JP2000330830A - Cpu故障検知方法及びそれに用いる監視回路 - Google Patents

Cpu故障検知方法及びそれに用いる監視回路

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JP2000330830A
JP2000330830A JP11141529A JP14152999A JP2000330830A JP 2000330830 A JP2000330830 A JP 2000330830A JP 11141529 A JP11141529 A JP 11141529A JP 14152999 A JP14152999 A JP 14152999A JP 2000330830 A JP2000330830 A JP 2000330830A
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cpu
circuit
monitoring circuit
test
monitoring
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JP11141529A
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Inventor
Tomosuke Yamamoto
友亮 山本
Hideo Nishimaki
英雄 西牧
Yoshihiro Sumiyama
義博 角山
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Daido Signal Co Ltd
Original Assignee
Daido Signal Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 内部バス上のデータを用いる必要がなく、C
PUのクロック速度向上やキャッシュメモリ採用等の制
約を受けることがなく、1重系のCPUにより行え、し
かも2重系に比べ、回路の単純化、部品点数の削減が可
能となるCPU故障検知方法及びそれに用いる監視回路
を提供すること。 【解決手段】 CPU1の監視プログラムを起動してテ
ストデータをCPUの外部に設けた監視回路2に出力
し、該監視回路から得られるテストデータに対応するテ
スト結果データと監視プログラムを実行して得られるテ
スト結果データとをCPUで比較する一方、監視回路2
から得られるテストデータに対応するテスト結果データ
と監視プログラムを実行して得られるテスト結果データ
とを監視回路で比較し、いずれかの比較結果が不一致の
ときにCPU1が故障していると検知することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、フェイルセーフ
が要求される例えば鉄道信号用のコンピュータの中央処
理装置(以下、CPUという。)の故障検知方法及びそ
れに用いる監視回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来の技術として代表的なものは、図5
に示すA系、B系の2重系からなるバス同期方式があげ
られる。この方式は、複数のCPUが共通のクロックで
同期して動作し、同一の処理を行い、バス上のデータを
マシンサイクルごとに比較回路で比較する。そして、バ
ス上のデータが不一致になるとCPUの故障を検出する
ようになっている。
【0003】ところで、前記従来のバス同期方式では、
CPUのクロック速度向上やキャッシュメモリ採用を考
えた場合、下記理由のため実現が困難になりつつある。 CPUの速度向上に対し、バス上のデータの比較回路
の速度が対応していくのに限界がある。 CPUの同期をとるのに困難がある。 キャッシュメモリに用いるバスと、比較に用いるバス
が異なっていることがあり、この場合CPU内部でキャ
ッシュメモリの内容が隠蔽されてしまう。また、バス同
期方式は、2重系構成であり、1重系のものに比べ回路
が複雑で部品点数が多い。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】そこでこの発明は、前
記のような従来の問題点を解決し、内部バス上のデータ
を用いる必要がなく、CPUのクロック速度向上やキャ
ッシュメモリ採用等の制約を受けることがなく、1重系
のCPUにより行え、しかも2重系に比べ、回路の単純
化、部品点数の削減が可能となるCPU故障検知方法及
びそれに用いる監視回路を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、請求項1に係わるCPU故障検知方法の発明は、C
PUの監視プログラムを起動してテストデータをCPU
の外部に設けた監視回路に出力し、該監視回路から得ら
れるテストデータに対応するテスト結果データと監視プ
ログラムを実行して得られるテスト結果データとをCP
Uで比較する一方、監視回路から得られるテストデータ
に対応するテスト結果データと監視プログラムを実行し
て得られるテスト結果データとを監視回路で比較し、い
ずれかの比較結果が不一致のときにCPUが故障してい
ると検知することを特徴とする。
【0006】請求項2に係わる監視回路の発明は、請求
項1に用いる監視回路であって、CPUからのテストデ
ータの入力周期間隔を監視する周期監視回路と、このテ
