JP2015201813A - プログラマブルゲートアレイ - Google Patents

Abstract

【課題】論理回路の機能を正常化する。
【解決手段】プログラミング可能な論理回路を有するプログラマブルゲートアレイであって、論理回路が設定されるコンフィグレーションメモリと、前記コンフィグレーションメモリ内のソフトエラーを正常化する対策回路とを備え、前記対策回路は、前記コンフィグレーションメモリに発生するソフトエラーによって発生する二次障害から復旧するためのエラー訂正を実行し、前記エラー訂正の後に前記論理回路に保持される値を回復する。
【選択図】図１

Description

本発明は、プログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：Field Programmable Gate Array）に生じるソフトエラーの回復技術に関する。

半導体デバイスに対して、中性子、α線等を起因とするソフトエラーが発生することは知られている。近年、半導体デバイスのプロセスの微細化に伴い、ソフトエラーの影響が顕在化している。このようなソフトエラーの可能性がある部品をシステムに適用する場合、ソフトエラーによるシステムの一時的な停止や再起動が許容できる範囲内であればよい。しかし、社会インフラを支えるシステムにおいては、障害が短時間であっても重大な影響を及ぼすことがあるため、より厳重な対策が必要である。

ソフトエラーによる半導体デバイスの障害は、例えばＳＲＡＭやＤＲＡＭなどのメモリセルの場合、メモリセルのデータを保持するノードに中性子が入射して電荷が注入されることによって、保持されたデータが反転し、以降、反転されたデータを保持し続けることによって生じる。

メモリデバイスのソフトエラー対策技術として最も一般的な方法は、データと共にＥＣＣ（Error Correction Code）をメモリ内に格納し、データを読み出す際にＥＣＣを用いてエラーを訂正する方法である。

ＦＰＧＡの多くは、内部のコンフィグレーションメモリをＳＲＡＭのメモリセルによって構成しており、メモリデバイスと同様のソフトエラー障害が発生する。コンフィグレーションメモリのエラーを訂正するために、ＥＣＣによるエラー訂正機能を搭載したＦＰＧＡが提案されている。

ＦＰＧＡにおいてソフトエラーが発生する部分は二つある。

一つはＳＲＡＭのメモリセル構成のメモリアレイをＦＰＧＡ内のメモリであり、他の一つは論理回路を形成するＬＵＴ（Look Up Table）や、プログラム可能な配線であるＩＣ（Interconnect）等の情報を格納したコンフィグレーションメモリである。なお、ＦＰＧＡ内には、前述した回路の他、フリップフロップ、ＩＯバッファ、クロックバッファ等の機能素子が搭載されるが、一般にこれらはＳＲＡＭのメモリセルで構成されないため、前述したＬＵＴやＩＣ等に比べてソフトエラーに対する耐力が高い。

ＦＰＧＡの内蔵メモリ部のソフトエラーの対策には、前述した一般的なメモリデバイスと同様のＥＣＣを用いたエラー検出及びエラー訂正が用いられる。

また、コンフィグレーションメモリ部のソフトエラーの対策に関する先行技術として特許文献１（特開２０１２−２７９２７号公報）がある。特許文献１には、プログラマブルロジックのリソース上にエラー検出回路を設け、プログラマブルロジックリソース構成データを巡回冗長検査（ＣＲＣ：Cyclic Redundancy Check）モジュール内にロードし、そこでチェックサムを計算するエラー検出システムが開示されている。

ＦＰＧＡは、設計者が自由に様々な論理回路を構成できるように、予め多くの基本論理モジュールや配線を搭載している。よって、ＦＰＧＡの全てのリソースが使われることはなく、多くのリソースは使用されない状態のまま残ること多い。プログラマブルデバイスの構成メモリのエラー検出の先行技術として特許文献２（特開２００７−２９３８５６号公報）がある。特許文献２には、プログラマブルデバイスの構成メモリから構成メモリデータを読み取ることと、該構成メモリデータにおいてエラーが発生したか否かを判断することと、エラーが発生したという判断に応答して、エラーである該構成データに対応する感度データを読み取ることと、該エラーを無視することができるか否かを判断するために該感度データを解析することと、該エラーを無視することができない場合、修復アクティビティを開始することと、該エラーを無視することができる場合、該修復アクティビティを開始しないことによって該エラーを無視することを包含する方法が開示されている。

特開２０１２−２７９２７号公報 特開２００７−２９３８５６号公報

前述したように、従来のＦＰＧＡのソフトエラー対策には、メモリデバイス同様にＥＣＣを用いた訂正方法が用いられてきた。しかし、ＦＰＧＡに内蔵されるコンフィグレーションメモリでは、単にソフトエラーを訂正するだけでは、機能を正常化できない場合がある。

すなわち、メモリデバイスでは、接続されるメモリ制御回路がデータを読み出した時にエラーを検出及び訂正し、後段の論理回路にデータを出力する。ＥＣＣによる訂正機能は、訂正されるデータの範囲のうち１ｂｉｔまでのエラーを訂正することができ、１ｂｉｔまでのエラーは後段の論理回路に伝搬しない。

