JP2012103882A

JP2012103882A - ２重系演算処理装置の監視装置

Info

Publication number: JP2012103882A
Application number: JP2010251486A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Ogawa; 泰生小川
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2010-11-10
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2012-05-31

Abstract

【課題】２重系演算処理装置の安全性、信頼性を向上する。
【解決手段】第１の照合回路ユニット１０（照合回路１１）は、同期して動作する２個のＣＰＵのバス上のデータを照合して、一致しているときに交番信号を出力し、不一致のときにその交番信号の出力を停止する。第２の照合回路ユニット２０（照合回路２１）は、２重系として設けられる。選択器としてのオア回路３０は、照合回路ユニット１０、２０のうち一方から交番信号が入力されているときに、その交番信号を選択して出力する。異常検出回路４０は、オア回路３０からの交番信号を監視し交番信号の出力が停止されたときに異常を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの演算処理装置（ＣＰＵ）を完全に同期させて処理データ（バス上のデータ）の一致を常時監視することにより処理の正当性を保証する２重系演算処理装置の監視装置に関する。

従来、例えば鉄道信号保安装置や産業ロボットのように高い安全性と高い信頼性の要求される制御システムとして、特許文献１などに示されるように、バス同期２重系演算処理装置が存在している。

バス同期２重系演算処理装置は、同期して動作する２個の演算処理装置（ＣＰＵ）と、これらの演算処理装置のバス（バス上のデータ）を照合する照合回路を含む監視装置とから構成される。

監視装置は、同期して動作する２個の演算処理装置（ＣＰＵ）のバス上のデータを照合して、一致しているときに交番信号を出力し、不一致のときにその交番信号の出力を停止する照合回路と、該照合回路からの交番信号を監視し交番信号の出力が停止されたときに異常を検出する異常検出回路とを含んで構成される。
尚、照合回路は、リード／ライト信号などに基づいて生成される照合タイミングにて、２系統のバス上の所定ビット長のデータをビットごとに比較する。

特開２００３−０４４３０９号公報

上記のようなバス同期２重系演算処理装置は、フェイルセーフ性が極めて高い。
しかし、一過性のノイズや、メモリの一時的なビット反転などが発生すると、照合回路がこれを検出して交番信号の出力を停止させるため、異常検出回路がこれを検出して、システムを停止させてしまうという問題点があった。また、照合回路自体が故障して交番信号の出力が停止された場合も同様の問題点があった。

本発明は、このような実状に鑑み、一過性のノイズ等では異常検出によるシステム停止に至らないようにして実用性を高めることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、照合回路を複数設けて、複数の照合回路の出力を選択器を介して異常検出回路に入力する構成とし、前記選択器は、少なくとも１つの照合回路から交番信号が入力されているときに、その交番信号を選択して出力する構成とした。

本発明によれば、何らかの理由で１つの照合回路の交番信号が停止されても、他の照合回路の交番信号が正常に出力されているときは、選択器により交番信号を選択的に出力して、異常検出によりシステム停止に至るのを防止できる。従って、一過性のノイズ等で１つの照合回路において不一致を生じた場合や、１つの照合回路が故障した場合に、他の照合回路に切換えて、システムの運転を継続できるようになる。

本発明の一実施形態を示す２重系演算処理装置の監視装置の構成図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す２重系演算処理装置の監視装置の構成図である。
本実施形態では、２重系演算処理装置として、完全に同期して動作する２つのＣＰＵ（Ａ系ＣＰＵ及びＢ系ＣＰＵ）を備える。

そして、同期して動作する２つのＣＰＵの処理データの一致を常時監視することにより処理の正当性を保証するための監視装置の主要部として、２つのＣＰＵのデータバスＤＢａ、ＤＢｂ（データバスＤＢａ、ＤＢｂ上のデータ）を照合する照合回路ユニットが設けられるが、２重系として、第１及び第２の照合回路ユニット１０、２０が設けられる。

第１の照合回路ユニット１０は、その中核をなす照合回路１１、ゲート１２、動作確認カウンタ１３及びリセット回路１４を含んで構成される。同様に、第２の照合回路ユニット２０は、その中核をなす照合回路２１、ゲート２２、動作確認カウンタ２３及びリセット回路２４を含んで構成される。これらは２重系をなすように同一の構成であるので、第１の照合回路ユニット１０について詳しく説明する。

