利用至少一个外部信号实现多处理器系统的工作模式之间转换的方法和装置

摘要

在具有至少两个执行单元的一种计算机系统上的转换方法，依此，在至少两个工作模式之间进行转换，第一个工作模式相应于一个比较模式，第二个工作模式相应于一个性能模式，其特征在于，转换是通过至少一个在计算机系统外部产生的信号而被触发的。

说明书

背景技术

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的一种装置和一种方法，用于在一个多处理器系统的至少两种工作模式之间进行转换，该多处理器系统配有至少两个执行单元及一个相应的处理器系统。

由α-粒子或宇宙射线所造成的瞬态故障，已日益成为对集成半导体电路的一种问题。通过减小结构宽度、降低电压和提高脉冲重复频率，便可增大下述可能性：由于α-粒子或宇宙辐射引起的电压峰值会使得一集成电路中的一个逻辑值失真。失真的计算结果可能是其后果。因此，在与可靠性相关的系统中，特别在汽车上，必须可靠地探测出上述那种故障。

在与安全相关的系统中、例如汽车上的ABS-调节系统(制动防抱死系统)-在这些系统中都必须可靠地探测出电子装置的误动作-在这些系统的相应控制装置上通常都须使用用于故障识别的冗余(Redundanz)。因此，例如在已知的ABS-系统中，总是要使完全的微控制器加倍，于此，全部的ABS-功能都可冗余地加以计算，并对其一致性加以检查。如果结果出现不一致，则即关断ABS-系统。

一个微控制器一方面由下列部分组成：存储模块(例如RAM<随机存取存储器>，ROM<只读存储器>，Cache<高速缓冲存储器>)，处理器(CPU<计算机中央处理装置>，Core<芯片>)，及输入/输出接口，所谓的外围设备(例如A/D<模拟/数码>转换器，CAN-接口<控制器局域网络接口>)。由于存储元件都可以有效地利用检验代码(奇偶检验或ECC)加以监督，而且外围设备往往可从专门应用上说作为一个传感器线路或执行机构信号线路的一部分加以监督，所以在一个微控制器的芯片(CPUs-中央处理装置)的唯一倍增上存在另一种冗余附加。

这种配有至少两个集成的芯片的微控制器也被称之为双重芯或多重芯结构。这两种芯冗余地且脉冲同步地执行同一个程序段，对两个执行单元的结果加以比较，然后在一致性的比较过程中识别出误差。下面将一个多芯系统的这种配置称作为比较模式。

双重芯或多重芯结构在其它应用中也可用来提高效率，即用来提高性能。两种芯执行不同的程序，从而达到提高效率的目的，因此，这种多芯系统的结构称之为效率模式或性能模式。该系统也称为对称的多处理器系统(SMP)。

可以利用转换的方法来实现该系统的扩展，这就是说，根据其用途之不同，该多处理器系统可以按比较模式或按性能模式运行。按比较模式工作时，对芯片的输出信号彼此加以比较。出现差异时，便发出一个误差信号。按性能模式工作时，所述两种芯片是作为一个对称的多处理器系统(SMP)而工作的，并执行不同的程序。

本发明的优点

涉及的系统，首先在汽车领域是众所周知的，这些系统应对外部事件有反应，或者应根据外部事件起反应。在这些系统上，有利的是根据处理器外部的条件(例如传感器值、系统状态、汽车状态)进行转换。在汽车上今后会日益增多地采用时间控制的通信系统。结合这些通信系统，有利的做法是：根据通信系统的全球时间基础或根据其它时间事件来转换一个多处理器系统的工作模式。

在实时制上，也许对于误差处理有用的做法是：将一个多处理器系统的工作模式从一种冗余模式(比较模式)转换成非冗余模式(性能模式)，借以实现分开的误差定位和误差处理。不同的系统模式(例如在一汽车调节系统中)也可能对最佳处理模式提出不同的要求。因此，有利的做法是：同一个程序在系统模式1中可以按处理器系统的第一工作模式来运行；此时，在系统模式2中则最好按处理器系统的第二工作模式进行。在现有技术中，向提供的工作模式的有针对性的转换或者对于该转换所进行的抑制都依赖于外部信号，即不能通过程序专用标记或对某一存储地址的存取来完成。

