ОДНОКРИСТАЛЬНЫЙ КОМПЬЮТЕР И ТАХОГРАФ
SINGLE-CHIP COMPUTER AND TACHOGRAPH

Изобретение относится к однокристальному компьютеру, в частности, для применения на транспортном средстве. Изобретение также относится к тахографу, в частности к цифровому тахографу.
В DE 10 2004 028 338 А1 раскрыт тахограф, который хранит рабочие данные тахографа в памяти. Тахограф содержит первый микроконтроллер с процессорным ядром, которое через промежуточную память и блок шифрования, которые находятся в первом микроконтроллере, связано с памятью, расположенную внешним образом относительно первого микроконтроллера. Микроконтроллер, кроме того, содержит внутреннюю память и сенсорное средство защиты в качестве интегральных компонентов. Сенсорное средство защиты контролирует, по меньшей мере, один критичный для защиты параметр окружающей среды. Первый микроконтроллер соединен со вторым микроконтроллером. Второй микроконтроллер соединен с системой обслуживания или системой индикации и управляет системой индикации или функционированием элементов обслуживания.
DE 100 14 994 А1 раскрывает память с интерфейсом памяти, который соотнесен с шиной данных на транспортном средстве. Через интерфейс защиты в память подаются данные, которые через шину данных обмениваются между компонентами транспортного средства. Данные, сохраненные в памяти, применяются для интерпретации данных, чтобы реконструировать использование транспортного средства и износ транспортного средства.
В WO 2004/068344 А1 раскрывается вычислительная система на транспортном средстве с, по меньшей мере, двумя вычислителями. С первым вычислителем соотнесены относящиеся к поездке или транспортному средству задачи или функции, а со вторым вычислителем, в основном, не соотносятся никакие относящиеся к поездке или транспортному средству задачи или функции. Например, второй вычислитель соотнесен с развлекательной системой транспортного средства.
Задачей изобретения является создание однокристального компьютера и тахографа, который является надежным и производительным.
Эта задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту, изобретение характеризуется однокристальным компьютером, который содержит, по меньшей мере, одно первое процессорное ядро и, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро, которые выполнены на общем кристалле. По меньшей мере, одно первое процессорное ядро и, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро связаны через процессорный интерфейс друг с другом для переноса данных от, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра к, по меньшей мере, одному второму процессорному ядру и/или для переноса данных от, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра к, по меньшей мере, одному первому процессорному ядру. Однокристальный компьютер содержит для, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра и, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра соответствующий или общий интерфейс памяти. Данные через соответствующий или общий интерфейс памяти могут считываться из соответствующей или общей памяти данных и/или могут записываться в нее. Однокристальный компьютер содержит, кроме того, блок шифрования и дешифрования, который соотнесен с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром и который выполнен таким образом и размещен функционально между, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром и интерфейсом памяти, что данные, которыми производится обмен между, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром и памятью данных, могут зашифровываться и дешифроваться блоком шифрования и дешифрования.
По меньшей мере, одно второе процессорное ядро предусмотрено для выполнения, по меньшей мере, одной криптографической или другой релевантной для защиты программы. С этой целью с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром может быть соотнесен, по меньшей мере, один сопроцессор для криптографической обработки данных, или, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро может содержать, по меньшей мере, один такой сопроцессор. Кроме того, с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром соотнесена защищенная память, в частности защищенная память ключей для хранения, по меньшей мере, одного криптографического ключа.
По меньшей мере, одно первое процессорное ядро предусмотрено для выполнения, по меньшей мере, одной не релевантной для защиты программы, например, для управления функциями тахографа. Однако от этой, по меньшей мере, одной не релевантной для защиты программы через процессорный интерфейс очень быстро и просто можно обращаться к услугам или функциям, которые предоставляет, по меньшей мере, одна релевантная для защиты программа, которая исполняется на, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре.
