Brevet FR2764092A1 — publié le 19981204

Etat de la technique. La présente invention concerne un dispositif fournissant un signal d'horloge pour un processeur d'un appa- reil de commande relié à un réseau. L'invention concerne éga- lement un procédé de mise en oeuvre. Bien qu'en principe la présente invention soit applicable à n'importe quel réseau et que le problème à la base de l'invention soit décrit ici dans son application à des appareils de commande de véhicules automobiles reliés par un système CAN (CAN = réseau à contrôleur) qui présentent une structure de bus, d'autres détails du système CAN se trouvent dans le document Etschberger: " Controller Area Network ", Hansa Verlag 1994. Dans de tels appareils de commande, comme par exemple des appareils de commande de moteurs, de commande de pompes, de commande de freins, etc..., les processeurs utili- sés sont alimentés usuellement par un signal d'horloge ex- terne d'un oscillateur sous la forme d'un quartz oscillant. La précision à laquelle est réglée la fréquence d'horloge in- fluence directement la précision du calcul effectué par le processeur concerné. Lorsqu'il y a des perturbations dans ce quartz oscillant externe ou si seul celui-ci est totalement dé- faillant, l'appareil de commande correspondant ne fonctionne que de manière perturbée et peut même être bloqué. Lorsqu'un tel incident se produit dans les appareils de commande impor- tants du véhicule comme par exemple l'appareil de commande du moteur, en général le véhicule tombe en panne ce qui est ex- trêmement gênant. Comme la probabilité d'une défaillance d'un quartz oscillant par rapport à sa durée de fonctionnement prévisible n'est pas négligeable, il faut prendre des mesures de sécurité pour éviter de telles défaillances. Le principe général pour résoudre ce problème, point de départ de la présente invention, consiste à mettre à disposition un quartz complémentaire redondant ou oscillateur de soutien. Toutefois il est trop coûteux de prévoir un quartz oscillant identique, de la même précision, en double dans chaque appareil de commande. C'est pourquoi il a été proposé comme solution de rechange, de prévoir un oscillateur5 de soutien supplémentaire mais néanmoins très simplifié dans le processeur de l'appareil de commande. Du fait de la struc- ture simplifiée de l'oscillateur de soutien, la fréquence d'horloge fournie par celui-ci est sujette à des tolérances très grandes qui peuvent aller jusqu'à +/- 50 %. En principe, il est possible de mesurer cet os- cillateur de soutien, fortement simplifié, pendant la fabri- cation de l'appareil de commande, et d'accorder le signal d'horloge en fonction du résultat de la mesure. Toutefois, cette solution est, d'une part, coû- teuse, et, d'autre part, en pratique, n'est pas suffisante pour tenir compte d'une éventuelle variation des conditions ambiantes comme par exemple la température de fonctionnement. Ainsi, dans cette façon de procéder, il faut en plus au moins une compensation appropriée en température pour l'oscillateur20 de soutien, ce qui augmente d'autant les moyens à mettre en oeuvre. Avantaqes de l'invention. Le dispositif fournissant un signal d'horloge selon l'invention pour un processeur d'un appareil de commande re- lié à un réseau est caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier oscillateur générant un premier signal d'horloge (T1) susceptible d'être appliqué au processeu, - une installation de modification du signal d'horloge, com- mandée pour modifier le premier signal d'horloge (T1) géné- ré par le premier oscillateur, et - une installation de commande reliée à un réseau pour géné- rer un signal de commande (ST) qui commande l'installation de modification du signal d'horloge en fonction des signaux de communication transmis par le réseau. Le procédé de mise en oeuvre du dispositif est caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier oscillateur générant un premier signal d'horloge (T1) susceptible d'être appliqué au processeur (150), - une installation de modification du signal d'horloge com- mandée pour modifier le premier signal d'horloge (Tl) géné- ré par le premier oscillateur, et - une installation de commande reliée à un réseau pour géné- rer un signal de commande (ST) qui commande l'installation de modification du signal d'horloge en fonction des signaux de communication transmis par