用于支撑和监视微控制器的电路装置和方法.pdf

一种支撑和监视微控制器的电路装置，其构建在微控制器的外部，该电路装置包括用于监视微控制器的监察电路和中断电路，该监察电路在监察周期没有被微控制器复位时输出一个误差信号，该中断短路在处理中断事件时输入重要系统消息到微控制器。为了正确结合中断处理和监察操作，该监察电路与中断电路相连，并且它们以中断电路在监察周期内至多输入预定数量的中断事件到微控制器的方式配合。

1.  一种支撑和监视微控制器的电路装置(100)，该电路装置构建在微控制器(10)的外部，具有：
-监视微控制器(10)的监察电路，如果在监察周期内没有被微控制器(10)复位(14)，则该电路输出一个误差信号，以及
-中断电路，当处理中断事件时，其输入(12)重要系统消息到微控制器(10)，
其特征在于监察电路与中断电路相连，并且它们以中断电路在监察周期内至多输入预定数量的中断事件到微控制器(10)的方式配合。

2.  一种支撑和监视微控制器的电路装置(100)，该电路装置构建在微控制器(10)的外部，具有：
-监视微控制器(10)的监察电路，如果在监察周期内没有被微控制器(10)复位(14)，该电路输出一个误差信号，以及
-具有各种中断源的中断电路，当处理中断事件时，其输入(12)重要系统消息到微控制器(10)，
其特征在于中断源指定优先级，为至少一个优先级设定每个监察周期内的预定最大数目的中断事件，以及
监察电路与中断电路相连，它们以下列方式配合，其中中断电路
-对于具有设定最大数目的优先级，一个监察周期内至多输入该最大数目的相关中断源的中断事件到微控制器(10)，以及
-对于没有设定最大数目的优先级，输入所有的相关中断源的中断事件到微控制器(10)。

3.  如权利要求2所述的电路装置(100)，其特征在于优先级包括一个最高优先级，对于该最高优先级没有设定最大数目。

4.  如权利要求3所述的电路装置(100)，其特征在于每个中断源要么指定为最高优先级，要么指定为第二较低优先级，对于该第二优先级设定预定最大数目。

5.  如前面任何一个权利要求所述的电路装置(100)，其特征在于电路装置(100)是收发器，其包括所有外围元件以构成总线节点。

6.  如前面任何一个权利要求所述的电路装置(100)，其特征在于电路装置(100)包括用于微控制器的电压电源。

7.  如权利要求3或回引权利要求3的权利要求所述的电路装置(100)，其特征在于电源电压的失效构成最高优先级的中断源。

8.  如权利要求7所述的电路装置(100)，其特征在于提供非易失性存储器(16)，在电源电压失效的事件中微控制器(10)存储重要数据在非易失性存储器(16)中。

9.  一种支撑和监视微控制器的方法，其中
-微控制器被监察电路监视，如果在监察周期内没有被微控制器复位则该监察电路输出一个误差信号，和
-当处理中断事件时，重要系统消息被中断电路输入到微控制器，
其特征在于监察电路和中断电路以在一个监察周期内中断电路至多输入预定数目的中断事件到微控制器的方式配合。

10.  一种支撑和监视微控制器的方法，其中
-微控制器被监察电路监视，如果在监察周期内没有被微控制器复位则该监察电路输出一个误差信号，和
-当处理中断事件时，重要系统消息被具有各个中断源的中断电路输入到微控制器，
其特征在于中断源指定优先级，为至少一个优先级设定每个监察周期的预定最大数目的中断事件，以及
监察电路与中断电路以下列方式配合，其中微控制器
-对于具有设定最大数目的优先级，每个监察周期内中断电路至多输入该最大数目的中断事件到微控制器，以及
-对于没有设定最大数目的优先级，中断电路输入相关中断源的所有中断事件到微控制器。

