JP2006058984A - Duplex processor system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プロセスの制御を行う分散形制御システム等に適用される二重化プロセッサシステムに関し、更に詳しくは、第1と第2のプロセッサ装置を接続し、一方のプロセッサ装置が実作業につき他方のプロセッサ装置が待機する二重化プロセッサシステムに関するものである。 The present invention relates to a duplex processor system applied to a distributed control system or the like that controls a process, and more specifically, connects a first processor device and a second processor device, and one processor device performs the other operation on the other processor. The present invention relates to a dual processor system in which an apparatus is on standby.
プロセス制御を行う分散形制御システムに適用されるようなプロセッサ装置においては、信頼性を高めるためにプロセス制御演算を行うプロセッサ装置を二重化構成とし、一方のプロセッサ装置の故障に備えて他方のプロセッサ装置を待機させるように構成した二重化プロセッサシステムが広く実用化されている。 In a processor apparatus that is applied to a distributed control system that performs process control, the processor apparatus that performs process control operations is configured to be duplicated in order to increase reliability, and the other processor apparatus is prepared in case of failure of one processor apparatus. A dual processor system configured to wait is widely put into practical use.
図3は従来の二重化プロセッサシステムの構成図である。
図3で、第1プロセッサ装置10と第2プロセッサ装置20は単体で実行可能で、互いにバックプレーンバス30により結合している。このバックプレーンバス30はシングル構成のものを示すが、二重化構成としてもよい。
第1プロセッサ装置10、第2プロセッサ装置20は、互いに同期して動作するとともに、データベースが等値化されるように構成されていて、一方のプロセッサ装置が実作業につき、他方のプロセッサ装置が実作業に関与せず待機するようになっている。
FIG. 3 is a block diagram of a conventional dual processor system.
In FIG. 3, the
The
第1プロセッサ装置10で、MPU(マイクロプロセッサユニット)はA系MPU11a、B系MPU11bで二重化されており、メモリは、A系メモリ12a、B系メモリ12bで二重化されている。
A系MPU11aとB系MPU11bは、互いに同一の制御演算を行っている。
A系メモリ12a、B系メモリ12bは、A系MPU11a、B系MPU11bとそれぞれ接続され、データを保存する。メモリの保存方法としては、例えば、A系、B系で常に反転したデータとして組み合わせて保存し扱うことにより、メモリの故障検出率を高める手法が用いられる。また、メモリにはエラー訂正符号(ECC)等が付加される場合もある。
In the
The A system MPU 11a and the B system MPU 11b perform the same control calculation.
The A system memory 12a and the B system memory 12b are connected to the A system MPU 11a and the B system MPU 11b, respectively, and store data. As a memory storage method, for example, a method of increasing the memory failure detection rate by combining and storing data that is always inverted in the A system and the B system is used. An error correction code (ECC) or the like may be added to the memory.
比較器13は、A系MPU11aとB系MPU11bから出力される演算結果を比較しており、比較結果が一致すれば制御演算は正常であると判断する。比較結果が一致しなければ制御演算は異常であると判断し、実作業に関与している一方のプロセッサ装置の制御権を、待機側となっている他方のプロセッサ装置に切り替えるように制御するための信号を出力するようになっている。それまで待機側にあったプロセッサ装置に制御権が渡されると、そのプロセッサ装置は、それまで制御側となっていたプロセッサ装置に代わってバックプレーンバス30を介して外部入出力装置等に対するアクセスを継続して行うこととなる。ここで、新たに制御側となったプロセッサ装置による制御演算は、待機側にあったとき制御側と同期して同様の制御演算を行っていたので、制御の連続性を維持しながら外部入出力装置等に対するアクセスを維持できる。
The
選択器14は、バックプレーンバス30と接続され、外部へのデータ出力時にはA系MPU11aとB系MPU11bの一方のデータを出力し、外部からのデータ入力時にはA系MPU11aとB系MPU11bのそれぞれにデータを供給する。
The
第2プロセッサ装置20は、第1プロセッサ装置10と同一の構成となっている。
第2プロセッサ装置20のA系MPU21a、B系MPU21b、A系メモリ22a、B系メモリ22b、比較器23、選択器24は、それぞれ第1プロセッサ装置10のA系MPU11a、B系MPU11b、A系メモリ12a、B系メモリ12b、比較器13、選択器14に対応する。
The second processor device 20 has the same configuration as the
The A system MPU 21a, the B system MPU 21b, the A system memory 22a, the B system memory 22b, the
従来の二重化プロセッサシステムの構成を示したものとして、例えば特許文献1に記載されたものがあった。
図3の従来例では次の問題点があった。
システムの高信頼性を実現するために、あらかじめ部品等の偶発故障に備えて予備を用意しておくという観点から、プロセッサ装置を制御側と待機側で二重化構成にしている。
しかし、同一設計のハードウェアで二重化構成としているため、ハードウェア自体に設計不良があった場合は、クロストークノイズ等による誤動作が原因で、両側フェイルに至るという問題点があった。
The conventional example of FIG. 3 has the following problems.
