JP2007156921A - Usbデバイス装置の異常検出・回復システム、異常検出・回復プログラム、異常検出・回復プログラムを記録した記録媒体及び異常検出・回復方法。 - Google Patents

Usbデバイス装置の異常検出・回復システム、異常検出・回復プログラム、異常検出・回復プログラムを記録した記録媒体及び異常検出・回復方法。 Download PDF

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Abstract

【課題】 市販の安価なメモリーカードリーダ装置等のUSBデバイス装置を使用したコンピュータシステムで、USBデバイス装置の異常をできるだけ早く、自動的に自己検出、自己復帰させるようにする方法とそのプログラム及びシステムを提供する。
【解決手段】USBデバイス装置1とホストPC2と副記憶装置3からなるコンピュータシステムおいて、前記副記憶装置3に記憶したアプリケーションプログラム3−2に定期的に前記USBデバイス装置1に対して、前記USBデバイス装置1の状態の確認を行い、前記USBデバイス装置1に異常があるか否か調べ、異常が検出されたとき、前記USBデバイス装置1を一旦論理的に遮断した後、再び接続処理を行なう手段3−2−1と、前記USBデバイス装置1がUSBデバイス装置として論理的に接続されていないときに、ホストPC2の再起動処置を行なう手段3−2−2を設ける。
【選択図】図1

Description

本発明は、USB(Universal Serial Bus)インターフェースを介して接続する磁気ディスク装置、光ディスク装置、半導体メモリーカードリーダ装置等のUSBデバイス装置の異常検出・回復システムとそのプログラム、そのプログラムを記録した記録媒体及び異常検出・回復方法に関するものである。
近年のデジタルカメラやカメラ機能付携帯電話の普及に伴い、これら機器で撮影した写真を自動販売機のようにプリントするためのコンピュータシステム(フォトKIOSK)が広く利用されている。
このフォトKIOSKでは、デジタルカメラなどのFlashメモリーカードからプリントする写真を読み込んでプリントするため、USB(Universal Serial Bus)と呼ばれるインターフェース規格でホストPCと接続するメモリーカードリーダ装置が使用されることが多い。
そして、このUSBインターフェースでは、ホストコンピュータに接続されるデバイス側の装置の場合、データの送受信の処理は以下のように3階層に分けて定められている。
(1)「USBバスインターフェース層」
このUSBバスインターフェース層では、フレームと呼ばれる時間単位に分割された単位で、0もしくは1の、いわゆるデジタル信号を電気的に伝送する処理を行い、転送するデータのシリアル化やパラレル化、エンコードやデコード、巡回冗長検査(CRC)の生成と検証、パケットのID(PID)や通信の為の特殊な信号の検出についての動作が規格により規定されている。
(2)「USBデバイス層」
このUSBデバイス層では、デバイスモデルと呼ばれる、機能区分毎に定められた動作仕様で、ストレージや、プリンタなどの様に、デバイスの概念ごとに定められている。また電源供給などの機器初期化や、エンドポイントと呼ばれる通信窓口の概念、デバイス目的に応じた転送のモードでデータの転送について規定されている。
(3)「USBファンクション層」
このUSBファンクション層では、各デバイスが、そのデバイスの主な特徴たる機能を、実際に行う部分であり、現在、市場に出回っている多くのUSBデバイス装置は、コストを削減し、また、開発を容易にするために、マイクロプロセッサにハードウェアロジック周辺回路を付加したASIC(Application Specific Integrated Circuit)を使用している。(非特許文献1参照)
このASICの各部の動作は、前述の階層でいえば、種々の製品の特徴付けを行う「USBファンクション層」や、多岐にわたる様々な制御が必要な「USBデバイス層」の実現は、ハードウェアロジックでは複雑になりすぎるため、マイクロプロセッサでソフトウェア的に実現する方法が多く用いられている。
一方、高頻度、かつ定期的に発生する「USBバスインターフェース層」に関する処理は、他の層よりも限定された処理であり、ハードウェアロジックにより実現させることは困難ではなく、必要最小能力のマイクロプロセッサで機能を実現させるためにも、「USBバスインターフェース層」の処理はマイクロプロセッサが管轄していないことが多い。
ここで、「USBバスインターフェース層」の中で、実際の電気的信号変換回路は「PHY」、シリアルデータ転送の固定的な処理を行う部分は、「SIE」(Serial Interface Engine)と称されている。(非特許文献2参照)
さて、上記のマイクロプロセッサを用いた機器で問題となるのは、例えば静電気放電などの影響による誤動作で、一旦、機器が異常になると、改めて機器を初期化したり、場合によっては再度、電源を入れ直すまで異常状態から復旧しない状態に陥ってしまうことがある。