用于支撑和监视微控制器的电路装置和方法
本发明涉及支撑和监视微控制器的电路装置和方法。该电路装置构建在微控制器外部，包括用于监视微控制器的监察电路(看门狗电路)和中断电路，该监察电路在监察周期内没有被微控制器复位时输出一个误差信号，该中断电路在处理中断事件时输入重要的系统消息到微控制器。
当今，特别是汽车工业中的现代控制设备或微控制器中的软件，作为一个规则，被监察电路或复位电路监视。在无错操作时，监察电路在给定的时间窗口即监察周期内被控制设备或微控制器定期复位。如果没有发生定期复位，那么检测到误差，监察电路输出一个相应的误差信号。例如该误差信号可以触发控制设备或微控制器的重新启动。
因此，控制设备的软件必须不超过监察周期内给定的最大运行时间。这方面，例如涉及中断这样的不可预知事件的处理是有问题的。例如为了确保遵守最大运行时间，软件设计者可以限制每个监察周期处理的中断的数目。
如果在一个监察周期发生多个中断，这可能就是最后的中断必须等待直到下一个监察周期开始的情况。因为中断事件的不可预知性，中断的直接处理是不可能的。因此非常紧急的中断事件(例如电源电压丢失)不再被及时处理的风险增加，这意味着重要系统消息或数据可能丢失。
原则上，对于微处理器存在两种不同方法处理输入的消息。轮询方法中，指向微处理器的消息被存储在一个缓冲器中，该处理器定期检查以察看需要处理的消息是否已经到达。该方法具有这样的缺点：如果处理器相对来讲很少检查缓冲器，在消息到达和对其处理之间可能经历了很长时间。另一方面，如果处理器相对频繁地检查，消息的响应时间缩短，但频繁的检查导致对处理器的计算时间要求很高，这样留给其他任务的时间就较少。
第二种方法中，输入的消息触发一个中断，它中断处理器正在运行的程序以处理接收到的消息。该方法具有这样的优点：消息的响应时间很短，当消息实际存在时处理器仅被处理一条消息占用。然而，其缺点在于当消息相对频繁地到达时运行的程序持续被中断。
为了能够在多处理器环境中有效地交换消息，O.Maquelin，G.R.Gao，H.H.J.Hum，K.B.Theobald和X.Tian在1996年5月的23rdAnnual International Symposium on Computer Architecture，Philadelphia，Pennsylvania，U.S.A的179-188页上发表的文章“Polling Watchdog：Combining Polling and Interrupts forEfficient Message Handling”中提出根据轮询方法定期读出输入消息和在每个消息到达的同时启动监察器而消除上述两个方法的缺点，该监察器确保了已经接收的消息的响应时间不超过设定值。如果消息在正常工作时间处理，则监察器停止。否则，监察器触发一个中断，它迫使处理器立即处理该消息。这样，处理器工作量保持在低的水平，同时确保了消息的响应时间不超过给定数值。
美国专利US 6 505 298 B1公开了一种设备，它能够通过监察器监视一个操作系统。监察器周期性地启动一个中断程序，这可以通过访问特定寄存器获得而不管操作系统是否仍在正确工作。如果情况不符，计算机复位。在该专利说明书中没有提出特定的中断控制。
本发明的一个目的是提供一种上述类型的改进的控制电路，使用该控制电路，中断处理和监视操作可以正确地结合。
该目的通过具有权利要求1或2中指定特征的控制电路以及具有权利要求9或权利要求10中指定方法步骤的方法实现。
此外，第一方面，本发明基于这样的事实，在上面讨论类型的控制电路中，监察电路与中断电路相连，并且它们以这样的方式配合：中断电路在监察周期内最多输入预定数目的中断事件到微控制器。每个监察周期内中断的数目由硬件装置限制。