本发明的任务是，根据一外部信号来实现不同工作模式之间的转换。

现在就一个配有至少两个执行单元的计算机系统优先介绍一种转换方法，于此，在至少两个工作模式之间实现转换，第一工作模式相应于一个比较模式，第二工作模式相应于一个性能模式，其特征在于，通过至少一个信号来激活所述转换，该信号是在计算机系统外部产生的。有利的是，该外部信号配有一种识别信号(Kennung)或者说该信号含有这样一种识别信号，其中只有当存在识别信号时才能进行转换。最好由该识别信号来确定转换到哪种工作模式。该识别信号最好含有一个时间条件，通过该时间条件来确定何时加以转换。有利的是，通过外部信号只向一个方向实现工作模式之间的转换。有利的是，通过该外部信号只是从性能模式转换到比较模式。有利的是，通过该外部信号仅仅实现从比较模式到性能模式的转换。有利的是，该信号表示中断处理的触发。有利的是，该识别信号相应于一个预定信号过程(vorgebebener Signalverlauf)、特别是一个脉冲宽度调制的信号的预定信号过程。有利的是，该识别信号相应于一个预定的频率。有利的是，该识别信号相应于一个数码信号的预定的位串(Bitfolge)。有利的是，该识别信号相应于一个通信系统的信息的预定消息-ID(标识)。有利的是，所述转换是通过由至少一个在计算机系统外部所产生的信号和至少一个在计算机系统内部所产生的信息的一种组合来加以激活的。有利的是，只有当所述至少一个外部信号和所述至少一个计算机系统内部信息同时地存在的时候，才实现转换。有利的是，只有当根据至少一个外部信号而实现一种限时的用于转换的释放，并且在限定的释放时间内至少存在用于转换的一个计算机系统内部信息或一个计算机系统内部事件时，才进行转换。有利的是，在一个具有至少两个执行单元的计算机系统上，包含有一个转换装置，其中还含有转换机构，这些转换机构是如此设计的，使得它们可在至少两种工作模式之间进行转换，其中一个第一工作模式相应于一个比较模式，一个第二工作模式相应于一个性能模式，其特征在于，包含有接收机构，其可接受至少一个在计算机系统外部所产生的信号，其中所述转换可被产生于计算机外部的信号激活。有利的是，用于接收所述至少一个外部信号的接收机构是一种中断控制器。有利的是，含有接收机构，其接收至少一个在计算机系统外部产生的信号；还包含有这样的机构，这些机构可以将从外部所接收的那个信号或该信号的一个识别信号同一个内部产生的信号组合起来，其中所述转换便可被一种组合来激活，该组合由至少一个在计算机系统外部所产生的信号以及至少一个在计算机系统内部所产生的信息所形成。

其它优点和有利的设计方案由各项权利要求的特征及说明书而得出。

附图说明

图1表示一种多处理器系统，配有两个执行单元，配有用于比较这两个执行单元的数据的装置，还配有一个用于工作模式转换的转换单元；

图2表示一种多处理器系统，配有两个执行单元，配有用于比较这两个执行单元的数据的装置，还配有一个用于工作模式转换的转换单元和一个产生转换信号的外部信号源；

图3表示一种多处理器系统，配有两个执行单元，配有用于比较这两个执行单元的数据的装置，还配有一个用于工作模式转换的转换单元及一个外部信号源，该信号源与多处理器系统的一个中断控制器相连；

图4表示一种多处理器系统，配有两个执行单元，配有用于比较这两个执行单元的数据的装置，还配有一个用于工作模式转换的转换单元和一个外部信号源，该信号源经过一个通信系统与该多处理器系统相连。

