JP2006011991A - コンピュータ制御装置およびこのソフトウェア実行記録方式 - Google Patents

Abstract

【課題】コンピュータ制御装置で構成するＳＳＵ１９のＣＰＵにオートリスタートが発生したときのソフトウェア実行記録を得て異常原因特定を可能にする。
【解決手段】ロギング機能１９Ａは、コンピュータ制御装置がもつソフトウェアＷＤＴまたはハードウェアＷＤＴによる異常検出もしくはソフトウェアエラーの異常検出がされたとき、ＣＰＵにＮＭＩ割り込みを行い、この割り込みの発生時に、コンピュータ制御装置のＯＳにもつ例外ハンドラを使用して異常検出時のソフトウェア実行記録を行い、このソフトウェア実行記録をバックアップメモリ１９Ｂに保存する。
パソコン８は、ハブ１１を介して、バックアップメモリからソフトウェア実行記録を収集し、異常原因特定に使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディジタル形保護制御装置や遠方監視制御装置などに搭載され、内蔵ＲＯＭ（読出し専用メモリ）等に格納されたプログラムの実行で制御対象装置を起動および動作させるリアルタイム型のコンピュータ制御装置に係り、特にＣＰＵのオートリスタート発生直前のソフトウェア実行記録方式に関する。

図４は、配電変電所用のディジタル形遠方監視制御システムにおける子局側の構成例を示す。中央装置１は、バンク盤２、３、４で収集した監視計測情報をネットワークを介して収集し、これら情報および中央装置位置で収集した監視計測情報を、上位システムになるＨＤＬＣ（ハイレベル・データ・リンク制御方式）総合制御所５、ＣＤＴ（サイクリック・ディジタル情報伝送方式）総合制御所６および配電システム７へネットワークを介して送信する。そして、中央装置１は、各制御所５、６、７からの制御情報を受信し、各バンク盤２、３、４へ制御情報を送信し、各バンク盤２、３、４が開閉器などの現場機器を制御する。

中央装置１は、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）としてのパソコン８が接続可能にされ、さらにリモートメンテナンス用コンピュータ９との間のＬＡＮ接続を可能としている。各バンク盤２、３、４は、バンク盤２に代表して示すように、ヒューマンマシンインタフェースとしてのパソコン１０が接続可能にされる。中央装置１と各バンク盤２、３、４、コンピュータ９およびパソコン８、１０間の通信媒体として、中央装置１には共通ハブ１１が設けられ、各バンク盤２、３、４にはバンク集線用ハブ１２が設けられる。

各バンク盤２、３、４は、変圧器設備の監視情報収集と保護制御機能をもつ変圧器ＰＤＡＣ（Protection Data Acquisition & Control）１３、母線設備の監視情報収集と保護制御機能をもつ母線ＰＤＡＣ１４、配電線設備の監視情報収集と保護制御機能をもつフィーダＰＤＡＣ１５などが設備される。

中央装置１は、変電所受電端機器の監視制御機能をもつ共通ＤＡＣ（Data Acquisition & Control）１６、受電ＤＡＣ１７、受電ＰＤＡＣ１８、および子局機能と上位システムとのネットワーク機能をもつＳＳＵ（Station Sarver Unit）１９などが設備される。

上記のようなＰＤＡＣやＤＡＣ、ＳＳＵは、それぞれマイクロコンピュータとそのソフトウェアを搭載したユニット構成にされ、各ユニットに内蔵のＲＯＭに格納されたプログラムやフラッシュメモリからＲＡＭ上にロードされたプログラムの実行でオートスタートおよび情報処理動作するコンピュータ制御装置に構成される。

ここで、各コンピュータ制御装置は、その目的とする監視制御機能の信頼性を高めるための異常動作監視機能を設けている。この異常動作監視機能としては、従来から、ＷＤＴ（Watch Dog Timer）機能が知られており、ソフトウェアの停止や暴走、またはＣＰＵのクロック停止や故障を時間監視の基に異常検出を行う。他の異常監視機能としては、停電などの電源電圧低下やリセット要求発生を異常として検出する機能が設けられる。これらの異常検出がなされたときには、その後に異常原因を解明するための動作状態情報（ログ）を記録するロギング機能が設けられる。

