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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche. Es ist bereits bekannt, zur Überprüfung der Funktion eines Rechners, den Zugriff auf den normalen Arbeitsspeicher des Rechners auf einen Ersatzspeicher umzulenken. In diesen Ersatzspeicher können dann andere Programmabläufe oder andere Daten für die Programmabläufe verwendet werden und es kann so überprüft werden, ob der Rechner dann seine Steuer- und Regelfunktion besser wahrnimmt. Weiterhin sind sogenannte Debugger bekannt, die Aussagen über innere Betriebszustände des Rechners liefern. Eine derartige Überprüfung konnte nur im Labor aber nicht unter seriennahen Bedingungen des Rechners erfolgen.
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Vorteile der Erfindung
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Das Verfahren bzw. die Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche lösen demgegenüber die Aufgabe, eine Überprüfung der Funktion des Rechners unter realen Einsatzbedingungen zu ermöglichen. Dabei können sowohl die Funktionen von bestehenden Programmen wie auch die Auswirkungen von Änderungen von Programmen auf die Funktion des Rechners analysiert werden.
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Weitere Vorteile und Verbesserungen, ergeben sich aus den Maßnahmen der abhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhaft ist es Informationen über die Zustände der im Rechner angeordneten Register oder Ports zu bekommen. Durch Einbindung des Analyseprogramms in das normale Betriebssystem kann sichergestellt werden, daß wichtige Funktionen noch vom Rechner 1 wahrgenommen werden können. Es wird so sichergestellt, daß auch bei laufenden Anwendungen durch die Analyse keine Störungen der wesentlichen Steuerungs- oder Regelungsfunktionen des Rechners 1 eintritt.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen 1 eine schematische Ansicht eines Rechners 1, eines Arbeitsspeichers 2 und eines Ersatzspeichers 10, 2 zeigt eine detaillierte Ansicht des Ersatzspeichers 10 und 3 erläutert ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung unter der Voraussetzung, daß der Rechner 1 nur lesend auf den Arbeitsspeicher 2 zugreifen kann.
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Beschreibung
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In der 1 wird ein Rechner (Microcontroller) 1 während der Überprüfung seiner Funktion gezeigt. Der Microrechner 1 steht in einem normalen Betriebszustand über Busleitungen 5 mit einem Arbeitsspeicher 2 in Verbindung. Die Busleitungen 5 sind sowohl für den Austausch von Adressen wie auch für den Austausch von Daten gedacht (Adress- und Datenbus). Der Arbeitsspeicher 2 weist einen Programmbereich 3 und ein Datenbereich 4 auf. Beim normalen Betrieb bearbeitet der Rechner 1 ein Programm, welches im Programmspeicher Bereich 3 enthalten ist und verwendet dazu die Daten, die im Datenbereich 4 abgelegt sind. Zum Zweck der Überprüfung der Funktion des Rechners 1 ist nun ein Umschalter 6 vorgesehen. Durch Betätigen des Umschalters 6 wird bewirkt, daß der Rechner 1 dann über die Busleitungen 5 mit dem Ersatzspeicher 10 und nicht mehr mit dem Arbeitsspeicher 2 verbunden ist. Der Ersatzspeicher 10 weist einen Ersatzprogrammbereich 11, einen Ersatzdatenbereich 12 und ein Hilfsprogrammbereich 13 auf. Wie durch den in der 1 links vom Ersatzspeicher 10 angeordneten Busleitungen 50 angedeutet wird, ist der Ersatzspeicher 10 nicht nur in der Lage Informationen mit dem Rechner 1 auszutauschen, sondern er kann auch von außerhalb beschrieben oder ausgelesen werden.
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Alternativ ist es auch möglich, daß der Umschalter 6 nur einen Teil des Arbeitsspeichers auf einen Ersatzspeicher umschaltet. Beispielsweise wäre es möglich nur den Programmbereich 3 auf den Ersatzprogrammbereich 11 umzuschalten während hingegen der Datenbereich 4 nach wie vor vom Rechner 1 genutzt wird.