图5表示一种通常的转换和比较单元。

具体实施方式

在下面，一个执行单元既可表示为一个处理器/芯片/CPU(中央处理单元)，也可以表示为一个FPU(浮点单元)、DSP(数码信号处理器)、共处理器或ALU(运算逻辑单元)。

本发明涉及一种图1中所示的多处理器系统W100，配有：至少两个执行单元W110a、W110b，一个比较单元W120，及一个转换单元W150。执行单元各自经过一个可选择的中间存储器W111a、W111b而与一个比较单元W120和一个转换单元W150相连。转换单元W150具有至少两个输出口，对应于两个系统接口W130a、W130b。经过上述接口，便可控制寄存器、存储器或外围设备如数码输出口、数字/模拟(D/A)-转换器、通信控制器。

这种多处理器系统可以按至少两种工作模式进行操作，即按一种比较模式VM和一种性能模式PM。

在性能模式PM中，在不同的执行单元上并行地执行不同指令、程序段或程序。按这一工作模式，比较单元是去除激活的。按这一工作模式，转换单元W150是如此配置的，使得每个执行单元经过可供选择的中间存储器而与系统接口W130a、W130b之一相连。经过这些系统接口，可以将一个执行单元的结果写入到一个存储器W170中，或者将之发送到一个外围设备W180、W190。一个外围设备例如可以是一个模拟-数码转换器或通信系统的通信控制器(如SPI、LIN、CAN、FlexRay)。

为了对于比较单元去除激活，有多种可能性。其一是，可以向比较器引入一个信号，利用该信号使该比较器激活或去除激活。为此，在比较器中须导入一种附加的逻辑信号，借以执行上述内容。另一可能性是，不向比较器输送待比较的数据。第三种可能性是，在系统平面上忽略比较器的误差信号。此外，还可以中断误差信号本身。所有这些可能性的共同之处是：它们在系统中产生一种状态，在此状态下，当两个或多个可能加以比较的数据都不相同时，就不发生作用了。如果通过比较器中的措施或其输入或输出信号而达到上述状态的话，那么，该比较器就可称之为无源的或去除激活的。

按比较模式VM，在所述两个执行单元W110a、W110b中处理相同的或同类的指令、程序段或程序。经过可选择的中间存储器W111a、W111b，将执行单元的输出信号引导到比较单元W120和转换单元W150。在比较单元中，检查所述两个数据的一致性。在进行比较之后，经过一个状态信号W125，以告知转换单元，转换单元是否可将一致的结果中的一个发送到系统接口之一，或者转换单元是否必须由于一个已知的结果不一致而截止该信号。在此情况下，可从比较单元发出一个可选择的误差信号W155。该误差信号可以不由比较单元发出，而可由转换单元发出W156。

在这里，所述转换既可经过下述执行由多处理器系统的芯片中的至少一个来加以激活：专门的转换指令的执行，专门的指令序列的执行、明确标出的指令的执行，或者通过对某个存储器地址的存取。在本发明中，多处理器系统的两个工作模式之间的转换是通过至少一个信号W160来激活的，该信号由计算机系统外面的一个装置即信号源W140产生，见图2中所示。

在第一个实施例中，转换是严格根据一个信号执行的。这种转换可以如此进行：严格通过信号的一种性质，实现从任意的第一工作模式变换到一个第二工作模式，在第一工作模式中该多处理器系统处于该信号的接收时间点。

在第二个实施例中，转换可以如此设计：严格通过信号的一种性质，工作模式只沿一个方向即从第一个预定的工作模式严格地变换到第二个预定的工作模式，例如从性能模式转换到比较模式。如果多处理器系统在信号的接收时间点上已经在第二个作为目标状态确定的工作模式中的话，那么保持转换信号而对多处理器系统不再发生作用。转换若按另一个方向进行，那么就得另外经过一个已知的方法，例如根据一个处理器内部信号或事件，根据对某个存储器地址的存取，根据某个程序、程序段或指令的执行，或者但是经过一个第二外部信号。

