Impegnato in una varietà di team di progettazione di apparecchiature di consumo di fronte alla sfida di soddisfare gli standard di sicurezza pertinenti, comprese le norme europee IEC 60730. La maggior parte delle aziende desidera progettare prodotti per il mercato globale, quindi il team di progettazione è solitamente responsabile del rispetto degli standard mondiali più rigorosi per la progettazione di tutte le apparecchiature. Ovviamente è possibile utilizzare qualsiasi microcontrollore (MCU) e i corrispondenti prodotti compatibili con lo sviluppo di circuiti integrati di supporto. Tuttavia, un numero crescente di MCU include funzioni specifiche dell'hardware senza la necessità di componenti esterni per ottenere la conformità. Vediamo se hai bisogno di conformità alla sicurezza, così come alcuni progettati per aprire la strada alla conformità dell'MCU.
Nello specifico, gli standard IEC 60730-1 risolvono l'uso di sistemi di controllo basati su MCU basati nell'Appendice H di questa specifica. La maggior parte degli elettrodomestici di consumo come lavatrici, frigoriferi e prodotti simili appartengono alla Classe B. Lo scopo di questo standard è garantire che il guasto del sistema non causi il funzionamento non sicuro del dispositivo. Ad esempio, il guasto del sistema non dovrebbe causare temperature non sicure, che potrebbero danneggiare l'operatore o causare un incendio.
Si noti inoltre che il concetto alla base della IEC 60730 e che la tecnologia verrà discussa qui può essere applicata al di fuori delle applicazioni dei dispositivi consumer. In effetti, molti tipi di sistemi embedded (non necessariamente soggetti alla gestione degli standard normativi) devono proteggersi dai guasti del sistema.
Di solito nei sistemi basati su MCU, la conformità IEC-60730 dipende dal codice dell'applicazione aggiunto al firmware. Tuttavia, al fine di proteggere il centro delle funzioni hardware MCU, è possibile semplificare eliminando lo sviluppo del firmware dei componenti esterni, migliorare le prestazioni e ridurre i costi.
Metodi di conformità Esistono tre modi principali per progettare sistemi basati su MCU in linea con gli standard IEC 60730. L'architettura più complessa che utilizza un cosiddetto dual-channel, dual MCU in parallelo e un circuito di controllo, e avendo una funzione di confronto, garantisce che i due canali producano gli stessi risultati. Tuttavia, questo metodo è generalmente considerato troppo costoso per il mercato consumer. Quindi, abbiamo scelto di limitare il costo dei due metodi a canale singolo. È possibile testare il sistema al momento della fabbricazione del prodotto al fine di prevenire il mancato raggiungimento della conformità. In passato, di solito si sceglieva il metodo di prova di produzione, è l'alternativa più semplice e più economica. Oggi, un numero crescente di produttori di prodotti sceglie di aggiungere una funzione di autotest regolare per garantire che il prodotto non si guasti sul campo, questo è l'approccio su cui ci concentreremo qui.
L'effettiva autenticazione di sicurezza viene eseguita sull'apparato terminale, ma i potenziali guasti nell'Appendice H si applicano all'MCU. In effetti, gli accessori includono un elenco dettagliato degli elementi interni dell'MCU e il guasto associato deve essere testato su un normale autotest e la facilità in qualche modo. Ad esempio, il registro di autotest deve essere rilevato nella scheda o il valore del contatore di programma (PC) dell'errore, rilevamento dell'errore di memoria a bit singolo e rileva l'operazione di interruzione errata - inclusa l'interruzione non si verifica, l'interruzione si verifica troppo frequentemente . Elementi aggiuntivi per risolvere l'errore di comunicazione e correggere il funzionamento dell'orologio di temporizzazione, la sequenza operativa.
Esempi di lavatrice Ora diamo un'occhiata all'MCU (in particolare, comunemente indicato come controller di segnale digitale (DSC) è supportato dall'MCU DSP) Alcuni esempi di come semplificare la conformità. La Figura 1 illustra un diagramma a blocchi di un progetto basato sulla lavatrice DSC Texas Instruments (TI). Questo diagramma si applica alla serie DSC a virgola fissa TMS320C24x, alla serie DSC designata TMS320F282x e alla serie TMS320F2802x / 2806x Piccolo di DSC a virgola fissa e mobile. Tutti si basano sui core DSC 32 TI C2000, che possono essere elaborati in un singolo design del processore DSP (principalmente controllo motore) e attività di controllo del sistema. Può essere, ma in ogni caso, gli elementi DSC IEC-60730 C2000 vengono acquisiti su un MCU separato in combinazione con il controller di sistema nel DSC.
Figura 1: La serie DSC TI C2000 raggiunge l'orologio indipendente e altre funzioni, per semplificare la progettazione del sistema conforme allo standard IEC-60730.