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Der Ersatzspeicher 10 hat die Eigenschaft, daß er auch von außerhalb beschrieben bzw. der Speicherinhalt ausgelesen werden kann. Dies ermöglicht es die Funktionsweise des Rechners 1 bzw. die Funktion von bestimmten Programmteilen oder Datenbereichen zu überprüfen. Dazu werden im Ersatzspeicher 10 beispielsweise im Ersatzprogrammbereich 11 oder im Ersatzdatenbereich 12 Informationen eingeschrieben, die sich von den Informationen im Programmbereich 3 bzw. im Datenbereich 4 unterscheiden. Bei dem Rechner 1 kann es sich beispielsweise um eine Steuerung für einen Verbrennungsmotor handeln. Für diese Steuerungsaufgaben sind im Programmbereich bestimmte Regelungsprogramme und im Datenbereich 4 Kennfelder abgelegt, die für den betreffenden Motor spezifisch sind und die von den Regelungsprogrammen genutzt werden. Um nun die Steuerung des Motors zu verbessern werden zu Testzwecken veränderte Regelungsprogramme bzw. veränderte Kennfelder in den Ersatzspeicher 10 eingeschrieben und es wird so überprüft, ob die veränderten Regelungs- oder Steuerprogramme bzw. die veränderten Kennfelder eine verbesserte Funktion des Rechners 1 bzw. der durch den Rechner 1 gesteuerten Funktionen bewirken. Dabei ist es insbesondere für die Überprüfung von neuen Regelungs- oder Steuerprogrammen von Intersse die Arbeitsweise oder Funktion des Rechners 1 in bestimmten extremen Betriebszuständen zu untersuchen. Dazu muß es möglich sein, die inneren Betriebszustände des Rechners 1 zu überprüfen. Eine derartige Überprüfung ist im normalen Betrieb des Rechners 1 nicht erforderlich. Es ist daher für den Ersatzspeicher 10 ein Hilfsprogrammbereich 13 vorgesehen, in dem entsprechende Hilfsprogramme, die eine derartige Überprüfung der Funktion und Arbeitsweise des Rechners 1 ermöglichen, abgespeichert sind.
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Die Funktionsweise dieses Hilfsprogramms wird nun anhand der 2 näher erläutert. In der 2 wird noch einmal der Ersatzspeicher 10 mit dem Ersatzprogrammbereich 11, dem Ersatzdatenbereich 12 und dem Hilfsprogrammbereich 13 im Detail gezeigt. Der Ersatzspeicher 10 ist beispielsweise als sogenannter Dual-Port-RAM ausgebildet, bei dem neben dem Rechner 1 auch von außerhalb auf den Ersatzspeicher 10 zugegriffen werden kann. Das Hilfsprogramm 13 enthält nun unterschiedliche Bereiche mit unterschiedlichen Funktionen. Bei dem Programmbereich 101 handelt es sich um ein Analyseprogramm, welches vom Rechner 1 ausgeführt wird und welches zur Analyse der Betriebszustände des Rechners 1 dient. Weiterhin ist ein Hilfsprogrammspeicherbereich 102 vorgesehen, der zur Speicherung von Daten für das Analyseprogramm dient.
