專利名稱：用于評(píng)價(jià)具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)的方法和設(shè)備的制作方法
背景技術(shù)：
由α粒子或者宇宙輻射所引起的瞬時(shí)故障日益成為集成半導(dǎo)體電路的問題。以下概率由于減小的結(jié)構(gòu)寬度、下降的電壓和更高的時(shí)鐘頻率而增加，即由α粒子或者宇宙輻射所引起的電壓峰值在集成電路中使邏輯值失真。結(jié)果可能是錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果。因此，在安全性重要的系統(tǒng)中、尤其是在汽車中，這種故障必須可靠地被檢測到。在其中必須可靠地檢測到電子設(shè)備的功能失誤的安全性重要的系統(tǒng)(諸如汽車中的ABS調(diào)節(jié)系統(tǒng))中，冗余度通常在這種系統(tǒng)的相應(yīng)的控制裝置中被用于故障識(shí)別。因此，例如在公知的ABS系統(tǒng)中，完整的微控制器分別是加倍的，其中冗余地計(jì)算所有ABS功能，并且對(duì)一致性進(jìn)行檢查。如果出現(xiàn)結(jié)果的不一致，則ABS系統(tǒng)被斷開。
一方面，微控制器的基本組件是存儲(chǔ)模塊(例如RAM、ROM、高速緩存)、核心和輸入/輸出接口、所謂的外圍設(shè)備(例如A/D轉(zhuǎn)換器、CAN接口)。由于存儲(chǔ)元件可以利用校驗(yàn)碼(奇偶或者ECC)有效地被監(jiān)控，并且外圍設(shè)備通常專用地作為傳感器或者執(zhí)行元件信號(hào)路徑的部分被監(jiān)控，所以在唯一地加倍微控制器的核心時(shí)存在其它的冗余方案。
這種具有兩個(gè)集成核心的微控制器也被稱為雙核結(jié)構(gòu)。兩個(gè)核心冗余地并且時(shí)鐘同步地(步鎖(Lockstep)模式)執(zhí)行相同的程序段，兩個(gè)核心的結(jié)果被比較，并且于是在對(duì)一致性進(jìn)行比較時(shí)，故障被識(shí)別。雙核系統(tǒng)的這種配置也被稱為比較模式。
在其它的應(yīng)用中，雙核結(jié)構(gòu)也被用于提高效率，也即用于提高性能。兩個(gè)核心執(zhí)行不同的程序、程序段和指令，由此能實(shí)現(xiàn)效率提高，因此雙核系統(tǒng)的這種配置可以被稱為性能模式。該系統(tǒng)也被稱為對(duì)稱多處理器系統(tǒng)(SMP)。
這種系統(tǒng)的擴(kuò)展是借助于對(duì)特定地址的訪問和專用的硬件設(shè)備通過軟件在這兩種模式之間的轉(zhuǎn)換。在比較模式中，核心的輸出信號(hào)被相互比較。在性能模式中，兩個(gè)核心作為對(duì)稱多處理器系統(tǒng)(SMP)工作，并且執(zhí)行不同的程序、程序段或者指令。
在其中應(yīng)用這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的汽車系統(tǒng)中，為了保障應(yīng)用應(yīng)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?。因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供能夠評(píng)價(jià)模式信息的方法和裝置。

發(fā)明內(nèi)容
有利地，應(yīng)用一種用于評(píng)價(jià)具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)的方法，其中，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在至少兩個(gè)工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且第一工作模式與比較模式相對(duì)應(yīng)，而第二工作模式與性能模式相對(duì)應(yīng)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化，該模式信號(hào)表明剛剛所處的工作模式，并且在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之外至少提供模式信號(hào)的變化和/或該模式信號(hào)本身用于進(jìn)行評(píng)價(jià)。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外部的組件中評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中在安全組件、尤其是監(jiān)視定時(shí)器中評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中在處理單元、尤其是第二計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中如下進(jìn)行評(píng)價(jià)，即僅僅在能被預(yù)定的工作模式之內(nèi)根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化來釋放能被預(yù)定的操作。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中如下進(jìn)行評(píng)價(jià)，僅僅在能被預(yù)定的工作模式之內(nèi)根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化來釋放外部組件的能被預(yù)定的功能。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中外部組件監(jiān)控到比較模式的變換。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中外部組件僅僅在能被預(yù)定的工作模式下被控制，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中外部組件包含信息，這些信息說明，通過哪些轉(zhuǎn)換信號(hào)、尤其是中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)工作模式的變換，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中外部組件僅僅在能被預(yù)定的工作模式下被控制，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中外部組件包含信息，這些信息說明，通過哪些轉(zhuǎn)換信號(hào)、尤其是中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)工作模式的變換，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中作為評(píng)價(jià)通過進(jìn)行問答通信來執(zhí)行故障識(shí)別。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中作為評(píng)價(jià)這樣執(zhí)行故障識(shí)別，使得將模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化與預(yù)定的信息進(jìn)行比較，并且在偏離或者一致時(shí)識(shí)別出故障。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中作為評(píng)價(jià)這樣執(zhí)行故障識(shí)別，使得將根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化構(gòu)成的信息與預(yù)定的信息進(jìn)行比較，并且在偏離或者一致時(shí)識(shí)別出故障。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化通過在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外部的組件來監(jiān)控工作模式的變換。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化通過至少一個(gè)附加信息來保障。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化通過以下方式來保障，即至少加倍模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化作為雙軌信號(hào)來保障。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中設(shè)置多于兩個(gè)的工作模式，在這些工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中為了表明相應(yīng)的工作模式設(shè)置能被配置的工作模式標(biāo)識(shí)。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中為了表明相應(yīng)的工作模式設(shè)置能被配置的指針變量。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化來執(zhí)行故障識(shí)別，其中在故障識(shí)別的范圍內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)故障信號(hào)。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中在外部組件中應(yīng)用計(jì)數(shù)器。
有利地，應(yīng)用一種方法，其中模式信號(hào)是這樣地多值的，使得通過模式信號(hào)能表示多于兩個(gè)的模式。
有利地，應(yīng)用一種用于評(píng)價(jià)具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)的設(shè)備，其中，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在至少兩個(gè)工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且第一工作模式與比較模式相對(duì)應(yīng)，而第二工作模式與性能模式相對(duì)應(yīng)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包含裝置，這些裝置這樣被構(gòu)造，使得這些裝置產(chǎn)生模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化，該模式信號(hào)表明剛剛所處的工作模式，并且在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之外至少提供模式信號(hào)的變化和/或該模式信號(hào)本身用于進(jìn)行評(píng)價(jià)。
有利地，應(yīng)用一種設(shè)備，其中在計(jì)算機(jī)外部的組件被包含在該設(shè)備中，該設(shè)備評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
有利地，應(yīng)用一種設(shè)備，其中外部組件是安全組件、特別是監(jiān)視定時(shí)器。
有利地，應(yīng)用一種設(shè)備，其中監(jiān)視定時(shí)器是遞減的監(jiān)視定時(shí)器。
有利地，應(yīng)用一種設(shè)備，其中外部組件是執(zhí)行元件或者執(zhí)行元件控制組件。
有利地，應(yīng)用一種設(shè)備，其中這樣地產(chǎn)生模式信號(hào)，使得通過該模式信號(hào)能表示多于兩個(gè)的模式。
其它優(yōu)點(diǎn)和有利的改進(jìn)方案由權(quán)利要求的特征以及說明書得出。


在圖1中示出了一種多處理器系統(tǒng)G60，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b、比較單元G20、轉(zhuǎn)換單元G50、和轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40。