In order to realize high reliability of the system, the processor device is configured in a duplex configuration on the control side and the standby side from the viewpoint of preparing a spare in advance for accidental failure of parts and the like.
However, since the hardware has the same design and a duplex configuration, if there is a design failure in the hardware itself, there has been a problem that both sides fail due to a malfunction due to crosstalk noise or the like.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、ハードウェアの誤動作を二重化した両側のプロセッサ装置で同時に発生しないようにする二重化プロセッサシステムを実現することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to realize a duplex processor system that prevents hardware malfunctions from occurring simultaneously in duplex processor devices.
このような課題を達成するために、本発明は次のとおりの構成になっている。
(1)第1と第2のプロセッサ装置を接続し、一方のプロセッサ装置が実作業につき他方のプロセッサ装置が待機する二重化プロセッサシステムにおいて、
前記第1と第2のプロセッサ装置は、
同一の制御演算を実行するA系とB系のMPUと、
前記A系とB系のMPUとそれぞれ接続され、外部へのデータ出力時には前記A系とB系のMPUの一方のデータを出力し、外部からのデータ入力時には前記A系とB系のMPUの両方にデータを供給する選択器と、
前記A系とB系のMPUの少なくとも一方に設けられたMPUのデータ変換手段と、
前記選択器の前記MPUのデータ変換手段が設けられたMPUとの接続系統に設けられた選択器のデータ変換手段と、
を有することを特徴とする二重化プロセッサシステム
In order to achieve such a subject, the present invention is configured as follows.
(1) In a dual processor system in which the first and second processor devices are connected, and one processor device waits for the other processor device for actual work,
The first and second processor devices are:
A system and B system MPU that execute the same control calculation;
The A system and the B system MPU are connected to each other. When data is output to the outside, one of the A system and the B system MPU is output, and when the data is input from the outside, the A system and the B system MPU are output. A selector that supplies data to both,
MPU data conversion means provided in at least one of the A system and B system MPU;
Data conversion means of a selector provided in a connection system with the MPU provided with data conversion means of the MPU of the selector;
Dual processor system characterized by having
(2)前記第1と第2のプロセッサ装置は、一方の系統に前記MPU及び選択器のデータ変換手段が設けられ、設けられる系統が互いに逆側になっていることを特徴とする(1)記載の二重化プロセッサシステム。 (2) The first and second processor devices are characterized in that the MPU and the data conversion means of the selector are provided in one system, and the systems provided are opposite to each other (1) The dual processor system as described.
(3)前記MPU及び選択器のデータ変換手段は、データのパターンを変換することを特徴とする(1)又は(2)記載の二重化プロセッサシステム。 (3) The duplex processor system according to (1) or (2), wherein the data conversion means of the MPU and the selector converts a data pattern.
(4)前記MPU及び選択器のデータ変換手段は、データの電圧レベルを変換することを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の二重化プロセッサシステム。 (4) The duplex processor system according to any one of (1) to (3), wherein the data conversion means of the MPU and the selector converts a voltage level of the data.
