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<!DOCTYPE html>

<title>Lockstep (Computertechnik)</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Lockstep (Computertechnik)</span></h1>

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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Der Begriff <b>Lockstep</b> beschreibt im Bereich der <a href="Computertechnik" class="mw-redirect" title="Computertechnik">Computertechnik</a>, insbesondere bei <a href="Prozessor" title="Prozessor">Prozessoren</a> und <a href="Mikrokontroller" class="mw-redirect" title="Mikrokontroller">Mikrokontrollern</a>, eine Methode zur <a href="Hardware-Fehlertoleranz" title="Hardware-Fehlertoleranz">Fehlertoleranz</a> und Fehlererkennung in der <a href="Hardware" title="Hardware">Hardware</a>, welche durch den Einsatz mehrerer gleicher oder gleichartiger Einheiten wie CPU-Kerne in <a href="Mehrkernprozessor" title="Mehrkernprozessor">Mehrkernprozessoren</a> erreicht wird.<sup id="cite_ref-lit1_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-lit1-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Name des Verfahrens leitet sich von dem Begriff <span style="font-style:normal;font-weight:normal"><a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">englisch</a></span> <span lang="en-Latn" style="font-style:italic"><i>lockstep marching</i></span> ab, einem bei Militär und in manchen Gefängnissen anzutreffenden engen <a href="Gleichschritt" title="Gleichschritt">Gleichschritt</a>. Prozessoren im Lockstepbetrieb, wie beispielsweise darauf ausgelegte <a href="ARM_Cortex-R" class="mw-redirect" title="ARM Cortex-R">ARM Cortex-R</a> oder die Serie MPC57xx <a href="PowerPC" title="PowerPC">PowerPC</a>-Prozessoren, werden vor allem in sicherheitskritischen Anwendungen wie <a href="Motorsteuerung" title="Motorsteuerung">Motorsteuerungen</a> (ECU) von Fahrzeugen und in <a href="FADEC" title="FADEC">autonomen Triebwerksregelungen</a> (FADEC) von Flugzeugen eingesetzt.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Verfahren">Verfahren</h2></div>

<p>Der Prozessoraufbau ähnelt bei Lockstep den von <a href="Parallelrechner" title="Parallelrechner">Parallelrechnern</a>, allerdings dient die Parallelschaltung nicht der Leistungssteigerung der Rechenleistung, sondern alle CPU-Kerne arbeiten das exakt gleiche Programm oder den gleichen Algorithmus ab. Die Kontrolle und Bewertung durch Vergleich der Ergebnisse der einzelnen CPU-Kerne erfolgt daran anschließend in einzelnen, zeitlich engen und nicht unterbrechbaren Schritten (<span style="font-style:normal;font-weight:normal"><a href="Englische_Sprache" title="Englische Sprache">englisch</a></span> <span lang="en-Latn" style="font-style:italic"><i>step</i></span>). Durch die so erzielte <a href="Redundanz_(Technik)" title="Redundanz (Technik)">Redundanz</a> lassen sich hardwareseitige Ausfälle in einem der Prozessorkerne detektieren und darauf reagieren, wie dies bei einem <a href="Dual-Core" class="mw-redirect" title="Dual-Core">Dual-Core</a> im Lockstep-Betrieb der Fall ist, oder durch Mehrheitsentscheidungen Fehler nicht nur Erkennen, sondern in gewissen Umfang auch korrigieren, wie dies bei Triple-Core-Prozessoren bei einem Einzelfehler der Fall ist.

</p><p>Um Störungen, welche auf alle parallel betriebenen Prozessorkerne gleichmäßig und gleichzeitig einwirken, dieser Fall wird als sogenannter <a href="Ausf%C3%A4lle_aufgrund_gemeinsamer_Ursache" title="Ausfälle aufgrund gemeinsamer Ursache">Ausfall mit gemeinsamer Ursache</a> bezeichnet, sicher erkennen zu können, werden die einzelnen Prozessoren um einige wenige <a href="Taktsignal" title="Taktsignal">Taktzyklen</a> zeitlich versetzt betrieben. Dadurch wirkt sich die gemeinsame Störungsursache in unterschiedlichen Zuständen der einzelnen Cores aus und lässt sich so im anschließenden Vergleich der Ergebnisse als Abweichung feststellen.<sup id="cite_ref-MPC5744_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-MPC5744-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die Fehlererkennung beschränkt sich bei diesem Verfahren auf die Erkennung und ggf. Korrektur von hardwarebedingten Ausfällen im elektronischen Bauelement, auf <a href="Single_Event_Upset" title="Single Event Upset">Single Event Upsets</a> (SEU) oder <a href="Latch-Up-Effekt" class="mw-redirect" title="Latch-Up-Effekt">Latch-Up-Effekten</a> in einen der CPU-Kerne oder im Bereich der getrennt ausgeführten <a href="Voltage_Regulator_Module" title="Voltage Regulator Module">Stromversorgung</a>. Systematische Fehler im Programmcode oder Entwicklungsfehler im Algorithmus lassen sich mit Lockstep grundsätzlich nicht erkennen oder kompensieren.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Hans-Leo Ross: <cite style="font-style:italic">Functional Safety for Road Vehicles: New Challenges and Solutions for E-mobility and Automated Driving</cite>. Springer, 2016, ISBN 978-3-319-33360-1.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Lockstep+%28Computertechnik%29&rft.au=Hans-Leo+Ross&rft.btitle=Functional+Safety+for+Road+Vehicles%3A+New+Challenges+and+Solutions+for+E-mobility+and+Automated+Driving&rft.date=2016&rft.genre=book&rft.isbn=9783319333601&rft.pub=Springer" style="display:none"> </span></li>