le réseau. La solution de l'invention présente l'avantage par rapport aux solutions connues ci-dessus, qu'elle offre une précision élevée pour l'alignement en fréquence, et qu'en cas de variation des conditions ambiantes, l'ajustage se fait automatiquement. L'objet de l'invention permet même, en principe, de supprimer l'oscillateur classique, coûteux, équipant les appareils de commande, et de le remplacer par un oscillateur bon marché ayant des tolérances plus importantes. A la place du principe multimaître, l'appareil de commande fonctionne- rait alors, avec l'oscillateur bon marché, selon le principe maître/esclave, si la durée de synchronisation nécessaire (temps de mise en accord) était acceptable dans l'application concernée. L'idée de base de la présente invention consiste à utiliser les signaux de communication passant par le réseau pour déduire un signal de commande servant à commander l'installation de modification du signal d'horloge et de cor- riger ainsi la tolérance de l'oscillateur concerné. Selon un développement préférentiel, on a un se- cond oscillateur qui génère un second signal d'horloge pou- vant être relié au processeur, et une installation de liaison réglable pour relier le premier signal d'horloge au proces- seur de l'appareil de commande dans un premier mode de fonc- tionnement, et pour relier le second signal d'horloge au processeur dans un second mode de fonctionnement. Cette cons- truction convient pour le principe multimaître évoqué ci- dessus. Selon un autre développement avantageux, il est prévu une installation d'appréciation qui évalue les erreurs entachant le second signal d'horloge. Cela permet de fournir un critère de décision pour la sélection d'un oscillateur re- lié au processeur. Un autre développement préférentiel prévoit une installation de commande pour régler le premier mode de fonc- tionnement si l'installation d'évaluation estime que le se- cond signal d'horloge est défectueux, et sert à régler le second mode de fonctionnement si l'installation d'évaluation estime que le second signal d'horloge n'est pas entaché d'erreur, en utilisant un signal de réglage. Selon un autre développement avantageux, l'ins- tallation de modification du signal d'horloge modifie la fré- quence du premier signal d'horloge. Il est particulièrement avantageux de corriger la fréquence car celle-ci influence directement la précision des calculs exécutés par le proces- seur. Selon un autre développement avantageux, l'installation de modification du signal d'horloge comporte un diviseur de fréquence commandé, et/ou un multiplicateur de fréquence commandé, en aval du premier oscillateur. Il est particulièrement avantageux de ne prévoir qu'un diviseur de fréquence et qu'un multiplicateur de fréquence. Selon un autre développement préférentiel, le ré- seau est conçu pour que les signaux de communication présen- tant des messages de données d'une certaine forme, comprenant de préférence un grand nombre de champs déterminés. Selon un autre développement préférentiel, il est prévu une installation qui détermine l'aptitude à la récep- tion d'un certain champ des messages de données à partir des signaux de communication transmis par le réseau. Selon un autre développement avantageux, l'ins- tallation qui détermine la réceptibilité comporte une pre- mière mémoire non fugitive pour enregistrer un certain champ des messages de données et un comparateur pour comparer les signaux de communication transmis par le réseau au champ dé- fini du message de données. Selon un autre développement préférentiel, l'installation de commande est réalisée pour accorder le si- gnal de commande en le modifiant jusqu'à pouvoir recevoir le champ déterminé des messages de données. Ce type d'accord est particulièrement simple et peu coûteux à réaliser. Selon un autre développement préférentiel, l'installation de commande est réalisée pour qu'en modifiant le signal de commande elle constate une plage à l'intérieur de laquelle le champ déterminé du message de données peut être reçu, et accorde le signal de commande sur une valeur moyenne de la plage constatée. Cela offre l'avantage que de faibles variations du signal d'horloge, par exemple entrai-10 nées par des variations des conditions ambiantes, n'ont pas de répercussion sur l'aptitude au fonctionnement du proces- seur. C'est pourquoi, dans ce cas, on peut