在圖2中示出了一種多處理器系統(tǒng)G60，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b、由比較單元G20和轉(zhuǎn)換單元G50所組成的組合式比較和轉(zhuǎn)換單元G70、以及轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40。
在圖3中示出了一種多處理器系統(tǒng)G60，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b、由比較單元G20和轉(zhuǎn)換單元G50以及轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40所組成的組合式轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別、比較和轉(zhuǎn)換單元G80。
在圖4中示出了一種具有兩個(gè)執(zhí)行單元G210a、G210b以及轉(zhuǎn)換和比較單元G260的多處理器系統(tǒng)G200。
在圖5中以流程圖的形式示出了一種方法，所述方法在特定的流水線級(jí)G230a、G230b內(nèi)使特定的未定義的位組合與NOP或者其它中立的位組合交換。
在圖6中示出一種具有兩個(gè)執(zhí)行單元H210a、H210b以及轉(zhuǎn)換和比較單元H260的多處理器系統(tǒng)H200。
在圖7中以流程圖的形式示出了一種方法，所述方法說明在具有兩個(gè)執(zhí)行單元的多處理器系統(tǒng)中在從比較模式轉(zhuǎn)換到性能模式時(shí)如何能夠借助于單元ID來分離程序流。
在圖8中示出了一種在具有三個(gè)執(zhí)行單元的多處理器系統(tǒng)中在從比較模式轉(zhuǎn)換到性能模式時(shí)如何能夠借助于單元ID來分離程序流的可能方法。
在圖9中以流程圖的形式示出了一種方法，所述方法在從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式時(shí)使執(zhí)行單元同步。
在圖10中示出了一種狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，其示出在性能模式與比較模式之間的轉(zhuǎn)換。
在圖11中示出了一種多處理器系統(tǒng)G400，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元以及兩個(gè)包括其中所含有的中斷屏蔽寄存器G430a、G430b在內(nèi)的中斷控制器G420a、G420b和不同的中斷源G440a至G440n。
在圖12中示出一種包括兩個(gè)執(zhí)行單元、轉(zhuǎn)換和比較單元、以及具有三個(gè)寄存器組的中斷控制器的多處理器系統(tǒng)。
在圖13中示出了比較單元的最簡單形式。
圖14示出具有用于補(bǔ)償相位偏移的單元的比較單元。
在圖15中示出了在比較模式中優(yōu)選的組件M700(轉(zhuǎn)換和比較單元)的原理特性。
在圖16中示出了在性能模式中優(yōu)選的組件M700(轉(zhuǎn)換和比較單元)的原理特性。
在圖17中示出了轉(zhuǎn)換和比較單元的實(shí)施形式。
在圖18中示出了轉(zhuǎn)換和比較單元的另一實(shí)施形式。
在圖19中示出了產(chǎn)生模式信號(hào)的轉(zhuǎn)換和比較單元。
在圖20中示出了轉(zhuǎn)換和比較單元的一般表示。
圖21示出產(chǎn)生一般模式和一般故障信號(hào)的轉(zhuǎn)換和比較單元的一般表示。
在圖22中示出了與外部單元的問答通信。
在圖23中示出了與智能執(zhí)行元件的通信。
具體實(shí)施例方式
下面，不僅處理器、核心、CPU、而且FPU(浮點(diǎn)單元)、DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)、協(xié)處理器或者ALU(算術(shù)邏輯單元)都可以被稱為執(zhí)行單元。
在圖1中示出了一種多處理器系統(tǒng)G60，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b、比較單元G20、轉(zhuǎn)換單元G50、和轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40。
本發(fā)明涉及在圖1、圖2、圖3中所示的多處理器系統(tǒng)G60，所述多處理器系統(tǒng)G60具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b、比較單元G20、轉(zhuǎn)換單元G50和轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40。轉(zhuǎn)換單元G50具有到至少兩個(gè)系統(tǒng)接口G30a、G30b的至少兩個(gè)輸出端。寄存器、存儲(chǔ)器和如數(shù)字輸出端、D/A轉(zhuǎn)換器、通信控制器的外圍設(shè)備能夠經(jīng)由這些接口被控制。該多處理器系統(tǒng)可以以至少兩種工作模式、即比較模式(VW)和性能模式(PM)運(yùn)行。
在性能模式下，不同的指令、程序段或者程序在不同的執(zhí)行單元中并行實(shí)施。在該工作模式下，比較單元G20被去激活。在該工作模式下，轉(zhuǎn)換單元G50如此被配置，以致每個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b與系統(tǒng)接口G30a、G30b相連接。在此，執(zhí)行單元G10a與系統(tǒng)接口G30a相連接，而執(zhí)行單元G10b與系統(tǒng)接口G30b相連接。
在比較模式下，相同的或者同類的指令、程序段或者程序在兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b中被執(zhí)行。有利地，這些指令以時(shí)鐘同步的方式被執(zhí)行，但是具有異步性或者所定義的時(shí)鐘偏差的執(zhí)行也是可設(shè)想的。執(zhí)行單元G10a、G10b的輸出信號(hào)在比較單元G20中被比較。在不同時(shí)，識(shí)別出故障，并且可以采取相應(yīng)的措施。這些措施能夠觸發(fā)故障信號(hào)，引入故障處理，對(duì)開關(guān)進(jìn)行操作，或者是這些措施和其它可設(shè)想的措施的組合。在一種變型方案中，轉(zhuǎn)換單元G50如此被配置，使得只有一個(gè)信號(hào)被連接到系統(tǒng)接口G30a、G30b。在另一種配置中，轉(zhuǎn)換單元僅僅導(dǎo)致所比較的并且因此相同的信號(hào)被連接到系統(tǒng)接口G30a、G30b上。
轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40不依賴于正好有效的模式來檢測向另一模式轉(zhuǎn)換的愿望。
在圖2中示出了一種多處理器系統(tǒng)G60，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b、由比較單元G20和轉(zhuǎn)換單元G50所組成的組合式比較和轉(zhuǎn)換單元G70、以及轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40。
如在圖2中所示，在上述事實(shí)情況的實(shí)施形式中，轉(zhuǎn)換單元G50和比較單元G20可以被組合成共同的轉(zhuǎn)換和比較單元(UVE)G70。于是，該共同的組件G70接管單個(gè)組件G50、G20的任務(wù)。在圖15、圖16、圖17、圖18和圖19中示出了UVE G70的實(shí)施變型方案。
如在圖3中所示，在另一實(shí)施形式中，轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40、比較單元G20和轉(zhuǎn)換單元G50可以被組合在一個(gè)共同的組件G80中。在另一(圖中未示出的)實(shí)施形式中，轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40和比較單元G20可以被組合在一個(gè)共同的組件中。將轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40與轉(zhuǎn)換單元G50組合在共同的組件中同樣是可設(shè)想的。
在下文中，如果沒有其它說明，則出發(fā)點(diǎn)是存在轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40以及組合式轉(zhuǎn)換和比較單元G70。
也針對(duì)多于兩個(gè)執(zhí)行單元的應(yīng)用，在圖20中示出了轉(zhuǎn)換和比較組件的一般情況。n個(gè)信號(hào)N140、...、N14n從n個(gè)待考慮的執(zhí)行單元通向轉(zhuǎn)換和比較組件N100。該轉(zhuǎn)換和比較組件N100可以由這些輸入信號(hào)產(chǎn)生直至n個(gè)輸出信號(hào)N160、...、N16n。在最簡單的情況(即“純性能模式”)下，所有信號(hào)N14i被引到相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)N16i。在對(duì)立的邊界情況(即“純比較模式”)下，所有信號(hào)N140、...、N14n只被引到輸出信號(hào)N16i中的正好一個(gè)。
借助該圖能說明如何能夠形成不同的可設(shè)想的模式。為此，在該圖中包含開關(guān)邏輯N110的邏輯組件。該組件不必作為特有的組件存在。決定性的是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的所述功能。開關(guān)邏輯N110首先確定到底有多少個(gè)輸出信號(hào)。該開關(guān)邏輯進(jìn)一步確定，輸入信號(hào)中的哪一個(gè)有助于輸出信號(hào)中的哪一個(gè)。在此，一個(gè)輸入信號(hào)能夠正好有助于一個(gè)輸出信號(hào)。以數(shù)學(xué)形式不同地表述也就是通過開關(guān)邏輯來定義以下函數(shù)，該函數(shù)將集合{N160，...，N16n}的元素分配給集合{N140，...，N14n}的每個(gè)元素。
于是，處理邏輯N120針對(duì)輸出N16i中的每一個(gè)確定輸入以何種形式有助于該輸出信號(hào)。該組件也不必作為特有的組件存在。決定性的又是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的所述功能。為了示例性地描述不同的變型可能性，在不限制一般性的情況下假設(shè)，輸出N160通過信號(hào)N141、...、N14m來產(chǎn)生。如果m＝1，這則簡單地對(duì)應(yīng)于信號(hào)的接通，如果m＝2，則信號(hào)N141、N142如例如在圖13、圖14中的比較單元中所述的那樣被比較。該比較可以同步地或者異步地被執(zhí)行，可以逐位地或者只對(duì)重要的位或者也以公差帶來執(zhí)行。
如果m＞＝3，則存在多種可能性。
第一種可能性在于比較所有信號(hào)，并且在存在至少兩個(gè)不同的值時(shí)檢測出故障，可選地可以用信號(hào)通知所述故障。
第二種可能性在于從m中選擇k(k＞m/2)。這可以通過應(yīng)用比較單元來實(shí)現(xiàn)。如果信號(hào)中的一個(gè)被識(shí)別為不同，則可選地生成故障信號(hào)。如果所有三個(gè)信號(hào)都不同，則可能與該故障信號(hào)不同的故障信號(hào)可以被生成。
第三種可能性在于將這些值輸送給一種算法。這例如可以是平均值、中值的形成或容錯(cuò)算法(FTA)的應(yīng)用。這種FTA基于刪去輸入值的極值并且對(duì)剩余的值進(jìn)行取平均值的方式。可以對(duì)剩余的值的整個(gè)集合或者優(yōu)選地對(duì)能夠在HW(硬件)中容易形成的子集進(jìn)行這種取平均值。在這種情況下，并不總是需要實(shí)際上對(duì)值進(jìn)行比較。在平均值構(gòu)成中，例如必須只相加并且相除，F(xiàn)TM、FTA或者中值要求部分的分類。必要時(shí)這里也可以在足夠大的極值的情況下可選地輸出故障信號(hào)。
