Sicherer Betrieb elektronischer Steuereinheiten dank Watchdog-Schaltungen
Achtung, Wachhund!
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Genügsamer Wachhund spart Strom
Viele Fahrzeug-Anwendungen erfordern eine hohe Rechenleistung, die nur durch einen schnellen Haupt-Controller zur Verfügung gestellt werden kann. Bei der Entwicklung solcher Controller wird meistens ein geringeres Augenmerk auf eine niedrige Stromaufnahme im Sleep-Modus gelegt. Mit dem Baustein ATA6020N kann man jedoch ein stromsparendes System konzipieren, bei dem der Haupt-Controller nach Erledigung seiner Aufgabe in den Stopp-Modus geschaltet wird und der ATA6020N auf ein Wake-up-Signal wartet (Bild 11).
Jobangebote+ passend zum Thema
Nachdem der Haupt-Controller seine letzte Aufgabe beendet hat, wird er ausgeschaltet, um die Leistungsaufnahme zu verringern. Der ATA6020N selbst wird in den Power-Down-Modus geschaltet (die CPU befindet sich im Sleep-Modus, während Oszillator und Timer aktiv bleiben). In dieser Betriebsart beträgt die Stromaufnahme des ATA6020N typischerweise 30 µA mit UDD = 5,0 V. Wenn eine der Tasten S1 bis S4 gedrückt wird, empfängt der ATA6020N ein Interrupt-Signal, und der Prozessorkern verlässt sofort den Sleep-Modus. Nach der Entprellung der Taste aktiviert der ATA6020N den Haupt-Controller, der dann über eine Zweidrahtschnittstelle (TWI) die Daten vom ATA6020N einliest und im Normalbetrieb fort fährt.
Statt einfache Tasten zu benutzen, ist es auch möglich, eine HF-Empfänger-Schaltung (z.B. Atmels ATA5753/ 54) oder einen IR-Empfänger an den ATA6020N anzuschließen. Der Vorteil einer solchen Lösung liegt darin, dass der Haupt-Controller nur aktiviert wird, nachdem der ATA6020N überprüft hat, ob der eintreffende Datenstrom gültig ist. Somit wird der HauptController nur Telegramme empfangen, die an das System adressiert und fehlerfrei sind. Dies hilft auch dabei, die mittlere Leistungsaufnahme des Systems deutlich zu verringern.
Der Haupt-Controller kommuniziert mit dem ATA6020N über ein TWI. Dies eröffnet einen weiten Bereich von Interaktionen direkt innerhalb der Anwendung; zum Beispiel hat der Haupt-Controller die Möglichkeit, den Watchdog-Timeout zu ändern, bevor er in eine besonders zeitkritische Programmstruktur eintritt.
Denkt man an die eingangs beschriebenen sicherheitsrelevanten Systeme, so wäre ein Totalausfall des Haupt-Controllers fatal. Bei Systemen mit dem Watchdog-IC ATA6020N kann es einige Operationen des Haupt-Controllers übernehmen. Der ATA6020N wäre in der Lage, Alarm-Anzeigelampen zu aktivieren, die dem Benutzer den Fehler-Status anzeigen, oder Stellmotoren in eine sichere Position zu fahren. In solch einer Konfiguration ist auch möglich, die Stromversorgung zu überwachen, wie dies schon bei den einfachen Watchdog-Anwendungen beschrieben wurde.
Mit der in Bild 12 dargestellten Schaltung lässt sich auch die Batteriespannung vor dem Spannungsregler überwachen. Dazu ist nur eine entsprechende Spannungsteilerstufe erforderlich. Der Transistor T1 in Bild 12 wird nur dazu benötigt, die Stromaufnahme zu verringern, wenn diese Überwachung inaktiv ist. Der Hauptvorteil eines solchen System-Designs ist, dass der ATA6020N eine fehlerhafte Batterieversorgung erkennen kann, bevor die Spannung hinter dem Spannungsregler zu schwach wird. Der ATA6020N kann dies dem überwachten Prozessor viel früher mitteilen, wodurch dieser ausreichend Zeit hat, einen sicheren Zustand einzunehmen. Der ATA6020N bietet dem Systementwickler die Möglichkeit, beide Spannungen zu überwachen. In der Software muss nur der Spannungskomparator von der internen Versorgungsspannung auf den Anschluss VMI umgeschaltet werden.
Der ATA6020N wird in der Programmiersprache „qForth“ programmiert, einer Hochsprache, die speziell für Echtzeit-Anwendungen entwickelt wurde. Atmel bietet qForth-Bibliotheken an, die den Kunden bei der Programmierung eigener Anwendungen unterstützen. Die Programmiersprache qForth wird in [1] beschrieben. Für die Software-Entwicklung bietet Atmel ein Echtzeit-Emulator-Kit an, das den Emulator selbst, den qForth-Compiler und ein Flash-Programmiergerät umfasst. Zusätzlich dazu ist für Entwicklungszwecke auch ein Flash-Controller erhältlich, der ATAM893.
 | Dipl.-Ing. (BA) Marcel Hennrich studierte Elektrotechnik an der Berufsakademie in Mosbach und begann 1989 anschließend in der Entwicklung von Friwo-Compit, wo er später die Leitung der Entwicklung übernahm. Nach einer 3-jährigen Tätigkeit im Marketing der Firma Amphenol-Tuchel GmbH wechselte er im Jahr 2000 in die Marketingabteilung von Atmel Germany GmbH in Heilbronn. Hier ist er heute im Bereich Automotive als Senior-Marketing-Manager für den Bereich Automotive RF verantwortlich. E-Mail: marcel.hennrich@hno.atmel.com |
 | Dipl.-Ing. Michael Hahnen arbeitet seit 1990 bei Atmel Germany GmbH in Heilbronn, zunächst in der Entwicklungsabteilung und seit 2000 als Applikations-Ingenieur. Er ist verantwortlich für den Applikationssupport für Embedded Mikrocontroller. Er studierte Nachrichtentechnik an der FH in Darmstadt. E-Mail: michael.hahnen@hno.atmel.com |
Verwandte Artikel:
- Achtung, Wachhund!
- Genügsamer Wachhund spart Strom