répéter l'accord moins fréquemment. Selon un autre développement préférentiel, il est prévu une seconde mémoire, de préférence non fugitive, pour enregistrer le signal de commande accordé. Cela offre l'avantage qu'au début de l'accord on peut commencer avec un signal de commande déterminé antérieurement, si bien que le temps nécessaire à l'accord est moins long. Selon un autre développement préférentiel, l'installation de commande comprend un processeur. Cela offre l'avantage de ne pas nécessiter de composants supplémentaires mais uniquement un programme approprié pour faire fonctionner le processeur existant. Le processeur modifie alors sa propre fréquence d'horloge en fonction de ce que des signaux de com- munication, déterminés, peuvent être reçus à partir du ré- seau. Selon un autre développement préférentiel, le ré- seau est un réseau CAN à bus série, linéaire. Dessins. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés schématiquement sur les dessins annexés dans les- quels: - la figure 1 est une vue schématique d'une com- binaison d'appareils de commande sous la forme de deux appa- reils de commande indépendants dont l'un est un exemple de réalisation d'un dispositif fournissant le signal d'horloge selon l'invention pour son processeur, et - la figure 2 est une vue à échelle agrandie de l'exemple de réalisation du dispositif fournissant le signal d'horloge selon l'invention. Description des exemples de réalisation. La figure 1 montre schématiquement une combinai- son d'appareils de commande sous la forme de deux appareils de commande indépendants dont l'un comporte un exemple de dispositif selon l'invention fournissant un signal d'horloge. La figure 1 montre un premier appareil de com- mande 10 en forme d'appareil de commande de moteur et un se- cond appareil de commande 20 en forme d'appareil de commande de pompe; ces deux appareils sont reliés par un système CAN15 (CAN = contrôleur de réseau) par un bus série, linéaire, 5. Pour des raisons de clarté, seul les éléments concernant la présente invention sont présentés pour chaque appareil de commande 10, 20. Les références 100, 200 dési- gnent chaque fois un circuit de préparation de signal; les références 105, 205 désignent un bus interne; les références , 250 désignent un processeur respectif; et les référen- ces 180, 280 désignent un quartz oscillant respectif consti- tuant l'oscillateur générant un certain signal d'horloge T2. Les références 190, 290 désignent une installa- tion fournissant un signal d'horloge de soutien dans le pro- cesseur concerné 150, 250 de l'appareil de commande 10, 20. Avec l'oscillateur respectif 180, 280, l'instal- lation fournissant le signal d'horloge de soutien 190, 290 respectif, constitue un exemple de réalisation de l'installation fournissant un signal de soutien selon l'invention, et qui sera décrite de manière détaillée unique- ment dans le cas de l'appareil de commande 10. Le fonctionnement de la combinaison des appareils de commande de la figure 1 est le suivant: De façon générale, le système CAN fonctionne se- lon un principe multimaître selon lequel tous les appareils de commande 10, 20 sont égaux. Ce principe offre l'avantage qu'en cas de défaillance de l'un des appareils de commande , 20, l'autre est totalement disponible pour tous les com- posants reliés au bus 5. Les appareils de commande 10, 20 communiquent par le bus 5 et échangent ainsi les informations nécessaires à leur fonctionnement respectif. L'adressage dans le système CAN se fait sous la forme de messages de données d'un certain format avec un nombre prédéterminé de champs à contenu fixé et un nombre prédéterminé de champs à contenu libre. Entre les messages de données il y a des intervalles déterminés. Les messages de données sont en outre soumis à des durées de messages et de bits fixées. En fonctionnement normal, le quartz oscillant , 280 respectif fournit, comme oscillateur, le signal d'horloge T2 au processeur 150, 250 de son appareil de com- mande 10, 20. Le processeur 150, 250 respectif est relié pour le bus interne respectif 105, 205 aux composants périphéri- ques correspondants, et notamment par le circuit de prépara- tion de signal 100, 200, respectif, fonctionnant comme interface, pour la liaison avec le bus commun 5. Si le bus 5 est libre, chaque appareil de com- mande 10, 20 peut commencer à transmettre un