JP2012154809A - モニタリング装置及びモニタリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＳＩ等の不具合発生時の原因追求を容易化する。
【解決手段】ＬＳＩ内又はＬＳＩの近傍にモニタリング装置１００を配置し、モニタリング装置１００内で、周波数カウンタ２０が、一定時間でのリングオシレータ１０の発振周波数を計測し、計測した発振周波数を示す発振周波数情報を生成し、時刻カウンタ３０が、周波数カウンタ２０により発振周波数が計測された時刻を示す時刻情報を生成し、出力制御部８０が、発振周波数情報と時刻情報とを対応付けて記憶装置９０に出力し、記憶装置９０が、発振周波数情報と時刻情報をログとして記憶する。これにより、ＬＳＩが起動してから不具合発生までの間の発振周波数の推移を観測することで遅延の相対的な変化を確認することができ、ＬＳＩの個体差を気にする必要がなく、不具合発生時の原因追求を容易化できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の半導体回路をモニタリングする技術に関する。

ＬＳＩやＬＳＩを用いた装置の不具合発生の原因としては、回路設計誤りといったものの他に温度や電圧などの動作環境が動作可能範囲を超えることやＬＳＩ自身の回路動作に伴う発熱による遅延の増加などがある。
このうち、動作環境が原因で発生した不具合は発生時の状況を把握しておかなければ再現することは困難であることから動作時の環境をモニタリングすることは重要である。
しかし温度センサや電圧センサを用いてチップの温度や電圧をモニタリングするにはコストがかかる。
そのため、チップ内部の回路にて遅延時間をモニタリングし、予め定められた以上の遅延が発生したときに信号を出力する方法が従来技術としてある。
例えば特許文献１では、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型電界効果トランジスタのホットキャリア等による素子特性の劣化をモニタリングするためにリングオシレータの周波数を周波数カウンタで測定し、所定の下限値と比較した結果を劣化検出信号として出力する。

特開平９−１２７１８６号公報

ＬＳＩには個体差があり、同じ温度下や遅延時間であっても不具合が発生するものと発生しないものがある。
そのため、特許文献１の技術では、ＬＳＩごとに最適な劣化検出信号の出力条件を調整することが難しいという課題がある。

本発明は、上記課題を解決することを主な目的としており、不具合が発生したときの原因が遅延によるものであるかをＬＳＩの個体差を気にすることなく推測することができるための構成を提供し、不具合発生時の原因追求を容易化することを目的とする。

本発明に係るモニタリング装置は、
オシレータと、
前記オシレータによる発振周波数を計測し、計測した発振周波数を示す発振周波数情報を生成する周波数カウンタと、
前記周波数カウンタにより発振周波数が計測された時刻を示す時刻情報を生成する時刻カウンタと、
前記周波数カウンタにより生成された発振周波数情報を入力し、前記時刻カウンタにより生成された時刻情報を入力し、入力した発振周波数情報と時刻情報とを対応付けて出力先にする出力する出力制御部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、発振周波数情報と時刻情報とを対応付けて出力するため、出力先において発振周波数情報と時刻情報とを対応付けて記録しておくことで、長時間の遅延時間の変化を時系列で把握することができる。
そのため、モニタリングの対象が起動してから不具合発生までの間の発振周波数の推移を観測することで遅延の相対的な変化を確認することができ、モニタリング対象の個体差を気にする必要がなく、不具合発生時の原因追求を容易化できる。

実施の形態１に係るモニタリング装置の構成例を示す図。 実施の形態２に係るモニタリング装置の構成例を示す図。 実施の形態３に係るモニタリング装置の構成例を示す図。 実施の形態４に係るモニタリング装置の構成例を示す図。 実施の形態５及び６に係るモニタリング装置の構成例を示す図。

実施の形態１．
図１に実施の形態１におけるモニタリングシステムの構成例を示す。
本実施の形態に係るモニタリングシステムは、モニタリング装置１００と記憶装置９０から構成されている。
少なくともモニタリング装置１００は、ＬＳＩ内又はＬＳＩの近傍に配置されている。