この場合、もしも異常状態になった装置において「USBバスインターフェース層」が正常に動作しなくなった場合は、非特許文献3に示すようにマイクロソフト社とインテル社によって提唱された、プラグアンドプレイ機能により、当該USBデバイス装置は、物理的に取り外されたものとして扱われ、それ以降、その装置はコンピュータシステムのホストPCから利用できなくなる。また、動作しているアプリケーションプログラムからも、利用できなくなったことも容易に判別可能となる。
しかし、多くのUSB装置は前述のように処理の一部、すなわち「USBバスインターフェース層」は、前述のようにマイクロプロセッサではなく、ハードロジックが処理している為、仮にマイクロプロセッサが異常状態になったとしても、ハードロジックは正常に動作し続けており、「USBバスインターフェース層」の限定的な処理では、然るべき応答を正常に返すので、ホストPC側のオペレーティングシステム(以下、OSという。)が行う処理によっては、異常が起きていることを認識できないままでいるケースがある。
例えば、Windows(登録商標)のOSの場合、ホストPC側では異常が起きた後も、当該USBデバイス装置は、ホストPCに繋がったままで、引き続き利用可能であるかの様に見える状態になっているため、実際にUSBデバイス装置とのデータの授受を行なうような処理などに移ったときになってはじめて処理に異常生じ、機器に異常が発生していることが判明することになる。
現在、市場に多く出回っている民生用のUSBデバイス装置では、コストが最優先され、特に容易に着脱可能な外付け機器の用途では、仮に異常となっても、一度装置を着脱しなおすことで、とりあえずは再度使用可能になることから、上記のような問題については、特に対策を講じている製品は稀である。
もちろん、医療用機器や車載機器など信頼性を要求される分野においては、ウォッチドッグタイマや、システム二重化等という手法を利用した異常検出・復帰手法が碓立しているので、コストさえかければ万一異常が発生したとしても、機器を自動的に異常から復帰させることは技術的に可能である。
しかし、この様な品質を求められる需要の数は限られており、もしも新規設計で対応を行なおうとすると、相当の開発費負担、もしくは初期コスト償却のための大幅な単価上昇が予想されるので、フォトKIOSKにおいても、やむなく、市販の安価なUSBデバイス装置をそのまま使用していることが少なくない。
以上のように、信頼性について十分考慮されていないメモリーカードリーダ装置を搭載したフォトKIOSK装置では、例えば操作者がもたらす静電気などの影響で、メモリーカードリーダ装置が異常状態となったとき、実際にカードからの読み取りを開始するまで、メモリーカードリーダ装置に異常が生じたことが解らない状態になっている場合がある。
鈴木一海・五十嵐顕寿 共著,「入門USB」,技術評論社,平成13年4月25日,P80 「4thGeneration USB2.0 Flash Media Controller with Integrated card Power FETs」,[online],米SMSC社,P4,2006年6月13日,インターネット<http://www.smsc.com/main/datasheets/2227_2228db.pdf> 「トランジスタ技術SPECIAL」,CQ出版株式会社,No.63,2004年7月1日,P45〜P49
そこで、本発明は、市販の安価なメモリーカードリーダ装置等のUSBデバイス装置を使用したコンピュータシステムで、USBデバイス装置の異常をできるだけ早く、自動的に自己検出、自己復帰させるようにする方法とそのプログラム及びシステムを提供することを課題とするものである。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、第1の発明は、USBデバイス装置を接続したコンピュ−タシステムにおいて、定期的に前記USBデバイス装置に対して、前記USBデバイス装置の状態の確認を行い、前記USBデバイス装置に異常があるか否か調べ、異常が検出されたとき、前記USBデバイス装置を一旦論理的に遮断した後、再び接続処理を行なう手段(以下、装置異常検出及び再接続手段という。)を設けたことを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復システムである。
第2の発明は、第1の発明においてUSBデバイス装置が前記USBデバイス装置として論理的に接続されていないときに、コンピュータシステムの再起動処置を行なう手段(以下、装置遮断検知時再起動手段という。)を設けたことを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復システムである。
第3の発明は、第1の発明にかかる手段または第2の発明にかかる手段としての機能をコンピュータシステムにおいて実現することを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復プログラムである。