將多個(gè)信號(hào)處理為一個(gè)信號(hào)的這些不同的所述可能性為了簡明而被稱為比較操作。因此，處理邏輯的任務(wù)是為每個(gè)輸出信號(hào)并且從而也為所屬的輸入信號(hào)確定比較操作的準(zhǔn)確形態(tài)。開關(guān)邏輯N110(也即上述函數(shù))和處理邏輯(也就是說每個(gè)輸出信號(hào)、即每個(gè)函數(shù)值的比較操作的確定)的信息的組合是模式信息，并且該模式信息確定模式。該信息在一般情況下當(dāng)然是多值的，也即不能僅僅通過一個(gè)邏輯位來表示。并不是所有在理論上可設(shè)想的模式在所給定的實(shí)施中都是有意義的，優(yōu)選地將限制所允許的模式的數(shù)量。要強(qiáng)調(diào)的是在僅僅兩個(gè)只存在比較模式的執(zhí)行單元的情況下，整個(gè)信息能被濃縮成僅僅一個(gè)邏輯位。
從性能模式到比較模式的轉(zhuǎn)換在一般情況下通過以下方式來表征，即在性能模式下根據(jù)不同的輸出映射的執(zhí)行單元在比較模式下根據(jù)相同的輸出映射。優(yōu)選地，這通過以下方式來實(shí)現(xiàn)，即存在執(zhí)行單元的子系統(tǒng)，在所述子系統(tǒng)中，在子系統(tǒng)中要考慮的所有輸入信號(hào)N14i在性能模式下都被直接轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的輸出信號(hào)N16i，而這些輸入信號(hào)N14i在比較模式下所有都根據(jù)一個(gè)輸出來映射。可替換地，這種轉(zhuǎn)換也可以通過改變配對(duì)來實(shí)現(xiàn)。這通過以下方式來說明，即雖然在本發(fā)明的給定的構(gòu)成中可以這樣限制所允許的模式的數(shù)量，以致這是這種情況，但是在一般情況下可以不談及性能模式和比較模式。但是可以總是談及從性能模式到比較模式(和相反)的轉(zhuǎn)換。
在工作時(shí)能在通過軟件控制的情況下在這些模式之間動(dòng)態(tài)地轉(zhuǎn)換。在此，通過執(zhí)行特定的轉(zhuǎn)換指令、特定的指令序列、明確標(biāo)識(shí)的指令或者通過多處理器系統(tǒng)的執(zhí)行單元中的至少一個(gè)對(duì)某些地址的訪問來觸發(fā)該轉(zhuǎn)換。
誤操作(Fehlerschaltung)邏輯N130收集例如由比較單元所生成的故障信號(hào)，并且可以可選地通過以下方式被動(dòng)地切換輸出N16i，即該誤操作邏輯例如經(jīng)由開關(guān)中斷這些輸出N16i。
但是下面的例子大多集中于兩個(gè)執(zhí)行單元的情況，借助該情況能更簡單地描述大多數(shù)構(gòu)思。
模式之間的轉(zhuǎn)換可以通過不同的方法來編碼。在一種可能的方法中能應(yīng)用特殊的轉(zhuǎn)換指令，所述轉(zhuǎn)換指令由轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40檢測。用于對(duì)轉(zhuǎn)換進(jìn)行編碼的另一可能的方法是通過對(duì)特定的存儲(chǔ)區(qū)的訪問來定義的，所述訪問又由轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40來檢測。另一方法在轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40中評(píng)價(jià)用信號(hào)通知轉(zhuǎn)換的外部信號(hào)。下面描述在處理器的現(xiàn)有的指令集中應(yīng)用未被利用的位組合的方法。該方法的特殊優(yōu)點(diǎn)在于能夠繼續(xù)應(yīng)用現(xiàn)有的開發(fā)環(huán)境(匯編程序、編譯器、連接器、調(diào)試器)。
在圖4中示出了一種多處理器系統(tǒng)G200，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G210a、G210b以及轉(zhuǎn)換和比較單元G260。為了在比較模式與性能模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換(和反之)，至少兩個(gè)執(zhí)行單元G210a、G210b的在匯編程序中沒有被定義的位組合被使用。在指令集的說明中被規(guī)定為未定義的或者非法的所有位組合都應(yīng)當(dāng)被理解為在這種意義上的沒有被定義的或者未定義的位組合。這例如是非法操作數(shù)、非法指令、非法操作。這些未定義的位組合的一般標(biāo)識(shí)是正常的執(zhí)行單元在執(zhí)行這種位組合時(shí)產(chǎn)生故障信號(hào)或者顯示出沒有被定義的特性。因此，這些位組合不需要被用于表示慣用程序的語義。
因此，如對(duì)于單處理器系統(tǒng)來說存在的迄今的開發(fā)環(huán)境可以被用于軟件開發(fā)。這例如可以通過定義宏“SWITCH MODE TO PM(轉(zhuǎn)換模式至PM)”和宏“SWITCH MODE TO VM(轉(zhuǎn)換模式至VM)”來實(shí)現(xiàn)，所述宏把相對(duì)應(yīng)的在上述意義上未定義的位組合插入代碼中的適當(dāng)?shù)奈恢锰帯?br> 于是，這種組合的應(yīng)用可以被定義為一般的“SWITCH(轉(zhuǎn)換)”宏。于是該宏導(dǎo)致依賴于目前的模式向分別另外的模式的轉(zhuǎn)換。如果在系統(tǒng)中存在多于兩種的不同模式，則為了應(yīng)用該方法必須存在更多的這種組合，于是優(yōu)選地可以針對(duì)每種模式將一個(gè)這種組合用于進(jìn)行轉(zhuǎn)換識(shí)別。
根據(jù)本發(fā)明，轉(zhuǎn)換愿望通過在指令集中沒有被定義的位組合來編碼。所述組合不允許在執(zhí)行單元G210a、G210b內(nèi)以通常的方式來處理。由于該原因，建議附加的流水線級(jí)(REPLACE級(jí))G230a、G230b，其識(shí)別相對(duì)應(yīng)的位組合并且通過中立的位組合來代替這些相對(duì)應(yīng)的位組合以便繼續(xù)處理。為此，有利地使用“NOP”(無操作)指令。NOP指令的特征在于，除了指令指針之外，該NOP指令不改變執(zhí)行單元的內(nèi)部狀態(tài)。在此，REPLACE級(jí)G230a、G230b被插入在通常第一級(jí)(即FETCH級(jí)G220a、G220b)之后和在剩余的流水線級(jí)G240a、G240b之前，在匯編程序中沒有被定義的位組合在這里被組合在一個(gè)單元中。
根據(jù)本發(fā)明，如果用于進(jìn)行轉(zhuǎn)換的相對(duì)應(yīng)的位組合已被識(shí)別，則作為流水線單元G215a、G215b中的特定的流水線級(jí)G230a、G230b的轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40的這里所示的實(shí)施方案將產(chǎn)生附加的信號(hào)G250a、G250b，所述附加的信號(hào)G250a、G250b用信號(hào)通知獨(dú)立的轉(zhuǎn)換單元和比較單元G260應(yīng)執(zhí)行處理模式的轉(zhuǎn)換。
REP級(jí)G230a、G230b優(yōu)選地被布置在執(zhí)行單元G210a、G210b的流水線單元G215a、G215b中的FET G220a、G220b與剩余的流水線級(jí)G240a、G240b之間。在此，REP級(jí)G230a、G230b識(shí)別相對(duì)應(yīng)的位組合，并且在該情況下將NOP指令轉(zhuǎn)發(fā)給剩余的級(jí)G240a、G240b。同時(shí)，相應(yīng)的信號(hào)G250a或者G250b被激活。在所有其它的情況下，REP級(jí)G230a、G230b表現(xiàn)中立，也即將所有其它的指令不加改變地傳遞給剩余的級(jí)G240a、G240b。
在圖5中以流程圖的形式示出了一種方法，所述方法在特定的流水線級(jí)G230a、G230b內(nèi)使特定的未定義的位組合與NOP或者其它中立的位組合交換。在FETCH級(jí)G300中，指令(也即位組合)從存儲(chǔ)器中被取出。此后在塊G310中區(qū)別，所取出的位組合是否對(duì)應(yīng)于對(duì)轉(zhuǎn)換進(jìn)行編碼的特定的未定義的位組合。如果情況不是如此，則在下一步G320中將位組合在未改變的情況下遞交給剩余的流水線級(jí)G340，以便進(jìn)行繼續(xù)處理。如果對(duì)轉(zhuǎn)換進(jìn)行編碼的特定的位組合在步驟G310中已被識(shí)別，則該位組合在步驟G330中由NOP位組合來代替，并且然后該NOP位組合被遞交給其它流水線級(jí)G340，以便進(jìn)行繼續(xù)處理。在有利的實(shí)施形式中，塊G310、G320、G330表示根據(jù)本發(fā)明的REPLACE級(jí)G230a、G230b的功能，其中這些塊也可以包含其它功能。
在圖6中示出了一種多處理器系統(tǒng)H200，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元H210a、H210b以及轉(zhuǎn)換和比較單元H260。組件H220a、H220b、H240a、H240b具有與G220a、G220b、G240a、G240b相同的意義。在這里通過特定的流水線級(jí)H230a、H230b所描述的轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40的可替換的實(shí)施方案中，所述轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40除了具有用信號(hào)通知轉(zhuǎn)換的信號(hào)H250a、H250b之外還具有其它信號(hào)。為了能夠使執(zhí)行單元H210a、H210b在從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式時(shí)同步，執(zhí)行單元H210a、H210b的流水線單元H215a、H215b分別具有一個(gè)信號(hào)輸入H280a、H280b，利用該信號(hào)輸入H280a、H280b能夠停止處理。該信號(hào)由交換和比較單元H260為首先已經(jīng)識(shí)別出轉(zhuǎn)換指令并且從而已經(jīng)激活了信號(hào)H250a或H250b的那個(gè)流水線單元H215a或者H215b而設(shè)置。只有當(dāng)執(zhí)行單元H210a、H210b的兩個(gè)流水線單元H215a、H215b已經(jīng)識(shí)別出轉(zhuǎn)換指令并且已經(jīng)通過軟件或者其它硬件措施使其內(nèi)部狀態(tài)同步，所述信號(hào)H280a、H280b才又被取消。在從比較模式轉(zhuǎn)換到性能模式時(shí)不需要H280a、H280b，因?yàn)椴恍枰健?br> 這里所述的建議的前提是這樣的單元(被稱為ID單元)或者方法，通過該單元或者方法，每個(gè)執(zhí)行單元都能夠確定其單獨(dú)的號(hào)碼或者單元ID。在具有兩個(gè)執(zhí)行單元的系統(tǒng)中，例如一個(gè)執(zhí)行單元自身可以確定號(hào)碼0，另一個(gè)執(zhí)行單元可以確定號(hào)碼1。在具有多于兩個(gè)的執(zhí)行單元的系統(tǒng)中，號(hào)碼相應(yīng)地被分配或確定。該ID不在比較模式和性能模式之間進(jìn)行區(qū)分，而是唯一地表示一個(gè)執(zhí)行單元。該ID單元可以被包含在相應(yīng)的執(zhí)行單元中，例如被實(shí)施為處理器狀態(tài)寄存器中的位或者位組合，或者被實(shí)施為特有的寄存器、或者單個(gè)位、或者在執(zhí)行單元外部的根據(jù)問詢提供相對(duì)應(yīng)的ID的單元。