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Das Analyseprogramm 101 (d. h. das Programm das im Bereich 101 abgespeichert ist) ist ausgelegt um innere Zustände des Rechners 1 zu analysieren. Dazu ist das Analyseprogramm 101 beispielsweise in der Lage den Rechner 1 zu veranlassen, den Zustand einzelner innerer Register, Ports oder anderer von außen nicht unmittelbar auslesbarer Speicherbereiche auszulesen. Dies erfolgt dadurch, daß das Analyseprogramm 101 den Rechner 1 veranlaßt die in einem bestimmten Register gespeicherten Daten auf den Datenbus zu geben und auf dem Adressbus eine Adresse anzulegen, die in dem Hilfsprogrammspeicherbereich 102 liegt. Es wird dann so der Zustand des betreffenden Registers in dem Hilfsprogrammspeicherbereich 102 eingeschrieben. Der Zustand dieses im Rechner 1 angeordneten Registers kann dann durch auslesen der entsprechenden Speicherplätze im Hilfsprogrammspeicherbereich 102 von außen analysiert werden. Weiterhin kann der Hilfsprogrammspeicherbereich 102 dazu genutzt werden, dem Analyseprogramm mitzuteilen welche Register, Ports und dergleichen des Rechners 1 analysiert werden sollen. Dazu werden von außerhalb in einen vorgegebenen Bereich des Hilfsprogrammspeicherbereichs 102 Anweisungen eingeschrieben, die das Analyseprogramm 101 veranlassen entsprechende Bereiche des Rechners 1 zu untersuchen.
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Zur Aktivierung des Hilfsprogramms 13 ist eine Möglichkeit vorzusehen, wie der Rechner 1 das normale Programm 11 verläßt und dann zur Abarbeitung des Hilfsprogramms 13 veranlaßt wird. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß im Ersatzprogrammbereich 11 ein Betriebssystem vorgesehen ist, welches von Zeit zu Zeit nachsieht, ob von außerhalb eine Anforderung vorliegt, das Hilfsprogramm 13 abzuarbeiten. Eine derartige Anforderung könnte beispielsweise in den Hilfsprogrammspeicherbereich 102 eingeschrieben werden. In diesem Fall enthält das Betriebssystem eine Abfrageschleife, die überprüft, ob an der entsprechenden Stelle des Hilfsprogrammspeicherbereichs 102 ein entsprechender Befehl vorliegt. Wenn ein entsprechender Befehl vorliegt, wird dann das Analyseprogramm 101 aktiviert.
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Eine weitere Möglichkeit wird in der 2 dargestellt, bei der von außerhalb an einem bestimmten Speicherplatz 100 in dem normalen Programmablauf der im Ersatzprogrammbereich 11 vorgesehen ist ein Sprungbefehl 100 auf das Analyseprogramm 101 vorgesehen ist. Dieser Sprungbefehl wird bedarfsweise von außerhalb in den Ersatzspeicher 10 eingeschrieben. Neben einem unbedingten Sprungbefehl sind beispielsweise auch Interruptbefehle oder dergleichen vorstellbar. Durch Einschreiben eines derartigen Sprungbefehls an den Speicherplatz 100 wird immer dann, wenn das an der entsprechenden Stelle stehende Programm im Ersatzprogrammbereich 11 aufgerufen wird, statt dieses Programms das Analyseprogramm 101, abgearbeitet.
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Wenn die Überprüfung des Rechners 1 während des laufenden Betriebs des Rechners 1 erfolgt, so ist darauf zu achten, daß durch die Überprüfung der Funktion des Rechners 1 zumindest die wichtigen Steuerfunktionen, die vom Rechner 1 ausgeführt werden nicht gestört werden. Dies ist jedoch in der Regel bei modernen Rechnern kein Problem, da diese neben den eigentlichen Steuerfunktionen noch eine Reihe von Nebenfunktionen wahrnehmen, die auch von Zeit zu Zeit unterbleiben können, ohne daß es dabei zu einer wesentlichen Beeinträchtigung des zu steuernden Systems kommt. Wenn der Rechner 1 beispielsweise zur Steuerung von Motorfunktion eines Benzinmotors vorgesehen ist, so sollten beispielsweise die Abarbeitung von Programmteilen, die sich mit der Einspritzung von Kraftstoff und mit der Zündung befassen nicht gestört werden. Diese Funktionen werden vom Rechner 1 mit Vorrang