Funktionale Sicherheit in elektronischen Systemen

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ISH Ingenieursozietät GmbH

Texas Instruments Deutschland GmbH

Bei der Lockstep-Architektur wird Programmcode redundant in beiden CPUs ausgeführt. Eine spezielle Hardwareimplementierung der Lockstep-Architektur erkennt „Common-Cause-Fehler“ (CCF).

Ein Hardwarevergleich der CPU-Signale erlaubt eine nahezu verzögerungsfreie Reaktion auf Fehler ohne negativen Einfluss auf die Anwendung. Die Lockstep-Architektur ermöglicht es, dass auf eine zweite MCU mit zusätzlicher Sicherheitssoftware verzichtet werden kann. Dies vereinfacht die Systemkomplexität und den Aufwand, und die Kosten der zusätzlichen MCU lassen sich einsparen.

Durch die Lockstep-Architektur wird der Softwareentwicklungsaufwand auf eine CPU reduziert und zusätzlich stehen der Anwendung bis zu 30% mehr Rechenleistung zur Verfügung, die sonst für die Sicherheitssoftware verwendet würde.

Zusätzlich zur Lockstep-Architektur bietet die Hercules-Plattform weitere Sicherheitsfunktionen. Dazu gehören Error Correction Codes (ECC), die Flash, RAM und deren Busse absichern. Um Leistungseinbußen durch zusätzliche Wait-States zu vermeiden, ist die ECC-Logik direkt in die CPUs integriert. Selbsttests für die CPU-Logik (LBIST) in der Hardware helfen, mögliche latente Fehler in den CPUs zur Laufzeit zu erkennen, ohne komplexe Softwarealgorithmen zu verwenden (Bild 2).

Sicherheitsdokumentation – Was wird mit Hercules zur Verfügung gestellt?

Weitere Vorteile des LBIST im Vergleich zu Softwarelösungen sind eine höhere Diagnoseabdeckung und eine kürzere Ausführungszeit. Alle RAMs der Hercules-MCUs können mit einem programmierbaren Speichertest (PBIST) getestet werden. Eine Memory Protection Unit (MPU) erlaubt es, sicherheitskritische Software durch entsprechende Zugriffsrechte von der Anwendung zu trennen.

Zur Überwachung von internen Taktsignalen und Spannungen sind weitere Diagnosefunktionen integriert. Die Diagnosefunktionen der Hercules-MCUs sind mit dem zentralen Error Signaling Module (ESM) verbunden, dass der Anwendung schwerwiegende interne Fehler nach außen signalisiert.

Die TMS570LS20216-MCU wurde für Systeme nach IEC 61508 SIL-3 zertifiziert. Texas Instruments stellt diese Zertifizierung, ein Sicherheitshandbuch und FMEDA-Informationen zur Verfügung, um Kunden bei der Entwicklung und Zertifizierung von Sicherheitsanwendungen zu unterstützen.

Die Hercules-MCU-Familien RM4x und TMS570LS31x/21x wurden für Systeme nach IEC 61508 SIL-3 bzw. ISO 26262 ASIL-D entwickelt. Die Sicherheitsdokumentation die mit den Hercules-MCUs wird, enthält alle Informationen, um auch eine Zertifizierung dieser Standards und deren branchenspezifischen Ableitungen zu unterstützen.

* * Marcus Frech ... ist Systems Engineer für Catalog Safety Microcontroller;

* Matthias Kugele ... ist wissenschaftlicher Mitarbeiter für Catalog Safety Microcontroller;

* Josef Mieslinger ... ist Marketing Manager für Catalog Safety Microcontroller, alle bei Texas Instruments, Freising.

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