例えば、ＣＰＵの動作中に、アドレスバスおよびデータバス上の情報を専用ＲＡＭに保存・更新しておき、ＷＤＴが異常検出したときに専用ＲＡＭへの情報の書き込みを停止させ、この異常検出直前の情報から、ＣＰＵがどのような命令を実行中に異常発生したかを特定可能にする（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２５６４０２号公報

従来のＷＤＴを使った異常動作検出方式において、異常動作検出項目は設計時に登録してある異常に限られ、また、記録される情報は起動時刻とソフトウェア異常終了記録に限られるもので、オートリスタート要因発生時のソフトウェア実行記録は残していない。

ソフトウェアの停止や暴走の監視をするためのＷＤＴ（以下、Ｓ／Ｗ−ＷＤＴ）が異常を検出したとき、ＣＰＵをリセットスタートさせる。このとき、Ｓ／Ｗ−ＷＤＴが異常検出した時に動作していたソフトウェアの動作状態記録を残していなかったために、停止や暴走をしたソフトウェアの特定ができなかった。このため、リセットスタートのきっかけとなったソフトウェアの絞り込み、及び原因特定をすることが困難であった。

本発明の目的は、ＣＰＵにオートリスタートが発生したときのソフトウェア実行記録を得ることができるコンピュータ制御装置およびこのソフトウェア実行記録方式を提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、ＷＤＴまたはＳ／Ｗエラーによる異常が検出されたとき、ＣＰＵをリセットスタートさせることなく、ＮＭＩ割り込みを行い、これによりコンピュータのＯＳがもつ例外ハンドラを利用してソフトウェア実行記録をバックアップメモリに保存し、このソフトウェア実行記録をパソコンに収集し、その後にＮＭＩ割り込みによってＣＰＵをリセットスタートさせて異常原因の解析に利用できるようにしたもので、以下の装置および方式を特徴とする。

（コンピュータ制御装置の発明）
（１）内蔵ＲＯＭ等に格納されたプログラムの実行で制御対象装置を起動および動作させるコンピュータ制御装置であって、
ソフトウェアＷＤＴまたはハードウェアＷＤＴによる異常検出もしくはソフトウェアエラーの異常検出がされたとき、ＣＰＵにＮＭＩ割り込みを行い、この割り込みの発生時に、コンピュータ制御装置のＯＳにもつ例外ハンドラを使用して異常検出時のソフトウェア実行記録を行い、このソフトウェア実行記録をバックアップメモリに保存する手段を備えたことを特徴とする。

（２）ＮＭＩ割り込みによってＣＰＵをリセットスタートさせる手段を備えたことを特徴とする。

（ソフトウェア実行記録方式の発明）
（３）内蔵ＲＯＭ等に格納されたプログラムの実行で制御対象装置を起動および動作させるコンピュータ制御装置のソフトウェア実行記録方式であって、
ソフトウェアＷＤＴまたはハードウェアＷＤＴによる異常検出もしくはソフトウェアエラーの異常検出を行う異常検出手段と、
前記異常検出手段による異常検出でコンピュータ制御装置のＣＰＵにＮＭＩ割り込みを行う割り込み手段と、
前記割り込みの発生時に、コンピュータ制御装置のＯＳにもつ例外ハンドラを使用して異常検出時のソフトウェア実行記録を行うロギング手段と、
前記ロギング手段によるソフトウェア実行記録を保存するバックアップメモリと、
コンピュータ制御装置に接続し、前記バックアップメモリに保存するソフトウェア実行記録を収集し、異常原因解析データとして得るパソコンとを備えたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、ＷＤＴまたはＳ／Ｗエラーによる異常が検出されたとき、ＣＰＵをリセットスタートさせることなく、ＮＭＩ割り込みを行い、これによりコンピュータのＯＳがもつ例外ハンドラを利用してソフトウェア実行記録をバックアップメモリに保存し、このソフトウェア実行記録をパソコンに収集し、ＣＰＵをリセットスタートさせて異常原因の解析に利用できるようにしたため、以下の効果がある。