Преимущество состоит в том, что за счет физического и логического разделения, по меньшей мере, одного первого и, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра на кристалле эти процессорные ядра могут работать независимо одно от другого. В частности, на, по меньшей мере, одном первом и, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре могут выполняться различные операционные системы и/или программы, которые подлежат различным требованиям защиты. За счет этого разделения возможна высокая защита. Кроме того, при необходимости предусматриваемая сертификация защиты значительно упрощается, так как только те части однокристального компьютера и/или программ должны сертифицироваться, которые должны соответствовать высоким требованиям защиты, таким образом, в частности, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро с относящимися к нему компонентами однокристального компьютера и/или операционная система, и/или, по меньшей мере, одна программа, которая должна выполняться на, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре.
Другим преимуществом является то, что посредством выполнения, по меньшей мере, одного первого и, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра на общем кристалле однокристальный компьютер может быть выполнен особенно компактным и экономичным способом. Кроме того, обмен данными между, по меньшей мере, одним первым и, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром может осуществляться очень быстро через процессорный интерфейс. За счет этого обеспечивается высокая производительность однокристального компьютера. Кроме того, за счет обеспечения внутреннего процессорного интерфейса экономятся внешние выводы.
Кроме того, за счет обеспечения общего интерфейса памяти экономятся внешние выводы. Это обеспечивает очень компактно выполненный однокристальный компьютер, который может использоваться просто и экономично в схемном устройстве. Кроме того, за счет обеспечения общего интерфейса памяти и общей памяти данных содержимое памяти общей памяти данных может проверяться очень просто посредством, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра, например, на его целостность. За счет обеспечения соответствующего интерфейса памяти и соответствующей памяти может быть реализована особенно высокая производительность передачи данных между, по меньшей мере, одним первым процессорным ядром и соотнесенной с ним памятью данных и между, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром и соотнесенной с ним памятью данных. Процессорные ядра спроектированы предпочтительно согласно соответствующим требованиям. За счет параллельного и независимого друг от друга выполнения программ однокристальный компьютер может быть особенно производительным.
В предпочтительном варианте выполнения однокристальный компьютер включает в себя, по меньшей мере, один первый периферийный блок, который соотнесен с, по меньшей мере, одним первым процессорным ядром, и, по меньшей мере, один второй периферийный блок, который соотнесен с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром. По меньшей мере, один первый и, по меньшей мере, один второй периферийный блок выполнен, например, как интерфейс с внешним блоком или как внутренний функциональный блок, или как другая память однокристального компьютера. По меньшей мере, один первый и, по меньшей мере, один второй периферийный блок включает в себя, например, цифровой и/или аналоговый вход и/или выход, и/или аналого-цифровой преобразователь, и/или цифро-аналоговый преобразователь, и/или последовательный и/или параллельный цифровой интерфейс, и/или интерфейс чип-карт, и/или регистр, и/или часы реального времени, и/или устройство счетчика, и/или устройство временного управления, и/или блок для формирования или определения модулированных по длительности импульса сигналов. Преимуществом является то, что за счет обеспечения, по меньшей мере, одного первого и, по меньшей мере, одного второго периферийного блока возможна высокая интеграция и тем самым не требуются никакие соответствующие внешние компоненты. Кроме того, за счет того, что с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром соотнесен, по меньшей мере, один второй периферийный блок, возможна высокая защищенность.
В другом предпочтительном варианте осуществления однокристальный компьютер содержит, по меньшей мере, одно устройство защиты, которое выполнено таким образом, чтобы контролировать, по меньшей мере, один рабочий параметр однокристального компьютера и/или механическую целостность однокристального компьютера. Однокристальный компьютер выполнен так, чтобы прекращать работу, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра, если посредством, по меньшей мере, одного устройства защиты распознано отклонение, по меньшей мере, одного рабочего параметра от предварительно заданного диапазона значений, по меньшей мере, одного рабочего параметра или распознано нарушение механической целостности однокристального компьютера. Однокристальный компьютер, кроме того, выполнен таким образом, чтобы поддерживать, по меньшей мере, частично работу, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра, когда работа, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра прекращена. Это имеет преимущество, заключающееся в том, что за счет этого возможна высокая защита однокристального компьютера от манипуляций. Кроме того, возможна высокая готовность, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра, так что не являющиеся релевантными по защите приложения могут далее использоваться в, по меньшей мере, аварийном режиме.