図１において、リングオシレータ１０は、奇数個のインバータをリング状に接続し、常に発振し続ける回路である。
周波数カウンタ２０は、一定時間でのリングオシレータ１０の発振周波数を計測し、計測した発振周波数を示す発振周波数情報を生成するカウンタである。
時刻カウンタ３０は、ＬＳＩの動作時刻、つまり、周波数カウンタ２０により発振周波数が計測された時刻を示す時刻情報を生成する。
時刻カウンタ３０は、実時刻を示すカウンタでも、ＬＳＩが動作を開始してからのクロック数を計測するカウンタでもよい。
出力制御部８０は、周波数カウンタ２０により生成された発振周波数情報を入力し、時刻カウンタ３０により生成された時刻情報を入力し、入力した発振周波数情報と時刻情報とを対応付けて記憶装置９０に出力する。
出力制御部８０は、例えば、電子回路で構成される。
記憶装置９０は、出力制御部８０から出力された発振周波数情報と時刻情報をログとして複数記憶しておくことのできる記憶装置である。
記憶装置９０は、ＬＳＩ内部のメモリであってもＬＳＩ外部のメモリやディスクであってもよい。

次に、本実施の形態に係るモニタリング装置１００の動作例を説明する。

本実施の形態では、リングオシレータ１０が一定時間に発振した回数を周波数カウンタ２０で計測し、計測した発振周波数を示す発振周波数情報を生成し、出力制御部８０に出力する。
また、時刻カウンタ３０が、周波数カウンタ２０により発振周波数が計測された時刻を示す時刻情報を生成し、出力制御部８０に出力する。
出力制御部８０は、周波数カウンタ２０からの発振周波数情報と時刻カウンタ３からの時刻情報を対応付けて記憶装置９０に書き込む。
記憶装置９０には出力制御部８０によって書き込まれた発振周波数情報、時刻情報が蓄積されていく。
出力制御部８０が記憶装置９０の容量を超える情報の書き込みを行う場合は、古い情報を上書きする。

リングオシレータ１０は温度が高くなると遅延が大きくなり、発振周波数が小さくなる。
そのため、ＬＳＩ周囲の温度の上昇や電圧の低下、ＬＳＩ内部の回路の動作による発熱によって温度が上昇すると周波数カウンタ２０から出力される発振周波数も小さくなる。

このように、本実施の形態では時刻情報と共に発振周波数情報を記憶装置９０に記録しておくことで、長時間の遅延時間の変化を時系列で把握することができる。
そのため、ＬＳＩが起動してから不具合発生までの間の発振周波数の推移を観測することで遅延の相対的な変化を確認することができ、ＬＳＩの個体差を気にする必要はなくなる。

以上、本実施の形態では、
リングオシレータと、
一定期間の発振回路の発振周波数を計測する周波数カウンタと、
周波数カウンタによって発振周波数を計測した時刻を出力する時刻カウンタと、
リングオシレータの発振周波数を周波数カウンタで計測した結果を、時刻カウンタで計測している時刻情報と共に出力するモニタリング装置を説明した。

実施の形態２．
図２は、実施の形態２のモニタリングシステムの構成例を示す図である。
実施の形態１（図１）と同じ構成については同じ番号を振り、説明は省略する。
回路ブロック１１０ａ〜１１０ｎは、ＬＳＩの本来の機能を実現するための回路ブロックであり、全ての回路ブロックが同時に動作することもあれば、いくつかの回路ブロックのみが動作するような状況が発生する。
実施の形態２のモニタリング装置１０１は、リングオシレータ１０、周波数カウンタ２０、時刻カウンタ３０、出力制御部８１に加え、回路ブロック動作状況収集部４０を備える。
回路ブロック動作状況収集部４０は、回路ブロック１１０ａ〜１１０ｎに接続され、回路ブロック１１０ａ〜１１０ｎのうち、実際に動作している回路ブロックを把握する。
回路ブロック動作状況収集部４０は、例えば、電子回路で構成される。
回路ブロック動作状況収集部４０は、実際に動作している回路ブロックの動作状況を示す信号を収集し、回路ブロックの動作状況を示す回路ブロック動作状況情報を生成する。
回路ブロック動作状況収集部４０が収集する信号としては各回路ブロック１１０が動作しているかどうかを示す信号が挙げられる。