在執(zhí)行單元根據(jù)轉(zhuǎn)換愿望執(zhí)行了到性能模式的轉(zhuǎn)換之后，雖然比較單元不再是有效的，但是執(zhí)行單元總是還執(zhí)行相同的指令。這原因在于指令指針不受轉(zhuǎn)換影響，所述指令指針在程序中表征執(zhí)行工作在下一步中工作或目前工作的位置。為了執(zhí)行單元隨后能夠執(zhí)行不同的軟件模塊，執(zhí)行單元的程序流程必須被分開。因此根據(jù)該情況，指令指針在性能模式中通常具有不同的值，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明，獨(dú)立的指令、程序段或者程序被處理。在這里所述的建議中通過確定相應(yīng)的執(zhí)行單元號(hào)碼來實(shí)現(xiàn)程序流程的分開。根據(jù)執(zhí)行單元具有哪個(gè)ID，該執(zhí)行單元執(zhí)行某個(gè)軟件模塊。由于每個(gè)執(zhí)行單元都具有單獨(dú)的號(hào)碼或者ID，所以所參與的執(zhí)行單元的程序流由此能可靠地被分開。
在圖7中以流程圖的形式示出了一種方法，所述方法表明在具有兩個(gè)執(zhí)行單元的多處理器系統(tǒng)中在從比較模式轉(zhuǎn)換到性能模式時(shí)如何能夠借助于單元ID將程序流分開。在執(zhí)行從比較模式到性能模式的轉(zhuǎn)換G500之后，由兩個(gè)執(zhí)行單元進(jìn)行單元ID或者執(zhí)行單元號(hào)碼的詢問G510。在此，根據(jù)本發(fā)明，執(zhí)行單元0將獲得執(zhí)行單元號(hào)碼0，執(zhí)行單元1將獲得執(zhí)行單元號(hào)碼1。在G510中進(jìn)行所確定的執(zhí)行單元號(hào)碼與號(hào)碼0的比較。如果這些號(hào)碼相同，則對(duì)于其該比較已成功的執(zhí)行單元在步驟G520中繼續(xù)進(jìn)行執(zhí)行單元0的編碼。對(duì)于其該比較沒有成功的執(zhí)行單元在G530中繼續(xù)進(jìn)行與號(hào)碼1的比較。如果該比較成功，則在G540中繼續(xù)進(jìn)行執(zhí)行單元1的編碼。如果該比較沒有成功，則因此為相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行單元確定不等于0和1的執(zhí)行單元號(hào)碼。這是故障情況，并且繼續(xù)進(jìn)行G550。
在圖8中描述了用于三個(gè)執(zhí)行單元的可能的方法。在執(zhí)行從比較模式到性能模式的轉(zhuǎn)換H500之后，由執(zhí)行單元進(jìn)行單元ID或者執(zhí)行單元號(hào)碼的詢問H510。在此，根據(jù)本發(fā)明，例如執(zhí)行單元0將獲得執(zhí)行單元號(hào)碼0，執(zhí)行單元1將獲得執(zhí)行單元號(hào)碼1，并且執(zhí)行單元2將獲得執(zhí)行單元號(hào)碼2。在H510中進(jìn)行所確定的執(zhí)行單元號(hào)碼與號(hào)碼0的比較。如果這些號(hào)碼相同，則對(duì)于其該比較已成功的執(zhí)行單元在步驟H520中繼續(xù)進(jìn)行執(zhí)行單元0的編碼。對(duì)于其該比較沒有成功的執(zhí)行單元在H530中繼續(xù)進(jìn)行與號(hào)碼1的比較。在該比較成功的執(zhí)行單元中，在H540中繼續(xù)進(jìn)行執(zhí)行單元1的編碼。對(duì)于其該比較沒有成功的比較單元在H535中繼續(xù)進(jìn)行與號(hào)碼2的比較。對(duì)于其該比較成功的執(zhí)行單元將在H536中繼續(xù)進(jìn)行執(zhí)行單元2的編碼。如果該比較沒有成功，則因此為相對(duì)應(yīng)的執(zhí)行單元確定了不等于0、1和2的執(zhí)行單元號(hào)碼。這是故障情況，并且繼續(xù)進(jìn)行H550。代替與號(hào)碼的比較，所確定的執(zhí)行單元號(hào)碼也可以直接被用作轉(zhuǎn)移表中的索引。
根據(jù)該說明，該方法也可以被用于具有多于三個(gè)的執(zhí)行單元的多處理器系統(tǒng)。
如果從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式，則必須注意多種情況。在從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式時(shí)必須保證執(zhí)行單元的內(nèi)部狀態(tài)在轉(zhuǎn)換之后是同樣的，否則如果不同的起始狀態(tài)導(dǎo)致不同的輸出，則在比較模式下將可能識(shí)別出故障。這可以通過硬件、通過軟件、通過固件或者以所有三者的組合形式來執(zhí)行。其前提是所有執(zhí)行單元在轉(zhuǎn)換到比較模式之后執(zhí)行相同的或者同樣的指令、程序或者程序段。另外描述了一種同步方法，如果比較模式的特征在于處理相同的指令并且進(jìn)行精確到位的比較，則能應(yīng)用所述同步方法。
在圖9中以流程圖的形式示出一種方法，所述方法使執(zhí)行單元在從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式時(shí)同步。在步驟G600中，所有中斷優(yōu)選地被禁止。這不僅僅是重要的，因?yàn)閷?duì)于比較模式來說中斷控制器必須相應(yīng)地被重新編程。還應(yīng)該通過軟件來適應(yīng)執(zhí)行單元的內(nèi)部狀態(tài)。但是，如果在準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換到比較模式期間中斷被觸發(fā)，則在沒有其它花費(fèi)的情況下不再可能相適應(yīng)。
步驟G610如果兩個(gè)執(zhí)行單元具有獨(dú)立的高速緩存，則還必須在轉(zhuǎn)換之前使高速緩存的內(nèi)容相適應(yīng)，以便防止在比較模式下對(duì)于一個(gè)執(zhí)行單元的地址來說出現(xiàn)高速緩存命中(Cache-hit)，而對(duì)于另一執(zhí)行單元來說出現(xiàn)高速緩存未命中(Cache-miss)。如果這不是由高速緩存硬件獨(dú)立地執(zhí)行，則這例如可以通過將所有的高速緩存管線(Cacheline)標(biāo)記為無效來實(shí)現(xiàn)。必須一直等待，直到該高速緩存(或者多個(gè)高速緩存)完全無效。這可以在需要時(shí)通過程序代碼中的等待循環(huán)來保證。這也可以通過其它方式來實(shí)現(xiàn)，決定性的是在該步驟之后高速緩存處于相同的狀態(tài)。
在步驟G620，執(zhí)行單元的寫緩沖器被清空，以便在轉(zhuǎn)換之后不發(fā)生執(zhí)行單元的激活，所述激活仍由性能模式引起。
在步驟G630，執(zhí)行單元的流水線級(jí)的狀態(tài)被同步。為此，例如在轉(zhuǎn)換序列/轉(zhuǎn)換指令之前執(zhí)行適當(dāng)數(shù)量的NOP(無操作)指令。NOP指令的數(shù)量取決于流水線級(jí)的數(shù)量，并且從而依賴于相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。哪個(gè)指令適于作為NOP指令同樣依賴于結(jié)構(gòu)。如果執(zhí)行單元具有指令高速緩存，則在此應(yīng)保證，該指令序列對(duì)準(zhǔn)高速緩存管線的邊界(Alignment)。由于指令高速緩存在執(zhí)行該NOP之前已經(jīng)被標(biāo)記為無效，所以該NOP必須首先被加載在高速緩存中。如果該指令序列在高速緩存管線邊界處開始，則在實(shí)現(xiàn)用于轉(zhuǎn)換的指令之前結(jié)束從存儲(chǔ)器(例如RAM/ROM/閃存)到高速緩存的數(shù)據(jù)傳送。這在確定NOP的必要的數(shù)量時(shí)也必須被考慮。
在步驟G640，用于轉(zhuǎn)換到比較模式的指令步驟實(shí)際被執(zhí)行。
在步驟G650，使每個(gè)執(zhí)行單元的相應(yīng)的寄存器文件的內(nèi)容相適應(yīng)。為此，在轉(zhuǎn)換之前或者之后，寄存器可以被加載相同的內(nèi)容。在這種情況下重要的是在寄存器內(nèi)容被向外部傳送并且從而由比較單元比較之前，執(zhí)行單元中的寄存器的內(nèi)容在轉(zhuǎn)換之后是相同的。
在步驟G660，中斷控制器被重新編程，以致外部的中斷信號(hào)在所有互連的執(zhí)行單元中觸發(fā)相同的中斷。
在步驟G670，中斷再次被釋放。
如果從程序流程來看應(yīng)該何時(shí)轉(zhuǎn)換到交換模式中不是明確的，則必須將所計(jì)劃的轉(zhuǎn)換通知給所參與的執(zhí)行單元。為此，優(yōu)選地在屬于相應(yīng)的執(zhí)行單元的中斷控制器中例如通過軟件來啟動(dòng)中斷。于是中斷處理促使執(zhí)行用于進(jìn)行互連的上述序列。
在圖10中示出了狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，其示出性能與比較模式之間(和相反)的轉(zhuǎn)換。在由“開機(jī)(Power On)”或者復(fù)位(軟件或者硬件)引起系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)經(jīng)由過渡G800被置于狀態(tài)G700。一般適用的是，系統(tǒng)在能夠觸發(fā)復(fù)位的未定義的事件之后總是在狀態(tài)G700開始工作。能夠觸發(fā)復(fù)位的示例性事件是外部信號(hào)、電源的問題或者使繼續(xù)工作不再有意義的內(nèi)部故障事件。因此，轉(zhuǎn)換和比較單元G70以及工作在性能模式下的多處理器系統(tǒng)G60的狀態(tài)G700是系統(tǒng)的默認(rèn)狀態(tài)。在采取通常未定義的狀態(tài)的所有情況下采取默認(rèn)狀態(tài)G700。狀態(tài)G700的這種默認(rèn)調(diào)節(jié)在此通過硬件措施來保證。系統(tǒng)狀態(tài)或轉(zhuǎn)換和比較單元G60的狀態(tài)例如可以在寄存器中、在寄存器的位中、通過寄存器中的位組合或者通過觸發(fā)器被編碼。
于是通過硬件來保證，在復(fù)位或者開機(jī)之后總是采取狀態(tài)G700。這通過以下方式來保證，即例如復(fù)位信號(hào)或“開機(jī)”信號(hào)被引導(dǎo)到觸發(fā)器或者寄存器的復(fù)位輸入端或者設(shè)置輸入端上。
在狀態(tài)G700中，系統(tǒng)工作在性能模式。因此，執(zhí)行單元G10a、G10b執(zhí)行不同的指令、程序或者程序塊。例如可以通過執(zhí)行單元G10a、G10b執(zhí)行特定的轉(zhuǎn)換指令來識(shí)別轉(zhuǎn)換愿望。另外的可能性是通過對(duì)特定的存儲(chǔ)器地址的訪問、通過內(nèi)部信號(hào)或者也通過外部信號(hào)來識(shí)別。只要不存在轉(zhuǎn)換愿望，多處理器系統(tǒng)G60就停留在狀態(tài)G700，并且從而轉(zhuǎn)換和比較單元G70也停留在狀態(tài)G700。另外，轉(zhuǎn)換條件的識(shí)別被稱為轉(zhuǎn)換愿望，所述轉(zhuǎn)換條件如在該特定系統(tǒng)中表征轉(zhuǎn)換愿望那樣被表征。
通過過渡G810來表示停留在狀態(tài)G700。如果轉(zhuǎn)換愿望由執(zhí)行單元G10a識(shí)別出，則轉(zhuǎn)換和比較單元G70經(jīng)由過渡G820被轉(zhuǎn)換到狀態(tài)G710。狀態(tài)G710因此表示以下情形，即執(zhí)行單元G10a已經(jīng)識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望并且等待，直到執(zhí)行單元G10b同樣識(shí)別出該轉(zhuǎn)換愿望為止。只要情況不是如此，轉(zhuǎn)換和比較單元G70就停留在狀態(tài)G710，這用過渡G830來表示。
如果執(zhí)行單元G10b在狀態(tài)G710同樣識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望，則過渡G840發(fā)生。因此，轉(zhuǎn)換和比較單元G70采取狀態(tài)G730。該狀態(tài)表示兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b已經(jīng)識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望的情形。在狀態(tài)G730中進(jìn)行同步方法，利用所述同步方法使兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b彼此同步，以便隨后在比較模式工作。在該過程期間，轉(zhuǎn)換和比較單元G70停留在狀態(tài)G730，這用過渡G890來表示。