本発明によれば次のような効果がある。
ある特定のデータ形式のデータの送受信においてハードウェアが誤動作する場合において、データを送信する際にデータを一定の方式で変換し、データを受信する際にその変換されたデータを復元するデータ変換手段を設けることにより、その誤動作する特定のデータ形式を回避することが可能となる。
このことから、二重化プロセッサシステムにおいて、データ変換手段を設けた回路とデータ変換手段を設けない回路とを組み合わせることにより、ハードウェアの誤動作を二重化した両側のプロセッサ装置で同時に発生しないようにすることができる。
The present invention has the following effects.
Data conversion means for converting data in a certain method when transmitting data and restoring the converted data when receiving data when hardware malfunctions in the transmission and reception of data of a specific data format By providing this, it is possible to avoid a specific data format that malfunctions.
For this reason, in a dual processor system, by combining a circuit provided with data conversion means and a circuit without data conversion means, it is possible to prevent hardware malfunctions from occurring simultaneously in the dual processor devices. it can.
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明の一実施例を示す構成図である。前出の図と同一のものは同一符号を付ける。
図1で、第1プロセッサ装置10と第2プロセッサ装置20は同じハードウェアで実現される。部品の偶発故障に対しては、このようにハードウェアを二重化構成にし、故障をマスクするのが有効である。しかし、同一のハードウェアで二重化構成としているため、ハードウェア(プリント板等)自体の設計不良に起因するクロストークノイズ等による誤動作が、第1プロセッサ装置10と第2プロセッサ装置20の両側で同時に発生してしまうことがある。
これを防ぐため、本発明では第1プロセッサ装置10のMPU11a、11bのI/F部及び選択器14のI/F部に、データ変換手段50a、50b、51a、51bをそれぞれ設け、第2プロセッサ装置20のMPU21a、21bのI/F部及び選択器24のI/F部に、データ変換手段60a、60b、61a、61bをそれぞれ設けた構成となっている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention. The same parts as those in the previous figure are given the same reference numerals.
In FIG. 1, the
In order to prevent this, in the present invention, data conversion means 50a, 50b, 51a, 51b are provided in the I / F units of the MPUs 11a, 11b of the
データ変換手段50a、50b、51a、51b、並びに60a、60b、61a、61bは、データを送信する際にデータを一定の方式で変換し、データを受信する際にその変換されたデータを復元する機能を有する。
データ変換手段50a、50b、51a、51b、並びに60a、60b、61a、61bを設けることにより、ある特定のデータ形式のデータの送受信においてハードウェアが誤動作する場合において、その誤動作する特定のデータ形式を回避することが可能となる。
データ変換手段50a、50b、51a、51b、並びに60a、60b、61a、61bにおけるデータ変換の方式としては、例えば、データ反転、ローテートシフト、シリアル/パラレル変換、電圧変換等がある。特定のビットパターンがノイズにより影響を受けるような場合の対策として、データ反転、ローテートシフト、シリアル/パラレル変換を行うことによりビットパターンを変えることが有効である。また、伝送される電圧レベルが小さくノイズにより影響を受けるような場合の対策として、電圧変換を行うことにより電圧レベルを大きくして伝送することが有効である。
The data conversion means 50a, 50b, 51a, 51b, and 60a, 60b, 61a, 61b convert the data in a certain manner when transmitting the data, and restore the converted data when receiving the data. It has a function.
By providing the data conversion means 50a, 50b, 51a, 51b and 60a, 60b, 61a, 61b, when the hardware malfunctions in the transmission / reception of data of a specific data format, the specific data format that malfunctions is specified. It can be avoided.
Examples of data conversion methods in the data conversion means 50a, 50b, 51a, 51b and 60a, 60b, 61a, 61b include data inversion, rotate shift, serial / parallel conversion, voltage conversion, and the like. As a countermeasure when a specific bit pattern is affected by noise, it is effective to change the bit pattern by performing data inversion, rotate shift, and serial / parallel conversion. Further, as a countermeasure when the transmitted voltage level is small and affected by noise, it is effective to increase the voltage level by performing voltage conversion.
