DE2842392C2

DE2842392C2 - Überwachungseinrichtung für programmgesteuerte Vorrichtungen

Info

Publication number: DE2842392C2
Application number: DE19782842392
Authority: DE
Inventors: Jörg Ing.(grad.) 7518 Bretten Birmelin; Georg 8431 Berg Haubner; Günther Dipl.-Ing. 7251 Ditzingen Hönig; Uwe Dr.-Ing. 7140 Ludwigsburg Kiencke; Akfred Dipl.-Ing. 7141 Oberriexingen Schulz; Manfred Dipl.-Phys. Dr. 7016 Gerlingen Schwab; Jürgen Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg Wesemeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-09-29
Filing date: 1978-09-29
Publication date: 1987-04-16
Also published as: JPS5569810A; DE2842392A1

Description

Die Erfindung geht aus von einer Überwachungseinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.
Es ist bekannt, bei programmgesteuerten Vorrichtungen Überwachungseinrichtungen vorzusehen, die einen ordnungsgemäßen Ablauf des Programms überwachen. Hierzu ist es beispielsweise bekannt, sogenannte Testprogramme ablaufen zu lassen, bei denen alle Funktionen der programmgesteuerten Vorrichtung nachgebildet werden. Je nach Art des dabei auftretenden Fehlersignals ist es dann möglich, den Fehler im Programm zu lokalisieren. Diese Art der Überwachung hat jedoch den Nachteil, daß die programmgesteuerte Vorrichtung für die Dauer der Überwachung durch das Testprogramm vollständig beansprucht wird, was insbesondere bei solchen Vorrichtungen, bei denen eine ununterbrochene Verarbeitung der Daten von Wichtigkeit ist, zu Schwierigkeiten führen kann.
Es ist weiterhin bekannt, programmgesteuerte Vorrichtungen derart zu überwachen, daß bei jedem Programmdurchlauf ein Kontrollimpuls gesetzt wird, um ein vollständiges Durchlaufen des Programms anzuzeigen. Verwendet man jedoch ein derartiges Kontrollsignal zur laufenden Überwachung der Vorrichtung, kann dies ohne Einsatz weiterer Mittel dazu führen, daß die Vorrichtung auch bei kurzzeitigen Störungen außer Betrieb gesetzt wird.
Dies ist jedoch insbesondere bei solchen programmgesteuerten Vorrichtungen von Nachteil, die in stark störverseuchter Umgebung arbeiten, beispielsweise von Mikroprozessoren gesteuerten Systemen in Kraftfahrzeugen. Bei diesen müssen aus Sicherheitsgründen Überwachungseinrichtungen vorgesehen werden, die eine Fehlererkennung aufweisen, die bei Ausfall oder Störung der Steuerung des Fahrzeuges durch Auslösen von Sicherungen einen sicheren Betriebszustand des Kraftfahrzeuges herbeiführen und eventuell für nicht sicherheitskritische Systemfunktionen eine Notfunktion starten, die eine Weiterfahrt zur nächsten Werkstatt gestatten. Da dieser Störfall mit erheblichen Kosten für den Anwender verbunden ist, ist es notwendig, das Ansprechen derartiger Überwachungseinrichtungen auf die Fälle zu beschränken, in denen das Steuergerät nicht mehr funktionsfähig ist. Der Ausfall eines der eingangs geschilderten Kontrollimpulse ist hierfür jedoch kein sicheres Kriterium, da aufgrund der in Kraftfahrzeugen auftretenden unverhältnismäßig hohen Störpegel kurzzeitige, nicht systembedingte Betriebsstörungen und damit Ausfälle von Kontrollimpulsen möglich sind, die ihre Ursache jedoch nicht in einer Funktionsunfähigkeit des Steuergerätes haben.
Aus der Zeitschrift Elektronik-Praxis, Nr. 6, Juni 1978, Seiten 16, 18, ist eine Überwachungsschaltung bekannt, mit der es möglich ist, dann einen Rücksetzimpuls für den Mikroprozessor abzugeben, wenn während eines Programmdurchlaufs wenigstens ein Kontrollsignal ausbleibt. Durch das Rücksetzsignal wird dann ein neuer Programmdurchlauf gestartet. Eine so ausgebildete Überwachung ist zwar in vielen Fällen hinreichend, erfüllt jedoch nicht immer alle Anforderungen, die an eine Überwachungseinrichtung, insbesondere in Kraftfahrzeugen, gestellt wird.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die vorbekannte Überwachungseinrichtung so weiterzubilden, daß die Betriebssicherheit von mikroprozessorgesteuerten Systemen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, weiter erhöht wird. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.