TI DSC fornisce diversi elementi per supportare la conformità. Ad esempio, l'oscillatore del chip IC comprende un doppio. Guidare un MCU principale e sistemi operativi. La seconda volta può essere utilizzata come gruppo di controllo eseguito periodicamente indipendentemente dall'autotest implementato. IC comprende inoltre un circuito di monitoraggio che monitora la tensione di alimentazione, che può causare malfunzionamenti descritti nello standard. Inoltre, DSC include anche il registro di protezione da scrittura.
Naturalmente, molte applicazioni non richiedono capacità di elaborazione del dispositivo a 32 bit fornite da DSC. Fortunatamente, i fornitori di MCU offrono funzionalità in linea con lo standard IEC-60730 sulle tradizionali famiglie di MCU a 8 e 16 bit.
Interrupt in tempo reale di Freescale Ad esempio, Freescale supporta queste funzioni sul proprio MCU MC9S08AWx, l'MCU fa parte di un'ampia gamma della famiglia MC9S08 a 8 bit. 9S08AW MCU contiene una funzione di interruzione in tempo reale (RTI), è possibile ottenere molte funzioni di autotest. La Figura 2 illustra la funzione RTI. Nella parte superiore della figura, il registro di controllo dello stato dell'interruzione in tempo reale (SRTISC) comprende 3 - Selezione del ritardo dell'interruzione in tempo reale (RTIS) - Imposta l'intervallo di interruzione periodica della CPU. La spaziatura può variare da 8 ms a 1.04 secondi. Interrupt integrato dall'oscillatore RC da 1 KHz, indipendente dal clock della CPU.
Figura 2: Utilizzo di Freescale denominata funzione di interruzione in tempo reale (RTI) all'avvio di un programma di servizio di interruzione, un sistema per verificare se è presente un guasto definito da IEC-60730.
La funzione di autotest è implementata nella routine di servizio di interrupt (ISR) generata da RTI in. Ad esempio, ISR può controllare il valore del PC durante ogni iterazione. Se il PC rimane invariato a tre iterazioni successive, l'ISR può assumere la scheda MCU e prendere precauzioni nel ciclo software.
RTI consente inoltre di monitorare la frequenza di clock dell'ISR. ISR usa semplicemente un tempo di integrazione per prendere un timestamp su ogni servizio di interruzione e verificare che ogni lettura successiva sia valida. Inoltre, implementato su chip con funzionalità di generatore di clock interno integrato, il test può essere lento o veloce o la perdita del clock della CPU. ISR ha attivato il blocco RTI e può monitorare i registri della funzione di rilevamento della perdita di clock.
Freescale supporta una serie di diverse funzionalità orientate alla sicurezza, incluso il metodo per verificare l'accuratezza della memoria. Inoltre, l'azienda supporta anche la serie DSC MC16Fx a 56 bit con funzionalità incentrate su IEC-60730.
Attraverso l'architettura MCU IEC 60730 Allo stesso tempo, Renesas MCU nel campo può avere la più ampia delle diverse architetture, principalmente perché l'azienda vende è un ex MCU tradizionale Hitachi, Mitsubishi e NEC. Affari di microelettronica. Tuttavia, l'azienda dispone di funzionalità di conformità della sicurezza molto coerenti in tutto il portafoglio di prodotti.
Il watchdog timer (WDT) è un componente chiave nella maggior parte dei casi l'utilizzo degli standard di sicurezza è rispettato. Renesas matura 8 e 16 R8C, M16C, 8 e 16 bit della famiglia H32 a 8 bit e SuperH MCU realizzati indipendentemente dalla sorgente di clock della CPU WDT.
Renesas continua a mantenere un solido supporto WDT per la nuova serie RX della famiglia di MCU RL16 a 32 e 78 bit. Inoltre, l'azienda ha nel tempo aggiunto altre funzioni nell'hardware. Ad esempio, l'introduzione del blocco di calcolo M16C CRC (Cyclic Redundancy Check), che è indipendente dal funzionamento della CPU. CRC può essere utilizzato per rilevare errori di comunicazione e memoria.
Le serie RL78 e RX supportano anche il CRC e aggiungono altre funzionalità. Ad esempio, l'RL78 include il rilevamento della parità della RAM, la funzione di controllo dell'accesso alla memoria imposta la frequenza di clock e le funzioni di monitoraggio. RX include una serie simile di funzione di autodiagnosi e la funzione del convertitore di dati.
Progettazione di sicurezza Se i tuoi prossimi requisiti di progettazione per garantire un metodo di condizione di errore di uscita sicuro, assicurati di considerare in che modo i fornitori di MCU devono conformarsi allo standard IEC-60730. Infatti, tutti i fornitori di MCU hanno adottato la politica IEC-60730, selezionare l'MCU con una funzione di conformità della sicurezza hardware può ridurre la distinta base del sistema, con conseguenti vantaggi in termini di costi, potenza e prestazioni. Inoltre, i fornitori di MCU in genere forniscono un codice di esempio per soddisfare i requisiti di IEC-60730, il codice accelererà notevolmente il prodotto finale progettato per resistere in sicurezza al codice di errore o all'hardware del sistema.
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