如果在狀態(tài)G700首先由執(zhí)行單元G10b識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望，則經(jīng)由過渡G860轉(zhuǎn)換到狀態(tài)G720。狀態(tài)G720因此表示以下情形，即執(zhí)行單元G10b已經(jīng)識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望并且等待，直到執(zhí)行單元G10a同樣識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望為止。只要情況不是如此，轉(zhuǎn)換和比較單元G70就停留在狀態(tài)G720，這用過渡G870來表示。如果執(zhí)行單元G10a在狀態(tài)G720同樣識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望，則過渡G880發(fā)生。因此，轉(zhuǎn)換和比較單元采取狀態(tài)G730。
如果在狀態(tài)G700這兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b同時(shí)識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望，則立即過渡到狀態(tài)G730中。該情況表示過渡G850。
如果轉(zhuǎn)換和比較單元G70處于狀態(tài)G730，則兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b已經(jīng)識(shí)別出轉(zhuǎn)換愿望。在該狀態(tài)，執(zhí)行單元G10a、G10b的內(nèi)部狀態(tài)被同步，以便在結(jié)束該同步過程之后在比較模式工作。隨著該同步工作的結(jié)束而發(fā)生過渡G900。該過渡表明同步的結(jié)束。在狀態(tài)G740，執(zhí)行單元G10a、G10b在比較模式下工作。同步工作的結(jié)束可以由執(zhí)行單元G10a、G10b自己用信號(hào)通知。這意味著，如果兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b已經(jīng)用信號(hào)通知它們準(zhǔn)備在比較模式下工作，則過渡G900發(fā)生。該結(jié)束也可以在固定地調(diào)整的時(shí)間內(nèi)用信號(hào)來通知。這意味著，在轉(zhuǎn)換和比較單元G70中對(duì)在狀態(tài)G730停留多長時(shí)間固定地進(jìn)行編碼。該時(shí)間如此被調(diào)整，以致兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b已經(jīng)可靠地結(jié)束了其同步工作。于是，在經(jīng)過該時(shí)間之后，過渡G900被啟動(dòng)。在另一變型方案中，如果兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b已經(jīng)結(jié)束了其同步工作，則轉(zhuǎn)換和比較單元G70可以監(jiān)控并且自己識(shí)別執(zhí)行單元G10a、G10b的狀態(tài)。于是，在識(shí)別之后，導(dǎo)入過渡G900。
只要沒有轉(zhuǎn)換愿望被識(shí)別出，多處理器系統(tǒng)G60就停留在比較模式，這通過過渡G910來表示。如果在狀態(tài)G740轉(zhuǎn)換愿望被識(shí)別出，則轉(zhuǎn)換和比較單元經(jīng)由過渡G920被置于狀態(tài)G700。如已經(jīng)描述的那樣，系統(tǒng)在狀態(tài)G700在性能模式下工作。于是，在從狀態(tài)G740過渡到狀態(tài)G700時(shí)，程序流的分開可以如在所述方法中那樣被執(zhí)行。
在圖11中示出了一種多處理器系統(tǒng)G400，其具有兩個(gè)執(zhí)行單元G410a、G410b以及包括其中所包含的中斷屏蔽寄存器G430a、G430b在內(nèi)的兩個(gè)中斷控制器G420a、G420b和不同的中斷源G440a-G440n。另外示出了具有專門的中斷屏蔽寄存器G460的轉(zhuǎn)換和比較單元G450。
有利地，每個(gè)執(zhí)行單元G410a、G410b具有其自己的中斷控制器G420a、G420b，以便能夠在性能模式下同時(shí)處理兩個(gè)中斷。這特別在中斷處理是系統(tǒng)性能的瓶頸的系統(tǒng)中是有利的。在此，中斷源G440a-G440n有利地分別相同地被連接到兩個(gè)中斷控制器G420a、G420b。這種連接方式導(dǎo)致在沒有其它措施的情況下在兩個(gè)執(zhí)行單元G410a、G410b上觸發(fā)相同的中斷。在性能模式下，中斷控制器G420a、G420b如此被編程，以致相對(duì)應(yīng)的中斷源G440a-G440n根據(jù)應(yīng)用適當(dāng)?shù)乇环峙涞讲煌膱?zhí)行單元G410a、G410b。這借助于對(duì)中斷屏蔽寄存器G430a、G430b的適當(dāng)編程來實(shí)現(xiàn)。屏蔽寄存器在寄存器中為每個(gè)中斷源G440a-G440n都設(shè)置一個(gè)位。如果該位被設(shè)置，則中斷被禁止，也即該中斷不被轉(zhuǎn)交給所連接的執(zhí)行單元G410a、G410b。在性能模式下，給定的中斷源G440a-G440n有利地由正好一個(gè)執(zhí)行單元G410a或者G410b處理。這有利地至少適用于中斷源中的一些。因此，可以實(shí)現(xiàn)，在不發(fā)生中斷嵌套(中斷處理通過第二中斷被中斷)或者中斷掛起(第二中斷的處理被推遲，直到第一中斷的處理結(jié)束為止)的情況下，多個(gè)中斷源G440a-G440n能夠同時(shí)被處理。
在比較模式下必須保證，中斷控制器G420a、G420b在所有執(zhí)行單元G410a、G410b上同時(shí)觸發(fā)相同的中斷，否則將根據(jù)比較模式識(shí)別出故障。這意味著，在同步階段中在從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式時(shí)必須保證中斷屏蔽寄存器G430a、G430b是相同的。這種同步在圖9中在步驟G660被描述。這種同步可以通過軟件用以下方式來執(zhí)行，即兩個(gè)中斷屏蔽寄存器G430a、G430b相應(yīng)地以相同的值被編程。建議應(yīng)用專門的寄存器G460，以便加速轉(zhuǎn)換過程。在一種實(shí)施形式中，該寄存器G460被布置在轉(zhuǎn)換和比較單元G460中，但是也可以被包含在轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40、組合式轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元、比較單元、轉(zhuǎn)換單元G80以及所有組合中。同樣可以設(shè)想的是，該寄存器被布置在這三個(gè)組件之外另一適當(dāng)?shù)奈恢锰?。寄存器G460包含應(yīng)該在比較模式下適用的中斷屏蔽。轉(zhuǎn)換和比較單元G450從轉(zhuǎn)換愿望識(shí)別單元G40獲得用于從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式的信號(hào)。在中斷可能在步驟G600被禁止之后，中斷控制器G420a、G420b的中斷屏蔽寄存器G430a、G430b被重新編程。這在轉(zhuǎn)換信號(hào)已被獲得并且中斷控制器G420a、G420b已被禁止之后現(xiàn)在通過硬件由轉(zhuǎn)換和比較單元G450與剩余的同步步驟并行地執(zhí)行。有利地，在比較模式下不是單獨(dú)地對(duì)中斷屏蔽寄存器G430a、G430b進(jìn)行重新編程，而總是對(duì)中央寄存器G460進(jìn)行重新編程。于是，該中央寄存器G460同步地通過硬件被轉(zhuǎn)移到兩個(gè)中斷屏蔽寄存器G430a、G430b上。這里針對(duì)中斷屏蔽寄存器所描述的方法可以以相同的方式轉(zhuǎn)用到在中斷控制器中所布置的所有中斷狀態(tài)寄存器。當(dāng)然，也可以設(shè)想代替寄存器G460而應(yīng)用其它的存儲(chǔ)介質(zhì)，可以從所述存儲(chǔ)介質(zhì)盡可能快速地轉(zhuǎn)移到中斷屏蔽寄存器G430a、G430b上。
在圖12中建議一種多處理器系統(tǒng)G1000，其包括兩個(gè)執(zhí)行單元G1010a、G1010b、轉(zhuǎn)換和比較單元G1020、以及具有三個(gè)不同的寄存器組G1040a、G1040b、G1050的中斷控制器G1030。如圖12中所示，作為上述解決方案的替換方案，建議一種專用的中斷控制器G1030。該中斷控制器G1030被用在多處理器系統(tǒng)G1000中，該多處理器系統(tǒng)G1000在該例子中被示出為具有兩個(gè)執(zhí)行單元G1010a、G1010b、以及能夠在比較模式與性能模式之間轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換和比較單元G1020。
在此，在性能模式下應(yīng)用寄存器組G1040a、G1040b。在這種情況下，中斷控制器G1030與兩個(gè)中斷控制器G420a、G420b完全一樣地工作。該特性在圖11中被示出和描述。在此，寄存器組G1040a被分配給執(zhí)行單元G1010a，而寄存器組G1040b被分配給執(zhí)行單元G1010b。中斷源G1060a-G1060n通過屏蔽被適當(dāng)?shù)胤峙涞綀?zhí)行單元G1010a、G1010b。在從性能模式轉(zhuǎn)換到比較模式時(shí)，轉(zhuǎn)換和比較單元G1020產(chǎn)生信號(hào)G1070。該信號(hào)用信號(hào)通知中斷控制器G1030被轉(zhuǎn)換到比較模式或系統(tǒng)從該時(shí)刻起在比較模式下工作。此后，中斷控制器G1030應(yīng)用寄存器組G1050。因此保證在兩個(gè)執(zhí)行單元G1010a、G1010b上形成相同的中斷信號(hào)。轉(zhuǎn)換和比較單元G1020又通過信號(hào)G1070把從比較模式到性能模式的轉(zhuǎn)換用信號(hào)通知給中斷控制器G1030，隨著所述從比較模式到性能模式的轉(zhuǎn)換又轉(zhuǎn)換到寄存器組G1040a、G1040b。因此，也可以有利地通過以下方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)相對(duì)應(yīng)的寄存器組的保護(hù)，即在性能模式下只允許對(duì)寄存器組G1040a、G1040b的寫，并且通過硬件來抑制對(duì)為比較模式所保留的寄存器組G1050的寫。同樣在另一方向上也能在比較模式下只允許對(duì)寄存器組G1050的寫，而抑制對(duì)寄存器組G1040a、G1040b的寫。
在圖13中示出了比較單元M500、G20的最簡單形式。具有至少兩個(gè)在性能模式與比較模式之間轉(zhuǎn)換的執(zhí)行單元G10a、G10b的多處理器系統(tǒng)G60中的基本組件是比較單元M500。在圖13中以最簡單的形式示出了該比較單元M500。比較組件M500可以接收兩個(gè)輸入信號(hào)M510和M511。然后，該比較組件M500在這里所示的上下文中優(yōu)選地在逐位一致的意義上比較兩個(gè)輸入信號(hào)的一致性。在一致的情況下，輸入信號(hào)M510、M511的值被給予輸出信號(hào)M520，并且故障信號(hào)M530未被激活，也即故障信號(hào)M530用信號(hào)通知“良好的”狀態(tài)。如果比較組件檢測出不一致性，則故障信號(hào)M530被激活。于是信號(hào)M520可以可選地被去激活。這具有以下優(yōu)點(diǎn)，即從相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)中不得出故障(“錯(cuò)誤抑制(faultcontainment)”)。也就是說，位于執(zhí)行單元之外的其它組件不會(huì)由于潛在的有錯(cuò)誤的信號(hào)而被損壞?？墒且泊嬖谶@樣的系統(tǒng)，在這些系統(tǒng)中信號(hào)M520不必被去激活。如果在系統(tǒng)層面上只要求故障沉默(Fail-silence)，則例如情況如此。于是，故障信號(hào)能夠例如被引向外部。