Die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine synchrone Auslösung des Programmdurchlaufs ermöglicht wird, so daß der Programmablauf zu definierten Zeitpunkten beginnt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 den Stromlaufplan einer Überwachungseinrichtung;
Fig. 2 den Stromlaufplan einer RESTART-Schaltung.
In Fig. 1 ist mit 10 eine programmgesteuerte Vorrichtung, beispielsweise ein von Mikroprozessoren gesteuertes System in einem Kraftfahrzeug, dargestellt. Die programmgesteuerte Vorrichtung 10 weist eine zu jedem Zeitpunkt setzbare monostabile Kippstufe (sogenanntes retriggerbares Monoflop) 101 auf. Eine derartige monostabile Kippstufe 101 hat die Eigenschaft, im gesetzten Zustand zu verharren, wenn während der Standzeit weitere Setzimpulse angelegt werden. Dabei wird von jedem neuen Setzimpuls die monostabile Kippstufe 101 wiederum für die gesamte Standzeit gesetzt. Dies bedeutet, daß die monostabile Kippstufe 101 nur dann abfällt, wenn während einer Zeit, die größer als die Standzeit ist, einmal kein neuer Setzimpuls angelegt wird. Der invertierte Ausgang &wedgeq; der monostabilen Kippstufe 101 ist mit dem Setzeingang S einer weiteren monostabilen Kippstufe 11 sowie dem Takteingang eines JK-Flipflops 13, das als Koinzidenzschaltung 12 dient, verbunden. Der Ausgang des JK-Flipflops 13 ist an einen Eingang eines ODER-Gatters 14 angeschlossen, mit dessen Ausgang eine Notschalteinrichtung 15, im dargestellten Ausführungsbeispiel ein Schalter 16 mit Ruhekontakt, ansteuerbar ist. Der J-Eingang des JK-Flipflops 13 ist an den Ausgang Q der weiteren monostabilen Kippstufe 11 angeschlossen, der gleichzeitig mit einem invertierten Eingang eines UND-Gatters 17 verbunden ist. Ein weiterer invertierter Eingang des UND-Gatters 17 ist mit dem Ausgang Q der monostabilen Kippstufe 101 verbunden. Dieser ist weiterhin über ein RC-Glied 18, 19 an einen Eingang eines NAND- Gatters 20 gelegt, dessen zweiter Eingang mit dem invertierten Ausgang &wedgeq; der monostabilen Kippstufe 101 verbunden ist. Der Ausgang des NAND-Gatters 20 ist mit einem Eingang (RESTART-Eingang) 102 der programmgesteuerten Vorrichtung 10 verbunden, über den der programmgesteuerten Vorrichtung 10 Schaltbefehle für einen erneuten Durchlauf des Programms zuführbar sind. Es ist weiterhin ein aus einem RC-Glied 22, 23 bestehendes Zeitglied vorgesehen, das über eine Klemme 21 mit der Versorgungsspannung der Überwachungseinrichtung beschaltbar ist und dessen Ausgang über einen Invertierer 24 mit einem dritten invertierten Eingang des UND-Gatters 17 sowie dem Reset-Eingang R des JK-Flipflops 13 verbunden ist. Schließlich ist ein dritter Eingang des ODER-Gatters 14 auf eine Klemme 25 geführt.
Die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist wie folgt:
Wie bereits ausgeführt, ist die monostabile Kippstufe 101 der programmgesteuerten Vorrichtung 10 als retriggerbares Monoflop ausgebildet, d. h., daß in ordnungsgemäßem Betrieb der programmgesteuerten Vorrichtung 10 dem Setzeingang S bei jedem Programmdurchlauf wenigstens ein Kontrollimpuls zugeführt wird, wobei die Standzeit der monostabilen Kippfstufe 101 größer als die Zykluszeit der Kontrollimpulse bemessen ist, so daß die monostabile Kippstufe 101 bei störungsfreiem Betrieb im gesetzten Zustand statisch verharrt. Am Ausgang Q liegt dann ein positives logisches Signal an, am invertierten Ausgang &wedgeq; liegt ständig logisch 0. Fällt nun aufgrund irgendeiner Störung ein Kontrollimpuls aus, fällt die monostabile Kippstufe 101 