Согласно второму аспекту изобретение характеризуется тахографом, который включает в себя, по меньшей мере, один однокристальный компьютер. Преимущество заключается в том, что такой тахограф может быть особенно производительным и особенно экономичным.
Примеры выполнения изобретения далее поясняются с помощью схематичного чертежа, на котором показан тахограф с однокристальным компьютером, который представлен кристаллом С, памятью DM данных и источником энергии, который представлен батареей ВАТ. Также возможно, что память DM данных выполнена на кристалле С.
Однокристальный компьютер содержит, по меньшей мере, одно первое процессорное ядро Р1 и, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2, которые связаны между собой процессорным интерфейсом PIF. С, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2 соотнесен сопроцессор СОР, который выполнен с возможностью криптографической обработки данных, которые на, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2 подаются через процессорный интерфейс PIF от, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра Р1. Криптографическая обработка включает в себя, например, шифрование или дешифрование данных, например, посредством алгоритмов DES, 3DES или RSA или посредством другого алгоритма, и/или формирование или проверку цифровой сигнатуры, и/или проведение аутентификации. По меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2 может также включать в себя, по меньшей мере, один сопроцессор СОР.
Процессорный интерфейс PIF выполнен, например, как интегрированный на кристалле С внутренний, последовательный или параллельный цифровой интерфейс, который размещен функционально между, по меньшей мере, одним первым и, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р1, Р2. Однако процессорный интерфейс PIF может быть также выполнен как совместно используемая промежуточная память, которая также называется двухпортовой памятью с произвольной выборкой (RAM).
С, по меньшей мере, одним первым процессорным ядром Р1 соотнесен предпочтительно, по меньшей мере, один первый периферийный блок РЕ1 и/или первая промежуточная память ZS1, которая также может обозначаться как кэш-память. С, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2 соотнесен предпочтительно, по меньшей мере, один второй периферийный блок РЕ2 и/или вторая промежуточная память ZS2, которая также может обозначаться как кэш-память. С, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2 соотнесен, кроме того, блок KRYPT шифрования и дешифрования и, при необходимости, защищенная память SM и/или, при необходимости, устройство SE защиты. По меньшей мере, один первый и, по меньшей мере, один второй периферийный блок РЕ1, РЕ2 выполнен, например, как интерфейс к внешнему блоку, который выполнен не на кристалле С, или как внутренний функциональный блок, или как дополнительная память однокристального компьютера. По меньшей мере, один первый и, по меньшей мере, один второй периферийный блок РЕ1, РЕ2 включает в себя, например, цифровой и/или аналоговый вход и/или выход, и/или аналого-цифровой преобразователь, и/или цифро-аналоговый преобразователь, и/или последовательный и/или параллельный цифровой интерфейс, и/или интерфейс чип-карт, и/или регистр, и/или часы реального времени, и/или устройство счетчика, и/или устройство временного управления, и/или блок для формирования или определения модулированных по длительности импульса сигналов. По меньшей мере, один первый и, по меньшей мере, один второй периферийный блок РЕ1, РЕ2 может также быть выполнен иным образом.
Однокристальный компьютер также содержит интерфейс MIF памяти. Интерфейс MIF памяти предпочтительно содержит блок управления памятью, который выполнен, например, так, чтобы управлять доступом к памяти. Интерфейс MIF памяти связан с внешней памятью DM данных. Интерфейс MIF памяти через соответственно предусмотренную первую промежуточную память ZS1 связан с, по меньшей мере, одним первым процессорным ядром Р1. Кроме того, интерфейс MIF памяти через блок KRYPT шифрования и дешифрования и соответственно предусмотренную вторую промежуточную память ZS2 связан с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2. По меньшей мере, одно первое процессорное ядро Р1 и, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2 могут, таким образом через общий интерфейс MIF памяти получать доступ к общей памяти DM данных, соответственно, для считывания и/или для записи. За счет того, что предусмотрен общий интерфейс MIF памяти, однокристальный компьютер может выполняться на малой поверхности кристалла и с незначительным числом внешних выводов для связи с памятью DM данных.