根据第二方面，其中中断电路包括各种中断源，本发明建立在现有技术之上，其中中断源指定优先级，而且对于至少一个优先级，设置每个监察周期内的预定最大数目的中断事件。监察电路与中断电路相连，并以这种方式配合：对于设定最大数目的优先级，中断电路在监察周期内最多输入该最大数目的相关中断源的中断事件到微控制器，对于没有设定最大数目的优先级，输入所有相关中断源的中断事件到微控制器。这样至少对于一个优先级，每个监察周期内中断的数目由硬件装置限制。
这样，仅给定限制定额的中断可以指定具有固定最大数目的优先级。通过累加每个优先级的最大数目，软件设计者可以可靠地评估每个监察周期的总中断数目。由此中断事件的发生在相当程度上是可以计算的，所以能够快速和直接处理中断。为中断源指定不同优先级具有其他优势，即不同中断组可以相互分离，以便防止单个中断源妨碍整个中断系统。
本发明的优选研发方案和进一步的实施例由从属权利要求3到8给出。
根据权利要求3地优选研发方案，优先级包括最高优先级，对于该最高优先级没有设置最大数目。特别紧急的中断可以设定为该优先级，甚至当所有其他级的中断定额已经用完时它仍能被快速处理。
根据权利要求4的优选措施，每个中断源要么指定为最高优先级要么指定为第二、较低优先级，对于该第二、较低优先级设置预定最大数目。尤其是，第二优先级的最大数目可以是1，使得在每个监察周期仅可以触发单个相对不重要的中断。这确保了微控制器总是快速响应最高优先级的重要中断，不被较不重要的中断的处理妨碍。
根据权利要求5的优选其他实施例，电路装置是收发器，它包括所有外围元件以构成总线节点。
尤其是，该电路装置可以包括微控制器的电压电源，如权利要求6所述。
根据权利要求7所述的优选其他实施例，电源电压的失效构成最高优先级的中断源。该措施确保了甚至在最大数目的其他中断源的中断已经到达时，微控制器仍可以在正常工作时间对这样的失效进行响应。
根据权利要求8的优选实施例，提供非易失性存储器，在电源电压失效事件中微控制器存储重要的数据在该非易失性存储器中。因为微控制器电压一般由电容器缓冲，如果相应的中断命令在正常工作时间处理，则存在足够的时间执行这种数据存储。
权利要求9和10分别是关于支撑和监视根据本发明的第一和第二方面的微控制器的方法。
参考附图中示出的实施例实例，本发明将得到进一步描述，然而本发明不受这些附图的限制。单个图示画出了微控制器的示意性框图，该微控制器由根据本发明实施例实例的基本芯片(base chip)支撑和监视。
单个图示是基本芯片100的框图，其支撑和监视微控制器10。基本芯片100是收发器，它包括所有的外围元件以构成总线节点，例如监察器、复位逻辑和微控制器10的电源电压。基本芯片100用监察器监视软件并通过数据线12在中断的帮助下告知微控制器10系统中的重要处理过程。
基本芯片100的监察器由微控制器10通过连接线14在每个监察周期后复位。如果没有及时复位，监察电路检测一个误差并输出相应的误差信号。
可以产生中断的硬件耦合到该监察器。根据本发明，该硬件的不同中断源分成优先级，每个优先级在每个监视周期具有给定的中断定额。仅最高优先级(指定给最重要的中断源)具有不受限制的定额。这样，软件设计者可以可靠地评估每个监察周期的总中断数目。
例如重要的系统消息可能是电池电压失效。因此电池误差中断指定为最高优先级，这样甚至在所有其他优先级的中断定额已经用完时仍能足够快速地处理。因为微控制器10的电源由电容器(未示出)缓冲，在这种情况下重要的数据仍可以在非易失性存储器16中快速存储。
尽管特别参考优选实施例实例已经阐述和描述了本发明，但很明显对于本领域技术人员来说，可以不偏离本发明的概念和范围进行形式和细节上的修改。因此，本发明的公开说明不起限制作用，而是意欲说明下面权利要求中所述的本发明的范围。
参考数字列表
10   微控制器
12   到微控制器的数据线
14   用于复位监察器的连接线
16   非易失性存储器
100  基本芯片