JP2009238071A - 組込システム - Google Patents
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Abstract
【課題】回路構成用データを書き換える際に、何らかの理由で書き換え作業が中断するしたり、誤ったデータを書き換えてしまった場合には、次回電源起動時より、PLDがPCIバスに対応した制御回路として動作しなくなり、メインボード側からのソフトウェアによる記憶媒体上の回路構成データの更新手段が無くなり、再度動作させることが不可能となる。
【解決手段】PLDを用いた制御基板の回路構成用データを更新することを保証した回路構成用データを用意し、自動または手動で使用する回路構成用データを切り替えて、PLDの回路構成のデータにトラブルが発生した場合の復帰方法を備える。
【選択図】図3
【解決手段】PLDを用いた制御基板の回路構成用データを更新することを保証した回路構成用データを用意し、自動または手動で使用する回路構成用データを切り替えて、PLDの回路構成のデータにトラブルが発生した場合の復帰方法を備える。
【選択図】図3
Description
本発明は、バスを介して接続され、接続されるデバイス自体がバスプロトコルに対応する組込システムに関する。
組込システムは、エレクトロニクスによる制御を必要とする分野で製品の規模・業種を問わず幅広く用いられている。組込システムの典型的な構成例としては、専用に設計された制御基板上にマイクロコントローラ及び集積回路を搭載して、様々な機器の制御を行うという形態があるが、近年では、いわゆるパーソナルコンピュータ(PC)等に主に用いられる汎用的な制御基板(メインボード)上に、特定の機器の制御のために専用の制御基板を追加した構成のものも増えてきている。
このPCベースのシステムの場合、制御用ソフトウェアについては汎用のオペレーティングシステム上で動作させることが多い。これは、既存のPC用の入出力装置・媒体の取り扱いが容易となるほか、既存のPC用のソフトウェア開発環境を用いることで、ソフトウェアの開発も容易となるためである。このようなシステムに専用の制御基板を追加して組込システムとして用いる場合は、メインボード上に用意されている規格化されたインターフェースに基づいて拡張スロットに接続するか、ケーブル等を介して接続するのが典型的な接続形態となっている。
上記のような接続形態をとる場合、専用の制御基板は、規格化されたインターフェースに対応する必要がある。例えば、現在広く普及しているPCIバスを介して接続される制御基板の場合、システムの電源投入時に、定められた手順により、メインボード側からのアクセスに対し応答する必要がある。そして、PCIバスへの応答は、制御基板上にPCIバスに対応した制御回路を搭載することが必要となる。
ここで、特許文献1には、単一の不揮発性のメモリ上に、元のバージョンの初期化及びダウンロード・オペレーション・プログラムを含むライトプロテクトされた領域と、アップグレード可能な初期化及びダウンロード・オペレーション・プログラムを含むプロテクトされていない領域とを有する単一の不揮発性メモリを用い、埋込式システムのプログラムをアップデートする方法が記載されている。
また、特許文献2には、障害原因がファームの不具合の場合に、上位CPUが全体リセットではなく、旧ファーム復帰リセットをファーム搭載パッケージに実行する構成により、ハードウェア的に旧ファームに復帰させ、障害復旧の迅速性および確実性を向上させることが記載されている。
また、近年では、制御回路として、プログラマブルロジックデバイス(PLD)を用いることも多くなってきている。PLDとは、回路構成用データをプログラミングされることで論理回路が構成されて動作を開始し、且つ、その回路構成用データの内容が変更されることで、構成回路を変更することが可能となるものである。
このPLDを用いた制御基板では、PLDの回路構成用データを記録する記憶媒体と、この記憶媒体のデータをPLDにプログラミングする手段が必要となる。電源投入時に、PLDに対して何らかのプログラミング手段が動作して、記憶媒体上の回路構成用データをPLDにプログラムして、PLDがPCIバスに対応した制御回路として動作するようになる。この制御基板上の記憶媒体に記録されている回路構成用データを更新することにより、PLDによって構成される論理回路についても内容を更新することが可能となる。