Однако также возможно с, по меньшей мере, одним первым процессорным ядром Р1 и, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2 соотнести отдельно друг от друга соответствующий интерфейс памяти и соответствующую память данных. Это обеспечивает особенно быстрый доступ к соответствующему процессорному ядру и относящейся к нему памяти данных.
Предпочтительным образом в памяти DM данных сохранена, по меньшей мере, одна программа. Предпочтительным образом для, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра Р1 и для, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра Р2 в памяти DM данных сохранена, по меньшей мере, одна программа. Эта, по меньшей мере, одна программа может также содержать операционную систему. Предпочтительным образом, по меньшей мере, одна программа, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра Р2 сохранена в памяти DM данных в зашифрованном виде. При считывании, по меньшей мере, одной программы, посредством, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра она расшифровывается с помощью блока KRYPT шифрования и дешифрования. По меньшей мере, одна программа может, однако, также храниться в энергонезависимой памяти, которая выполнена на кристалле С. По меньшей мере, одна программа должна тогда храниться в незашифрованном виде.
В памяти DM данных могут также храниться и другие данные, например данные пути транспортного средства, например путевая скорость и время в пути транспортного средства. Эти данные предпочтительным образом посредством, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра Р2 или блока шифрования и дешифрования зашифровываются, снабжаются контрольными данными и сохраняются в памяти DM данных. Контрольные данные представляют собой, например, циклические контрольные данные избыточности, которые проверяются посредством контроля циклическим избыточным кодом (CRC), или цифровую сигнатуру. Контрольные данные могут также быть выполнены иным образом.
В защищенной памяти SM, которая соотнесена с, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2, может сохраняться, по меньшей мере, один криптографический ключ. По меньшей мере, один криптографический ключ используется, по меньшей мере, одним вторым процессорным ядром Р2, или его, по меньшей мере, одним сопроцессором СОР, и/или блоком KRYPT шифрования и дешифрования для криптографической обработки данных. Эти данные подаются на, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2 или на блок KRYPT шифрования и дешифрования через, по меньшей мере, один процессорный интерфейс PIF или через интерфейс MIF памяти. Кроме того, также может быть предусмотрена криптографическая обработка данных, которые подаются на, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2 от, по меньшей мере, одного второго периферийного блока РЕ2. Кроме того, по меньшей мере, одна программа, которая должна выполняться на, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре Р2, может быть сохранена в защищенной памяти SM.
Защищенная память SM может быть выполнена энергозависимой или энергонезависимой. Если защищенная память SM выполнена энергозависимой, то предпочтительно предусматривается батарея ВАТ питания, чтобы предотвратить нежелательную потерю содержимого памяти, то есть, по меньшей мере, одного криптографического ключа и, при обстоятельствах, по меньшей мере, одной программы. Преимуществом является то, что содержимое памяти из выполненной энергозависимым образом защищенной памяти SM очень легко стирается, например, для гарантирования конфиденциальности содержимого памяти. Если защищенная память SM выполнена энергонезависимой, то батарея ВАТ не требуется. Преимуществом является то, что содержимое памяти выполненной энергонезависимым образом защищенной памяти SM продолжительно и надежно защищено от потери. Однако, при необходимости, должны приниматься меры гарантирования конфиденциальности содержимого памяти.
Может быть предусмотрено, по меньшей мере, одно устройство SE защиты для контроля, по меньшей мере, одного рабочего параметра однокристального компьютера и/или механической целостности однокристального компьютера. По меньшей мере, один рабочий параметр включает в себя, например, рабочее напряжение и/или рабочую температуру, и/или тактовую частоту однокристального компьютера. Предпочтительным образом, по меньшей мере, одно устройство SE защиты выполнено с возможностью проверять то, спадает ли, по меньшей мере, один рабочий параметр ниже заданного нижнего порогового значения или превышает заданное верхнее пороговое значение, то есть, не выходит ли он за пределы диапазона значений, по меньшей мере, одного рабочего параметра, заданного посредством нижнего и верхнего порогового значения.