実施の形態２では、リングオシレータ１０の発振周波数を周波数カウンタ２０で計測した結果が示される発振周波数情報と、時刻カウンタ３０で生成された時刻情報に加え、回路ブロック動作状況収集部４０が生成した回路ブロック１１０ａ〜１１０ｎの動作状況を示す回路ブロック動作状況情報が出力制御部８１に出力される。
出力制御部８１は、発振周波数情報と時刻情報と回路ブロック動作状況情報とを対応付けて記憶装置９０に書き込む。

このように、実施の形態２によれば、発振周波数に加えてＬＳＩ内部の回路ブロックの動作状況を把握することができる。
そのため、ＬＳＩ内部の動作による発熱についても推測することができるため、不具合発生時に記録した遅延情報とＬＳＩ内部の動作状況を確認することができるため、不具合発生要因の詳細な分析を行うことができる。

以上、本実施の形態では、
実施の形態１に示した構成に加えて、
ＬＳＩ内の回路ブロックの動作状況を取得する回路ブロック動作状況収集部を備え、
発振周波数と時刻情報、ＬＳＩ内部の回路の動作状況を出力するモニタリング装置を説明した。

実施の形態３．
図３は、実施の形態３のモニタリングシステムの構成例を示す図である。
実施の形態１（図１）と同じ構成については同じ番号を振り、説明は省略する。
実施の形態３では、ＬＳＩの内部または外部にプロセッサ装置たるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１２０を備え、モニタリング装置１０２の内部にはＣＰＵ１２０の動作状況を示す信号を収集し、ＣＰＵ１２０の動作状況を示すプロセッサ動作状況情報を生成するプロセッサ動作状況収集部５０を備える。
プロセッサ動作状況収集部５０は、例えば、ＣＰＵ１２０上で実行されているソフトウェア（Ｓ／Ｗ）の処理内容を示す信号を収集する。
例えば、ＣＰＵ１２０は、実行するプロセスが変化する際にプロセッサ動作状況収集部５０にこれから実行するプロセスを示す信号を出力し、プロセッサ動作状況収集部５０はＣＰＵ１２０からの信号に基づきプロセッサ動作状況情報を生成する。
なお、ＣＰＵ１２０がプロセッサ動作状況収集部５０に出力する信号の例としてはプロセスの名前やＩＤ（Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）を示す信号がある。
プロセッサ動作状況収集部５０は、例えば、電子回路で構成される。

実施の形態３では、リングオシレータ１０の発振周波数を周波数カウンタ２０で計測した結果が示される発振周波数情報と、時刻カウンタ３０で生成された時刻情報に加え、プロセッサ動作状況収集部５０が生成したＣＰＵ１２０の動作状況（例えば、Ｓ／Ｗの処理内容）を示すプロセッサ動作状況情報が出力制御部８２に出力される。
出力制御部８２は、発振周波数情報と時刻情報とプロセッサ動作状況情報とを対応付けて記憶装置９０に書き込む。

このように、実施の形態３では、時刻情報に加えＳ／Ｗの処理情報も記録するため、遅延が発生したときの処理内容を把握することができる。
そのため、ＣＰＵ１２０が実行するＳ／Ｗ処理によってＬＳＩ内部の回路ブロックの動作を把握することができるのであれば、実施の形態２と同様、ＬＳＩ内部の回路の動作による発熱度合いを把握することができる。
また、ＣＰＵ１２０が実行するＳ／Ｗ処理によって、特定の処理を行ったときに不具合が発生するかどうかなど、遅延以外の原因による不具合解析も行うことができる。
なお、ここでは、プロセッサ装置の例としてＣＰＵ１２０を説明したが、他の種類のプロセッサ装置でもよく、例えば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の動作状況を示す情報を生成するようにしてもよい。