第4の発明は、第3の発明のUSBデバイス装置の異常検出・回復プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体である。
第5の発明は、USBデバイス装置を接続したコンピュ−タシステムにおいて、定期的に前記USBデバイス装置に対して、前記USBデバイス装置の状態の確認を行い、前記USBデバイス装置に異常があるか否か調べ、異常が検出されたとき、前記USBデバイス装置を一旦論理的に遮断した後、再び接続処理を行なう手段を設けたことを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復方法である。
第6の発明は、第5の発明においてUSBデバイス装置がUSBデバイス装置として論理的に接続されていないときに、コンピュータシステムの再起動処置を行なう手段を設けたことを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復方法である。
本発明の装置異常検出及び再接続手段は、定期的に「USBファンクション層」の処理を行うことによってUSBデバイス装置の状態を監視し、もしも、USBデバイス装置に異常が検出された場合には、OSが提供するプラグアンドプレイ機能を利用し、当該USBデバイス装置を一旦、論理的に遮断する。この遮断処理は、それ以降当該USBデバイス装置を使えないようにする処理であるので、仮に装置がまだ復旧しておらず異常状態のままであっても、問題なく行なうことができる。
そして続けて、もう一度、プラグアンドプレイ機能により当該装置の初期化と論理的接続を試みるようにし、当該装置がもしも異常から復帰していれば、改めてUSBデバイス装置として接続され使用可能な状態になるようにする。
しかし、当該装置が異常のままであれば、プラグアンドプレイ動作に応じないため、オペレーティングシステムはその装置を副記憶装置としては取り扱わず、使用できない状態になっている。
そこで、本発明の装置遮断検知時再起動手段は、上記装置異常検出及び再接続手段で当該機器が復旧できなかった場合に、物理的に電源を入れ直すことにより復旧を試みるようにしてコンピュータシステムの再起動を行なうようにし、再起動の前には、何がしかの処理を行なっている場合、再起動前に然るべき前処理を行なった後で、再起動に移るようにしたものである。
このコンピュータシステムの再起動処理により、電源も入れ直されるため、当該装置が破壊に至っていない限り、前述の装置異常検出及び再接続手段では復旧しなかったケースでも、再起動後、当該装置が復活することができる。
以上の手順は、新規にコンピュータシステムを構築する場合、その上で動作するアプリケーションプログラムの中で、タイマー割り込みや、無負荷時(アイドル時)処理に加えることで定期的に行なうことができる。
以上、本発明によれば、市販の安価なUSB接続副記憶装置を使用した場合の機器異常を速やかに自己検出し、復旧することが可能となる。
また既成のコンピュータシステム用として出来上がっているアプリケーションプログラムの中には、何らかの事情による論理装置の遮断があったことを検出した場合、その復帰のためにシステムを再起動するようになっているものが存在する。これは、上記の本発明の「装置遮断検知時再起動手段」と同じの処理を既に行なっているものである。しかし、この既存アプリケーションプログラムでは、USB接続が論理的に遮断されない限り、電源再投入による復旧が行なわれないので、「USBバスインターフェース層」が正常動作しているような異常状態での復旧はなされない。
しかし、既にこのような「装置遮断検知時再起動手順」と等価の処理を行なうアプリケーションが存在する場合、本発明の「装置異常検出及び再接続手段」を設けることで、既存のアプリケーションで対応できなかった異常の復旧を行なうことができる。
図1は、本発明1を適用したコンピューターシステムのシステム構成と、コンピュータのプログラム構成を示すブロック図で、1はメモリーカード等の記録媒体1−5を記録媒体インターフェースに接続し記録媒体に記録されたデータを読み書きするためのUSBデバイス装置、2はUSBデバイス装置1のUSBデバイスインターフェース1−2とUSBホストインターフェース2−2を介して接続されるホストPC、3はホストPC2と副記憶装置インターフェース2−4に接続されると共にホストPC2を制御するためのWindowsXP(登録商標)のOS3−1とUSBデバイス装置1のデータを処理するアプリケーションプログラム3−2が記憶された副記憶装置である。
ホストPC2はCPU2−1が副記憶装置3−1の中に収められた、OS3−1を主記憶装置2−3に読み込んでシステムを起動する。その際にアプリケーションプログラム3−2は、OS3−1の設定により自動的に主記憶装置2−3に読み込まれ、CPU2−1により実行される。
一方、OS3−1は、USBホストインターフェース2−2に対して、接続されたUSBデバイス装置1があれば、そのUSBデバイス装置1を利用できるように、プラグアンドプレイ機能により初期化を行なう。