vor allen anderen Funktionen bearbeitet. Zusätzlich sind jedoch noch weitere Programme vorgesehen, beispielsweise Programme die verschiedene Daten über Betriebszustände des Motors sammeln und diese für Überprüfungsfunktionen weiterleiten. Durch ein Betriebsystem wird dabei sichergestellt, daß die wesentlichen Steuerungsfunktionen immer wahrgenommen werden, während die weniger wichtigen Steuerungs- oder Analysefunktionen des Motors nur dann wahrgenommen werden, wenn keine wichtigen Steuerfunktionen erfolgen. Das Analyseprogramm 101 dürfte nur dann aktiviert werden, wenn gerade keine wichtigen Steuerfunktionen vom Rechner 1 bearbeitet werden müssen. Dies kann, wie bereits ausgeführt, dadurch erfolgen, daß in einem weniger wichtigen Programmteil ein Sprungbefehl 100 eingefügt wird. Normalerweise werden die unterschiedlichen Funktionen die die Programme wahrnehmen durch verschiede Programmmodule realisiert und es wird durch ein (wie auch immer ausgeführtes) Betriebssystem sichergestellt, daß die Module, die für wichtige Steuerungsfunktionen zuständig sind, auch öfters aufgerufen werden, d. h. vom Rechner abgearbeitet werden. Der Sprungbfehl sollte sollte in ein weniger wichtiges Modul eingeschrieben werden, um bei laufendem Betrieb des Rechners die wichtigen Steuerungsfunktionen noch wahrnehmen zu können.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß das Betriebssystem im Ersatzprogrammbereich 11 regelmäßig abfragt, ob von einem Nutzer die Aktivierung des Analyseprogramms 101 gewünscht wird und dieses aber nur dann zuläßt, wenn keine wichtigen Steuerfunktionen vom Rechner 1 wahrgenommen werden müssen. Auch diese Vorgehensweise erlaubt es den Betriebszustand des Rechners 1 während der laufenden Steuerfunktion zu untersuchen. Es können somit unter realen Einsatzbedingungen mit der realen Hardware des Rechners 1 Aussagen über die Betriebszustände des Rechners 1, über den Ablauf eines bestimmten Programms innerhalb des Rechners 1 bzw. über das Verhältnis der internen Zustände des Prozessors und der vom Rechner ausgeübten Regelungs- und Steuerungsfunktionen getroffen werden.
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Es gibt Rechner 1, die auf ihren Arbeitsspeicher 2 nur lesend aber nicht schreibend zugreifen können. Ein derartiger Rechner und die zur Überprüfung eines derartigen Rechners notwendige Mittel werden in der 3 dargestellt. Mit den Bezugszahlen 1 bis 6 und 10 bis 13 werden wieder die gleichen Gegenstände bezeichnet, wie sie bereits zur 1 beschrieben wurden.
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Im Unterschied zur 1 wird jedoch in der 3 noch die Leseleitung 30 und die Schreibleitung 31 des Rechners 1 dargestellt. Durch ein Signal auf der Leseleitung 30 signalisiert der Rechner 1 den Speicherbausteinen, daß nun ein lesender Zugriff stattfindet. Dies erfolgt dahingehend, daß die Speicher bei dem Signal auf der Leitung 30 den Speicherinhalt des Speicherplatzes, der auf dem Adressbus angezeigt wird auf den Datenbus geben. Durch ein Signal auf der Schreibleitung 31 wird den Speicherbausteinen signalisiert, daß nun ein schreibender Zugriff vorliegt, d. h. die Speicherbausteine schreiben die Daten die auf dem Datenbus anliegen in den Speicherbaustein mit der Adresse, die auf dem Adressbus vorliegt.
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Wie in der 3 zu erkennen ist, ist der Arbeitsspeicher 2 und der Ersatzspeicher 10 nur mittels einer Leseleitung 30 mit dem Rechner 1 verbunden. D. h. die Programme oder Daten können von diesen Speichern nur ausgelesen werden. Weiterhin ist noch ein Speicherbaustein 41 vorhanden, der mit dem Rechner 1 sowohl über die Leseleitung 30 wie auch die Schreibleitung 31 verbunden ist. Der Rechner 1 kann somit in den Speicher 41 Daten sowohl einschreiben wie auch auslesen. Der Speicherbaustein 41 ist natürlich auch über die Busleitungen 5 mit dem Rechner 1 verbunden.