message de don- nées. Un identificateur contenu dans le message de données caractérise le contenu du message de données, par exemple la température du moteur ou la pression de l'eau et, à l'émission, définit la priorité d'accès au bus. Lorsque deux demandes de transmission entrent en conflit, il faut refaire une tentative ultérieurement avec la demande de moindre priorité. Les messages de données sont en général reçus par tous les autres appareils de commande ou composants du réseau et sont confirmés, mais ils ne sont nécessaires qu'à certains appareils de commande. La décision pour savoir si un message de données, reçu, est intéressant, est prise par chaque appa- reil de commande en comparant l'identificateur à sa propre liste d'identificateurs. En cas de concordance, le message de données, reçu, est pris et fourni au processeur propre. En fonctionnement normal, le quartz oscillant 180 fournit ainsi le signal d'horloge T2 au processeur 150. L'installation fournissant le signal d'horloge de soutien 190 surveille les défauts du signal d'horloge T2 du quartz os- cillant 180, notamment sa stabilité en fréquence dans le cas de l'exemple de réalisation représenté. Lorsque le quartz oscillant 180 produit une er- reur, l'installation fournissant le signal d'horloge de sou- tien 190 le détecte et met en oeuvre son quartz oscillant de soutien 130 (figure 2) comme générateur de signal d'horloge; la fréquence de ce signal doté de tolérances importantes est accordée selon l'aptitude à la réception des signaux de com- munication transmis par le bus 5. Cette opération d'accord est décrite ci-après en référence à la figure 2 qui représente, de façon agrandie, l'exemple de réalisation du dispositif fournissant le signal d'horloge selon l'invention. La figure 2 utilise les mêmes références que la figure 1 pour désigner les composants identiques ou de même fonction dont la description ne sera pas répétée. En particulier la figure 2 montre les détails de l'installation fournissant le signal d'horloge de soutien 190 de la figure 1. On a en particulier un circuit de préparation de signal 110, une installation de commande 120, une instal- lation d'évaluation 125 et une installation de détermination 126, un quartz oscillant de soutien 130 générant le signal d'horloge Tl, une installation modifiant le signal d'horloge en forme de diviseur de fréquence, une installation de liaison 140 en forme de commutateur commandé, un autre cir- cuit de traitement de signal 145 et des éléments principaux de processeur PK, représentés schématiquement, c'est-à-dire l'unité de calcul. L'installation de commande 120 génère un signal ST ainsi qu'un signal de commutation et de liaison SS. Ce dispositif fonctionne de la manière suivante: En fonctionnement normal, l'installation d'éva- luation 125 détermine les erreurs entachant le signal d'horloge T2 de l'oscillateur 180. Selon le résultat de l'évaluation, l'installation de commande 120 génère un signal de liaison SS pour l'installation de liaison 140. Lorsque l'installation d'évaluation 125 estime que le signal d'horloge T2 n'est pas entaché d'erreurs, l'installation de commande 120 commande l'installation de liaison 140 pour la mettre dans sa position haute (ligne en trait plein) afin d'appliquer le signal d'horloge T2 du quartz oscillant 180 au coeur PK du processeur. Si l'installation d'évaluation 125 estime que le signal d'horloge T2 est erroné, l'installation de commande met l'installation de liaison 140 dans sa position infé- rieure (ligne en trait interrompu) pour appliquer ainsi le signal d'horloge T2 du quartz oscillant 180 au noyau PK du processeur. L'installation de détermination 126 détermine alors l'aptitude à la réception d'un certain champ des messa- ges de données à partir des signaux de communication transmis par le réseau et qui passent dans le bus interne 105. Pour cela, l'installation de détermination 126 comprend avantageusement une première mémoire non fugitive (non représentée) pour enregistrer le champ déterminé des messages de données, par exemple selon une préprogrammation à la fabrication. En outre, l'installation de détermination 126 comprend un comparateur (non représenté) pour comparer les signaux de communication reçus du réseau, au champ déterminé du message de données. L'installation de commande 120 modifie le signal de commande ST pour commander