從該基礎(chǔ)系統(tǒng)出發(fā)可設(shè)想多種實(shí)施形式。組件M500首先可以被實(shí)施為所謂的TSC(全自檢(totally self checking))組件。在這種情況下，故障信號(hào)M530在至少兩條線路(“雙軌”)上被引向外部，并且通過內(nèi)部的設(shè)計(jì)和故障發(fā)現(xiàn)措施來保證在比較組件的每種可能的故障情況下正確地存在或者可識(shí)別地不正確地存在該信號(hào)。在此，雙軌信號(hào)通過兩條線路優(yōu)選地如此提供二進(jìn)制信號(hào)，以致兩條線路在無故障的情況下相互反向。在使用本發(fā)明系統(tǒng)時(shí)的優(yōu)選變型方案是應(yīng)用這種TSC比較單元。
第二類實(shí)施形式可以如下來區(qū)分，即兩個(gè)輸入M510、M511(或M610、M611)必須具有何種同步程度。一種可能的實(shí)施形式通過逐時(shí)鐘的同步來表征，也即數(shù)據(jù)的比較可以在一個(gè)時(shí)鐘內(nèi)被執(zhí)行。
輕微的變化通過以下方式形成，即在輸入之間有固定的相位偏移時(shí)應(yīng)用同步延遲元件，該同步延遲元件使相對(duì)應(yīng)的信號(hào)例如延遲多個(gè)半數(shù)個(gè)(halbzahlig)時(shí)鐘周期或者整數(shù)個(gè)時(shí)鐘周期。這種相位偏移有助于避免共性原因故障，也即避免能夠同時(shí)或者同樣地影響多個(gè)處理單元的這種故障原因。
因此，圖14描述另一實(shí)施形式。組件和信號(hào)M600、M610、M611、M620、M630具有與圖13中的相對(duì)應(yīng)的組件和信號(hào)M500、M510、M511、M520、M530相同的意義。因此，在圖14中除了這些組件之外還插入了組件M640，該組件M640使在時(shí)間上較早的輸入延遲所述相位偏移。優(yōu)選地，該延遲元件被安置在比較單元中，以便只在比較模式中應(yīng)用該延遲元件?？商鎿Q地或者補(bǔ)充地，可以將中間緩沖器M650、M651置于輸入鏈中，以便同樣能夠容忍不是純粹的時(shí)鐘或相位偏移的這種異步性。優(yōu)選地，該中間緩沖器被設(shè)計(jì)為FIFO(先進(jìn)先出)存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器具有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，并且可以存儲(chǔ)多個(gè)存儲(chǔ)字。到達(dá)的存儲(chǔ)字在新的存儲(chǔ)字到達(dá)時(shí)在其位置方面被移動(dòng)。在最后的位置(緩沖器深度)之后，所述存儲(chǔ)字“從存儲(chǔ)器”被移出。如果存在這種緩沖器，則也可以容忍直至緩沖器的最大深度的異步性。在這種情況下，如果緩沖器溢出，則故障信號(hào)也必須被輸出。
此外，在比較單元可以根據(jù)如何生成信號(hào)M520(或者M(jìn)620)來區(qū)分實(shí)施形式。優(yōu)選的實(shí)施形式是將輸入信號(hào)M510、M511(或M610、M611)置于輸出端上，并且使得通過開關(guān)能中斷連接。該實(shí)施形式的特殊優(yōu)點(diǎn)在于，為了在性能模式與可能的不同比較模式之間轉(zhuǎn)換，可以應(yīng)用相同的開關(guān)?？商鎿Q地，信號(hào)也可以由比較單元內(nèi)部的中間存儲(chǔ)器生成。
最后一類實(shí)施形式可以如下來區(qū)分，即在比較單元存在多少個(gè)輸入并且比較單元應(yīng)該如何作出反應(yīng)。在三個(gè)輸入的情況下可以進(jìn)行多數(shù)表決、所有三個(gè)信號(hào)的比較或者只有兩個(gè)信號(hào)的比較。在四個(gè)或者更多輸入的情況下相應(yīng)地可設(shè)想多種實(shí)施形式?？赡艿膶?shí)施形式的詳盡的描述被包含在圖20的描述中。
實(shí)施形式的準(zhǔn)確選擇優(yōu)選地應(yīng)該與整個(gè)系統(tǒng)的不同的工作模式相結(jié)合。也就是說，如果存在多個(gè)不同的性能或者比較模式，則這些模式優(yōu)選地與比較單元的相應(yīng)的模式相結(jié)合。
在本發(fā)明的一些地方，去激活比較單元或者一般的表決/處理/分類元件(下面為了簡單起見總是稱為比較單元)或者使這些單元無效是必要的或者有利的。為此存在多種可能性。一方面，可以將信號(hào)引向該比較單元，利用該信號(hào)激活或者去激活該比較單元。為此，應(yīng)在比較單元中插入附加的邏輯，這可以由所述附加的邏輯執(zhí)行。另一可能性是不將要比較的數(shù)據(jù)輸送給比較單元。第三可能性是在系統(tǒng)層面上忽略比較單元的故障信號(hào)。此外，也可以自己中斷故障信號(hào)。所有可能性的共同點(diǎn)是，潛在地被比較的兩個(gè)或者更多數(shù)據(jù)是不同的，這在系統(tǒng)中是無關(guān)緊要的。如果情況如此，則比較單元被認(rèn)為是被動(dòng)的或者去激活的。
另外，考察與比較單元相連接的轉(zhuǎn)換單元(也即轉(zhuǎn)換和比較單元G70)的實(shí)施方案。如果該轉(zhuǎn)換和比較單元與執(zhí)行單元G10a、G10b一起在一個(gè)芯片內(nèi)被實(shí)施，則該實(shí)施方案是特別有利的。
當(dāng)在一個(gè)芯片內(nèi)實(shí)施時(shí)，通過組合組件(即比較單元和轉(zhuǎn)換單元)只形成非常小的硬件開銷。因此，該實(shí)施方案的優(yōu)選的變型方案是將這兩個(gè)部分組合在一個(gè)組件中。這是具有至少所述輸入信號(hào)(輸出執(zhí)行單元1、輸出執(zhí)行單元2)、至少所述輸出信號(hào)(輸出1、輸出2)、邏輯輸出信號(hào)“總輸出”(在物理上可以與輸出1或者輸出2一致)和比較單元的組件。該組件具有以下能力，即轉(zhuǎn)換模式，在性能模式下允許所有信號(hào)通過，而在比較模式下比較多個(gè)信號(hào)并且必要時(shí)允許一個(gè)信號(hào)通過。另外，其它的輸入和輸出信號(hào)也是有利的用于用信號(hào)通知所檢測到的故障的故障信號(hào)、用于用信號(hào)通知所述組件所處于的模式的模式信號(hào)、以及往返于組件的控制信號(hào)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，兩個(gè)或者更多執(zhí)行單元在性能模式下作為主機(jī)被連接到處理器內(nèi)部的總線。比較單元被去激活，或者在執(zhí)行單元的不同特性的情況下在可設(shè)想的比較模式之一下所產(chǎn)生的故障信號(hào)被屏蔽。這意味著，轉(zhuǎn)換和比較單元對(duì)于軟件來說是透明的。在所考察的比較模式中，待比較的物理執(zhí)行單元作為總線上的邏輯執(zhí)行單元來對(duì)待，也即只出現(xiàn)總線上的主機(jī)。比較單元的故障信號(hào)被激活。為此，轉(zhuǎn)換和比較單元使除了一個(gè)執(zhí)行單元之外的所有執(zhí)行單元通過開關(guān)與處理器內(nèi)部的總線分離，使邏輯執(zhí)行單元的輸入加倍，并且將這些輸入提供給所有參與比較模式的執(zhí)行單元。當(dāng)在總線上寫時(shí)，輸出在比較單元中被比較，并且在一致時(shí)這些數(shù)據(jù)經(jīng)由到總線的現(xiàn)有入口被寫。
在圖15和圖16中說明了優(yōu)選的組件M700(轉(zhuǎn)換和比較單元，對(duì)應(yīng)于G70)的原理特性。為了簡單起見，只針對(duì)兩個(gè)執(zhí)行單元來繪制該圖。在此，圖15示出在比較模式下的組件的狀態(tài)，圖16示出在性能模式下的組件的狀態(tài)。在這些模式下的不同的開關(guān)位置由M700通過控制裝置M760來實(shí)現(xiàn)。如果如在圖16中所示的那樣開關(guān)M750和M751閉合，則兩個(gè)執(zhí)行單元M730、M731首先能夠在性能模式下在數(shù)據(jù)和地址總線M710上寫。前提是可能的寫沖突通過總線協(xié)議或者通過其它的未畫出的組件來解決。在比較模式下，該特性至少從邏輯的角度來看是另一種特性。如在圖15中所示，隨后開關(guān)M750、M751被打開，并且因此直接的訪問可能性被中斷。但是與圖16不同，在圖15中隨后開關(guān)M752、M753閉合。執(zhí)行單元M730、M731的信號(hào)M740、M741被引向比較組件M720。該比較組件M720至少如在圖13中所示的那樣被構(gòu)造，但是也可以包含如在圖14中所說明的擴(kuò)展。但是，在圖15和圖16中舍棄了表示比較組件M720的故障信號(hào)或者其它信號(hào)。如果兩個(gè)信號(hào)一致，則開關(guān)M754閉合，并且兩個(gè)一致的信號(hào)之一隨后被轉(zhuǎn)交到地址/數(shù)據(jù)總線M710上?？傊瑢?duì)此有必要的是，轉(zhuǎn)換和比較單元M700能夠影響開關(guān)M750-M754。相應(yīng)的開關(guān)位置取決于模式和故障識(shí)別。對(duì)此，也涵蓋開關(guān)M754總是閉合的并且適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)反應(yīng)通過故障信號(hào)來產(chǎn)生的變型方案。
在圖17中示出了轉(zhuǎn)換和比較單元的變型方案。對(duì)于只具有兩個(gè)執(zhí)行單元G10a、G10b的簡單系統(tǒng)來說也已經(jīng)存在轉(zhuǎn)換和比較單元的實(shí)施的多種變型方案。在圖17中示出了另一種變型方案，如果在比較單元中不能使用緩沖器，則所述另一種變型方案是特別有利的。如在圖15、圖16中那樣，存在執(zhí)行單元的信號(hào)M840、M841。所述執(zhí)行單元在該圖中沒有被示出。在本發(fā)明組件M800中存在模式邏輯M810，該模式邏輯M810預(yù)定組件的模式。在性能模式下，該模式邏輯閉合開關(guān)M831，在比較模式下，該模式邏輯打開該開關(guān)M831。另外，該模式邏輯將模式信號(hào)給予比較單元M820。該比較單元M820在該實(shí)施方案中總是進(jìn)行比較，但是利用比較的結(jié)果和該模式信號(hào)來控制開關(guān)M830。在性能模式下，開關(guān)總是閉合的，在比較模式下，如果不存在故障，則開關(guān)總是閉合的。如果故障曾經(jīng)被確定，則當(dāng)然開關(guān)也可以繼續(xù)保持被打開，直到相對(duì)應(yīng)的復(fù)位到來為止。
在圖18中示出了轉(zhuǎn)換和比較單元的另一實(shí)施形式。雖然該替換方案具有多個(gè)開關(guān)，但是為此使比較單元在性能模式下是未激活的，并且因此也可以更輕易地應(yīng)對(duì)異步性。又存在執(zhí)行單元的兩個(gè)信號(hào)M940、M941。所述執(zhí)行單元在該圖中又未被示出。在本發(fā)明組件M900中存在模式邏輯M910，其預(yù)定組件的模式。在性能模式下，該模式邏輯閉合開關(guān)M931，并且打開開關(guān)M932、M933。因此，在該模式下，不給比較組件M920供應(yīng)數(shù)據(jù)。這在異步時(shí)允許更長的緩沖時(shí)間或在實(shí)施時(shí)允許更低的緩沖深度。在性能模式下，開關(guān)M930始終是閉合的。在比較模式下，組件M910閉合開關(guān)M932、M933，并且通過打開開關(guān)M931來中斷對(duì)總線的直接訪問?？蛇x地，模式邏輯M910還可以將模式通知給比較單元M920。在比較模式下，開關(guān)M930在無故障的情況下是閉合的。在故障情況下，比較組件M920通過打開開關(guān)M930來中斷信號(hào)M940到總線上的轉(zhuǎn)發(fā)。