・ＣＰＵリセットスタート発生時、ソフトウェア実行記録の有無及び内容から原因究明をする。これによって発生頻度・再現性のの少ない障害の原因究明が容易になる。

・従来現地で発生したリセットスタートなどについて、非再現様子見、ハードの推定交換までした処置できなかったケースについて、パソコンの接続によって、更に調査・対策を進めることができる可能性が高くなる。

・コンピュータ制御装置は、ソフトウェア実行記録の収集に、それが搭載するＮＭＩ割り込み機能と例外ハンドラを利用することができ、機能的な増設や追加が不要になる。

図１は、本発明の実施形態を示すロギング方式の全体構成図であり、図４の中央装置１に搭載するＳＳＵ１９のロギングの場合を示すが、ＤＡＣ１６、１７、各種ＰＤＡＣ１３〜１５、１８にも同様に適用できる。

図１において、ロギング機能１９Ａは、ＷＤＴ等による異常監視や電源リセットスイッチの操作等により異常検出を行い、バックアップメモリ１９Ｂは異常検出時のソフトウェア実行ステップと各種変数データを記録する。このソフトウェア実行記録は中央装置１に接続したパソコン８によりハブ１１を介して取り込み、パソコン８による異常原因の特定に供される。

図２は、ロギング機能１９Ａに設ける機能ロジックであり、ＷＤＴまたはＳ／Ｗエラーによる異常検出時にソフトウェア実行記録を得るためのブロック構成を示す。

ＣＰＵのリセットスタート要因としては、従来では、パワーオンリセットとして、コンピュータの電源立ち上げ時、電源遮断時に電源電圧低下を検出したとき（Ｒ１）、またはリセットスイッチを押し下げたとき（Ｒ２）とする。また、ＣＰＵのリセットスタート要因としては、オンボードリセットとして、ＢＴＯ（不使用）、アドオンボードリスタート要求、スレーブボードからのリスタート要求が発生した時（Ｒ３）、Ｓ／Ｗリセットレジスタを制御した時（Ｒ４）、Ｓ／Ｗ−ＷＤＴのタイムアップ（Ｒ５）、Ｈ／Ｗ−ＷＤＴのタイムアップ（Ｒ６）、Ｓ／Ｗエラー発生時（Ｒ７）としている。

これらリセットスタート要因Ｒ１〜Ｒ７のうち、Ｒ１〜Ｒ４の発生では、論理ＯＲゲートＧ１，Ｇ２によってＣＰＵ１９Ｃのリセットスタートを実行する出力を得る。リセットスタート要因Ｒ５〜Ｒ７の発生では、論理ＯＲゲートＧ３と論理抑止ゲートＧ４および論理ＡＮＤゲートＧ５によりＣＰＵ１９Ｃの強制リセットまたはＮＭＩ（ノンマスカブル・インターラプト）に切り替え可能にされる。

このＮＭＩ機能および切り替え機能は、ソフトウェア的にＮＭＩ有効／無効データとして予め設定可能に構成され、従来では製品出荷前のデバッグ時にＮＭＩ有効に設定されて使用されるが、出荷時にはＮＭＩ無効と設定されて、リセットスタート要因Ｒ５〜Ｒ７の発生にもＣＰＵ１９Ｃをリセットスタートする設定としていた。

これに対し、本実施形態では、出荷時にもＮＭＩを有効に設定しておき、リセットスタート要因Ｒ５〜Ｒ７の発生にＣＰＵ１９Ｃをリセットすることなく、ＮＭＩ割り込みを行わせる。このＮＭＩ割り込みによって、ＯＳ１９Ｄがソフトウェアとしてもつ例外ハンドラ１９Ｅを実行させ、その時のソフトウェア実行記録をバックアップメモリ１９Ｂに記録する。

この例外ハンドラ１９Ｅは、その起動により一時的に例外処理ルーチンに処理を移し、タスクの動作状態を記録する機構であり、例外ハンドラログとしては、動作していた各タスクの強制終了で、タスク番号、ＣＰＵレジスタ情報（命令、アドレス、演算データ）、プログラムカウンタ値などを記録できる。