アプリケーションプログラム3−2は、USBデバイス装置1を利用してデータを授受する必要が生じると、必要に応じて、OS3−1が提供するさまざまなAPIを呼び出す。APIは、USBホストコントローラ2−2に対して、USBの規格で定められたコマンドを送ると、それを受け取ったUSBホストコントローラ2−2−3が、そのUSBホストコントローラ2−2の構成に応じて具体的な制御を行ないUSBデバイス装置1に接続された記憶媒体1−5のデータを授受する。
基礎的で定型的なUSBの信号処理では、SIE2−2−2が、機械的に処理し、PHY2−2−1で、所定の電気信号波形に変換され、USBデバイス装置1との通信が行なわれる。USBデバイス装置1は、PHY1−2−1で、伝送される電気信号波形を、SIE1−2−2へ伝える。SIE1−2−2は、信号の同期や、誤り訂正などを機械的に処理する。そしてCPU1−1は、主記憶装置1−3に収められたファームウェアに従って、SIE1−2−2を経由して送られてくるコマンドを解釈し、記録媒体インターフェース1−4を介して記録媒体1−5とのデータの授受を行なう。
ここで、USBホストインターフェース2−2は、フレームと呼ばれる時間単位での信号の授受を定期的に行ない、USBデバイスインターフェース1−2からの応答がなくなると、OS3−1はUSBデバイス装置1が取り外されたものと認識する。しかし、静電気等によりUSBデバイス装置1のCPU1−1に異常が生じる等のUSBバスインターフェース層より上位の階層でみた動作機能に問題がある場合であっても、USBデバイス装置1側のSIE1−2−2が、何がしかの応答を返して、然るべく信号のやり取りが成立している限り、USBホストインターフェース2−2からは、USBデバイス装置1は接続されたままの状態として扱われる。
また、Windows(登録商標)のOS3−1では、このUSBホストインターフェース2−2が接続状態を維持している限り、既に接続されたUSBデバイス装置1をプラグアンドプレイで遮断したり、再接続をしたりするようなことはないため、USBデバイス装置1を利用してデータを授受する必要がない時に、USBデバイス装置1に異常が生じても、そのまま放置されてしまう。
そこで、アプリケーションプログラム3−2は、定期的に、装置異常検出及び再接続手段3−2−1を実行して、USBデバイス装置1の状態を監視し、USBデバイス装置1に上記のような異常が検知されたときは、当該USBデバイス装置1に対して初期化処理を行なったあと、一旦論理的に遮断し、さらにその後、再び接続処理を行なう。
図2は装置異常検出及び再接続手段3−2−1の処理手順を示すフローチャートである。ここでOS側で用意されている機能(API)に関しては、マイクロソフト社のWindowsXP(登録商標)を前提として記してある。
一定時間毎に実行を行うタイマ割り込み処理によって装置異常検出及び再接続手段3−2−1は実行され、先ずステップS1では「USBファンクション層」による異常があるか確認のために、当該USBデバイス装置1の論理装置番号に対して空き容量を得るためのGetDisk FreeSpace( ) APIを呼び出す。
ここで、ステップS2でERROR_FILE_NOT_FOUNDまたは、ステップS3でERROR_PATH_NOT_FOUNDがエラーとして返された場合は、装置に異常があったと判断し、論理装置を遮断するためにステップS4でCM_Disable_DevNode()APIを呼び出し、USBデバイス装置1を論理的に取外す。さらに続けてステップS5でCM_Enable_DevNode()APIを呼び出してUSBデバイス装置1の論理的な再接続試行を行ない、ステップ5によりUSBデバイス装置1の「USBファンクション層」の異常が回復された場合は、OS3−1のプラグアンドプレイ機能によりUSBデバイス装置1は論理装置として認識される。
しかし、装置に異常検出され再接続試行をした後も、USBデバイス装置1の異常状態が継続していた場合、OS3−1はUSBデバイス装置1の「USBファンクション層」による応答がないため、プラグアンドプレイを実行することできない。
かかる場合は、アプリケーションプログラム3−2は、装置異常検出及び再接続手段3−2−1とは別に、定期的に、ホストPC2を再起動させると共に、物理的にUSBデバイス装置を初期化することによる「USBファンクション層」の回復を行い再接続を行う装置遮断検知時再起動手段3−2−2を実行することで対処する。
WindowsXp(登録商標)のOSでは、論理的に磁気ディスク装置、光ディスク装置、半導体メモリーカードリーダ装置等のUSBデバイス装置は副記憶装置として、アルファベット1文字の装置番号で認識され、その有無により確認することができる。従って、装置異常検出及び再接続手段3−2−1で、ステップS5の再接続試行においてUSBデバイス装置1を論理的に認識できない場合は、その装置番号が利用できなくなっているので、USBデバイス装置1に異常が継続していることが解る。
図3は、装置遮断検知時再起動手段3−2−2をアプリケーションの空き時間(アイドル時)処理に行なう場合の処理手順を示すフローチャートである。