PLDを用いた制御基板の回路構成用データを更新するためには、PLDがPCIバスに対応した制御回路として動作している必要がある。この回路構成用データの更新は、メインボード上のソフトウェアが制御基板上の記憶媒体の回路構成用データを書き換えることにより実現し、その際、PLDが制御基板上でのインターフェースとなる。
従って、メインボード上のソフトウェアがこの回路構成用データを書き換える際に、何らかの理由で書き換え作業が中断したり、誤ったデータを書き換えてしまった場合には、次回の電源起動時には、PLDがPCIバスに対応した制御回路として動作しなくなる。
そのため、メインボード側からのソフトウェアによる記憶媒体上の回路構成データの更新・復旧手段が無くなってしまい、制御基板の交換、または、特殊な専用ツールを用いなければ、再度動作させることが不可能となってしまうといった課題があった。
本発明では、メインボードとバス接続された組込システムにおいて、メインボード側からのソフトウェアによる記憶媒体上の回路構成データの更新手段が無くなるという状態を回避することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明では、演算装置が搭載されている基板1と、バスを介して前記演算装置と接続される基板2とを含む組込システムにおいて、前記基板2上には、電源投入時に、回路構成用データをプログラミングされることにより回路が構成されて動作を開始し、前記回路構成用データの内容を変更することにより、構成する回路を変更可能なプログラミングロジックデバイスを用い、前記バスとのインターフェース回路、及び、本PLD自身の回路構成用データが格納されている不揮発性記憶媒体とのインタフェース回路を含む第1の論理回路と、前記第1の論理回路に対して、前記不揮発性記憶媒体から回路構成用データを読み出して、第1の論理回路をプログラミングする第2の論理回路と、前記不揮発性記憶媒体は、前記第1の論理回路の回路構成用データを2つ以上格納するデータ領域を有し、且つ、該領域をそれぞれ独立に書換え・書込み保護可能であり、前記データ領域には、前記第1の論理回路において通常時に使用する回路構成用データを格納する第1の領域と、前記第1の論理回路の回路構成用データが格納されている第2の領域とが設定され、該第2の領域には、前記演算装置が前記第1の領域の回路構成用データを更新するために必要となる前記バスとのインターフェース回路、及び前記記憶媒体の第1の領域を更新するインターフェース回路の動作を保証した回路構成用データを格納し、前記第2の論理回路は、前記第1の論理回路を、前記第1の領域の回路構成用データを用いてプログラミングした場合に、前記第1の論理回路が意図した動作をしていることを確認する確認手段を有し、前記第1の論理回路が正常に動作していないと判断した場合は、前記第2の領域の回路構成用データを用いて、再度自動で前記第1の論理回路をプログラミングし、前記第1の論理回路が前記第2の領域のデータでプログラミングされていることを表示する表示手段とを有することを特徴とする。
また、前記第2の論理回路は、プログラマブルロジックデバイスであることを特徴とする。
また、前記第2の論理回路は、マイクロプロセッサであることを特徴とする。
また、組込システムの起動時に、前記第1の論理回路と前記第2の論理回路のいずれを起動するかを設定するスイッチを備え、前記第1の領域のデータを用いて、前記第1の論理回路をプログラミングした場合に、前記確認手段によって、前記第1の回路が意図した動作をしていると判定されたあと、前記第2の論理回路が、前記スイッチの設定により、前記第1の領域のデータを用いずに前記第2の領域のデータを用いて、前記第1の論理回路をプログラミングさせるモードを有することを特徴とする。
また、前記不揮発性記憶媒体は、単一の不揮発性記憶媒体により構成され、該不揮発性記憶媒体の一部を書込み保護して第1の領域とし、他の書き込み可能な領域に第2の領域を設けることを特徴とする。
また、前記不揮発性記憶媒体は、複数の不揮発性記憶媒体により構成され、該複数の不揮発性記憶媒体の各々の一部領域を書込み保護して第1の領域とし、他の書き込み可能な領域に第2の領域を設けることを特徴とする。
回路構成用データを書き換える際に、何らかの理由で書き換え作業が中断したり、誤ったデータを書き換えてしまった場合においても、メインボード側からのソフトウェアによる記憶媒体上の回路構成データの更新手段を確保することが可能となる。
