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Codierte Uebertragung von Prozess-Signal-Zustaenden in f-Peripherie-Baugruppen zwischen Controller und Sensor/Aktor

IP.com Disclosure Number: IPCOM000130294D
Published in the IP.com Journal: Volume 5 Issue 11A (2005-11-25)
Included in the Prior Art Database: 2005-Nov-25
Document File: 4 page(s) / 96K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

Die hier beschriebene neue Loesung befasst sich mit der sicheren Uebertragung von Prozess-Signal-Zustaenden innerhalb einer Baugruppe. Dies ist mit hohem Aufwand verbunden, da sichergestellt werden muss, dass der gesamte Signalpfad fehlerfrei arbeitet. Bislang wird der Prozesswert einer fehlersicheren Peripheriebaugruppe zwischen µController und Sensor/Aktor ueber einen Signalpfad (z.B. Komparator, Logik-Gatter, Optokoppler) uncodiert als logische Null oder Eins uebertragen. Verschiedene Fehlerszenarien koennen dazu fuehren, dass dieses Signal in den so genannten gefaehrlichen Zustand verfaelscht wird. Deshalb wird der Signalpfad zwischen µController und Sensor/Aktor durch Aufpraegen und Ruecklesen eines Testsignals auf Fehlerfreiheit hin ueberprueft. Nachteile der bisherigen Loesung: • Hoher Schaltungsaufwand fuer Fehlererkennungsmechanismen • Hoher Zertifizierungsaufwand zum Nachweis der sicheren Funktion des Signalpfades • Verbrauch von Rechenleistung zur Durchfuehrung der Ruecklesetests Ein neuer Ansatz ist, durch codierte Signaluebertragung und das Hinzufuegen von Redundanzen zur Fehlerkorrektur eine Fehleraufdeckung zu gewaehrleistet, ohne den Signalpfad zu testen. Somit wird das Ziel, eine einfachere Architektur und hoehere Fehlersicherheit von f-Peripheriebaugruppen zu schaffen, erreicht. Die neue Loesung erzielt einen Fehleraufdeckungsmechanismus, der einfachere Systemarchitekturen ermoeglicht. Der Zertifizierungsaufwand sinkt erheblich, da durch die digitale Codierung der Diagnosedeckungsgrad klar quantifiziert werden kann. Zudem kann der Diagnosedeckungsgrad fuer den betrachteten Datenkanal durch entsprechende Codierung beliebig hoch realisiert werden. Funktionen zur digitalen Signalverarbeitung sind besser integrierbar und miniaturisierbar als Schaltungen zur Testsignalaufschaltung. Das Verfahren bietet somit langfristig einen guenstigen Kostenhorizont und stellt einen wesentlichen Innovationsschub fuer die Sicherheitstechnik dar. Zur Gewaehrleistung der Sicherheit ist es wichtig, die korrekte Funktion der Codier- / bzw. Decodierlogik sicherzustellen. Dies muss durch entsprechende Massnahmen sichergestellt sein.

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Codierte Uebertragung von Prozess-Signal-Zustaenden in f-Peripherie- Baugruppen zwischen µController und Sensor/Aktor

Idee: Hartmut Schuetz, DE-Nuernberg; Reinhard Mark, DE-Amberg; Mario Maier, DE-Amberg;

Thomas Briemle, DE-Amberg; Tobias Gramolla, DE-Amberg; Domagoj Ilic, DE-Amberg

Die hier beschriebene neue Loesung befasst sich mit der sicheren Uebertragung von Prozess-Signal- Zustaenden innerhalb einer Baugruppe. Dies ist mit hohem Aufwand verbunden, da sichergestellt werden muss, dass der gesamte Signalpfad fehlerfrei arbeitet. Bislang wird der Prozesswert einer fehlersicheren Peripheriebaugruppe zwischen µController und Sensor/Aktor ueber einen Signalpfad (z.B. Komparator, Logik-Gatter, Optokoppler) uncodiert als logische Null oder Eins uebertragen. Verschiedene Fehlerszenarien koennen dazu fuehren, dass dieses Signal in den so genannten gefaehrlichen Zustand verfaelscht wird. Deshalb wird der Signalpfad zwischen µController und Sensor/Aktor durch Aufpraegen und Ruecklesen eines Testsignals auf Fehlerfreiheit hin ueberprueft. Nachteile der bisherigen Loesung:

* Hoher Schaltungsaufwand fuer Fehlererkennungsmechanismen

* Hoher Zertifizierungsaufwand zum Nachweis der sicheren Funktion des Signalpfades

* Verbrauch von Rechenleistung zur Durchfuehrung der Ruecklesetests

Ein neuer Ansatz ist, durch codierte Signaluebertragung und das Hinzufuegen von Redundanzen zur Fehlerkorrektur eine Fehleraufdeckung zu gewaehrleistet, ohne den Signalpfad zu testen. Somit wird das Ziel, eine einfachere Architektur und hoehere Fehlersicherheit von f-Peripheriebaugruppen zu schaffen, erreicht. Die neue Loesung erzielt einen Fehleraufdeckungsmechanismus, der einfachere Systemarchitekturen ermoeglicht. Der Zertifizierungsaufwand sinkt erheblich, da durch die digitale Codierung der Diagnosedeckungsgrad klar quantifiziert werden kann. Zudem kann der Diagnosedeckungsgrad fuer den betrachteten Datenkanal durch entsprechende Codierung beliebig hoch realisiert werden. Funktionen zur digitalen Signalverarbeitung sind besser integrierbar und miniaturisierbar als Schaltungen zur Testsignalaufschaltung. Das Verfahren bietet somit langfristig einen guenstigen Kostenhorizont und stellt einen wesentlichen Innovationsschub fuer die Sicherheitstechnik dar. Zur Gewaehrleistung der Sicherheit ist es wichtig, die korrekte Funktion der Codier- / bzw. Decodierlogik sicherzustellen. Dies muss durch entsprechende Massnahmen sichergestellt sein.

Vorteile der neuen Loesung sind zusammenfassend:

* Erhoehung der Sicherheit

* Abhaengig von der Systemarchitektur: Kostensenkung durch Bauteileinsparung und geringere CPU-Auslastung

* Verringerung des Zertifizierungsaufwandes

Abbildung 1 und Abbildung 2 (Variante 1) zeigen den µC (µController) als Signalquelle (Ausgabebaugruppe). In der neuen Loesung (Abbildung 2) codiert der µC einen Prozess-Wert und sendet das Datenpaket an eine Decodierlogik, welche den Schalter ansteuert. Der Vorteil ist, dass unter Umstaenden auf eine Zwei-P...