При высоких требованиях к безопасности, по меньшей мере, одно устройство SE защиты предпочтительно содержит защитную сетку или подобное, которая выполнена, например, как самый верхний слой металлизации на кристалле С и которая предпочтительно покрывает, по меньшей мере, защищенную память SM, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2, устройство KRYPT шифрования и дешифрования и, при необходимости, предусмотренную вторую промежуточную память ZS2. Это показано на чертеже с помощью пунктирной рамки вокруг этих компонентов однокристального компьютера. Но защитная сетка может также покрывать весь кристалл С. По меньшей мере, одно устройство SE защиты выполнено таким образом, чтобы распознавать повреждение защитной сетки. Тем самым распознается механическая целостность однокристального компьютера.
Но, по меньшей мере, одно устройство SE защиты может также выполняться иным образом.
Однокристальный компьютер предпочтительно выполнен таким образом, чтобы в зависимости от результата проверки, по меньшей мере, одного рабочего параметра или механической целостности однокристального компьютера выполнять защитные меры для защиты конфиденциальности содержимого защищенной памяти SM и/или памяти DM данных. Эти защитные меры могут включать в себя, например, стирание содержимого памяти защищенной памяти SM, если она выполнена энергозависимой, и, при необходимости, памяти DM данных. Кроме того, может быть предусмотрено, что после стирания прекращается работа, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра Р2. Однако работа, по меньшей мере, одного первого процессорного ядра Р1, предпочтительным образом по меньшей мере частично, поддерживается, например, в форме работы в аварийном режиме. В аварийном режиме функциональность однокристального компьютера больше не предоставляется в полном объеме. Например, по меньшей мере, одно второе процессорное ядро Р2 более не предоставляется для криптографической обработки данных. Части, по меньшей мере, одной программы, которая исполняется на, по меньшей мере, одном первом процессорном ядре Р1, которые не обращаются к функциям, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра Р2, могут, однако, использоваться и дальше. Тем самым обеспечивается высокая эксплуатационная готовность однокристального компьютера, без опасности, например, для конфиденциальности или целостности данных, сохраненных в зашифрованном виде в памяти DM данных. Например, и далее может определяться сигнал реального времени, и далее может действовать аналого-цифровой преобразователь, и данные могут продолжать выдаваться на цифровой интерфейс, например на шину CAN. Тем самым может предотвращаться системный отказ на транспортном средстве.
Обеспечение, по меньшей мере, одного первого и, по меньшей мере, одного второго процессорного ядра Р1, Р2 имеет преимущество, заключающееся в том, что однокристальный компьютер может быть выполнен соответствующим образом в зависимости от соответствующих требований к защищенности и соответствующих требований к производительности для соответствующего предусмотренного приложения. Например, процессорные ядра могут рассчитываться в отношении их вычислительной мощности независимо один от другого. Кроме того, программы могут выполняться независимо одна от другой и параллельно одна другой на, по меньшей мере, одном первом и, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре Р1, Р2. За счет этого однокристальный компьютер является особенно производительным.
В случае, если для работы однокристального компьютера требуется сертификация безопасности, как, например, при использовании тахографа, то имеет место еще одно преимущество, состоящее в том, что это в общем случае касается только, по меньшей мере, одной программы, которая должна выполняться на, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре Р2 и, при необходимости, на его, по меньшей мере, одном сопроцессоре СОР. За счет этого могут экономиться значительные затраты, которые в противном случае возникали бы из-за сертификации безопасности. Кроме того, только, по меньшей мере, одна программа, которая должна выполняться на, по меньшей мере, одном втором процессорном ядре Р2, должна храниться в зашифрованном виде и для выполнения должна расшифровываться. По меньшей мере, одна программа, которая должна выполняться на, по меньшей мере, одном первом процессорном ядре Р1, не должна храниться в зашифрованном виде и также для выполнения не должна расшифровываться. За счет этого экономится вычислительная мощность, так что однокристальный компьютер является особенно производительным. Кроме того, требования по безопасности, например, по критериям для оценки безопасности информационной технологии (ITSEC) могут быть реализованы простым и экономичным образом.
Кроме того, однокристальный компьютер может быть выполнен особенно компактно и экономично, например, за счет того, что предусматривается общий интерфейс MIF памяти и/или за счет совместного использования ресурсов однокристального компьютера, например энергопитания, сигналов и/или прерываний.
Однокристальный компьютер также может применяться в других устройствах и для других приложений.