<li>A. Avizienis, <a href="Hermann_Kopetz" title="Hermann Kopetz">H. Kopetz</a>, J.C. Laprie: <cite style="font-style:italic">The Evolution of Fault-Tolerant Computing</cite>. Springer Science & Business Media, 2012, ISBN 978-3-7091-8871-2.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Lockstep+%28Computertechnik%29&rft.au=A.+Avizienis%2C+H.+Kopetz%2C+J.C.+Laprie&rft.btitle=The+Evolution+of+Fault-Tolerant+Computing&rft.date=2012&rft.genre=book&rft.isbn=9783709188712&rft.pub=Springer+Science+%26+Business+Media" style="display:none"> </span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<span class="cite">M. Baleani et al.: <a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20170809130203/https://embedded.eecs.berkeley.edu/Respep/Research/asves/paper2003/Baleani_cases03.pdf"><i>Fault-Tolerant Platforms for Automotive Safety-Critical Applications.</i></a> International Conference on Compilers, Architecture, and Synthesis for Embedded Systems (CASES), 30. Oktober 2003, archiviert vom <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r250917974">

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</style><span class="dewiki-iconexternal"><a class="external text" href="https://redirecter.toolforge.org/?url=https%3A%2F%2Fembedded.eecs.berkeley.edu%2FRespep%2FResearch%2Fasves%2Fpaper2003%2FBaleani_cases03.pdf">Original</a></span> (nicht mehr online verfügbar) am <span style="white-space:nowrap;">9. August 2017</span><span>;</span><span class="Abrufdatum"> abgerufen am 8. März 2018</span> (Chapter 3: A Survey of Fault-Tolerant Multi-Processor Architectures).</span> <small class="archiv-bot"><span class="wp_boppel noviewer" aria-hidden="true" role="presentation"><span typeof="mw:File"><span title="i"></span></span></span> <b>Info:</b> Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.</small><span style="display:none"><a rel="nofollow" class="external text" href="http://IABotmemento.invalid/https://embedded.eecs.berkeley.edu/Respep/Research/asves/paper2003/Baleani_cases03.pdf">@1</a></span><span style="display:none"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://embedded.eecs.berkeley.edu/Respep/Research/asves/paper2003/Baleani_cases03.pdf">@2</a></span><span style="display:none">Vorlage:Webachiv/IABot/embedded.eecs.berkeley.edu</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ALockstep+%28Computertechnik%29&rft.title=Fault-Tolerant+Platforms+for+Automotive+Safety-Critical+Applications&rft.description=Fault-Tolerant+Platforms+for+Automotive+Safety-Critical+Applications&rft.identifier=https%3A%2F%2Fweb.archive.org%2Fweb%2F20170809130203%2Fhttps%3A%2F%2Fembedded.eecs.berkeley.edu%2FRespep%2FResearch%2Fasves%2Fpaper2003%2FBaleani_cases03.pdf&rft.creator=M.+Baleani+et+al.&rft.publisher=International+Conference+on+Compilers%2C+Architecture%2C+and+Synthesis+for+Embedded+Systems+%28CASES%29&rft.source=https://embedded.eecs.berkeley.edu/Respep/Research/asves/paper2003/Baleani_cases03.pdf"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-MPC5744-2"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-MPC5744_2-0">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://nxp.com/files-static/microcontrollers/doc/ref_manual/MPC5744PSM.pdf"><i>Safety Manual for MPC5744P.</i></a> NXP (Firmenschrift),<span class="Abrufdatum"> abgerufen am 17. März 2020</span> (Chapter 3.2: Dual-core lockstep).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3ALockstep+%28Computertechnik%29&rft.title=Safety+Manual+for+MPC5744P&rft.description=Safety+Manual+for+MPC5744P&rft.identifier=https%3A%2F%2Fnxp.com%2Ffiles-static%2Fmicrocontrollers%2Fdoc%2Fref_manual%2FMPC5744PSM.pdf&rft.publisher=NXP+%28Firmenschrift%29"> </span></span>

</li>

</ol></div></div><div><div class="zim-footer">

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