ab und am invertierten Ausgang &wedgeq; liegt logisch 1. Dadurch wird der Takteingang des JK -Flipflops 13 angesteuert und die weitere monostabile Kippstufe 11 gesetzt. Aufgrund der Verzögerung, mit der das Signal logisch 1 am Ausgang der weiteren monostabilen Kippstufe 11 erscheint, wird das JK-Flipflop 13 jedoch noch nicht gesetzt. Die Standzeit der weiteren monostabilen Kippstufe 11 ist wesentlich größer bemessen als die der monostabilen Kippstufe 101. Typischerweise beträgt beispielsweise die Zykluszeit der Kontrollimpulse 8 ms, die Standzeit der monostabilen Kippstufe 101 12 ms und die Standzeit der weiteren monostabilen Kippstufe 11 50 ms. Beim Abfallen der monostabilen Kippstufe 101 wird über das Funktionsglied, bestehend aus dem RC-Glied 18, 19 sowie dem NAND-Gatter 20, ein kurzer negativer Impuls erzeugt, der dem Eingang 102 der programmgesteuerten Vorrichtung 10 zugeführt wird und ein erneutes Starten des Programms bewirkt. Wird das Programm beim erneuten Durchlauf fehlerfrei durchlaufen, wird die monostabile Kippstufe 101 wieder gesetzt. Tritt jedoch ein erneuter Ausfall eines Kontrollimpulses während der durch die weitere monostabile Kippstufe 11 bestimmten Standzeit von beispielsweise 50 ms auf, erscheint am invertierten Ausgang &wedgeq; der monostabilen Kippstufe 101eine Schaltflanke und das JK-Flipflop 13 wird nun umgeschaltet. In diesem Fall wird über das ODER-Gatter 14 die Notschalteinrichtung 15 betätigt. Beispielsweise kann der Schalter 16 mit einem Ruhekontakt aufgetrennt werden, der in der Stromversorgung der programmgesteuerten Vorrichtung 10 angeordnet ist.
Es ist jedoch auch möglich, daß nach erneutem Starten des Programms überhaupt kein weiterer Kontrollimpuls mehr auftritt. In diesem Falle bleibt der Ausgang Q der monostabilen Kippstufe 101 statisch auf 0, der Ausgang Q der weiteren monostabilen Kippstufe 11 geht nach deren Standzeit ebenfalls auf 0. Dies bedeutet, läßt man einmal den dritten invertierten Eingang außer Betracht, daß das UND-Gatter 17 durchschaltet und ebenfalls über das ODER-Gatter 14 die Notschaltfunktion auslöst.
Handelt es sich jedoch beim ersten Ausfall des Kontrollimpulses um eine vorübergehende Störung, und treten während der Standzeit der weiteren monostabilen Kippstufe 11 keine weiteren Ausfälle mehr auf, werden beide Eingänge des JK-Flipflops 13 mit 0 beaufschlagt, so daß dieses nicht mehr umschaltet und auch die beiden ersten Eingänge des UND-Gatters 17 werden mit einem 0- bzw. 1-Signal beaufschlagt, so daß auch über das UND-Gatter 17 kein Auslösesignal mehr auf die Notschalteinrichtung 15 gelangt. Die Überwachungseinrichtung, die durch den Ausfall des ersten Kontrollimpulses gesetzt wurde, wird demnach in diesem Betriebsfall nach Ablauf der Standzeit der weiteren monostabilen Kippstufe 11 von selbst desaktiviert. Es ist außerdem möglich, ein Signal über die Klemme 25 dem dritten Eingang des ODER-Gatters 14 und dem PRESET-Eingang P des JK-Flipflops 13 zuzuführen, um die Notschalteinrichtung 15 in Abhängigkeit von anderen Kriterien anzusteuern.
Um zu vermeiden, daß die erfindungsgemäße Überwachungseinrichtung bei jeder Inbetriebnahme der programmgesteuerten Vorrichtung 10 anspricht, wird die Versorgungsspannung auf die Klemme 21 geführt und erzeugt über das Zeitglied, bestehend aus dem RC-Glied 22, 23 und dem Invertierer 24, für eine kurze Zeit ein positives logisches Signal. Dies bewirkt einerseits, daß das JK-Flipflop 13 über den Reset-Eingang R angesteuert wird und damit nicht umgeschaltet werden kann, andererseits ist durch einen dritten invertierten Eingang des UND-Gatters 17 gewährleistet, daß auch dieses während der Einschaltphase nicht umgeschaltet werden kann. Nach einer durch das RC-Glied 22, 23 bestimmten Zeit verschwindet das Signal am Ausgang des Invertierers 24 und die Überwachungseinrichtung kann in der oben beschriebenen Weise ausgelöst werden.