ストデータに対するテスト結果データがCPUから出力
されるまでの時間を監視する応答監視回路と、入力した
テストデータに対する結果データを予め記憶しているテ
スト結果データ格納回路と、このテスト結果格納データ
とCPUから出力されるテスト結果データを比較する比
較回路と、を具えていることを特徴とする。
【0007】
【発明の実施の形態】この発明の一実施の形態を図面を
参照して説明する。図1はCPUの故障検知の方法を示
す全体概略図、図2は図1のCPUにおける監視プログ
ラムと監視回路の詳細図、図3は監視プログラムと監視
回路の処理の流れを示すフローチャート、図4は監視回
路の動作タイミング図である。
【0008】コンピュータのハードウェアの故障として
は、I.CPUの故障(命令語の異常)、II.外乱等によ
るデータの誤りが考えられる。以下に各々の故障検知方
法を説明する。 I.CPUの故障検知 (1)概要 CPUの故障(命令語の異常)を検出する方法は、図1
に示すCPU1の監視プログラムによるCPUの命令語
の診断によって行う。この監視プログラムは高頻度の周
期で動作し、テストプログラムを用いて命令語の診断を
行う。アプリケーションはこの監視プログラムで診断し
ている命令語のみを用いた構成とすることにより、CP
U1の故障による誤りを回避することが可能となる。し
かし、このようなCPU1の構成のみではCPUの故障
が発生した際、確実に監視プログラムが故障検知できる
かどうか保証できない。この問題を解決するため、CP
U1の外部に監視回路2を設け、監視プログラムが正常
に動作しているかを診断する。図1の構成は、監視回路
2もCPU1と同様に正常に動作しているかを診断する
必要があるため、監視回路2の動作状態をCPU1の監
視プログラムで入力し、診断する。この監視回路2によ
るCPU1の診断と、CPU1による監視回路2の診断
を行う相互的な故障診断(相互動作監視機能)によりC
PU1の故障検知を可能とする。
【0009】以下に、図面を参照しながら実施の形態を
さらに詳しく説明する。 (2)監視プログラム、監視回路の機能 (ア)監視プログラム 図2の監視プログラムにおける各ブロックの説明を以下
に示す。 テストデータ選択 テストデータを選別し、監視回路2に対してそのテスト
データを出力する。 テストプログラム実行 テストデータを基に、テストプログラムを実行する。こ
のテストプログラムでは、アプリケーションで使用する
全ての命令を順次実行する。 テスト結果 テストプログラム実行によって得られるテスト結果を、
監視回路2の比較回路3に出力する。 テスト結果比較 テストプログラム実行結果と監視回路2のテスト結果格
納回路4のデータが一致するか比較する。データが不一
致であった場合、CPU1が故障と判断し出力を停止さ
せる。 回路診断 監視回路2の故障検知を行うため、監視回路2の診断回
路(周期監視回路5、比較回路3、応答監視回路6)の
結果が全て正常であることを診断する。いずれかの診断
回路が異常であった場合、監視回路2が故障と判断し出
力を停止する。 (イ)監視回路 図2の監視回路における各ブロックの説明を以下に示
す。 周期監視回路5 周期的に監視プログラムから出力されるテストデータの
周期時間監視を行う。 テスト結果データ格納回路4 テストデータに対するテスト結果が格納されている。 比較回路3 テスト結果データ格納回路4のデータとCPU1からの
テスト結果データが一致するか比較する。 応答監視回路6 CPU1がテストデータを出力してからテスト結果デー
タを出力するまでの時間を監視する。 フェールセーフAND回路7 周期監視回路5、比較回路3、応答監視回路6の結果が
全て正常であることをチェックする。チェックする回路
が故障したとき、及びフェールセーフAND回路そのも
のの故障検知時には出力を停止するフェールセーフなA
ND回路。一例として、周期監視回路5、比較回路3、
応答監視回路6からの結果出力を正常であれば交番信号
となるようにし、フェールセーフANDはその交番信号
が得られることにより、正常と判断する。
【0010】(3)動作内容 図3は監視プログラムと監視回路の処理の流れを示す。
処理内容は以下の通りである。 処理1:図3 (ア)定周期起動によりCPU1の監視プログラムが起
動され、テストデータを選択し、監視回路2へそのテス
トデータを出力する。 (イ)監視回路のテスト結果データ格納回路4はテスト
データに対する結果を比較回路3、および監視プログラ
ムのテスト結果へ出力する。 (ウ)監視回路の周期監視回路5は、テストデータの入
力間隔を用いて、監視プログラムの定周期起動時間の監
視を行う。 処理2:図3 (ア)監視プログラムではテストデータを用いてテスト
プログラムを行い、命令語の診断を行う。 処理3:図3 (ア)テストプログラムの結果は監視回路の比較回路3
に出力し、比較回路はテスト結果データ格納回路4のデ
ータとテスト結果データとを比較する。 (イ)監視回路の応答監視回路6は、テストデータの入
力からテスト結果データの入力までの時間を監視する。 処理4:図3 (ア)監視プログラムでは、テスト結果データと監視回
路のテスト結果データ格納回路4からのデータを比較す
る。比較結果が不一致の場合はCPU1を停止させる。 処理5:図3 (ア)結果データが正常(比較結果が一致の場合)であ
れば、監視プログラムは最後に、監視回路の周期監視回
路5、比較回路3、および応答監視回路6の結果が正常
