DE10348448A1 - Non-volatile data storage method for processor-based control device e.g. for machine tool, by monitoring changes to data stored in volatile memory and storing changed data in non-volatile memory - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur persistenten Datenhaltung einer prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungseinrichtung sowie eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens.The The invention relates to a method for persistent data storage of a processor-controlled control or regulating device and a control or regulating device for carrying out the Process.
Die Gewährleistung einer persistenten Datenhaltung einer prozessorgesteuerten Einrichtung z.B. nach einem Ausfall der Versorgungsspannung der Einrichtung, stellt in der Technik ein weit verbreitetes Problem dar. Insbesondere bei einer prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungseinrichtung z.B. einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine muss unbedingt sichergestellt werden, dass z.B. nach einem Spannungsausfall der Bearbeitungs- bzw. Produktionsvorgang möglichst exakt an der Stelle weitergeführt werden kann, an der er durch den Spannungsausfall unterbrochen wurde. Hierzu ist eine persistente Datenhaltung der prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungseinrichtung unbedingt erforderlich.The warranty a persistent data storage of a processor-controlled device, e.g. after a failure of the supply voltage of the device, provides a widespread problem in the art a processor controlled controller, e.g. of a tool or production machine must necessarily be ensured be that e.g. after a power failure of the processing or Production process as possible continued exactly at the point which it was interrupted by the power failure. For this purpose, a persistent data management of the processor-controlled Control or Control device absolutely necessary.
In
Dies hat in der Praxis zahlreiche Nachteile. Die Kosten eines SRAM-Speichermediums sind weit höher als die eines gleich großen flüchtigen Speichers wie z.B. eines DRAM-Speichers (Dynamic Random Access Memory). Weiterhin wird zur Aufrechterhaltung der Stützspannung bei SRAM-Speichern eine Batterie oder ein Kondensator benötigt, wodurch zusätzliche Kosten entstehen. SRAM-Speicherbausteine benötigen zudem auf einer Platine aufgrund ihrer relativ geringen Integrationsdichte mehr Platz als DRAM-Speicherbausteine. Der Aufbau einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung mit SRAM-Speicherbaustein weist somit eine geringere Integrationsdichte auf als dies mit einer Realisierung mit DRAM-Speicherbaustein möglich wäre. Weiterhin ist der Zugriff auf SRAM-Speicherbausteine durch den Prozessor in der Regel langsamer als bei DRAM-Speicherbausteinen. Dadurch ergibt sich bei Verwendung eines identischen Prozessors bei der Verwendung von SRAM-Speicherbaustein als Arbeitsspeicher eines Prozessors eine geringere Leistung des Gesamtsystems als bei der Verwendung von DRAM-Speicherbausteinen als Arbeitsspeicher.This has many disadvantages in practice. The cost of an SRAM storage medium are far higher as that of an equal size volatile Memory such as e.g. a DRAM (Dynamic Random Access Memory) memory. Furthermore, to maintain the support voltage in SRAM memories a battery or a capacitor is needed, which adds extra Costs arise. SRAM memory devices also require a circuit board due to their relatively low integration density more space than DRAM memory devices. The structure of a control or regulating device with SRAM memory module thus has a lower integration density on as this would be possible with a realization with DRAM memory device. Farther is the access to SRAM memory chips by the processor in the Usually slower than with DRAM memory modules. This results when using an identical processor when using SRAM memory device as main memory a processor has a lower performance of the overall system than at the use of DRAM memory devices as a working memory.