l'installation modifiant le si- gnal d'horloge 135 qui change la fréquence jusqu'à ce que le champ déterminé des messages de données, selon le signal de sortie de l'installation de détermination 126, puisse être reçu. Puis en modifiant en outre le signal de commande ST, cette installation fixe la plage du signal de commande ST à l'intérieur de laquelle le champ déterminé du message de don- nées peut être reçu. Enfin, elle règle le signal de commande ST sur la valeur moyenne de la plage ainsi constatée. Cette opération d'accord peut être répétée le cas échéant, notam- ment si le critère de la réception du champ déterminé du mes- sage de données n'est plus rempli. Cela permet un asservissement en continu de la fréquence du signal d'horloge Tl par l'installation de modification de signal d'horloge 135 montée en position intermédiaire. On peut alors distinguer notamment deux scénarios de panne: a) la panne du quartz oscillant 180 se produit après un dé- marrage normal; b) il n'y a pas de démarrage car la panne s'est produite dès la remise à l'état initial. Dans le cas a) il est recommandé d'effectuer, en parallèle au fonctionnement normal, un accord du quartz os- cillant de soutien 130 pour que, lorsque le défaut se pro- duit, on puisse maintenir sans discontinuité le fonctionnement du processeur 150. Les données d'accord ainsi obtenues, c'est-à-dire au moins une valeur appropriée du si- gnal de commande ST, peuvent être enregistrées dans une mé- moire. Dans le cas b) le quartz oscillant 180 ne se met pas à osciller, ce qui est usuellement détecté par le proces- seur 150, de sorte que le bit de verrouillage n'est pas mis à l'état à l'intérieur d'une durée définie. Dans ce cas il faut recommencer l'accord le cas échéant à partir du début, ce qui entraîne un certain temps de retard. Un remède au cas o le quartz oscillant 180 a déjà fonctionné une fois, par exemple lors de la vérification finale à la livraison, consiste à prévoir la mémoire destinée aux données d'accord selon le pa- ragraphe a), comme mémoire non fugitive d'enregistrement/- lecture. Il convient de remarquer que, dans le présent exemple de réalisation, l'installation de commande 120, l'installation de réglage du mode de fonctionnement 125 et l'installation de détermination 126 utilisent les composants existant par ailleurs et notamment le processeur 150 lui- même. Les fonctions complémentaires nécessaires selon l'invention ne dépendent pas en effet de l'horloge actuelle du processeur 150 et peuvent être réalisées essentiellement par programme. Bien que la présente invention ait été décrite ci-dessus dans le cas d'un exemple de réalisation préféren- tiel, elle n'est pas limitée à cette réalisation mais peut être modifiée de nombreuses manières. En particulier, l'invention n'est pas limitée à la détermination de l'aptitude à la réception d'un certain champ des messages de données. Elle peut également déterminer l'aptitude à la réception d'un message global de données nor- malisées. De même, la synchronisation, qui est faite sur la base de durées de messages et de bits fixes, peut par exemple se faire en utilisant une installation de mesure de temps ap- propriée. En outre, à la place ou en plus de la fréquence, on peut également influencer d'autres paramètres du signal d'horloge Tl. A la place d'un diviseur de fréquence on peut utiliser un multiplicateur de fréquence, une combinaison des deux ou un autre type de commande de fréquence, par exemple un oscillateur commandé en tension. Enfin, le réseau n'est pas nécessairement un bus. Il peut s'agir d'un réseau optique ou d'un réseau radio. NOMENCLATURE bus 10 premier appareil de commande deuxième appareil de commande circuit de préparation de signal bus interne circuit de préparation de signal 120 installation de commande installation de réglage du mode de fonctionnement 126 installation de détermination oscillateur de soutien installation de modification du signal d'horloge 140 installation de liaison circuit de préparation de signal processeur oscillateur installation de préparation du signal d'horloge de soutien circuit de préparation de signal 205 bus interne 250 processeur 280 oscillateur 290 installation de préparation du signal d'horloge de soutien Ti premier signal d'horloge T2 second signal d'horloge ST signal de commande SS signal de liaison R E V E N D I C A T IONS 1 ) Dispositif