図2は本発明の使用状態を示した図である。
図2で、第1プロセッサ装置10は、A系のデータ変換手段11a、51aが機能し、B系のデータ変換手段11b、51bは機能していない状態、第2プロセッサ装置20は、B系のデータ変換手段60b、61bが機能し、A系のデータ変換手段60a、61aは機能していない状態である。第1プロセッサ装置10と第2プロセッサ装置20とでデータ変換手段が機能する系統を逆側にしている。このようにデータ変換手段が機能する系統を逆側にするには、例えば、第1プロセッサ装置10と第2プロセッサ装置20が実装される位置によって機能するデータ変換手段の系統を自動的に割り振る方法や、設定により任意に割り振る方法等がある。
FIG. 2 is a diagram showing a use state of the present invention.
In FIG. 2, in the
ここで、外部入出力装置等からバックプレーンバス30を介してのデータ入力であり、データ変換手段のデータ変換方式がデータ反転である場合を例に説明する。
例えば、データ変換手段がない状態において、第1プロセッサ装置10及び第2プロセッサ装置20で、ある特定のビットパターン(Xパターンとする)がクロストークノイズによりA系では誤動作するが、B系では誤動作しないとする。
Here, a case where data is input from an external input / output device or the like via the
For example, in the state where there is no data conversion means, in the
第1プロセッサ装置10においては、A系では、選択器14のデータ変換手段51aにより入力データは反転されMPU11aまで伝送され、MPU11aのデータ変換手段50aにより元のデータに戻されMPU11aに入力される。よって、入力データがXパターンである場合でも、選択器14のデータ変換手段51aによりXパターンが反転され、Xの反転パターンが伝送されることになるので、従来クロストークノイズにより誤動作していた特定のビットパターンを回避することができる。
B系では、選択器14から入力データはそのままMPU11bまで伝送され、そのままMPU11bに入力される。入力データがXパターンである場合でもB系ではクロストークノイズによる影響は受けないので誤動作はしない。
これにより、第1プロセッサ装置10は、A系、B系とも誤動作は発生せず、比較器13での比較結果が一致するので正常である。
In the
In the B system, the input data is transmitted from the
Thus, the
次に第2プロセッサ装置20においては、A系では、選択器24から入力データはそのままMPU21aまで伝送され、そのままMPU21aに入力される。入力データがXパターンである場合にA系ではクロストークノイズにより影響を受け誤動作する。
B系では、選択器24のデータ変換手段61bにより入力データは反転されMPU21bまで伝送され、MPU21bのデータ変換手段60bにより元のデータに戻されMPU21bに入力される。入力データがXパターンである場合でも、選択器24のデータ変換手段61bによりXパターンが反転され、Xの反転パターンが伝送されることになるので、従来クロストークノイズにより誤動作していた特定のビットパターンを回避することができる。ただし、B系ではもともとクロストークノイズによる影響を受けないので、データを反転するしないに関わらず誤動作はしない。
これにより、第2プロセッサ装置20は、A系では誤動作し、B系では誤動作しないため、比較器23での比較結果が不一致となりフェイルする。
Next, in the second processor unit 20, in the A system, the input data is transmitted as it is from the
In the B system, the input data is inverted by the data conversion means 61b of the
As a result, the second processor device 20 malfunctions in the A system and does not malfunction in the B system, so the comparison result in the
第1プロセッサ装置10が制御権を持っていた場合は、第1プロセッサ装置10がそのまま制御動作を続ける。
第2プロセッサ装置20が制御権を持っていた場合は、第1プロセッサ装置10に制御権を渡す。第2プロセッサ装置20は自身の自己診断を行い、その自己診断の結果、異常が検出されない場合は待機状態で復帰する。
When the
When the second processor device 20 has the control right, the control right is transferred to the
以上より、従来、クロストークノイズによる影響を受け、第1プロセッサ装置10と第2プロセッサ装置20の両側が誤動作していた特定のビットパターン(Xパターン)に対しても、二重化したプロセッサ装置が同時に誤動作しないようにすることができる。
これとは逆に、データ変換手段がない状態において、ある特定のビットパターンがクロストークノイズによりB系では誤動作するが、A系では誤動作しない場合であっても、データ変換手段を設けることにより、同様に二重化したプロセッサ装置が同時に誤動作しないようにすることができる。
As described above, a duplicated processor device is also used for a specific bit pattern (X pattern) that has been affected by the crosstalk noise and malfunctioned on both sides of the
On the contrary, in a state where there is no data conversion means, a specific bit pattern malfunctions in the B system due to crosstalk noise, but even if it does not malfunction in the A system, by providing the data conversion means, Similarly, duplicate processor devices can be prevented from malfunctioning simultaneously.