Häufig besteht vom Hersteller auch der Wunsch, unterschiedliche Leistungsstufen einer Steuerungs- oder Regelungseinrichtung anzubieten. Dies führt in der Regel dazu, dass sich damit auch die Größe des benötigten SRAM-Speichers zwischen den einzelnen Leistungsstufen unterscheidet. Da die Kosten für SRAM-Speicherbausteine relativ hoch sind und die Bauteile zudem mehr Platz benötigen, besteht aus wirtschaftlichen Grün den oft die Notwendigkeit für unterschiedliche Leistungsstufen unterschiedliche Hardwareausprägungen der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung anzubieten. Diese unterschiedlichen Hardwareausprägungen bedingen zusätzliche Kosten.Often exists From the manufacturer also the desire, different performance levels to offer a control or regulating device. This leads in the As a rule, the size of the required SRAM memory between the different performance levels. As the cost of SRAM memory chips are relatively high and the components also require more space, there is because of economical reasons often the need for different power levels different hardware versions of the Control or To offer control device. These different hardware characteristics require additional Costs.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kostengünstiges Verfahren zur persistenten Datenhaltung einer prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungseinrichtung zu schaffen, dass ohne die Verwendung eines nicht flüchtigen Speichermediums als Arbeitsspeicher auskommt.Of the The invention is therefore based on the object, a cost-effective Method for persistent data storage of a processor-controlled Control or regulating device to create that without the Use of a non-volatile Storage medium works as a working memory.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur persistenten Datenhaltung einer prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungseinrichtung, wobei mindestens ein Datenkonsistenzbereich auf einem flüchtigen Speichermedium der Steuerungs- oder Regelungseinrichtung definiert wird, wobei ein Anfangszustand des Datenkonsistenzbereiches auf einem nichtflüchtigen Speichermedium hinterlegt ist, wobei der Datenkonsistenzbereich auf Veränderung seiner gespeicherten Daten überwacht wird, wobei im Falle von Veränderungen der Daten eine konsistente Speicherung der veränderten Daten in dem nichtflüchtigen Speichermedium erfolgt und im Falle eines Verlustes der Daten im flüchtigen Speichermedium der zuletzt konsistent gespeicherte Datenkonsistenzbereich vom nichtflüchtigen Speichermedium auf das flüchtige Speichermedium kopiert wird, gelöst.These Task is a method for persistent data management of a processor-controlled control or regulating device, wherein at least a data consistency area on a volatile storage medium of Control device is defined, wherein a Initial state of the data consistency area on a non-volatile Storage medium is deposited, where the data consistency range on changing his monitored stored data being, in case of changes The data is a consistent storage of the changed data in the non-volatile Storage medium takes place and in case of loss of data in volatile Storage medium The most consistently stored data consistency area from the non-volatile Storage medium on the volatile Storage medium is copied, solved.
Eine erste vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine konsistente Speicherung der veränderten Daten in dem nichtflüchtigen Speichermedium erfolgt indem überprüft wird, ob sämtliche veränderten Daten des Datenkonsistenzbereiches vor Verlust der Daten des flüchtigen Speichermediums auf dem nicht flüchtigen Speichermedium gespeichert wurden, wobei eine Speicherung der veränderten Daten in dem nichtflüchtigen Speichermedium durch Überschreiben der jeweilig zugehörigen Daten des Datenkonsistenzbereiches vom Anfangszustand auf dem nichtflüchtigen Speichermedium durchgeführt wird, wobei falls nicht sämtliche veränderten Daten des Datenkonsistenzbereiches vor Verlust der Daten des flüchtigen Speichermediums auf dem nicht flüchtigen Speichermedium gespeichert wurden, die letzte vollständig durchgeführte Speicherung des Datenkonsistenzbereichs, als zuletzt konsistent gespeicherte Datenkonsistenzbereich definiert wird. Hierdurch wird eine besonders sichere konsistente Speicherung der veränderten Daten in den nicht flüchtigen Speichermedium sichergestellt.A first advantageous embodiment of the invention is characterized in that a consistent storage of the changed data in the non-volatile Storage medium is done by checking whether all changed Data Consistency Area Data Loss of Volatile Data Storage medium on the non-volatile storage medium stored, with a storage of the changed Data in the non-volatile Storage medium by overwriting the respective associated Data consistency data from the initial state on the nonvolatile storage medium carried out is, if not all changed data of data consistency area before loss of data of volatile Storage medium on the non-volatile Storage medium, the last fully performed storage of the data consistency area, as last saved consistently Data consistency range is defined. This will be a particularly safe Consistent storage of changed data in the non-volatile Storage medium ensured.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Datenkonsistenzbereich in Datenfragmentbereiche unterteilt wird, wobei der Datenkonsistenzbereich auf Veränderung seiner gespeicherten Daten überwacht wird, in dem jeder Datenfragmentbereich auf Veränderungen seiner Daten überwacht wird. Eine Unterteilung der Datenkonsistenzbereiche in Datenfragmentbereiche erlaubt eine besonders schnelle und effektive Überwachung auf Veränderung der Daten innerhalb des Datenkonsistenzbereichs.Further proves to be advantageous if the data consistency area is divided into data fragment areas, where the data consistency area on change monitored his stored data where each data fragment area is monitored for changes in its data becomes. A subdivision of the data consistency areas into data fragment areas allows a particularly fast and effective monitoring for change the data within the data consistency area.
Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass im Falle von Veränderungen der Daten eine konsistente Speicherung der veränderten Daten in dem nichtflüchtigen Speichermedium erfolgt, indem überprüft wird, ob sämtliche veränderten Datenfragmentbereiche vor Verlust der Daten des flüchtigen Speichermediums auf dem nicht flüchtigen Speichermedium gespeichert wurden, wobei eine Speicherung der veränderten Datenfragmentbereiche in dem nichtflüchtigen Speichermedium durch Überschreiben der jeweilig zugehörigen Datenfragmentbereiche des Datenkonsistenzbereiches vom Anfangszustand auf dem nichtflüchtigen Speichermedium durchgeführt wird, wobei falls nicht sämtliche veränderten Datenfragmente des Datenkonsisistenzbereiches vor Verlust der Daten des flüchtigen Speichermediums auf dem nicht flüchtigen Speichermedium gespeichert wurden, die letzte vollständig durchgeführte Speicherung des Datenkonsistenzbereichs, als zuletzt konsistent gespeicherte Datenkonsistenzbereich definiert wird. Hierdurch ist eine besonders sichere konsistente Speicherung der veränderten Daten in den nicht flüchtigen Speichermedium sichergestellt.A Further advantageous embodiment of the invention is characterized in that that in case of changes The data is a consistent storage of the changed data in the non-volatile Storage medium is done by checking whether all changed Data fragment areas before losing the data of the volatile Storage medium on the non-volatile Storage medium were stored, with a storage of the changed Data fragment areas in the nonvolatile storage medium by overwriting the respective associated Data fragment areas of the data consistency area from the initial state on the non-volatile Storage medium is carried out if not all changed Data fragments of the data consistency area before loss of the data of the fleeting Storage medium on the non-volatile Storage medium, the last fully performed storage of the data consistency area, as last saved consistently Data consistency range is defined. This is a special secure consistent storage of changed data in the non volatile Storage medium ensured.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Mittel zur Überwachung des Datenkonsistenzbereichs auf Veränderung seiner gespeicherten Daten eine Paging Unit einer Central Prozessor Unit vorgesehen ist. Mit Hilfe einer Paging Unit einer Central Prozessor Unit lässt sich die Überwachung des Datenkonsistenzbereichs auf Veränderung seiner gespeicherten Daten besonders effektiv realisieren.Farther proves to be advantageous if as a means of monitoring the data consistency area to change its stored data a paging unit of a central processor unit is provided. With Help of a paging unit of a central processor unit can be The supervision the data consistency area to change its stored Realize data particularly effectively.