fournissant un signal d'horloge pour un pro- cesseur (150) d'un appareil de commande (10) relié à un ré- seau, caractérisé en ce qu'il comprend: - un premier oscillateur (130) générant un premier signal d'horloge (T1) susceptible d'être appliqué au processeur (150), - une installation de modification du signal d'horloge (135), commandée pour modifier le premier signal d'horloge (T1) généré par le premier oscillateur (130), et - une installation de commande (120) reliée à un réseau pour générer un signal de commande (ST) qui commande l'instal- lation de modification du signal d'horloge (135) en fonc- tion des signaux de communication transmis par le réseau. 2 ) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend un second oscillateur (180) qui génère un second signal d'horloge (T2) pouvant être relié au processeur (150), et une installation de liaison réglable (140) pour relier le premier signal d'horloge (T1) au processeur (150) de l'appareil de commande (10) dans un premier mode de fonction- nement, et pour relier le second signal d'horloge (T2) au processeur (150) de l'appareil de commande (10) dans un se- cond mode de fonctionnement. 3 ) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par une installation d'évaluation (125) qui évalue les erreurs entachant le second signal d'horloge (T2). 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par une installation de commande (120) pour régler le premier mode de fonctionnement lorsque l'installation d'évaluation (125) estime que le second signal d'horloge (T2) est entaché d'erreurs, et pour régler le second mode de fonctionnement si l'installation d'évaluation (125) estime que le second signal d'horloge (T2) n'est pas entaché d'erreurs, à l'aide d'un si- gnal de réglage (SS). 5 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que l'installation de modification du signal d'horloge (135) mo- difie la fréquence du premier signal d'horloge (T1). 6 ) Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'installation de modification du signal d'horloge (135) com- prend un diviseur de fréquence commandé et/ou un multiplica- teur de fréquence commandé, en aval du premier oscillateur (130). ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le réseau est conçu pour que les signaux de communication présentent des messages de données d'une certaine forme, com- prenant de préférence un grand nombre de champs déterminé. 8 ) Dispositif selon la revendication 7, caractérisé par une installation de détermination (126) qui détermine l'aptitude à la réception d'un certain champ des messages de données à partir des signaux de communication transmis par le30 réseau. 9 ) Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'installation de détermination (126) comprend une première mémoire non fugitive pour enregistrer le champ déterminé des messages de données, et un comparateur pour comparer les si- gnaux de communication transmis par le réseau au champ déter- miné du message de données. ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que l'installation de commande (120) est conçue pour accorder le signal de commande (ST) en le modifiant jusqu'à ce que le champ déterminé des messages de données puisse être reçu. 11 ) Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'installation de commande (120) détermine une plage en modi- fiant le signal de commande (ST), plage à l'intérieur de laquelle le champ déterminé du message de données peut être reçu, et accorde le signal de commande sur une valeur moyenne de la plage constatée. 12 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par une seconde mémoire, de préférence non fugitive, pour enre- gistrer le signal de commande accordé (ST). 13 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'installation de commande (120) comprend le processeur (150). 14 ) Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le réseau est un réseau CAN avec un bus série linéaire (5). ) Procédé pour fournir un signal d'horloge à un processeur (150) d'un appareil de commande (10) relié à un réseau, caractérisé par les étapes suivantes: - on génère un premier signal d'horloge (T1) - on applique le premier signal d'horloge (T1) au processeur (150), - on détecte les signaux de communication transmis par le ré- seau, et, - on modifie le premier signal d'horloge (T1) en fonction des signaux de communication détectés.