JP2008251821A - 論理プログラマブルデバイスの復旧装置 - Google Patents

Abstract

【課題】論理プログラマブルデバイスの回路の復旧性能を向上させる。
【解決手段】回路構成データから構成された回路の動作を監視する回路状態監視機能部２１ｂと、該監視結果から正常に動作していると判断された回路を含む回路構成データを記録する部分再構成機能部２１ａと、該記録された回路構成データを用いて回路の再構成を行う回路復旧機能部２１ｃとを備えたことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、FPGA（Field Programmable Gate Array）等の論理プログラマブルデバイスの復旧装置に関する。

従来、論理プログラマブルデバイスの回路再構成に係る技術として、例えば、特許文献１，２に記載のものが知られている。特許文献１記載の従来技術１では、過去の回路の断片が誤接続することを防止するために、次のステップ１〜５を設けている。ステップ１；部分再構成を行う領域の周囲の論理セルを初期状態に戻す（隣接セルの初期化）。ステップ２；部分再構成を行う領域の直近に配置している接続切り換え用セルを初期状態に戻す（隣接スイッチの初期化）。ステップ３；ステップ１とステップ２の混合。ステップ４；初期状態を含めた回路データを用いて部分再構成を行う。ステップ５；隣接スイッチにおける、部分再構成に関連する配線情報を、初期状態に戻す。

特許文献２記載の従来技術２では、フォールト検出回路によりフォールトを検知すると、論理プログラマブルデバイスの回路全体を再構成することによって復旧を図っている。この従来技術２では、回路全体を再構成することによって、従来のフォールト回避手段として用意されていた予備のモジュールや出力のマスク回路を不要にしている。
特開２０００-０９１４３４号公報 特開平１０-２２２３８９号公報

しかし、上述した従来技術１では、回路を再構成する際に部分再構成を行う領域の周囲や隣接スイッチを初期化するので、部分再構成の動作の途中でデータが途切れる等のトラブルが発生したり、部分再構成される回路に設計上の何らかのミスが含まれていた場合には対応することができない。

また、従来技術２では、論理プログラマブルデバイスが部分的な再構成を繰り返しながら長時間利用されるような用途において、フォールト検知により回路全体を再構成しようとすると、部分的な再構成の履歴を正しく反映させることが困難である。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、論理プログラマブルデバイスの回路の復旧性能を向上させることのできる論理プログラマブルデバイスの復旧装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明に係る論理プログラマブルデバイスの復旧装置は、回路の再構成が可能な論理プログラマブルデバイスの復旧装置において、回路構成データから構成された回路の動作を監視する回路状態監視手段と、前記監視結果から正常に動作していると判断された回路を含む回路構成データを記録する回路構成データ記録手段と、前記記録された回路構成データを用いて回路の再構成を行う回路再構成手段とを備えたことを特徴とする。

本発明に係る論理プログラマブルデバイスの復旧装置においては、前記回路構成データ記録手段は、回路が構成される度に、前記監視結果から正常に動作していると判断された回路を含む回路構成データを、当該回路構成データの時間的位置を表す情報と共に記録することを特徴とする。

本発明に係る論理プログラマブルデバイスの復旧装置においては、前記回路再構成手段は、前記監視結果から異常検出された場合に回路の再構成を行い、再構成された回路が前記監視結果から正常に動作していると判断されるまで、記録の新しい回路構成データから順番に用いて回路の再構成を試すことを特徴とする。

本発明に係る論理プログラマブルデバイスの復旧装置においては、前記記録される回路構成データは、メモリに記憶されているデータを含むことを特徴とする。

本発明によれば、論理プログラマブルデバイスの回路の復旧性能を向上させることができる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る復旧装置を適用した論理プログラマブルデバイス１１の構成例が示されている。図１において、論理プログラマブルデバイス１１は、構成済みの回路１１０と、再構成領域１２０と、保護領域１３０とを有する。再構成領域１２０は、回路構成データから回路を再構成することが可能な領域である。回路構成データは、外部メモリ１３に記憶されており、回路が構成される際に外部メモリ１３から論理プログラマブルデバイス１１に読み込まれる。再構成領域１２０においては、再構成領域１２０全体において回路を構成してもよく、或いは、再構成領域１２０の一部分において回路を構成するものであってもよい。

保護領域１３０内には、回路復旧用監視制御回路２１と、内部メモリ２２と、信号測定回路３０とが構成されている。信号測定回路３０は、構成済み回路１１０内および再構成領域１２０内にも構成される。なお、保護領域１３０は、再構成領域１２０における回路構成動作の影響を受けないように構成されることが好ましい。