Im vorgenannten Zusammenhang erweist es sich zur Durchführung des Verfahrens als besonders günstig, dass eine Steuerungs- oder Regelungseinrichtung vorgesehen ist, mit mindestens einem flüchtigen und mindestens einem nicht flüchtigen Speichermedium und mit einem Mittel zur Überwachung des Datenkonsistenzbereiches auf Veränderung seiner gespeicherten Daten und einem Mittel zum konsistenten Speichern und Kopieren des mindestens einen Datenkonsistenzbereiches.in the the aforementioned context, it proves to carry out the Process as particularly favorable, that a control or Control device is provided with at least one volatile and at least one non-volatile Storage medium and with a means for monitoring the data consistency range on change its stored data and means for consistent storage and copying the at least one data consistency area.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Mittel zur Überwachung des Datenkonsistenzbereiches auf Veränderung seiner gespeicherten Daten eine Paging Unit einer Central Prozessor Unit vorgesehen ist. Moderne Prozessoren sind heutzutage oft schon mit einer integrierten Paging Unit ausgestattet, so dass keine zusätzliche Hard- oder Software zur Realisierung des Mittels zur Überwachung des Datenkonsistenzbereiches mehr benötigt wird.Further proves to be advantageous if as a means of monitoring of the data consistency area to change its stored Data is provided a paging unit of a central processor unit. Modern processors are often already integrated today Paging Unit equipped, so no additional hardware or software for implementing the means for monitoring the data consistency range more needed becomes.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Mittel zum konsistenten Speichern und Kopieren des Datenkonsistenzbereichs eine Betriebssystemfunktionalität vorgesehen ist. Moderne Betriebssysteme weisen häufig bereits Betriebssystemfunktionalitäten auf, die das konsistente Speichern und Kopieren von Datenkonsistenzbereichen unterstützen.Further proves to be advantageous if as a means to consistent Saving and copying the data consistency area provided an operating system functionality is. Modern operating systems often already have operating system functionalities, Consistently saving and copying data consistency areas support.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn als Datenkonsistenzbereich ein Memory Map File vorgesehen ist. Die Verwendung von Memory Map Files zur Definition von Datenkonsistenzbereichen werden von modernen Betriebssystemen häufig schon unterstützt.Farther proves to be advantageous if as a data consistency area a memory map file is provided. The use of Memory Map Files for defining data consistency ranges are used by modern ones Operating systems frequently already supported.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn als nicht flüchtiges Speichermedium ein Netzlaufwerk vorgesehen ist, da dann das nicht flüchtige Speichermedium auch außerhalb der Regelungs- oder Steuerungseinrichtung realisiert werden kann.Further it proves to be advantageous if as non-volatile Storage medium a network drive is provided, because then that is not volatile storage medium also outside the control or regulating device can be realized.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung ausgestattet ist, auf der das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird. Insbesondere bei Steuer- oder Regeleinrichtungen von Werkzeug- oder Produktionsmaschinen ist es besonders wichtig, eine persistente Datenhaltung sicherzustellen. Es sei jedoch an dieser Stelle ausdrücklich angemerkt, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch für Steuerungs- oder Regelungseinrichtungen auf anderen technischen Gebieten geeignet ist.Furthermore, it proves to be advantageous if a tool or production machine is equipped with a control or regulating device on which the method according to the invention is carried out. Especially with control or regulating devices of tool or production machines, it is particularly important to ensure a persistent data management. However, it should be expressly noted at this point that the erfindungsge appropriate method is also suitable for control or regulating devices in other technical fields.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:One embodiment The invention is illustrated in the drawing and will be described below explained in more detail. there demonstrate:
Das Grundprinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin als Arbeitsspeicher einer prozessorgesteuerten Steuerungs- oder Regelungseinrichtung ein flüchtiges Speichermedium z.B. in Form eines DRAM-Speichers als Arbeitsspeicher eines Prozessors zu verwenden und die Daten im flüchtigen Speichermedium abzulegen und eine Kopie davon auf einem nicht flüchtigen Speichermedium z.B. einer Flashkarte oder einer Festplatte als Backup zu halten. Jede Veränderung der Daten des nicht flüchtigen Speichermediums wird überwacht und fortlaufend auf dem nicht flüchtigen Speichermedium nachgeführt. Nach dem Ende z.B. eines Spannungsausfalls wird das dadurch in dem nicht flüchtigen Speichermedium erzeugte Backup in das flüchtigen Speichermedium zurückkopiert und damit der ursprüngliche Zustand vor Spannungsausfall wieder hergestellt.The Basic principle of the method according to the invention consists of as a memory of a processor-controlled control or control device a volatile Storage medium e.g. in the form of a DRAM memory as a working memory to use a processor and the data in volatile Store storage medium and a copy of it on a non-volatile Storage medium e.g. a flash card or a hard disk as a backup to keep. Every change the data of the non-volatile Storage medium is monitored and continuously on the non-volatile Tracking medium tracked. After the end, e.g. a power failure is characterized in the non-volatile Storage medium produced backup back into the volatile storage medium and thus the original one Condition restored before power failure.