本実施の形態では、
実施の形態１の構成に加えて、
ＣＰＵ上のＳ／Ｗの処理内容等の情報を収集するプロセッサ動作状況収集部を備え、
発振周波数と時刻情報、Ｓ／Ｗの処理内容を出力するモニタリング装置を説明した。

実施の形態４．
図４は、実施の形態４のモニタリングシステムの構成例を示す図である。
実施の形態４は実施の形態２（図２）の構成に、実施の形態３（図３）で示したプロセッサ動作状況収集部５０をモニタリング装置１０３に備える。

本実施の形態では、リングオシレータ１０の発振周波数を周波数カウンタ２０で計測した結果が示される発振周波数情報と、時刻カウンタ３０で生成された時刻情報に加え、回路ブロック動作状況収集部４０で生成した回路ブロック１１０ａ〜１１０ｎの動作状況を示す回路ブロック動作状況情報、プロセッサ動作状況収集部５０が生成したＣＰＵ１２０の動作状況（例えば、Ｓ／Ｗの処理内容）を示すプロセッサ動作状況情報が出力制御部８３に出力される。
出力制御部８３は、発振周波数情報と時刻情報と回路ブロック動作状況情報とプロセッサ動作状況情報とを対応付けて記憶装置９０に書き込む。

このように回路ブロックの動作状況とＳ／Ｗの処理内容の両方を記録しておくことでＣＰＵ１２０の処理と回路ブロック１１０の関係についても把握することができることから、不具合発生時の詳細な要因分析を行うことができる。

以上、本実施の形態では、
実施の形態３に示した構成に加えて、
ＬＳＩ内の回路ブロックの動作状況を取得する回路ブロック動作状況収集部を備え、
発振周波数と時刻情報、Ｓ／Ｗの処理内容、ＬＳＩ内部の回路の動作状況を出力するモニタリング装置を説明した。

実施の形態５．
図５は、実施の形態５のモニタリングシステムの構成例を示す図である。
実施の形態４（図４）と同じ構成については同じ番号を振り、説明は省略する。
実施の形態５では実施の形態４の構成に加えて比較部７０を備える。
比較部７０は、記憶装置９０に記録された発振周波数と出力制御部８４に入力された発振周波数とを比較し、その差分を求める。
つまり、比較部７０は、出力制御部８４から記憶装置９０に未出力の発振周波数情報を入力し、また、出力制御部８４から既に記憶装置９０に出力された発振周波数情報を入力し、未出力の発振周波数情報に示されている発振周波数と出力済の発振周波数情報に示されている発振周波数とを比較する。

実施の形態５では、比較部７０がリングオシレータ１０の発振周波数を周波数カウンタ２０で計測した値ｆ１と、記憶装置９０に一番新しく記録されている発振周波数ｆ０を比較する。
その結果、両方の発振周波数の差（ｆ１−ｆ０）が一定の値ｆａ以上の場合のみ、出力制御部８４は、記憶装置９０に未出力の発振周波数情報（発振周波数の値がｆ１）と、当該未出力の発振周波数情報と対応付けられる遅延情報（時刻情報、回路ブロックの動作情報、ＣＰＵの動作情報）を対応付けて記憶装置９０に書き込む。
このようにすることで、発振周波数がある一定以上の差があった時のみ記憶装置９０に情報が書き込まれるため、記憶装置９０へ書き込むデータの量を削減することができる。

以上、本実施の形態では、
実施の形態１〜４のいずれかの構成に加えて、
過去にモニタリング装置から出力した発信周波数と、周波数カウンタから出力した発振周波数を比較する比較部を備え、
比較した結果の周波数の差分がある一定の範囲以上であれば、発振周波数をはじめとする遅延情報を出力するモニタリング装置を説明した。