上述信号的性质可以是一个信号的存在或者是一个信号电平的超越或不超过。

在第三个实施例中，工作模式的转换是根据至少一个信号进行的，该信号是在计算机系统外面由一个装置即信号源W140产生的，对该信号还附加了一个识别信号，或者该信号就包有一个识别信号，依上，只在有识别信号时，才能进行转换。通过该信号的识别信号便可确定：多处理器系统应转换到何种工作状态。该识别信号可以包含一个时间条件和/或相应于某个预定的信号过程，

例如：

·一个信号的梯度，

·一个脉冲宽度调制的信号的占空比，

·一个交流电压信号的、一个脉冲宽度调制的或频率调制的信号的一个给定频率，

·一个数字信号的一个给定位串，

·一个通信系统的一个信息的一个预定的消息标识(ID)

识别信号也可以相当于两个或多个上述信号过程的一种联合。

于此，信号源W140可以相应于下列元素中的一个或相应于下列元素中多个元素的组合：

·μC-外部定时器(例如一个通信系统的时间基线的定时器)

·一个μC-外部单元的误差信号(例如SG<指示器>中的监视器)

·传感器信号

·其它控制装置

·一个应用系统的状态信号(如一个ABS-系统的调节状态，汽车系统上内燃机的限)

信号源W140可以在第一个实施例中专用于产生一个转换信号。如图2中所示，该信号源可以经过一种点-点连接W160而与多处理器系统相连，于此特别是直接与转换单元W150相连。

在图3中所示的第二个实施变体中，外部转换信号W160是作为中断信号经过一个中断控制器W159而被接收的。该外部信号在这个实施变体中引起一次中断处理的触发，于是，工作模式之间的转换便由中断控制器引发。

但在另一个实施变体中，如图4中所示，作为信号源也可使用另一种控制装置或一种智能传感器W145，该传感器经过一个通信系统W165而连接到处理器系统上。数字信号然后经过通信接口W195和内部数据-/地址总线而被引到转换单元W150。

也可以设想，那是所述信号源W140、W145及信号连接W160、W165和中断控制器W159的一种任意组合。

按本系统的另一个实施变体，工作模式之间的转换不单是由一个外部信号来执行的，而是通过一种组合来执行的，即至少一个外来信号和至少在计算机系统内部产生的一个信息、一个事件和一个信号的组合。该计算机系统内部事件例如可以是一个程序指令的执行或对某个存储器地址的存取。转换单元W150获得该信息是经过图2、图3和图4中所示的连接W112a、W112b实现的，即执行单元W110a、W110b之间或者说可选择的中间存储器W111a、W111b之间、比较单元W120和转换单元W150之间的连接。信号的组合最好在转换单元W150内部进行。这种组合在第一个实施变体中是如此执行的，使得工作模式之间的转换只有当同时存在至少一个外部信号和至少一个内部信息的时候才执行。在另一个实施变体中，通过外部信号只产生一次转换的释放，该转换最好在时间上是受到限制的。然后一次转换只有通过一个内部事件才是可能的，该内部事件是在一个确定的时间窗口内在转换释放之后产生的。

外部信号可以不为转换产生释放，而是收回释放，更确切地说就是停止转换。这也最好在时间上受到限制。这样就能首先防止在某些时间点上的转换，或者防止在某些系统状态下的转换。

在以上的那些实施例中，分别介绍了一种配有两个执行单元和两个工作模式的多处理器系统。本发明的各项特征同样可以应用到具有两个以上执行单元的多处理器系统。在这方面所需的改变主要在转换单元和比较单元上。

