欧州のIEC60730基準を含む、関連する安全基準を満たすという課題に直面したさまざまな民生用機器設計チームに従事しました。 ほとんどの企業はグローバル市場向けの製品を設計したいと考えているため、設計チームは通常、すべての機器設計で最も厳しい世界基準を満たす責任があります。 もちろん、任意のマイクロコントローラー（MCU）および対応するサポートIC開発互換製品を使用できます。 ただし、コンプライアンスを達成するために外部コンポーネントを必要とせずにハードウェア固有の機能を含むMCUの数が増えています。 セキュリティコンプライアンスが必要かどうか、およびMCUのコンプライアンスへの道を開くように設計されたものが必要かどうかを見てみましょう。
具体的には、IEC 60730-1規格は、この仕様の付録Hに基づくMCUベースの制御システムの使用を解決します。 洗濯機、冷蔵庫などのほとんどの家電製品はクラスBに属しています。 この規格の目的は、システム障害によってデバイスの安全でない動作が発生しないようにすることです。 たとえば、システム障害によって危険な温度が発生してはなりません。これにより、オペレーターに危害を加えたり、火災を引き起こしたりする可能性があります。
また、ここで説明するIEC 60730とテクノロジーの背後にある概念は、民生用デバイスアプリケーションの外部に適用できることにも注意してください。 実際、多くの種類の組み込みシステム（必ずしも規制基準管理の対象ではない）は、システム障害から保護する必要があります。
通常、MCUベースのシステムでは、IEC-60730準拠は、ファームウェアに追加されたアプリケーションコードによって異なります。 ただし、MCUハードウェア機能の中心を確保するために、外部コンポーネントのファームウェア開発を排除し、パフォーマンスを向上させ、コストを削減することで簡素化できます。
コンプライアンス方法IEC60730規格に準拠したMCUベースのシステムを設計する主な方法はXNUMXつあります。 いわゆるデュアルチャネル、並列のデュアルMCU、および制御回路を使用し、比較機能を備えた最も複雑なアーキテクチャは、XNUMXつのチャネルが同じ結果を生成することを保証します。 ただし、この方法は一般的に消費者市場にとって高すぎると考えられています。 次に、XNUMXつのシングルチャネル方式のコストを制限することを選択しました。 コンプライアンスの達成に失敗しないように、製品の製造時にシステムをテストできます。 過去には、通常、製造試験方法が選択されていました。これは、最も単純で低コストの代替手段です。 今日、ますます多くの製品メーカーが、製品が現場で故障しないことを確認するために定期的なセルフテスト機能を追加することを選択しています。これが、ここで焦点を当てるアプローチです。
実際のセキュリティ認証は端末装置で実行されますが、付録Hの潜在的な障害がMCUに適用されます。 実際、アクセサリにはMCU内部要素の詳細なリストが含まれており、関連する障害は定期的なセルフテストでテストする必要があり、何らかの方法で簡単にテストできます。 たとえば、セルフテストレジスタは、カードまたは障害のプログラムカウンタ（PC）値で検出する必要があり、シングルビットメモリエラー検出、および誤った割り込み操作を検出する必要があります-割り込みが発生しない、割り込みが頻繁に発生するなど。 通信障害を解決し、タイミングクロックの動作、動作シーケンスを修正するための追加要素。
洗濯機の例次に、MCUを見てみましょう（特に、一般にデジタルシグナルコントローラー（DSC）と呼ばれるものはDSP MCUによってサポートされています）コンプライアンスを簡素化する方法のいくつかの例。 図1は、Texas Instruments（TI）のDSC洗濯機に基づく設計のブロック図を示しています。 この図は、固定小数点DSC TMS320C24xシリーズ、TMS320F282x指定シリーズDSC、およびTMS320F2802x / 2806xPiccoloシリーズの固定小数点DSCと浮動小数点DSCに適用されます。 すべてDSC32 TI C2000コアに依存しており、単一のDSPプロセッサ設計（主にモーター制御）およびシステム制御タスクで処理できます。 可能性がありますが、いずれの場合も、IEC-60730 C2000 DSCエレメントは、DSCのシステムコントローラーと組み合わせて別のMCUにキャプチャされます。
図1：DSC TI C2000シリーズは、システム設計を簡素化するために、独立したクロックおよびその他の機能を実現し、IEC-60730規格に準拠しています。