以下、本発明を図を用いて説明する。
図1に、本発明の組込システムを用いた例として、プリンタ装置の構成図を示す。プリンタ0100は、実際に印刷を行うプリンタエンジン0101と、例えば、ネットワーク経由で印刷ジョブデータを受信してプリンタエンジン0101で印刷可能な印刷画像データに変換してから転送するプリンタコントローラ0102と、操作パネル0103とから構成されている。
図2に、プリンタコントローラ0102の構成を示す。プリンタコントローラ0102は、CPU0201及びメモリ0202が、それぞれCPUバス0209、メモリバス0210を介してバスブリッジ0203に接続され、また、バスブリッジ0203は、PCIバス0211に接続されている。
PCIバス0211には、印刷ジョブデータ送信装置とのインターフェース(以下I/F)であるネットワークに接続するネットワークI/F回路0204、または、印刷ジョブデータを送信するホストマシンと直接接続するローカルI/F回路0205が接続されている。さらに、PCIバス0211には、操作パネル0103と接続されるパネルI/F回路0206、データの蓄積に用いられるハードディスクドライブ(HDD)0207、プリンタエンジン0101とのI/FであるエンジンI/F基板0208が接続されている。また、エンジンI/F基板0208には、動作切り替え用の切替スイッチ(SW)0212が接続されている。
プリンタコントローラ0102は、ネットワークI/F回路0204、またはローカルI/F回路0205を介して外部より印刷ジョブデータを受信する。CPU0201は、印刷ジョブデータについてラスタライズ処理を行い、メモリ0202上に内部イメージデータを生成する。生成された内部イメージデータは、一旦HDD0207に転送・蓄積され、その後エンジンI/F基板0208に転送される。
なお、本実施例では、図2で示されるプリンタコントローラ0102が、本発明の組込システムとなり、また、メインボード上に、CPU0201とCPUバス0209、メモリ0202とメモリバス0210、バスブリッジ0203、各IF回路(0204,0205,0206)が装着されている。
図3に、エンジンI/F基板0208の構成を示す。PLD(1)0301は、電源ON時に外部より、回路構成用データをプログラミングされることにより回路が構成されて動作を開始するプログラマブルロジックデバイス(PLD)である。なお、PLDは構成用データの内容を変更されることにより、論理回路が変更されるものである。また、本実施例において、”外部”とは、PCIバス0211を介して接続されるCPU0201を指す。
PLD(1)0301は、PCIバス0211との通信、プリンタエンジン0101との通信、MEMORY(1)0303及びMEMORY(2)0304の制御等、エンジンI/F基板208全ての動作を制御する。PLD(1)0301は、電源OFFにより内部に構成されている論理回路は消去される。このため、電源ON時には、毎回外部より回路がプログラミングされる。
PLD(2)0302は、PLD(1)0301と同様、回路構成を変更可能なプログラマブルロジックデバイスであるが、電源OFF時にも内部の回路構成は保存される構成となっている。そのため、電源ON時には、直ちに所定の動作を開始する。なお、本実施例ではPLDを用いているが、専用のASICやマイクロプロセッサ等により構成しても構わない。また、コスト及び動作速度を勘案し、PLD(1)は、高速・高集積/揮発性でプログラマブルな論理回路を実現可能なSRAMとし、PLD(2)は、低速・低集積/不揮発性でプログラマブルな論理回路を実現可能なフラッシュメモリとする。
MEMORY(1)0303、及びMEMORY(2)0304は、セクタ単位で書き換え可能なフラッシュメモリであり、また、セクタ単位で書き込み保護の設定を行う機能を有する。
PLD(1)0301は、PCIバス0211及びプリンタエンジン0101と接続されている。加えて、PLD(1)0301,PLD(2)0302,MEMORY(1)0303,MEMORY(2)0304は、バス構成で接続されている。PLD(1)0301とPLD(2)0302は、PLD(1)0301をプログラミングするための専用のインターフェースで接続されている。PLD(1)0301,PLD(2)0302には、いずれかが電源ON時に動作するかについて、予め設定を切り替えるための切替スイッチ(SW)0212が接続されている。