Fig. 2 zeigt den Stromlaufplan einer RESTART-Schaltung, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung verwendet werden kann. Ein die Kontrollimpulse führender Ausgang der programmgesteuerten Vorrichtung 10 ist an ein Differenzierglied, bestehend aus einem Kondensator 30 und einem Widerstand 31 angeschlossen, das mit der Basis eines Transistors 32 verbunden ist. Der Kollektor dieses Transistors 32 liegt über einen Widerstand 33 an einem RC-Glied, bestehend aus einem Kondensator 34 und einem Widerstand 35, die in Serie mit einem Widerstand 36 zwischen Masse und eine an eine Klemme 37 gelegte Bezugsspannung geschaltet sind. Die Reihenschaltung von Kondensator 34 und Widerstand 35 ist einmal mit einer Zenerdiode 38 und zum anderen mit einem Kondensator 39 überbrückt. Der Verbindungspunkt von Kondensator 34 und Widerstand 35 ist über eine Diode 40 mit der Basis eines Transistors 41 verbunden, der mit einem anderen Transistor 42 in Reihe zwischen Masse und den einen neuen Programmdurchlauf bewirkenden Eingang (RESTART-Eingang) 102 der programmgesteuerten Vorrichtung 10 geschaltet ist.
Die Wirkungsweise der in Fig. 2 dargestellten Schaltung ist wie folgt:
Die bei ordnungsgemäßem Betrieb periodisch auftretenden Kontrollimpulse der programmgesteuerten Vorrichtung 10 werden differenziert und gelangen auf die Basis des Transistors 32, der dadurch periodisch durchgeschaltet wird und den Kondensator 34, der aus der an der Klemme 37 anliegenden Bezugsspannung aufladbar ist, periodisch entlädt. Die Kondensatorspannung überschreitet daher bei ordnungsgemäßem Betrieb der programmgesteuerten Vorrichtung 10 einen bestimmten Pegel nicht. Zum Schutz des RC-Gliedes 34, 35 gegen Störspannungsspitzen sind der Widerstand 36 sowie die Zenerdiode 38 und der Kondensator 39 vorgesehen. Die Spannung am Kondensator 34 wird über die Diode 40 auf die Basis des einen Transistors 41 übertragen. Bei ordnungsgemäßem Betrieb der programmgesteuerten Vorrichtung 10 ist der eine Transistor 41 gesperrt. Fällt jedoch ein Kontrollimpuls aus, steigt die Spannung am Kondensator 34 soweit an, daß der eine Transistor 41 durchgesteuert wird. Für einen erneuten Durchlauf des Programms ist ein kurzer negativer Impuls am RESTART-Eingang 102 erforderlich. Dies wird beispielsweise in einer programmgesteuerten Vorrichtung 10 in einem Kraftfahrzeug dadurch bewirkt, daß von einem Bezugsmarkengeber 43 kurzzeitig ein Impuls auf den anderen Transistor 42 übertragen wird. Ist der eine Transistor 41 aufgrund des Ausbleibens eines Kontrollimpulses durchgeschaltet, und wird der andere Transistor 42 durch den Bezugsmarkengeber 43 ebenfalls kurzzeitig durchgeschaltet, wird der RESTART-Eingang 102 kurzfristig mit Masse verbunden. Dies bewirkt einen erneuten Durchlauf des Programms in der programmgesteuerten Vorrichtung 10.

Claims

1. Überwachungseinrichtung für programmgesteuerte Vorrichtungen für von Mikroprozessoren gesteuerte Systeme, insbesondere in Kraftfahrzeugen, bei denen während eines Programmdurchlaufs wenigstens ein Kontrollsignal abnehmbar ist und bei denen bei Ausbleiben des Kontrollsignals durch Auslösen eines Startsignals der Programmdurchlauf erneut auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Auslösung des Programmdurchlaufs in Abhängigkeit von dem Signal eines mit dem System verbundenen Bezugsmarkengebers (43) durchführbar ist.

2. Überwachungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erneute Auslösung des Programmdurchlaufs von einer Serienschaltung zweier Transistoren (41, 42) bewirkt wird, von denen der eine Transistor (41) vom Startsignal und der andere Transistor (42) von dem Signal des Bezugsmarkengebers (43) ansteuerbar sind.