これまでの処理により、リセットスタート要因Ｒ５〜Ｒ７の発生時には、例外ハンドラによるソフトウェア実行記録がバックアップメモリ１９Ｂに記録されており、この状態でパソコン８を接続し、ソフトウェア実行記録をパソコンに収集し、異常原因を解析する。

この解析に際して、ＮＭＩ割り込み処理機能１９Ｆを用いてＳ／Ｗリセットレジスタ制御を実行し、リセットスタート要因Ｒ４を発生させ、ＣＰＵ１９Ｃをリセットスタートさせる。

図３は、リセットスタート要因Ｒ５〜Ｒ７発生時のロギング処理フローを示す。リセットスタート要因Ｒ５〜Ｒ７が発生したとき（Ｓ１）、ＣＰＵ１９ＣがＮＭＩ割り込みを発生し（Ｓ２）、ＯＳの例外ハンドラ１９Ｅによってその時のソフトウェア実行記録をバックアップメモリ１９Ｂに記録する（Ｓ３）。この後、パソコンを当該ユニット（ＳＳＵ）に接続し、バックアップメモリからソフトウェア実行記録をパソコンに収集し、その異常原因を解析する（Ｓ４）。

異常原因の解析には、例外ハンドラログやユニット起動時刻ログをＨＭＩ（ヒューマン・マシン・インタフェース）異常履歴画面上に表示して行う。例えば、Ｓ／Ｗ−ＷＤＴ、Ｈ／Ｗ−ＷＤＴによるリセットスタート要因Ｒ５，Ｒ６には、ソフトウェア実行記録からソフトウェアの動作状態解析を行う。また、Ｓ／Ｗエラーによるリセットスタート要因Ｒ７には、当該ＨＭＩ異常履歴の発生要因調査を行う。また、これら要因Ｒ４〜Ｒ６以外によるリセットスタート要因Ｒ１〜Ｒ４ではハードウェアの故障を調査する。

本発明の実施形態を示すブロック構成図。 実施形態におけるロギング機能ロジック。 実施形態におけるロギング処理フロー。 配電変電所用子局の構成例。

符号の説明

１ 中央装置
２、３、４ バンク盤
８、１０ パソコン
１１、１２ ハブ
１９ ＳＳＵ
１９Ａ ロギング機能
１９Ｂ バックアップメモリ
１９Ｃ ＣＰＵ
１９Ｄ ＯＳ
１９Ｅ 例外ハンドラ
１９Ｆ ＮＭＩ割り込み処理

Claims (3)

1. 内蔵ＲＯＭ等に格納されたプログラムの実行で制御対象装置を起動および動作させるコンピュータ制御装置であって、
   ソフトウェアＷＤＴまたはハードウェアＷＤＴによる異常検出もしくはソフトウェアエラーの異常検出がされたとき、ＣＰＵにＮＭＩ割り込みを行い、この割り込みの発生時に、コンピュータ制御装置のＯＳにもつ例外ハンドラを使用して異常検出時のソフトウェア実行記録を行い、このソフトウェア実行記録をバックアップメモリに保存する手段を備えたことを特徴とするコンピュータ制御装置。
2. ＮＭＩ割り込みによってＣＰＵをリセットスタートさせる手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のコンピュータ制御装置。
3. 内蔵ＲＯＭ等に格納されたプログラムの実行で制御対象装置を起動および動作させるコンピュータ制御装置のソフトウェア実行記録方式であって、
   ソフトウェアＷＤＴまたはハードウェアＷＤＴによる異常検出もしくはソフトウェアエラーの異常検出を行う異常検出手段と、
   前記異常検出手段による異常検出でコンピュータ制御装置のＣＰＵにＮＭＩ割り込みを行う割り込み手段と、
   前記割り込みの発生時に、コンピュータ制御装置のＯＳにもつ例外ハンドラを使用して異常検出時のソフトウェア実行記録を行うロギング手段と、
   前記ロギング手段によるソフトウェア実行記録を保存するバックアップメモリと、
   コンピュータ制御装置に接続し、前記バックアップメモリに保存するソフトウェア実行記録を収集し、異常原因解析データとして得るパソコンとを備えたことを特徴とするコンピュータ制御装置のソフトウェア実行記録方式。

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