図4に、MEMORY(1)0303及びMEMORY(2)0304のアドレスマップを示す。図4に示すように、MEMORY(1)0303及びMEMORY(2)0304は、PCIバス0211側からは一つの連続したアドレス空間として扱われる。
MEMORY(1)0303及びMEMORY(2)0304とのインターフェース回路が、PLD(1)0301内に構成される。
このメモリ空間のアドレス0x00000〜0x7FFFFは、メインボード上で動作する組込システム用ソフトウェアが使用可能な領域(システムデータ領域)とする。この組込システム用ソフトウェアは、エンジンI/F基板0208が正常起動した後にメインボード上のメモリ0202に読み込まれ、CPU0201が本ソフトウェアを実行する。
アドレス0x80000〜0xBFFFFは、通常用いられるPLD(1)0301の回路構成用データを格納する領域1(回路構成データ領域1)とする。この領域1のデータについては、不具合の修正等、必要に応じて組込システム用ソフトウェアによって更新される。
また、アドレス0xC0000〜0xFFFFFは、上記領域1のデータを用いてPLD(1)0301をプログラミングして正常に動作しなかった場合に使用する回路構成用データを格納する領域2(回路構成データ領域2)とし、この領域2はデータを格納した後ライトプロテクトされる。即ち、MEMORY(2)0304は、領域の半分がライトプロテクトされた状態で基板上に搭載される。従って、領域2のデータについては、組込システム用ソフトウェアによる更新(書き込み)は不可能である。そのため、本領域2には、少なくとも、PLD(1)0301がPCIバス0211に対して正しく応答し、組込システム用ソフトウェアよりMEMORY(2)0304の領域1を更新可能であることが保証された回路構成用データを格納する必要がある。
次に、本組込システムの構成の動作について説明する。
まず、電源ON時は、PLD(2)0302が動作を開始して、MEMORY(2)0304の領域1のデータを用いてPLD(1)0301内に回路プログラミングを行う。本プログラミングが正常に行えたかどうかは、以下に示す2段階のチェックにより判定される。
第一のチェックは、プログラミングを行うデータのCRCコードをチェックする方法である。PLD(1)0301は、プログラミングされたデータに付加されたCRCコードと実際にプログラミングされたデータから算出したCRCコードとを比較し、一致した場合にはプログラミングが成功したことを、不一致となった場合はプログラミングが失敗した(データ異常)ことをPLD(2)0302に通知する。これにより、空白データのような誤ったデータをPLD(1)0301に書き込まれた場合の検出が可能となる。このCRCチェックの機能は、PLD(1)0301に、市販品として予めハードウェアとして備えられている。
第二のチェックは、PLD(1)0301に対してのプログラミングの完了後に行われる。PLD(2)0302は、PLD(1)0301からプログラミングが成功した通知を受け取った後、PLD(1)0301に構成される予め定められたレジスタ(”0”以外の値が入っているべきアドレス)に対して読み出しを行う。このとき、”0”以外の値が返ってきた場合にプログラミングが成功したと判定する。一方、正しく応答しない場合、又は”0”が返ってきた場合には、プログラミングが失敗したと判定する。これにより、データのフォーマットは正しいが、本システム以外のデータを誤って領域1に書き込んでしまった場合の検出が可能となる。
この第一及び第二のチェック方法において、プログラミングが失敗したと判定された場合には、PLD(2)0302は、再度自動でMEMORY(2)0304の領域2のデータを用いてPLD(1)0301のプログラミングをやり直す。
これら第一及び第二のチェック方法によってプログラミングが成功したと判定された場合にも関わらず、PLD(1)0301がPCIバス0211に正しく応答せず、組込システム用ソフトウェアからエンジンインターフェース基板0208を制御できない場合、あるいはMEMORY(2)0304の領域1を更新不可能となってしまう場合が想定される。
この場合に、ユーザーは、切替スイッチ0212を操作する。これにより、強制的にMEMORY(2)0304の領域2内のデータを用いて、PLD(1)0301のプログラミングが行われることが設定される。その後、ユーザーは電源を再投入する。