先ず、装置遮断検知時再起動手段3−2−2はアプリケーションプログラム3−2のアイドル時にUSBデバイス装置1に割当てられている論理装置番号の有無をステップS6で確認する。USBデバイス装置1の論理装置番号の有無は、GetLogicalDrivers()APIによって返される論理装置番号を示すビット列の中に対象の論理装置番号に相当するビットがあるか否かで判断する。そして該当する論理装置番号がない場合はUSBデバイス装置1に異常が発生していると判断し、次ぎにステップS7でアプリケーションプログラム3−2の実行を終了させ、ステップS8で、ExitWindowsEx() APIを呼び出し、OS3−1の再起動を行う。
OS3−1が再起動されると、USBデバイス装置1は物理的に再起動すると共に初期化され、USBデバイス装置1が破壊に至っていない限り当該装置が正常状態に回復することができる。
図4は、本発明の第2の実施例を示したコンピュータシステムのシステム構成と、コンピュータのプログラム構成を示すブロック図である。
実施例1では、一つのアプリケーションプログラムに装置異常検出及び再接続手段と装置遮断検知時再起動手段を設けたが、図4に示すようにそれぞれ別のアプリケーションプログラムとして設けてもよく、例えば、本発明の「装置遮断検知時再起動手段」と等価の機能を有する装置遮断検知時再起動手段3−4−1を設けた既存アプリケーションプログラム3−4がある場合に、装置異常検出及び再接続手段3−3−1を設けたアプリケーションプログラム3−3を設けることによって上記実施例1と同等の機能を実現することができる。
なお、アプリケーションプログラム3−3と3−4を同時に並列に実行させていても、上記のようにUSBデバイス装置1に異常が発生した場合に、それぞれ異常を検出する手段が異なるので互いに競合することはない。
なお、以上説明した実施例1と実施例2は、いずれも、実際の実施形態として、当該システムに使用されるホストPC2は当該システムの専用機器である必要はないので、ホストPC2で動作させるソフトウェアプログラムファイルの形として、あるいは、そのプログラムファイルが記録された、フレキシブルディスクやコンパクトディスク等の取外し可能な記録媒体として提供、実施される。
本発明の第1の実施例のシステム構成を示すブロック図。 本発明の第1の実施例の「装置異常検出及び再接続手段」をタイマー割り込みで行なう場合を示すフローチャート。 本発明の第1の実施例の「装置遮断検知時再起動手段」を示すフローチャート。 本発明の第2の実施例のシステム構成を示すブロック図。
符号の説明
1 USBデバイス装置
1−1 CPU
1−2 USBデバイスインターフェース
1−2−1 PHY
1−2−2 SIE
1−3 主記憶装置
1−4 記録媒体インターフェース
1−5 記録媒体
2 ホストPC
2−1 CPU
2−2 USBホストインターフェ−ス
2−2−1 PHY
2−2−2 SIE
2−3 主記憶装置
2−4 副記憶装置インターフェース
3 副記憶装置
3−1 OS
3−2 アプリケーションプログラム
3−2−1 装置異常検出及び再接続手段
3−2−2 装置遮断検知時再起動手段

Claims (6)

  1. USBデバイス装置を接続したコンピュ−タシステムにおいて、定期的に前記USBデバイス装置に対して、前記USBデバイス装置の状態の確認を行い、前記USBデバイス装置に異常があるか否か調べ、異常が検出されたとき、前記USBデバイス装置を一旦論理的に遮断した後、再び接続処理を行なう手段を設けたことを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復システム。
  2. 前記USBデバイス装置がUSBデバイス装置として論理的に接続されていないときに、コンピュータシステムの再起動処置を行なう手段を設けたことを特徴とする請求項1記載のUSBデバイス装置の異常検出・回復システム。
  3. 請求項1または請求項2の手段としての機能をコンピュータシステムにおいて実現することを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復プログラム。
  4. 請求項3記載のUSBデバイス装置の異常検出・回復プログラムを記録したことを特徴とする記録媒体。
  5. USBデバイス装置を接続したコンピュ−タシステムにおいて、定期的に前記USBデバイス装置に対して、前記USBデバイス装置の状態の確認を行い、前記USBデバイス装置に異常があるか否か調べ、異常が検出されたとき、前記USBデバイス装置を一旦論理的に遮断した後、再び接続処理を行なう手段を設けたことを特徴とするUSBデバイス装置の異常検出・回復方法。
  6. USBデバイス装置がUSBデバイス装置として論理的に接続されていないときに、コンピュータシステムの再起動処置を行なう手段を設けたことを特徴とする請求項5記載のUSBデバイス装置の異常検出・回復方法。
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