在一般情况下，转换部分和比较部分见图5中所示，这些部分也可适用于具有两个以上执行单元的多处理器系统。从所考虑到的n个执行单元向转换单元和比较单元N100发出n个信号N140，...，N14n。这可以从这些输入信号产生出直到n个输出信号N160，...，N16n。按最简单的情况，即按“纯粹的性能模式”，所有的信号N14i都被导引到相应的输出信号N16i。在相反的极限情况下，即在“纯粹的比较模式”情况下，所有的信号N140，...，N14n都只能严格还原到输出信号N16i中的一个。

在一个具有n个执行单元且n＞2的系统上，可以考虑多于两个的工作模式。可以参照图5来说明怎样才能产生不同的可设想的工作模式。为此，在该图中含有一个开关逻辑单元N110的逻辑部分。该逻辑部分首先确定：到底有多少个输出信号。此外，开关逻辑单元N110还可确定输出信号对输入信号的依赖关系。按数学式模制，还可通过开关逻辑单元确定出一个从量{N140，...，N14n)至量{N160，...，N16n}的函数。

然后，处理逻辑N120为输出信号N16i中的每一个确定：输入信号以何种形式有助于该输出信号。例如为了说明不同变化可能性，不对普遍性加以局限：输出信号N160是通过输入信号N141，...，N14m，产生的。若m＝1，则此简单地相当于该信号的导通；若m＝2，则信号N141，N142就一致性加以比较。这种比较可以同步或异步加以执行，它可以逐位地或只按有效位或者也可用一个公差范围加以执行。

若m＞＝3，则有多个可能性。

第一个可能性在于：比较所有的信号，在存在至少两个不同值时测出一个误差，对该误差可以有选择地信号化。

第二个可能性在于：从m-选择中取一个K(K＞m/2)。这个可能性可以通过使用比较予以实现。此外，当信号中的一个被认定为有偏差的话，也可以设计出一个误差信号。或者，若所有被比较的信号都不相同的话，也可设计出另一个误差信号。

第三个可能性在于：将这些值置于一种算法之下。这种算法例如可形成一个平均值，一个中值，或者表现为一种容差算法(FTA)。这种容差算法FTA的基础是：将输入值中的极值划去，并在余下的值上取其平均的一种方法。这种平均值可以在余下的值的总数量上或者优先在一个在HW上容易形成的部分数量上予以实现。在此情况下并不是总需要对各个值进行实际比较。在求平均值的过程中，例如只须使用加法和除法，FTM、FTA或求平均值则要求一种部分分选法。于此，也可以在足够大的极值情况下有选择地发出一个误差信号。

上述关于将多个信号处理成一个信号的不同可能性被认定是比较运算处理的捷径。

处理逻辑单元的任务亦在于对每个输出信号、从而也对所属输入信号确定一种准确的比较运算型式。开关逻辑N110的信息(即前述的函数)和处理逻辑的信息(即每个输出信号即每个函数值的比较运算的确定)的组合就是模式信息，而该模式信息便确定模式。该信息在一般情况下很自然是多值的，也就是说不仅仅可表示一个逻辑位(比特)。并不是所有在理论上可设想的模式在一给定的实施程序中都是有意义的，所以可优先限制允许的模式的数目。须强调的一点是，在只有两个执行单元的情况下，就只有一个比较模式，所以全部信息都只能压缩在一个逻辑位上。

从一个性能模式转换到一个比较模式的转换，通常是以下述事实为特征的：在性能模式中反映在不同输出信号上的执行单元，在比较模式中则反映在同一个输出信号上。优选以下述条件来实现之：存在执行单元的一个部分系统，在此部分系统中在性能模式中所有的在部分系统中加以顾及的输入信号N14i皆直接保持在相应的输出信号N16i上，而在比较模式中则它们都反映到一个输出信号上。另外，在具有多于三个执行单元的多处理器系统上，这种转换也可通过下述步骤予以实现：改变配对。其表现如下：在一般情况下，可以不论性能模式和比较模式，虽然按本发明的一项给定的类型可以如此限制所允许的模式的数量，借以达到上述目的。不过，总得涉及从性能模式到比较模式(和反过来)的一种转换。