In
In
In
Eine
Backup-Logic
Ein
besonders ungünstigerer
Fall ergibt sich, wenn z.B. der Spannungsausfall sich dahingehend auswirkt,
dass die Page
Selbstverständlich ist
neben der in
In einer vorteilhaften Ausprägung des angesprochenen listenorientierten Verfahrens erfolgt spätestens bei Spannungsausfall eine Sicherung der Liste in einem relativ kleinen nicht flüchtigen Speichermedium, so dass beim nächsten Einschalten die noch nicht gesicherten geänderten Daten wieder zur Verfügung stehen. Dieser Speicher wird zweckmäßig aus FRAM, MRAM oder ähnlichen Bausteinen aufgebaut, da diese eine relativ hohe Schreibrate haben, die Daten aber bei Spannungsausfall nicht verloren gehen. Alternativ ist auch ein kleiner kondensator-gepufferter SRAM-Speicher möglich.In an advantageous form the addressed list-oriented procedure takes place at the latest in case of power failure a backup of the list in a relatively small non-volatile Storage medium, so the next Switching on the not yet saved changed data are available again. This memory will be useful FRAM, MRAM or similar Built blocks, as they have a relatively high write rate, the Data but not lost in case of power failure. alternative is also a small capacitor-buffered SRAM memory possible.
Besonders
vorteilhaft ist es, wenn als Mittel zur Überwachung des Datenkonsistenzbereiches
Weiterhin
ist es besonders vorteilhaft, wenn als Mittel
Weiterhin ist es auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren denkbar, dass nicht flüchtige Speichermedium nicht wie im Ausführungsbeispiel in Form einer Flashkarte oder einer Festplatte welche Bestandteil der Steuerungseinrichtung ist zu realisieren, sondern bei entsprechender Vernetzung der Steuerungseinrichtung mit anderen Systemen und ausreichender Busbandbreite kann das nicht flüchtige Speichermedium auch in Form einer externen Komponente z.B. einem Netzlaufwerk vorliegen.Farther it is also conceivable in the inventive method that non-volatile Storage medium not as in the embodiment in the form of a flash card or a hard disk which is part of it the control device is to realize, but with appropriate Networking the controller with other systems and sufficient Bus bandwidth can be non-volatile Storage medium also in the form of an external component e.g. one Network drive present.
Selbstverständlich könnte anstatt der im Ausführungsbeispiel verwendeten Steuerungseinrichtung auch eine Regelungseinrichtung vorliegen.Of course, instead of in the embodiment used control device and a control device available.
Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass als Werkzeugmaschinen z.B. ein- oder mehrachsige Dreh-, Fräs-, Bohr- oder Schleifmaschinen zu verstehen sind. Zu den Werkzeugmaschinen werden auch noch Bearbeitungszentren, lineare und rotatorische Transfermaschinen, Lasermaschinen oder Wälz- und Verzahnmaschinen gezählt. Allen gemeinsam ist, dass ein Material bearbeitet wird, wobei diese Bearbeitung mehrachsig ausgeführt werden kann. Zu den Produktionsmaschinen werden z.B. Textil-, Kunststoff-, Holz-, Glas-, Keramik- oder Steinbearbeitungsmaschinen gezählt. Maschinen der Umformtechnik, Verpackungstechnik, Drucktechnik, Fördertechnik, Aufzugstechnik, Pumpentechnik, Transporttechnik, Lüftertechnik sowie Windkrafträder, Hebewerkzeuge, Kräne und Roboter gehören ebenfalls zu den Produktionsmaschinen.It It should be noted at this point that as machine tools, e.g. single or multi-axis turning, milling, Drilling or grinding machines are to be understood. To the machine tools are also machining centers, linear and rotary transfer machines, Laser machines or rolling and gear machines counted. All have in common is that a material is edited, this being Machining multiaxial can be. To the production machines are e.g. Textile, Plastic, Counted wood, glass, ceramic or stone processing machines. machinery of forming technology, packaging technology, printing technology, conveyor technology, elevator technology, Pump technology, transport technology, fan technology and wind turbines, lifting tools, cranes and robots belong also to the production machines.
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