第１の照合回路ユニット１０の中核をなす照合回路１１には、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａとＢ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂとが接続されている。
照合回路１１は、各ＣＰＵの同期したリード／ライト信号などに基づくデータ照合タイミングにて、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａとＢ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂとからそれぞれ所定ビット長（例えば３２ビット長）のデータを取込んで、これらのデータを比較することにより、一致・不一致を判定する。そして、データ照合タイミングにて一致する毎に出力信号をＬレベルからＨレベルに反転させることで、一致している間、出力ラインＬ１から、交番信号を出力させる。不一致のときは、出力信号をＬレベルからＨレベルに反転させないため、出力ラインＬ１からの交番信号の出力が停止される。
照合回路１１はまた、不一致のときに、別の出力ラインＬ２から、ＨレベルのＮＧ信号を発生させる。

照合回路１１の交番信号の出力ラインＬ１にはゲート１２が設けられる。このゲート１２はＮＧ信号の出力ラインＬ２の信号で制御される。
すなわち、このゲート１２は、ＮＧ信号の出力ラインＬ２の信号がＬレベル（データ一致）のときは、ＯＮ状態（導通状態）となって、出力ラインＬ１の交番信号をそのまま出力し、ＮＧ信号の出力ラインＬ２の信号がＨレベル（データ不一致）のときは、ＯＦＦ状態（遮断状態）となって、このときのゲート出力はＬレベルの固定信号となる。

尚、動作確認カウンタ１３は、照合回路１１の出力の立上がりエッジにてカウントする。従って、照合回路１１が停止した際には本カウンタ１３も停止する。そして、動作確認カウンタ１３の計数結果は各系ＣＰＵへ出力され、照合回路１１の動作状態の確認に用いられる。

また、リセット回路１４は、照合回路１１が片系のみ故障で停止した際に、復旧を試みるためのものである。動作確認カウンタ１３が停止したことをソフトウエアで検出した際にリセットすることで照合回路１１の復旧を試みる。

第２の照合回路ユニット２０は、前述のように、第１の照合回路ユニット１０と２重系をなすよう、第１の照合回路ユニット１０と同じ構成であり、照合回路２１、ゲート２２、動作確認カウンタ２３及びリセット回路２４を備える。よって、説明は省略する。

第１及び第２の照合回路ユニット１０、２０の出力、すなわち、２つの照合回路１１、２１からのゲート１２、２２を介しての出力は、選択器としてのオア回路３０に入力されている。従って、照合回路１１、２１のいずれか一方から交番信号が出力されていれば、オア回路３０から交番信号が出力される。

オア回路３０の出力は異常検出回路（交番信号検出回路）４０に入力されている。異常検出回路４０は、交番信号が出力されているか否かを検出するもので、交番信号が検出されている場合は、正常信号を出力し、交番信号が検出されなくなった場合に、異常信号を出力する。具体的には、自動列車制御装置（ＡＴＣ）、自動列車運転装置（ＡＴＯ）、自動列車停止装置（ＡＴＳ）などを含む鉄道信号保安装置では、異常検出回路４０の出力側には監視リレー５０があり、正常信号により、監視リレー５０を扛上（ＯＮ）し、異常信号により、監視リレー５０を落下（ＯＦＦ）する。

次に作用を説明する。
〔両方でデータ一致の場合〕
第１の照合回路ユニット１０の照合回路１１にて、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａ上のデータと、Ｂ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂ上のデータとが一致していると判定されているときは、照合回路１１の出力ラインＬ１からゲート１２を介して交番信号が出力されている。
また、第２の照合回路ユニット２０の照合回路２１にても、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａ上のデータと、Ｂ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂ上のデータとが一致していると判定されているときは、照合回路２１の出力ラインＬ１からゲート２２を介して交番信号が出力されている。
従って、この場合は、オア回路３０から交番信号が出力され、異常検出回路４０が正常信号を出力する結果、監視リレー５０を扛上（ＯＮ）して、システムの運転を継続する。

〔両方でデータ不一致の場合〕
第１の照合回路ユニット１０の照合回路１１にて、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａ上のデータと、Ｂ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂ上のデータとが不一致であると判定されたときは、ゲート１２の出力がＬレベルの固定信号となる。
また、第２の照合回路ユニット２０の照合回路２１にても、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａ上のデータと、Ｂ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂ上のデータとが不一致であると判定されたときは、ゲート２２の出力もＬレベルの固定信号となる。
従って、この場合は、オア回路３０の出力がＬレベルの固定信号となり、異常検出回路４０が異常信号を出力する結果、監視リレー５０を落下（ＯＦＦ）して、システムを停止させる。