実施の形態６．
実施の形態６のモニタリングシステムの構成は実施の形態５の構成（図５）と同じである。
実施の形態６では、比較部７０は発振周波数だけでなく、回路ブロック動作状況収集部４０による回路ブロック１１０の動作状況と記憶装置９０に格納されている一番新しい回路ブロック１１０の動作状況を比較する。
つまり、比較部７０は、出力制御部８４から記憶装置９０に未出力の回路ブロック動作状況情報を入力し、出力制御部８４から既に記憶装置９０に出力された回路ブロック動作状況情報を入力し、未出力の回路ブロック動作状況情報に示されている回路ブロックの動作状況と出力済の回路ブロック動作状況情報に示されている回路ブロックの動作状況とを比較する。
そして、出力制御部８４は、比較部７０の比較の結果、２つの動作状況が異なる場合に、未出力の回路ブロック動作状況情報と、当該未出力の回路ブロック動作状況情報と対応付けられる遅延情報（発振周波数の情報、時刻情報、ＣＰＵの動作情報）を対応付けて記憶装置９０に書き込む。

または、比較部７０は、出力制御部８４から記憶装置９０に未出力のプロセッサ動作状況情報を入力し、出力制御部８４から既に記憶装置９０に出力されたプロセッサ動作状況情報を入力し、未出力のプロセッサ動作状況情報に示されているプロセッサの動作状況と出力済のプロセッサ動作状況情報に示されているプロセッサの動作状況とを比較する。
そして、出力制御部８４は、比較部７０の比較の結果、２つの動作状況が異なる場合に、未出力のプロセッサ動作状況情報と、当該未出力のプロセッサ動作状況情報と対応付けられる遅延情報（発振周波の情報数、時刻情報、回路ブロックの動作情報）を対応付けて記憶装置９０に書き込む。

このようにすることで、ＬＳＩ内部で一定以上の遅延が発生したときだけでなく、内部の動作状況についてもモニタリングすることができるので、詳細な分析を行うことができる。

また、実施の形態６の構成から回路ブロック動作状況収集部４０またはプロセッサ動作状況収集部５０のいずれか一方または両方を取り除いた構成が考えられる。
これらの構成は実施の形態１〜３に比較部７０を備えたものと同じであり、実施の形態１〜３の効果に加え、記憶装置９０へ書き込むデータ量を削減することができる効果が発生する。

本実施の形態では、
実施の形態５で説明した比較部は発振周波数だけでなく、
モニタリング装置から出力したＬＳＩ内部の回路の動作状況またはＳ／Ｗの処理内容についても比較し、
発振周波数が前回の値とある一定の範囲内であってもＬＳＩ内部の回路の動作状況またはＳ／Ｗの処理内容が異なっていれば発振周波数をはじめとする遅延情報を出力するモニタリング装置を説明した。

１０ リングオシレータ、２０ 周波数カウンタ、３０ 時刻カウンタ、４０ 回路ブロック動作状況収集部、５０ プロセッサ動作状況収集部、７０ 比較部、８０ 出力制御部、８１ 出力制御部、８２ 出力制御部、８３ 出力制御部、８４ 出力制御部、９０ 記憶装置、１００ モニタリング装置、１０１ モニタリング装置、１０２ モニタリング装置、１０３ モニタリング装置、１０４ モニタリング装置、１１０ 回路ブロック、１２０ ＣＰＵ。

Claims (9)

