässig
verhindert.
-
Kehrt die Periode des Taktsignals
CLK zur Zeit t, zu T zurück,
arbeitet die Taktüberwachungsschaltung 106 wie
zuvor beschrieben.
-
Da ferner in der Taktüberwachungsschaltung 106 dieser
Ausführungsform
die Sigralverzögerungsschaltung 115 durch
Logikschaltungen gebildet ist, variiert die Verzögerungszeit der Signalverzögerungsschaltung 115 nicht
analog, und da die Taktüberwachungsschaltung
selbst digitale Schaltungen aufweist, kann die Taktüberwachungsschaltung 106 stabil
arbeiten.
-
Die Erfindung ist nicht auf die zuvor
beschriebene Ausführungsform
beschränkt
und ermöglicht Abwandlungen
innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung. Obwohl die Signalverzögerungsschaltung 115 durch
Logikschaltungen gebildet ist und die Taktüberwachungsschaltung 106 vollständig durch digitale
Schaltungen in der zuvor beschriebenen Ausführungsform gebildet ist, kann
auch eine analoge Signalverzögerungsschaltung
mit z. B. Widerständen
und Kondensatoren oder eine Signalverzögerungsschaltung mit einer
langen Verdrahtung verwendet werden.
-
Obwohl ferner eine Anordnung beschrieben wurde,
in der ein Datenprozessor in einer Takterzeugungsschaltung eingebaut
ist, kann das Datenverarbeitungssystem 200 so gebildet
sein, daß es
einen Datenprozessor 201 aufweist, in dem keine Takterzeugungsschaltung
eingebaut ist, was 4 zeigt.
-
Das Datenverarbeitungssystem 200 weist eine
Hauptvorrichtung 202 auf, die mit dem Datenprozessor 201 als
untergeordnete Vorrichtung ausgestattet sein kann, und die Hauptvorrichtung 202 weist
eine Takterzeugungsschaltung 104 und einen Taktausgangsanschluß 203 auf.
Der Datenprozessor 201 kann einen Takteingangsanschluß 204 aufweisen,
und der Takteingangsanschluß 204 und
der Taktaungangsanschluß 203 sind
dann miteinander verbunden, wenn der Datenprozessor 201 die
Hauptvorrichtung 202 aufweist.
-
Das durch die Takterzeugungsschaltung 104 der
Hauptvorrichtung 202 erzeugte Taktsignal wird vom Taktausgangsanschluß 203 zum
Takteingangsanschluß 204 des
Datenprozes- sors 201 geführt, und jeder
der Abschnitte 105 bis 107 der Datenverarbeitungsvorrichtung 201 arbeitet
synchron zum Taktsignal.
-
Wie zuvor beschrieben wurde, wird
ein Taktsignal von der Hauptvorrichtung 202 zum Datenprozessor 201 im
Datenverarbeitungssystem 200 geführt. Mit einer solchen Konfiguration
kann der Datenprozessor 201 aber Hauptvorrichtungen vielfältiger Standards
akzeptieren, und ein Taktsignal mit einer Periode, die kürzer als
die vorbestimmte Periode ist, wird möglicherweise zum Datenprozessor 201 geführt. Um
dies zu vermeiden, weist die Datenverarbeitungsvorrichtung 201 die
Taktüberwachungsschaltung 106 und
die Betriebssteuerschaltung 107 auf und verhindert so Überlauf
der MPU 105.
-
Obwohl die FF-Schaltung 114 und
die FF-Schaltung 116 so gestaltet sind, daß sie bei
der steigenden Flanke des Taktsignals CLK arbeiten, und die FF-Schaltung 120 so
gestaltet ist, daß sie
bei der fallenden Flanke des Taktsignals CLK in der Taktüberwachungsschaltung 106 dieser
Ausführungsform arbeitet,
können
die FF-Schaltung 114 und die FF-Schaltung 116 so
gestaltet sein, daß sie
bei der fallenden Flanke des Taktsignals CLK arbeiten, und die FF-Schaltung 120 kann
so gestaltet sein, daß sie bei
der steigenden Flanke des Taktsignals CLK arbeitet. Außerdem können invertierte
Ausgangssignale Q als Ausgangssignale
der FF-Schaltung 114, FF-Schaltung 116 bzw. FF-Schaltung 120 anstelle der
Ausgangssignale Q1, Q2 und
Q3 verwendet werden.
-
Während
bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung spezifisch beschrieben wurden, dient diese Beschreibung
nur zur Veranschaulichung, und es sollte deutlich sein, daß Änderungen
und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang
der Erfindung gemäß den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.