TI DSCは、コンプライアンスをサポートするためのいくつかの要素を提供します。 たとえば、ICチップ発振器はダブルを備えています。 メインMCUとオペレーティングシステムの駆動。 XNUMX回目は、実装されたセルフテストとは独立して定期的に実行されるコントロールグループとして使用できます。 ICはさらに、規格に記載されている誤動作を引き起こす可能性のある電源電圧を監視する監視回路を備えています。 さらに、DSCには書き込み保護レジスタも含まれています。
もちろん、多くのアプリケーションは、DSCが提供する32ビットデバイス処理機能を必要としません。 幸い、MCUベンダーは、従来の60730ビットおよび8ビットMCUファミリのIEC-16標準機能に沿って提供しています。
Freescaleリアルタイム割り込みたとえば、FreescaleはMC9S08AWx MCUでこれらの機能をサポートしており、MCUは幅広いMC9S08ビットファミリの一部です。 9S08AW MCUにはリアルタイム割り込み（RTI）機能が含まれており、多くのセルフテスト機能を実現できます。 図2は、RTI機能を示しています。 図の上部にあるリアルタイム割り込みステータス制御レジスタ（SRTISC）は、3-リアルタイム割り込み遅延選択（RTIS）-CPUの定期的な割り込み間隔を設定します。 間隔は8ミリ秒から1.04秒の間で変化する可能性があります。 CPUクロックに依存しない、1 KHzRC発振器からの統合割り込み。
図2：割り込みサービスプログラムの開始時に、リアルタイム割り込み機能（RTI）と呼ばれるFreescaleを使用します。これは、IEC-60730で定義された障害が存在するかどうかをチェックするためのシステムです。
セルフテスト機能は、のRTI生成割り込みサービスルーチン（ISR）に実装されています。 たとえば、ISRは各反復中にPCの値をチェックできます。 PCがXNUMX回の連続した反復で変更されないままである場合、ISRはMCUカードを想定し、ソフトウェアサイクルで予防措置を講じることができます。
RTIを使用すると、ISRでクロック周波数を監視することもできます。 ISRは、積分時間を使用して、各割り込みサービスのタイムスタンプを取得し、連続する各読み取り値が有効であることを確認します。 さらに、内蔵機能の内部クロックジェネレーターを備えたオンチップで実装されているため、テストが遅くなったり速くなったり、CPUクロックのクロックが失われたりする可能性があります。 ISRはRTIロックをアクティブにし、クロック損失検出機能レジスタを監視できます。
Freescaleは、メモリの精度をチェックする方法など、さまざまなセキュリティ指向の機能をサポートしています。 さらに、同社はIEC-16中心の機能を備えた56ビットDSCMC60730Fxシリーズもサポートしています。
MCUアーキテクチャ全体IEC60730同時に、この分野のルネサスMCUは、主に旧日立、三菱、NECの従来型MCUを販売しているため、最も広範な異なるアーキテクチャを備えている可能性があります。 マイクロエレクトロニクス事業。 ただし、同社は製品ポートフォリオ全体で非常に一貫したセキュリティコンプライアンス機能を備えています。
ウォッチドッグタイマー（WDT）は、ほとんどの場合、安全基準の使用が満たされている重要なコンポーネントです。 ルネサスの成熟した8および16R8C、M16C、8および16ビット32ビットH8ファミリ、およびSuperH MCUは、CPUクロックソースWDTとは独立して実現されました。
ルネサスは、新しい16ビットおよび32ビットのRL78MCUファミリRXシリーズをサポートする堅実なWDTを維持し続けています。 さらに、同社は時間の経過とともにハードウェアに他の機能を追加してきました。 たとえば、CPUの動作に依存しないM16C CRC（巡回冗長検査）計算ブロックの導入。 CRCは、通信エラーとメモリを検出するために使用できます。
RL78およびRXシリーズもCRCをサポートし、他の機能を追加します。 たとえば、RAMパリティ検出を含むRL78、メモリアクセス制御機能は、クロック周波数と監視機能を設定します。 RXには、同様の一連の自己診断機能とデータコンバータの機能が含まれています。
セキュリティ設計安全な出口故障状態の方法を保証するための次の設計要件がある場合は、MCUサプライヤがIEC-60730規格に準拠する方法を必ず検討してください。 実際、すべてのMCUベンダーはIEC-60730ポリシーを採用しており、ハードウェアセキュリティコンプライアンス機能を備えたMCUを選択すると、システムの部品表を削減でき、コスト、電力、およびパフォーマンスの利点が得られます。 さらに、MCUベンダーは通常、IEC-60730の要件を満たすサンプルコードを提供します。このコードは、障害コードまたはシステムハードウェアに安全に耐えるように設計された最終製品を大幅に高速化します。
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