であることの確認を行う。このとき、正常Rリレー8は
動作しつづける。 (イ)監視回路は周期監視回路5、比較回路3、応答監
視回路6の結果をフェールセーフAND回路7によって
照査する。異常を検知した場合は、正常Rリレー8を落
下させる。このリレー8の落下によりCPU1が停止さ
れ、安全性が確保される。
【0011】(4)動作タイミング 図4に監視プログラムの動作タイミングを示す。各記号
の意味は以下の通り。 (ア)ΔT1 交番信号のオン/オフの周期を示す。ΔT2の2周期分
となる。 (イ)ΔT2 監視プログラムの起動周期を示す。監視回路の周期監視
回路5ではこのΔT2の時間監視を行う。 (ウ)ΔT3 監視プログラムの実行時間を示す。監視回路の応答監視
回路6ではこのΔT3の時間監視を行う。アプリケーシ
ョン実行中にCPU1の故障が発生した場合、外部に故
障の影響が及ばないようにする必要がある。監視プログ
ラムを高頻度の周期(ΔT2)で行うことにより、故障
の影響の拡散が起こる前に故障検知することが可能とな
る。
【0012】II.外乱等によるデータの誤り検出 監視プログラム、監視回路2の故障診断方法により、C
PU1の命令語の異常を検出することが可能である。し
かし、この故障検知方法では外乱等によるデータの誤り
の検出を行うことはできない。
【0013】
【発明の効果】この発明方法は前記のようであって、C
PUの監視プログラムを起動してテストデータをCPU
の外部に設けた監視回路に出力し、該監視回路から得ら
れるテストデータに対応するテスト結果データと監視プ
ログラムを実行して得られるテスト結果データとをCP
Uで比較する一方、監視回路から得られるテストデータ
に対応するテスト結果データと監視プログラムを実行し
て得られるテスト結果データとを監視回路で比較し、い
ずれかの比較結果が不一致のときにCPUが故障してい
ると検知するので、従来のように内部バス上のデータを
用いることがなく、したがってCPUの制約を受けるこ
とがなくなる。また、CPUは1重系となるので、2重
系のに比べ回路の単純化、部品の削減が図れるという優
れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態のCPU故障検知方法
を示す全体概略図である。
【図2】図1のCPUにおける監視プログラムと監視回
路の詳細図である。
【図3】監視プログラムと監視回路の処理の流れを示す
フローチャートである。
【図4】監視回路の動作タイミング図である。
【図5】従来のバス同期方式の概略図である。
【符号の説明】
1 CPU 2 監視回路 3 比較回路 4 テスト結果格納回路 5 周期監視回路 6 応答監視回路 7 フェールセーフAND回路 8 正常Rリレー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角山 義博 東京都大田区仲池上2−20−2 大同信号 株式会社内 Fターム(参考) 5B042 GC02 JJ04 JJ15 JJ29

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CPUの監視プログラムを起動してテス
    トデータをCPUの外部に設けた監視回路に出力し、該
    監視回路から得られる前記テストデータに対応するテス
    ト結果データと前記監視プログラムを実行して得られる
    テスト結果データとをCPUで比較する一方、前記監視
    回路から得られる前記テストデータに対応するテスト結
    果データと前記監視プログラムを実行して得られるテス
    ト結果データとを前記監視回路で比較し、いずれかの比
    較結果が不一致のときにCPUが故障していると検知す
    ることを特徴とするCPU故障検知方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に用いる監視回路であって、C
    PUからのテストデータの入力周期間隔を監視する周期
    監視回路と、このテストデータに対するテスト結果デー
    タがCPUから出力されるまでの時間を監視する応答監
    視回路と、入力したテストデータに対する結果データを
    予め記憶しているテスト結果データ格納回路と、このテ
    スト結果格納データとCPUから出力されるテスト結果
    データを比較する比較回路と、を具えていることを特徴
    とする監視回路。
JP11141529A 1999-05-21 1999-05-21 Cpu故障検知方法及びそれに用いる監視回路 Pending JP2000330830A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009122831A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Mitsubishi Electric Corp 電子制御装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009122831A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Mitsubishi Electric Corp 電子制御装置

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