1. オシレータと、
   前記オシレータによる発振周波数を計測し、計測した発振周波数を示す発振周波数情報を生成する周波数カウンタと、
   前記周波数カウンタにより発振周波数が計測された時刻を示す時刻情報を生成する時刻カウンタと、
   前記周波数カウンタにより生成された発振周波数情報を入力し、前記時刻カウンタにより生成された時刻情報を入力し、入力した発振周波数情報と時刻情報とを対応付けて出力先にする出力する出力制御部とを有することを特徴とするモニタリング装置。
2. 前記モニタリング装置は、更に、
   前記出力制御部から前記出力先に未出力の発振周波数情報を入力し、前記出力制御部から既に前記出力先に出力された発振周波数情報を入力し、未出力の発振周波数情報に示されている発振周波数と出力済の発振周波数情報に示されている発振周波数とを比較する比較部を有し、
   前記出力制御部は、
   前記比較部による比較の結果、発振周波数間の差が所定の条件に合致する場合に、未出力の発振周波数情報と、当該未出力の発振周波数情報と対応付けられる未出力の時刻情報とを対応付けて前記出力先にする出力することを特徴とする請求項１に記載のモニタリング装置。
3. 前記モニタリング装置は、
   半導体回路内又は半導体回路の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のモニタリング装置。
4. 前記モニタリング装置は、更に、
   前記半導体回路の回路ブロックに接続され、前記回路ブロックの動作状況を示す信号を収集し、前記回路ブロックの動作状況を示す回路ブロック動作状況情報を生成する回路ブロック動作状況収集部を有し、
   前記出力制御部は、
   前記回路ブロック動作状況収集部により生成された回路ブロック動作状況情報を入力し、入力した回路ブロック動作状況情報を、発振周波数情報及び時刻情報と対応付けて出力先に出力することを特徴とする請求項３に記載のモニタリング装置。
5. 前記モニタリング装置は、更に、
   前記出力制御部から前記出力先に未出力の回路ブロック動作状況情報を入力し、前記出力制御部から既に前記出力先に出力された回路ブロック動作状況情報を入力し、未出力の回路ブロック動作状況情報に示されている回路ブロックの動作状況と出力済の回路ブロック動作状況情報に示されている回路ブロックの動作状況とを比較する比較部を有し、
   前記出力制御部は、
   前記比較部による比較の結果、回路ブロックの動作状況間の差が所定の条件に合致する場合に、未出力の回路ブロック動作状況情報と、当該未出力の回路ブロック動作状況情報に対応付けられる未出力の発振周波数情報と、当該未出力の発振周波数情報に対応付けられる未出力の時刻情報とを対応付けて前記出力先にする出力することを特徴とする請求項４に記載のモニタリング装置。
6. 前記モニタリング装置は、更に、
   プロセッサ装置に接続され、前記プロセッサ装置の動作状況を示す信号を収集し、前記プロセッサ装置の動作状況を示すプロセッサ動作状況情報を生成するプロセッサ動作状況収集部を有し、
   前記出力制御部は、
   前記プロセッサ動作状況収集部により生成されたプロセッサ動作状況情報を入力し、入力したプロセッサ動作状況情報を、発振周波数情報及び時刻情報と対応付けて出力先に出力することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のモニタリング装置。
7. 前記プロセッサ動作状況収集部は、
   前記プロセッサ装置の動作状況として、前記プロセッサ装置で処理されているソフトウェアの内容を示す信号を収集し、前記プロセッサ装置で処理されているソフトウェアの内容を示すプロセッサ動作状況情報を生成することを特徴とする請求項６に記載のモニタリング装置。
8. 前記モニタリング装置は、更に、
   前記出力制御部から前記出力先に未出力のプロセッサ動作状況情報を入力し、前記出力制御部から既に前記出力先に出力されたプロセッサ動作状況情報を入力し、未出力のプロセッサ動作状況情報に示されているプロセッサの動作状況と出力済のプロセッサ動作状況情報に示されているプロセッサの動作状況とを比較する比較部を有し、
   前記出力制御部は、
   前記比較部による比較の結果、プロセッサの動作状況間の差が所定の条件に合致する場合に、未出力のプロセッサ動作状況情報と、当該未出力のプロセッサ動作状況情報に対応付けられる未出力の発振周波数情報と、当該未出力の発振周波数情報に対応付けられる未出力の時刻情報とを対応付けて前記出力先にする出力することを特徴とする請求項６又は７に記載のモニタリング装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のモニタリング装置と、
   前記出力制御部から出力された情報を記憶する記憶装置とを備えることを特徴とするモニタリングシステム。

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