二重化プロセッサシステムにおいてハードウェア(プリント板等)の設計不良に起因するクロストークノイズ等による誤動作は、制御側、待機側とも同じハードウェアで構成されている関係上同時に発生するため、システムとして致命傷となる。
誤動作は幾つかの条件が組み合わさり特定の条件が整うと発生するので、設計不適合は検証等によってもなかなか発見できない場合がある。また、使用する部品の更なる小型化、高速化が進み、結果としてますます予見できない設計不適合が発生する可能性が増してくる。
このような場合に、二重化プロセッサシステムとして、プロセッサ装置内においても、プロセッサ装置間においても、異なるデータ形式でデータの送受信を行うことにより、誤動作する特定の条件が認識できていない場合でも、二重化したプロセッサ装置の両側で誤動作する特定の条件が同時に整うことを避けることが可能となり、高信頼な二重化プロセッサシステムを構築することができる。
In a redundant processor system, malfunctions due to crosstalk noise caused by hardware (printed board, etc.) design failure occur simultaneously on the control side and standby side due to the same hardware configuration. Become.
A malfunction occurs when several conditions are combined and a specific condition is met, and therefore, design incompatibility may not be found easily by verification or the like. In addition, the size and speed of the parts used are further reduced, and as a result, there is an increased possibility of design nonconformity that cannot be foreseen.
In such a case, the duplex processor system is duplicated even if the specific conditions for malfunctioning cannot be recognized by transmitting and receiving data in different data formats within and between the processor devices. It is possible to avoid that specific conditions for malfunctioning on both sides of the processor device are satisfied at the same time, and a highly reliable dual processor system can be constructed.
10 第1プロセッサ装置
20 第2プロセッサ装置
11a、21a A系MPU
11b、21b B系MPU
12a、22a A系メモリ
12b、22b B系メモリ
13、23 比較器
14、24 選択器
30バックプレーンバス
50a、50b、60a、60b MPUのデータ変換手段
51a、51b、61a、61b 選択器のデータ変換手段
DESCRIPTION OF
11b, 21b B system MPU
12a, 22a A system memory 12b, 22b
Claims (4)
前記第1と第2のプロセッサ装置は、
同一の制御演算を実行するA系とB系のMPUと、
前記A系とB系のMPUとそれぞれ接続され、外部へのデータ出力時には前記A系とB系のMPUの一方のデータを出力し、外部からのデータ入力時には前記A系とB系のMPUの両方にデータを供給する選択器と、
前記A系とB系のMPUの少なくとも一方に設けられたMPUのデータ変換手段と、
前記選択器の前記MPUのデータ変換手段が設けられたMPUとの接続系統に設けられた選択器のデータ変換手段と、
を有することを特徴とする二重化プロセッサシステム。 In a dual processor system in which the first and second processor devices are connected, and one processor device waits for the other processor device for actual work,
The first and second processor devices are:
A system and B system MPU that execute the same control calculation;
The A system and the B system MPU are connected to each other. When data is output to the outside, one of the A system and the B system MPU is output, and when the data is input from the outside, the A system and the B system MPU are output. A selector that supplies data to both,
MPU data conversion means provided in at least one of the A system and B system MPU;
Data conversion means of a selector provided in a connection system with the MPU provided with data conversion means of the MPU of the selector;
A dual processor system comprising:
4. The duplex processor system according to claim 1, wherein the data conversion means of the MPU and the selector converts the voltage level of the data.
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