図２は、図１に示す回路復旧用監視制御回路２１の機能構成を示したブロック図である。図２において、回路復旧用監視制御回路２１は、部分再構成機能部２１ａと回路状態監視機能部２１ｂと回路復旧機能部２１ｃとを有する。

部分再構成機能部２１ａは、再構成領域１２０において回路が構成される場合に、回路復旧用の回路構成データを記録する。具体的には、部分再構成機能部２１ａは、再構成領域１２０において回路が構成されると、この構成された回路の初期動作を監視する。なお、実際の監視動作は、回路状態監視機能部２１ｂが行う。部分再構成機能部２１ａは、その初期動作監視結果から、一定期間において回路が正常に動作していると判断すると、当該構成部分の回路を含む回路構成データ（以下、「スナップショット」と称する）を記録する。スナップショットは、内部メモリ２２に記録されてもよく、或いは、外部メモリ１３に記録されてもよい。

部分再構成機能部２１ａは、スナップショットを記録する際に、復旧点Ｒｉのスナップショットとして、復旧点Ｒｉを示す復旧点情報と共にスナップショットを記録する。復旧点Ｒｉは、スナップショットの時間的位置を表す。復旧点Ｒｉは、スナップショットが記録される度に、「ｉ←ｉ＋１」成る更新式により更新される。復旧点Ｒｉによってスナップショットの記録順序が分かる。また、記録された一連のスナップショットは、再構成領域１２０における構成回路の履歴となる。

なお、スナップショットは、今回構成された回路のみを含む回路構成データであってもよく、或いは、今回構成された回路および既に構成済みの回路の両方を含む回路構成データであってもよい。また、スナップショットは、メモリに記憶されているデータを含むものであってもよい。

回路状態監視機能部２１ｂは、信号測定回路３０による測定結果から、再構成領域１２０に構成された回路の状態を監視する。信号測定回路３０は、特定回路の状態を測定している。回路状態監視機能部２１ｂは、禁止状態検出機能、消費電力測定機能、電圧測定機能、入出力信号照合機能、温度測定機能、信号周波数測定機能、電流測定機能および雑音検出機能を有する。

禁止状態検出機能は、論理回路が本来とりえない論理状態又は望ましくない論理状態（禁止状態）に遷移することを検出する。これを検出した場合には異常検出となる。
消費電力測定機能は消費電力を測定する。この測定の結果、電力消費量が一定値を越える場合には異常検出となる。
電圧測定機能は電圧を測定する。この測定の結果、電圧の振幅が所定範囲から逸脱する場合には異常検出となる。

入出力信号照合機能は、論理プログラマブルデバイス１１の所定の入力ポートと出力ポートの信号を照合する。この照合の結果、信号の欠損があると判断できる場合には異常検出となる。これにより、再構成領域１２０に構成された回路によって外部信号が不当にブロックされる等を検出する。

温度測定機能は、論理プログラマブルデバイス１１の温度を測定する。この測定の結果、所定温度を超える場合には異常検出となる。これにより、異常発熱の発生を検出する。
信号周波数測定機能は、論理プログラマブルデバイス１１の所定の入力又は出力のポートに関し、信号周波数を測定する。この測定の結果、所定の信号周波数範囲を逸脱する場合には異常検出となる。信号周波数としては、電位変動頻度もしくはスイッチ頻度が利用可能である。

電流測定機能は電流を測定する。この測定の結果、電流の振幅が所定範囲から逸脱する場合には異常検出となる。
雑音検出機能は、論理プログラマブルデバイス１１の所定の入力又は出力のポートに関し、信号ノイズを検出する。この検出の結果、所定のノイズレベルを超える場合には異常検出となる。

回路復旧機能部２１ｃは、回路状態監視機能部２１ｂにより異常検出されると、回路保護動作を実行する。回路保護動作は、これから行う回路復旧動作により、構成済み回路１１０および論理プログラマブルデバイス１１の外部の回路に対して、不測の事態を生じさせないようにするためのものである。

回路復旧機能部２１ｃは、回路保護動作の終了後、記録されているスナップショットを用いて再構成領域１２０の回路を再構成し、当該構成部分の回路の初期動作が正常であるか判断する。このとき、回路復旧機能部２１ｃは、復旧点Ｒｉに基づいて新しいスナップショットから順番に用いて回路の再構成を試し、初期動作が正常となるまで再構成領域１２０の回路再構成を繰り返す。これにより、再構成領域１２０は、初期動作が正常となる回路まで戻される。この結果、再構成領域１２０は正常に動作する回路に復旧する。