このとき、本組込システムのPLD(2)0302は、最初から領域1のデータを使用せずに領域2のデータを用いてプログラミングを行う。このとき、前記第一のチェックのみ行われ、前記第二のチェック方法は行われない。
領域2の回路構成用データは、組込システム全体の動作は保証しないが、PCIバス0211に対して正しく応答し、ソフトウェアよりMEMORY(2)0304の領域1を更新可能であることを保証しているデータであるので、本組込システムは、基板及び構成品が物理的に故障しない限り、正しいデータを領域1に書き込むことで、本システムを修復する手段を保証することが可能となる。
組込システム用ソフトウェアは、本組込システム起動後、PCIバス0211を経由して、PLD(1)0301が組込システムに対して用意している予め定められたレジスタにアクセスして、エンジンインターフェース基板0208が領域1のデータで起動しているのか、領域2のデータで起動しているのかを確認する。ここで、領域2のデータで起動しているのが確認された場合は、「領域2での緊急起動(組込システムの異常)」及び「エンジンインターフェース基板0208の領域1の回路構成用データの更新が必要である」旨を、操作パネル0103に表示する。本表示により、ユーザーは、所定の手順に従って領域1の回路構成用データの更新を行い、一旦電源を落として本組込システムを再起動する。
同様に、エンジンインターフェース基板0208が組込システム用ソフトウェアに対して応答しない場合は、切替スイッチ0212を操作して再起動することが必要であることを、操作パネル0103に表示する。本表示により、ユーザーは、一旦電源を落として切替スイッチ0212を切り替えて、領域2の回路構成用データを用いるように設定し、システムの再起動を行う。本組込システムが起動した際、前記のように「領域2での緊急起動」が表示されるため、所定の手順に従って領域1の回路構成用データの更新を行う。
この更新作業終了時、切替スイッチ0212の設定を、通常時の設定(即ち領域1での起動)に戻して再起動することが必要であることを、操作パネル0103に表示する。本表示により、ユーザーは、一旦電源を落として、切替スイッチ0212を通常時の設定にして本システムの再起動を行う。
なお、本実施例では、印刷ジョブデータの受信はネットワーク経由にて説明したが、これに限られず、その他の手段(ローカルインターフェイス接続や不揮発性記憶媒体等)でも構わない。また、本実施例におけるPCIバス0211についても、PCI接続に限られない。
図5に、実施例2におけるMEMORY(1)0303及びMEMORY(2)0304のアドレスマップを示す。
図5に示すように、アドレス空間自体は実施例1と同じであるが、メモリデバイスの使用の仕方が異なる構成となっている。この構成の場合は、MEMORY(1)0303及びMEMORY(2)0304のそれぞれ4分の1の領域(回路構成データ領域1)が、ライトプロテクトされた状態で基板上に搭載される。
通常、PCIバスはデータ幅が32bitあるいは64bitのバスであり、フラッシュメモリはデータ幅が8bitあるいは16bitが一般的である。
ここで、例えば、PCIバス0211のデータ幅を32bit、アクセスサイクルは30nsとし、フラッシュメモリのデータ幅を16bitとする。実施例1の図4のようなメモリ構成を採る場合、PCIバス0211からの32bitのデータ読み出し要求に対して、PLD0301(1)は2回のリードアクセスを実施する必要がある。
これに対して、実施例2の図5のようなメモリ構成を採る場合、PCIバス0211からの32bitのデータ読み出し要求に対して、PLD0301(1)は1回のリードアクセスで対応することが可能である。
また、フラッシュメモリのリードアクセスサイクルが30ns以下であれば、PCIバスからのマルチサイクルリードアクセスにも対応可能となり、より高速な応答を要求されるシステムに対して有効である。
本発明により、バスを介して接続され、接続されるデバイス自体がバスプロトコルに対応する必要がある組込システムにおいて、デバイスの回路構成のデータにトラブルが発生した場合であっても、データを再度更新可能な構成により、正常復帰が可能となる。