在所述的附圖中，在沒有花費(fèi)的情況下向外部引導(dǎo)模式或者故障信號(hào)。此外，尤其是為了生成內(nèi)部的模式狀態(tài)，其它信號(hào)能毫無疑問地到達(dá)組件。
因此，總之該組件的優(yōu)選實(shí)施方案的特征在于存在多個(gè)處理單元，其能夠?qū)⑤敵鲂盘?hào)寫到總線(例如地址/數(shù)據(jù)總線)上。重要的是該組件能夠處理(例如比較，但是也可能表決或者分類)執(zhí)行單元的輸出信號(hào)中的至少兩個(gè)，并且該組件能夠影響至少一個(gè)開關(guān)，其中利用所述至少一個(gè)開關(guān)來中斷直接總線訪問中的至少一個(gè)。如果執(zhí)行單元是計(jì)算機(jī)核心，則這是特別有用的。此外有利的是，能被影響的開關(guān)的狀態(tài)表征計(jì)算單元的工作模式。
如果該組件可以將信號(hào)置于地址數(shù)據(jù)總線上，則系統(tǒng)特性、尤其是可能的比較模式特別好地被轉(zhuǎn)換。有利地，該信號(hào)是執(zhí)行單元之一的輸出信號(hào)之一的接通?？商鎿Q地，這可以由對(duì)不同執(zhí)行單元的不同輸出信號(hào)的處理來形成。
如例如已經(jīng)在對(duì)圖17、18的描述中變得明顯的那樣，可以在系統(tǒng)中以及(根據(jù)組件的劃分)也在組件之一中識(shí)別模式信息。該模式信息根據(jù)實(shí)施方案甚至可以顯性地存在于子組件中。在一種優(yōu)選的實(shí)施方案中，該信號(hào)也可以從該組件被引出，并且被提供給系統(tǒng)的其他部分。
在一般情況下，可以借助圖21來說明根據(jù)本發(fā)明的特性。信號(hào)和組件N100、N110、N120、N130、N140、N141、N142、N143、N14n、N160、N161、N162、N163、N16n具有與在圖20中相同的意義。此外，在該圖中畫出了模式信號(hào)N150和故障信號(hào)N170?？蛇x的故障信號(hào)由收集故障信號(hào)的誤操作邏輯N130生成，并且是單個(gè)故障信號(hào)的直接轉(zhuǎn)發(fā)或者是其中所包含的故障信息的集聚。模式信號(hào)N150是可選的，但是其在所述組件之外的應(yīng)用在許多地方都可以是有利的。開關(guān)邏輯N110(也即在圖20的描述中所述的函數(shù))和處理邏輯(也即每個(gè)輸出信號(hào)、即每個(gè)函數(shù)值的比較操作的確定)的信息的組合是模式信息，并且該模式信息確定模式。當(dāng)然該信息在一般情況下是多值的，也即不僅能通過一個(gè)邏輯位來表示。并不是所有在理論上可設(shè)想的模式在給定的實(shí)施方案中都是有意義的，優(yōu)選地限制所允許的模式的數(shù)量。模式信號(hào)向外轉(zhuǎn)播重要的模式信息。硬件實(shí)施方案優(yōu)選地如此來表示，使得在外部可見的模式信號(hào)能夠被配置。優(yōu)選地，處理邏輯和開關(guān)邏輯同樣可配置地構(gòu)成。優(yōu)選地，這些配置彼此協(xié)調(diào)。可替換地，也可以僅僅或者補(bǔ)充地向外提供模式信號(hào)的變化。這在二元配置中尤其具有優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選地，該模式信號(hào)得到保障。在圖19中例如基于圖17中所示的實(shí)施方案示出二進(jìn)制(Zweiersystem)的實(shí)施方案。在那里，信號(hào)M850從轉(zhuǎn)換和比較單元被引出。在二進(jìn)制中，該信息在邏輯上能通過位來表示。于是，保障可以優(yōu)選地通過雙軌信號(hào)來表示。在一般情況下同樣可以通過加倍來保障信號(hào)，所述加倍可選地是反轉(zhuǎn)的?？商鎿Q地，也可以生成奇偶校驗(yàn)或者應(yīng)用CRC(循環(huán)冗余校驗(yàn))或者ECC(糾錯(cuò)碼)，所述奇偶校驗(yàn)優(yōu)選地在內(nèi)部以自身安全的方式被生成。
模式信號(hào)可以在組件之外被應(yīng)用。首先，所述模式信號(hào)可以被用于對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行自監(jiān)控。所述模式信號(hào)從軟件角度看負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換，并且應(yīng)該總是知道系統(tǒng)處于哪種模式下，并且也使所述系統(tǒng)處于該模式。因此，對(duì)該信號(hào)的檢驗(yàn)?zāi)鼙挥糜诒Ｕ?。這首先可以直接實(shí)現(xiàn)。但是，另一可替換的可能性也是經(jīng)由定時(shí)器或者其它“獨(dú)立的”單元利用所述信號(hào)使操作系統(tǒng)處的詢問合理。
通常，所述信號(hào)可選地也可以被用在μC(或者通用計(jì)算單元)的其它數(shù)據(jù)接收器中。例如MPU(存儲(chǔ)器保護(hù)單元)可以如此被編程，使得該MPU只在某些模式下允許(某些執(zhí)行單元的)某些存儲(chǔ)器訪問。在此，MPU是一種單元，該單元能夠通過以下方式保證只執(zhí)行所允許的對(duì)數(shù)據(jù)/地址總線的訪問，即例如所述單元針對(duì)某些程序部分禁止對(duì)某些地址空間的訪問。通過將模式信號(hào)引向MPU、對(duì)該MPU進(jìn)行相應(yīng)配置和編程并且評(píng)價(jià)配置數(shù)據(jù)和模式信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)附加的保障。如果模式信號(hào)已經(jīng)是用于進(jìn)行檢驗(yàn)的充分的信息，則這有時(shí)甚至簡化編程。于是，在μC初始化時(shí)刻的準(zhǔn)靜態(tài)編程足夠了。相應(yīng)的內(nèi)容可以適用于外圍單元。這里也存在這樣的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中只有在某些模式下才允許對(duì)相對(duì)應(yīng)的外圍元件的訪問。通過將模式信號(hào)引向外圍元件、對(duì)外圍元件進(jìn)行相應(yīng)配置和編程、并且評(píng)價(jià)配置數(shù)據(jù)和模式信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)附加的保障。如果模式信號(hào)已經(jīng)是用于進(jìn)行檢驗(yàn)的充分的信息，則這有時(shí)甚至簡化編程。于是在μC初始化時(shí)刻的準(zhǔn)靜態(tài)編程足夠了。類似地，對(duì)所述信號(hào)的評(píng)價(jià)也可以在中斷控制器處被應(yīng)用。這種監(jiān)控于是可以構(gòu)成安全性方案的基礎(chǔ)或者基本組成部分。通過適當(dāng)?shù)膶?shí)施和軟件結(jié)構(gòu)化也能夠針對(duì)整個(gè)故障類在所考察的應(yīng)用中根據(jù)該模式信號(hào)建立安全性方案。如果該模式信號(hào)以如上所述的適當(dāng)形式是自身安全的，則這尤其是有利的。在這種情況下，如果所考察的組件在其檢測到模式信號(hào)與對(duì)其自身的訪問之間的不一致性的情況下具有發(fā)送故障信號(hào)或者操縱斷路路徑的可能性，則這是進(jìn)一步有利的。
另一重要的應(yīng)用目的是在計(jì)算單元之外評(píng)價(jià)模式信號(hào)。直接應(yīng)用是在遞減的監(jiān)視定時(shí)器(Watchdog)中的評(píng)價(jià)。這種“監(jiān)視定時(shí)器”包括至少一個(gè)(計(jì)數(shù)器)寄存器，該(計(jì)數(shù)器)寄存器可以通過微處理器被設(shè)置為整數(shù)值。在設(shè)置該寄存器之后，該“監(jiān)視定時(shí)器”以固定周期獨(dú)立地遞減寄存器的值。如果寄存器的值是零或者出現(xiàn)溢出，則該“監(jiān)視定時(shí)器”產(chǎn)生故障信號(hào)。如果該故障信號(hào)不應(yīng)該被產(chǎn)生，則微處理器必須及時(shí)地重新復(fù)位寄存器的值。因此可以(在邊界中)檢驗(yàn)，微處理器是否正確地執(zhí)行軟件。如果微處理器不再正確地執(zhí)行軟件，則假設(shè)在該情況下“監(jiān)視定時(shí)器”也不再被正確地操作，并且因此由“監(jiān)視定時(shí)器”產(chǎn)生故障信號(hào)。硬件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的完整性可以可靠地在比較模式下被檢驗(yàn)，但是為此必須保證微處理器定期地又被轉(zhuǎn)換回該比較模式。因此，這里所描述的“監(jiān)視定時(shí)器”的任務(wù)是，不僅在所述監(jiān)視定時(shí)器在所定義的時(shí)間間隔內(nèi)不再被復(fù)位時(shí)產(chǎn)生故障信號(hào)，而且在微處理器在所定義的時(shí)間間隔內(nèi)不再被轉(zhuǎn)換回所定義的比較模式時(shí)也產(chǎn)生故障信號(hào)。例如只有當(dāng)模式信號(hào)表明計(jì)算單元的所定義的比較模式時(shí)，“監(jiān)視定時(shí)器”才被復(fù)位。因此保證計(jì)算單元定期地被轉(zhuǎn)換回該模式?？商鎿Q地或者補(bǔ)充地，只有當(dāng)在微處理器中觸發(fā)某些中斷時(shí)，才遞減“監(jiān)視定時(shí)器”的寄存器中的值。為此，也必須將μC的外部中斷信號(hào)耦合到監(jiān)視定時(shí)器上。在監(jiān)視定時(shí)器中存儲(chǔ)有哪個(gè)中斷將μC轉(zhuǎn)換到所定義的比較模式。“建立”監(jiān)視定時(shí)器，一旦這種中斷到來，所述監(jiān)視定時(shí)器就由于存在正確的模式信號(hào)而被復(fù)位。
完全一般地，有利的是，尤其是在應(yīng)用于安全性方案時(shí)，在μC外部的源中評(píng)價(jià)模式信號(hào)。如在本發(fā)明中所述的那樣，保障軟件在計(jì)算機(jī)上正確運(yùn)行的主要點(diǎn)是在不同的所允許的模式之間的正確轉(zhuǎn)換。首先應(yīng)該自己檢驗(yàn)轉(zhuǎn)換能力，優(yōu)選地也還檢驗(yàn)正確的轉(zhuǎn)換。如上所述，也可能感興趣于定期地采用特定的模式。如果模式信號(hào)本身以自身安全的方式被構(gòu)造，則這種方法總是特別有利的。
一種可能性是將模式信號(hào)引向ASIC或者另一μC。所述ASIC或者另一μC可以經(jīng)由定時(shí)器和簡單的邏輯在應(yīng)用該信號(hào)的情況下檢驗(yàn)至少以下幾點(diǎn)計(jì)算單元足夠頻繁地(例如最遲每1000μs)進(jìn)入一個(gè)或者多個(gè)所定義的模式？在轉(zhuǎn)換到一種模式時(shí)總是輸出某一信號(hào)？計(jì)算單元定期地從一種模式出來？
模式的順序的某個(gè)簡單樣式是有效的？一般的時(shí)間樣式是有效的(例如在模式1平均＜70％而在模式2＜50％)？模式信號(hào)的邏輯、時(shí)間特性的任何一個(gè)組合必要時(shí)通過應(yīng)用附加的信號(hào)來補(bǔ)充。
在此，在圖22中描述了除此之外的建議的基本配置。在這種伙伴ASIC或者μC與所考察的具有本發(fā)明的計(jì)算單元之間執(zhí)行特定的問答游戲。N300是能夠發(fā)出這種模式信號(hào)的計(jì)算單元。這例如可以是μC，其具有多個(gè)執(zhí)行單元和能夠生成該模式信號(hào)的另一件。例如所述另一組件可以如在圖19或者圖21中那樣被實(shí)現(xiàn)。N300將該信號(hào)N310提供給伙伴(例如其它計(jì)算單元、其它μC或者ASIC)N330。該伙伴可以通過信號(hào)N320向N300提出問題，N300必須經(jīng)由N321來回答該問題。這種問題可以是計(jì)算任務(wù)，該計(jì)算任務(wù)的正確結(jié)果應(yīng)經(jīng)由N321由N300在所定義的時(shí)間間隔內(nèi)提供。N330可以獨(dú)立于N300檢驗(yàn)該結(jié)果的正確性。例如該結(jié)果被存儲(chǔ)在N330中，或者N330可以自己計(jì)算出該結(jié)果。在檢測到不正確的值時(shí)識(shí)別出故障。所建議的問答通信的特點(diǎn)在于，與應(yīng)答并行地考察模式信號(hào)。優(yōu)選地，可以如此提出問題，以致為了由N300應(yīng)答，必須采用這些確定的模式。因此可以可靠地檢驗(yàn)，所有模式轉(zhuǎn)換都是能運(yùn)行的(funktionsfaehig)，并且在程序流程中所設(shè)置的模式轉(zhuǎn)換也被執(zhí)行。尤其是在系統(tǒng)初始化時(shí)、但是也可以在工作時(shí)，這可以用作安全性方案的基本組成部分。