〔一方でデータ不一致、他方でデータ一致の場合〕
一過性のノイズや、メモリの一時的なビット反転を生じて、一方の、例えば第１の照合回路ユニット１０にて、データ不一致と判定された場合は、次のようになる。
第１の照合回路ユニット１０の照合回路１１にて、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａ上のデータと、Ｂ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂ上のデータとが不一致であると判定されるので、ゲート１２の出力がＬレベルの固定信号となる。
これに対し、第２の照合回路ユニット２０の照合回路２１にては、Ａ系ＣＰＵのデータバスＤＢａ上のデータと、Ｂ系ＣＰＵのデータバスＤＢｂ上のデータとが一致していると判定されるので、照合回路２１の出力ラインＬ１からゲート２２を介して交番信号が出力されている。
従って、この場合は、オア回路３０が第２の照合回路ユニット２０を実質的に選択し、オア回路３０から交番信号が出力される。よって、異常検出回路４０が正常信号を出力する結果、監視リレー５０を扛上（ＯＮ）して、システムの運転を継続する。

また、一方の、例えば第１の照合回路ユニット１０（照合回路１１）が故障した場合も同様で、第１の照合回路ユニット１０側のゲート１２の出力がＬレベルの固定信号となるのに対し、第２の照合回路ユニット２０側のゲート２２の出力が交番信号となるので、オア回路３０から交番信号が出力される。よって、異常検出回路４０が正常信号を出力する結果、監視リレー５０を扛上（ＯＮ）して、システムの運転を継続する。

以上のように、一方の照合回路ユニット１０の交番信号が停止されても、他方の照合回路ユニット２０の交番信号が正常に出力されているときは、選択器としてのオア回路３０により交番信号を選択的に出力して、異常検出によりシステム停止に至るのを防止することできる。従って、一過性のノイズ等で一系統の照合回路において不一致を生じた場合や、一系統の照合回路が故障した場合に、他系統の照合回路に切換えて、システムの運転を継続できるようになる。すなわち、正常な照合回路側の交番信号を用いる制御に切換えることができる。

また、本実施形態によれば、照合回路、は２つ設けられ、選択器が、オア回路３０により構成されて、いずれか一方の照合回路から交番信号が入力されているときに、その交番信号を選択して出力する構成とすることにより、比較的簡単な構成で、フェイルセーフな構成のまま冗長構成を実現することができる。

また、本実施形態によれば、照合回路１１、１２は、交番信号の出力ラインＬ１にゲート１２、２２を有し、これらのゲート１２、２２は、照合結果が不一致のときに、遮断されて、出力をＬレベルに固定する構成とすることにより、選択器をオア回路３０で構成可能となる。

尚、以上の説明では、照合回路を２つ設けて、交番信号を出力している正常な照合回路を切換え使用するようにしているが、照合回路を３つ以上設けて、３つ以上で切換える方式としてもよい。また、相互に切換える方式とする他、奇数個であれば、多数決をとる方式としてもよい。また、切換えは、照合回路からの交番信号の出力が停止したことを検出したタイミングで行うようにしてもよいし、あるいは他の類似の手法で切換えるようにしてもよい。

また、複数設ける照合回路は、「同期して作動する２個の演算処理装置（ＣＰＵ）のバス上のデータを照合して、一致しているときに交番信号を出力し、不一致のときに交番信号の出力を停止する」という機能を有していれば、全く同一のものでなくてもよく、それぞれに特徴を持たせてもよい。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１０第１の照合回路ユニット
１１照合回路
１２ゲート
１３カウンタ
１４リセット回路
２０第２の照合回路ユニット
２１照合回路
２２ゲート
２３カウンタ
２４リセット回路
３０オア回路
４０異常検出回路
５０監視リレー

Claims

同期して動作する２個の演算処理装置のバス上のデータを照合して、一致しているときに交番信号を出力し、不一致のときにその交番信号の出力を停止する照合回路と、該照合回路からの交番信号を監視し交番信号の出力が停止されたときに異常を検出する異常検出回路と、を備える２重系演算処理装置の監視装置において、
前記照合回路を複数設けて、複数の照合回路の出力を選択器を介して前記異常検出回路に入力する構成とし、
前記選択器は、少なくとも１つ照合回路から交番信号が入力されているときに、その交番信号を選択して出力する構成としたことを特徴とする２重系演算処理装置の監視装置。
前記照合回路は２つ設けられ、
前記選択器は、オア回路により構成されて、いずれか一方の照合回路から交番信号が入力されているときに、その交番信号を選択して出力することを特徴とする請求項１記載の２重系演算処理装置の監視装置。
前記照合回路は、交番信号の出力ラインにゲートを有し、
前記ゲートは、照合結果が不一致のときに、遮断されて、出力をＬレベルに固定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の２重系演算処理装置の監視装置。