図３は、本実施形態のスナップショット記録に係る動作手順を示すフローチャートである。
図３において、ステップＳ１では、論理プログラマブルデバイス１１の電源オン後、外部メモリ１３から回路構成データを読み込み、論理プログラマブルデバイス１１内の回路の初期化を行う。この回路初期化手順には、保護領域１３０の設定（Ｓ１１）、保護領域１３０を保護する回路の構築（Ｓ１２）および回路復旧用監視制御回路２１の構築（Ｓ１３）が含まれる。

次いで、ステップＳ２では、初期化時点（復旧点Ｒ0）のスナップショットを記録する。ステップＳ３では、再構成領域１２０の回路の再構成の要求が発生し、再構成領域１２０の回路を再構成する。ステップＳ４では、その再構成した回路の初期動作を監視する。ステップＳ５では、その初期動作監視の結果から、再構成した回路の動作が正常であると判断すると、再構成時点（復旧点Ｒｉ）のスナップショットを記録する。その後、通常動作の監視を行う。

図４は、本実施形態の回路復旧に係る動作手順を示すフローチャートである。
図４において、ステップＳ３１では、再構成領域１２０の回路の異常を検出すると、回路保護動作を実行する。ステップＳ３２では、記録されているスナップショットを用いた再構成領域１２０の回路の再構成を、復旧点Ｒｉに基づいて新しいスナップショットから試す。ステップＳ３３では、その再構成した回路の初期動作を監視する。ステップＳ３４では、その初期動作監視の結果から、再構成した回路の動作が正常であるか否かを判断する。

再構成した回路の動作が正常ならば、ステップＳ３５に進み、通常動作の監視を行う。一方、再構成した回路の動作が正常ではないならば、ステップＳ３１に進み、ステップＳ３１〜Ｓ３４により、次に新しいスナップショットを試す。この動作を、再構成した回路が正常に動作するまで繰り返す。

上述したように本実施形態によれば、正常に動作した回路のスナップショットを記録しておき、回路の異常を検出したときに、該記録されているスナップショットを用いて回路を再構成することができる。これにより、正常に動作した回路に戻すことが簡単に短時間で実現することができる。

また、回路の再構成ごとに各復旧点のスナップショットとして記憶するので、新しい復旧点から順番に古い復旧点へとスナップショットを試すことができる。これにより、正常に動作し、且つ、できる限り新しい回路に復旧させることができる。

なお、スナップショットを記録する際に再構成された回路の属性情報も一緒に記録し、回路復旧の際に該属性情報に基づいて使用するスナップショットを選択するようにしてもよい。再構成された回路の属性情報としては、例えば、回路規模、前回からの回路変更規模などが挙げられる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述の実施形態では、回路復旧用監視制御回路２１を論理プログラマブルデバイス１１内に設けたが、回路復旧用監視制御回路２１を論理プログラマブルデバイス１１の外部回路として設けてもよい。

本発明の一実施形態に係る復旧装置を適用した論理プログラマブルデバイス１１の構成例を示す図である。 図１に示す回路復旧用監視制御回路２１の機能構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態のスナップショット記録に係る動作手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の回路復旧に係る動作手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１１…論理プログラマブルデバイス、１３…外部メモリ、２１…回路復旧用監視制御回路、２２…内部メモリ、３０…信号測定回路、２１ａ…部分再構成機能部、２１ｂ…回路状態監視機能部、２１ｃ…回路復旧機能部、１２０…再構成領域

Claims (4)

1. 回路の再構成が可能な論理プログラマブルデバイスの復旧装置において、
   回路構成データから構成された回路の動作を監視する回路状態監視手段と、
   前記監視結果から正常に動作していると判断された回路を含む回路構成データを記録する回路構成データ記録手段と、
   前記記録された回路構成データを用いて回路の再構成を行う回路再構成手段と、
   を備えたことを特徴とする論理プログラマブルデバイスの復旧装置。
2. 前記回路構成データ記録手段は、回路が構成される度に、前記監視結果から正常に動作していると判断された回路を含む回路構成データを、当該回路構成データの時間的位置を表す情報と共に記録することを特徴とする請求項１に記載の論理プログラマブルデバイスの復旧装置。
3. 前記回路再構成手段は、前記監視結果から異常検出された場合に回路の再構成を行い、再構成された回路が前記監視結果から正常に動作していると判断されるまで、記録の新しい回路構成データから順番に用いて回路の再構成を試すことを特徴とする請求項２に記載の論理プログラマブルデバイスの復旧装置。
4. 前記記録される回路構成データは、メモリに記憶されているデータを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載の論理プログラマブルデバイスの復旧装置。

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