0100はプリンタ、0101はプリンタコントローラ、0102はプリンタエンジン、0103は操作パネル、0201はCPU、0202はメモリ、0203はバスブリッジ、0204はネットワークI/F回路、0205はローカルI/F回路、0206はパネルI/F回路、0207はハードディスクドライブ(HDD)、0208はエンジンI/F基板、0209はCPUバス、0210はメモリバス、0211はPCIバス、0212は切替スイッチ(SW)、0301はPLD(1)、0302はPLD(2)、0303はMEMORY(1)、0304はMEMORY(2)である。
Claims (6)
- 演算装置が搭載されている基板1と、バスを介して前記演算装置と接続される基板2とを含む組込システムにおいて、
前記基板2上には、電源投入時に、回路構成用データをプログラミングされることにより回路が構成されて動作を開始し、前記回路構成用データの内容を変更することにより、構成する回路を変更可能なプログラミングロジックデバイスを用い、前記バスとのインターフェース回路、及び、本PLD自身の回路構成用データが格納されている不揮発性記憶媒体とのインタフェース回路を含む第1の論理回路と、
前記第1の論理回路に対して、前記不揮発性記憶媒体から回路構成用データを読み出して、第1の論理回路をプログラミングする第2の論理回路と、
前記不揮発性記憶媒体は、前記第1の論理回路の回路構成用データを2つ以上格納するデータ領域を有し、且つ、該領域をそれぞれ独立に書換え・書込み保護可能であり、
前記データ領域には、前記第1の論理回路において通常時に使用する回路構成用データを格納する第1の領域と、前記第1の論理回路の回路構成用データが格納されている第2の領域とが設定され、
該第2の領域には、前記演算装置が前記第1の領域の回路構成用データを更新するために必要となる前記バスとのインターフェース回路、及び前記記憶媒体の第1の領域を更新するインターフェース回路の動作を保証した回路構成用データを格納し、
前記第2の論理回路は、前記第1の論理回路を、前記第1の領域の回路構成用データを用いてプログラミングした場合に、前記第1の論理回路が意図した動作をしていることを確認する確認手段を有し、前記第1の論理回路が正常に動作していないと判断した場合は、前記第2の領域の回路構成用データを用いて、再度自動で前記第1の論理回路をプログラミングし、
前記第1の論理回路が前記第2の領域のデータでプログラミングされていることを表示する表示手段とを有することを特徴とする組込システム。 - 前記第2の論理回路は、プログラマブルロジックデバイスであることを特徴とする請求項1記載の組込システム。
- 前記第2の論理回路は、マイクロプロセッサであることを特徴とする請求項1記載の組込システム。
- 組込システムの起動時に、前記第1の論理回路と前記第2の論理回路のいずれを起動するかを設定するスイッチを備え、
前記第1の領域のデータを用いて、前記第1の論理回路をプログラミングした場合に、前記確認手段によって、前記第1の回路が意図した動作をしていると判定されたあと、
前記第2の論理回路が、前記スイッチの設定により、前記第1の領域のデータを用いずに前記第2の領域のデータを用いて、前記第1の論理回路をプログラミングさせるモードを有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の組込システム。 - 前記不揮発性記憶媒体は、単一の不揮発性記憶媒体により構成され、該不揮発性記憶媒体の一部を書込み保護して第1の領域とし、他の書き込み可能な領域に第2の領域を設けることを特徴とする請求項4の組込システム。
- 前記不揮発性記憶媒体は、複数の不揮発性記憶媒体により構成され、該複数の不揮発性記憶媒体の各々の一部領域を書込み保護して第1の領域とし、他の書き込み可能な領域に第2の領域を設けることを特徴とする請求項4の組込システム。
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Cited By (2)
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JP2012190368A (ja) * | 2011-03-13 | 2012-10-04 | Sii Network Systems Kk | コンフィグレーション冗長化装置および、コンフィグレーション手法 |
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