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Der Rechner 1, der Arbeitsspeicher 2 und der Speicher 41 bilden eine Steuervorrichtung, wie sie beispielsweise für die Steuerung von Benzinmotoren verwendet werden. Der Speicher 41 auf den der Rechner 1 sowohl schreibend wie auch lesend zugreifen kann, ermöglicht es dem Rechner 1 Daten zwischenzuspeichern. Für die Überprüfung der Funktion des Rechners 1 ist nun ein weiterer Speicher 42 vorgesehen, der mit dem Rechner 1 über die Datenleitungen 5 und die Schreibleitung 31 verbunden ist. Von außerhalb kann jedoch auf den Speicher 42 sowohl schreibend wie auch lesend zugegriffen werden. Dies wird durch die Busleitungen 50 unterhalb des Speicherbausteins 42 in der 3 angedeutet.
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Der Speicherbaustein 42 ist nun von seinem Adressbereich so angeordnet, daß sich sein adressierbarer Bereich vollständig mit dem adressierbaren Bereich des Speichers 41 überlappt. Zusätzlich kann jedoch auch vorgesehen werden, daß der Speicherbaustein 42 größer ist als der Speicher 41 und somit einen zusätzlich adressierbaren Bereich aufweist. Durch Auslesen der Daten im Speicher 42 kann somit Informationen über den Speicherinhalt des Speichers 41 und zusätzliche Informationen ausgelesen werden. Da bei jedem Schreibbefehl durch die überlappenden Adressbereiche alle Daten die vom Rechner 1 in den Speicher 41 eingeschrieben werden, gleichzeitig auch in den Speicher 42 eingeschrieben werden, kann somit durch Auslesen des Speicherinhalts des Speichers 42 festgestellt werden, wie der Speicherinhalt des Speichers 41 aussieht.
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Weiterhin kann der Speicher 42 dazu genutzt werden um Ergebnisse des Analyseprogramms 101 nach außerhalb zu transportieren. Dazu sieht das Analyseprogramm vor, daß der Inhalt von bestimmten internen Registern, Ports usw. des Rechners 1 auf den Datenbus gegeben werden, gleichzeitig ein Schreibbefehl erfolgt und eine Adresse auf den Adressbus gegeben wird, die im adressierbaren Bereich des Speichers 42 liegt. Sofern keine anderen Programme auf die entsprechenden Speicherplätze zugreifen können diese Daten auch in einem Adressbereich liegen, indem der Speicher 41 adrssierbar ist. Wenn jedoch ein Einschreiben dieser Daten in den Speicher 41 vermieden werden soll, beispielsweise weil der Speicher 41 vollständig für den normalen Betrieb des Rechners 1 benötigt wird, so können die Daten in zusätzlichen Adressbereichen des Speichers 42 gespeichert werden, in denen der Speicher 41 nicht adressierbar ist.
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Der Grund für den etwas komplizierteren Aufbau gemäß der 3 liegt daran begründet, daß die Überprüfung der Funktion des Rechners 1 ein Eingriff in die Hardware eines entsprechenden Steuergerätes erfordert. Es ist daher oft nicht möglich die prinzipiell im Rechner vorhandene Schreib- oder Leseleitung beliebig zu kontaktieren. Vielmehr ist man in der Regel darauf angewiesen, die Leitungen zu nutzen, die sowieso für den speziellen Hardwareaufbau vorgesehen sind. Da es für den normalen Betrieb eines Steuergeräts mit einem Rechner 1 ausreicht, wenn auf den Arbeitsspeicher 2 nur lesend zugegriffen werden kann und nur ein relativ zum Speicher 2 kleiner Speicher 41 vorgesehen ist, auf den lesend und schreibend zugegriffen werden kann, muß sich eine entsprechende Vorrichtung zur Überprüfung der Funktion eines Rechners 1 in einer derartigen Steuervorrichtung entsprechend an die Hardware anpassen.