該構(gòu)思的另一應(yīng)用是在執(zhí)行元件控制裝置中評(píng)價(jià)模式信號(hào)。在汽車領(lǐng)域中的許多應(yīng)用中，目前趨勢是所謂的智能執(zhí)行元件。這是具有最小電子線路規(guī)模的執(zhí)行元件，該電子線路規(guī)模足以接收?qǐng)?zhí)行元件調(diào)節(jié)指令并且隨后這樣控制執(zhí)行元件，使得該調(diào)節(jié)指令隨后也被執(zhí)行。
在圖23中示出了基本構(gòu)思。具有本發(fā)明的計(jì)算單元N400經(jīng)由連接N420向(智能)執(zhí)行元件或者執(zhí)行元件控制裝置N430給出調(diào)節(jié)指令。該計(jì)算單元并行地經(jīng)由連接N410向該執(zhí)行元件給出模式信號(hào)。執(zhí)行元件N430根據(jù)該模式信號(hào)檢查，控制裝置是否被允許并且可選地通過信號(hào)N440返回故障狀態(tài)。在控制裝置有故障的情況下，執(zhí)行元件采用在系統(tǒng)中不關(guān)鍵的故障沉默狀態(tài)。
權(quán)利要求
1.一種用于評(píng)價(jià)具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)的方法，其中，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在至少兩個(gè)工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且第一工作模式與比較模式相對(duì)應(yīng)，而第二工作模式與性能模式相對(duì)應(yīng)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化，該模式信號(hào)表明剛剛所處的工作模式，并且在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之外至少提供模式信號(hào)的變化和/或該模式信號(hào)本身用于進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外部的組件中評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，在安全組件、尤其是監(jiān)視定時(shí)器中評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在處理單元、尤其是第二計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，如下進(jìn)行評(píng)價(jià)，即僅僅在能被預(yù)定的工作模式之內(nèi)根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化來釋放能被預(yù)定的操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，如下進(jìn)行評(píng)價(jià)，僅僅在能被預(yù)定的工作模式之內(nèi)根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化來釋放外部組件的能被預(yù)定的功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述外部組件監(jiān)控到比較模式的變換。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述外部組件僅僅在能被預(yù)定的工作模式下被控制，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述外部組件包含信息，所述信息說明，通過哪些轉(zhuǎn)換信號(hào)、尤其是中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)工作模式的變換，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述外部組件僅僅在能被預(yù)定的工作模式下被控制，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述外部組件包含信息，所述信息說明，通過哪些轉(zhuǎn)換信號(hào)、尤其是中斷信號(hào)實(shí)現(xiàn)工作模式的變換，并且這按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化被監(jiān)控。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為評(píng)價(jià)通過進(jìn)行問答通信來執(zhí)行故障識(shí)別。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為評(píng)價(jià)這樣執(zhí)行故障識(shí)別，使得將模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化與預(yù)定的信息進(jìn)行比較，并且在偏離或者一致時(shí)識(shí)別出故障。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，作為評(píng)價(jià)這樣執(zhí)行故障識(shí)別，使得將根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化構(gòu)成的信息與預(yù)定的信息進(jìn)行比較，并且在偏離或者一致時(shí)識(shí)別出故障。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，按照模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化通過在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)外部的組件來監(jiān)控工作模式的變換。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化通過至少一個(gè)附加信息來保障。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化通過以下方式來保障，即至少加倍模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化作為雙軌信號(hào)來保障。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，設(shè)置多于兩個(gè)的工作模式，在所述工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或者19所述的方法，其特征在于，為了表明相應(yīng)的工作模式設(shè)置能被配置的工作模式標(biāo)識(shí)。
21.根據(jù)權(quán)利要求1或者19所述的方法，其特征在于，為了表明相應(yīng)的工作模式設(shè)置能被配置的指針變量。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化來執(zhí)行故障識(shí)別，其中在故障識(shí)別的范圍內(nèi)產(chǎn)生至少一個(gè)故障信號(hào)。
23.根據(jù)權(quán)利要求2、3、4、6、7、8、9、10、11之一所述的方法，其特征在于，在所述外部組件中應(yīng)用計(jì)數(shù)器。
24.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，所述模式信號(hào)是這樣地多值的，使得通過模式信號(hào)能表示多于兩個(gè)的模式。
25.一種用于評(píng)價(jià)具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)的設(shè)備，其中，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在至少兩個(gè)工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且第一工作模式與比較模式相對(duì)應(yīng)，而第二工作模式與性能模式相對(duì)應(yīng)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中包含裝置，所述裝置這樣被構(gòu)造，使得所述裝置產(chǎn)生模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化，該模式信號(hào)表明剛剛所處的工作模式，并且在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之外至少提供模式信號(hào)的變化和/或該模式信號(hào)本身用于進(jìn)行評(píng)價(jià)。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，在計(jì)算機(jī)外部的組件被包含在該設(shè)備中，該設(shè)備評(píng)價(jià)模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，外部組件是安全組件、特別是監(jiān)視定時(shí)器。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的設(shè)備，其特征在于，所述監(jiān)視定時(shí)器是遞減的監(jiān)視定時(shí)器。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，所述外部組件是執(zhí)行元件或者執(zhí)行元件控制組件。
30.根據(jù)權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其特征在于，這樣產(chǎn)生模式信號(hào)，使得通過該模式信號(hào)能表示多于兩個(gè)的模式。
全文摘要
一種用于評(píng)價(jià)具有至少兩個(gè)執(zhí)行單元的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的信號(hào)的方法和設(shè)備，其中，在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，在至少兩個(gè)工作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并且第一工作模式與比較模式相對(duì)應(yīng)，而第二工作模式與性能模式相對(duì)應(yīng)，其特征在于，在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中產(chǎn)生模式信號(hào)和/或模式信號(hào)的變化，該模式信號(hào)表明剛剛所處的工作模式，并且在該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之外至少提供模式信號(hào)的變化和/或該模式信號(hào)本身用于進(jìn)行評(píng)價(jià)。
文檔編號(hào)G06F11/16GK101048746SQ200580036442
公開日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2005年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月25日
發(fā)明者R·魏貝爾勒, B·米勒, Y·科拉尼, R·格梅利希, E·貝爾 申請(qǐng)人:羅伯特·博世有限公司