一方、コンフィグレーションメモリに格納される情報は、ＦＰＧＡ内に論理回路を形成するための情報を含む。例えば、組合せ論理部は、ＡＮＤやＯＲ等の論理素子の代わりに、論理素子の組合せによる真理値をＬＵＴによって実現しており、ＬＵＴやフリップフロップ（ＦＦ）間を接続するための配線及び分岐点をＩＣが決定している。よって、ＦＰＧＡ内に構成される論理回路は、膨大なコンフィグレーションメモリデータを参照して形成されており、たとえ一時的にでもＬＵＴの構成データやＩＣの設定データが失われれば、論理回路の構成自体を破壊する可能性がある。

また、メモリデバイスと同様な訂正回路をコンフィグレーションメモリに付加し、コンフィグレーションメモリに設定される全てのデータに訂正符号ビットを付加することは、回路規模やメモリ規模の観点から現実的ではない。従って、一般的にコンフィグレーションメモリの訂正機能は、メモリ内を所定の大きさの領域に分割し、各領域にエラー訂正ビットを設けることで、小さな領域毎に訂正を行っている。

以上から、コンフィグレーションメモリにＥＣＣ訂正を適用する場合でも、メモリデバイスのように全ての読み出しデータをリアルタイムで訂正することは困難であり、一般的には、エラーの発生から、検出、訂正までの間、後段の論理回路において一時的なエラーが発生する。

ＦＰＧＡ内に構成される論理回路がクロック同期回路である場合、エラーが発生している期間内にソフトエラーが発生しても、クロック周期内にソフトエラーの訂正が完了すれば、発生したエラーは後段の論理回路に伝搬しない。しかし、ソフトエラーの発生から訂正までの期間がクロック周期を超える場合、ソフトエラーによって誤ったデータを後段の論理回路が取り込んで、保持する可能性がある。この場合、ソフトエラーが発生した箇所が訂正によって復旧しても、後段の論理回路が取りこんだ値は誤ったままとなる。このため、ソフトエラーの訂正は完了しても、ソフトエラーが正常に復旧できない場合がある。このように、ソフトエラーの発生箇所でエラーを訂正しても、エラー発生から訂正までの間に、後段の論理回路にエラーを伝搬させてしまう現象を、本明細書では、ソフトエラーによる二次障害と称する。

以上に説明したように、コンフィグレーションメモリにおけるソフトエラーの対策は、ＥＣＣを用いた訂正だけでは不十分であり、ソフトエラーによる二次障害は避けられない。

本発明は、発生したソフトエラーの検出から訂正の後も周囲の論理回路に影響を及ぼす可能性がある二次障害を対策し、機能を正常化する回路の提供を目的とする。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、プログラミング可能な論理回路を有するプログラマブルゲートアレイであって、論理回路が設定されるコンフィグレーションメモリと、前記コンフィグレーションメモリ内のソフトエラーを正常化する対策回路とを備え、前記対策回路は、前記コンフィグレーションメモリに発生するソフトエラーによって発生する二次障害から復旧するためのエラー訂正を実行し、前記エラー訂正の後に前記論理回路に保持される値を回復する。

本発明の代表的な実施の形態によれば、ＦＰＧＡの論理回路の機能を正常化することができる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。

第１実施例のソフトエラー対策回路を示す構成図である。 第１実施例の再設定制御部と論理回路部との接続を示す構成図である。 第２実施例のソフトエラー対策回路を示す構成図である。 第２実施例の配線接続交点におけるパストンランジスタの構成を示す図である。 第２実施例の動作を示すタイミングチャートである。 第３実施例のソフトエラー対策回路を示す構成図である。 第４実施例のソフトエラー対策回路を示す構成図である。 第６実施例におけるソフトエラー対策回路の処理を説明するフローチャートである。

本発明に係るソフトエラー対策回路の実施例を、構成図及びフローチャートを用いて説明する。

＜実施例１＞
図１は、第１実施例のソフトエラー対策回路６を示す構成図である。

一般に、ＳＲＡＭのメモリセル構成を採用したＦＰＧＡ１は、コンフィグレーションメモリ２と、それを制御するコンフィグレーションメモリ制御部３とを有し、外部の構成データメモリ４に接続される。構成データメモリ４は、コンフィグレーションメモリ２をプログラミングして、様々な論理回路を形成するための回路情報を格納し、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成される。

構成データメモリ４に格納された回路情報によって、コンフィグレーションメモリ２内に論理回路部５が構成される。なお、この論理回路部は、その論理回路に関連する配線、クロックライン、エンベデッドに構成されるハードウェア・マクロ等、コンフィグレーションメモリ２のプログラミングによって制御される機能を全て含む。

第１実施例のソフトエラー対策回路６は、ＦＰＧＡ１内に構成され、コンフィグレーションメモリ制御部３と、コンフィグレーションメモリ２内に構成される再設定制御部７とを有し、外部の再設定データメモリ８に接続される。再設定データメモリ８は、論理回路部５のフリップフロップ１２を特定するためのアドレス及び当該フリップフロップ１２を再設定するための再設定データ１６を格納する。再設定制御部７は、再設定データメモリ８に対して、読出しアドレス及び制御信号１５を出力し、論理回路部５のフリップフロップ１２を特定するためのアドレス及び再設定データ１６を読み出す。

コンフィグレーションメモリ制御部３は、構成データメモリ４よりデータを読み出し、読み出したデータをコンフィグレーションメモリ２の制御線（アドレス線９Ａ、データ線９Ｂ）を通して書き込む。さらに、コンフィグレーションメモリ制御部３は、コンフィグレーションメモリ２内に発生するビットエラーを検出した際にフラグ１４を出力する検出機能と、ビットエラーが訂正可能又は不可能な場合に、それぞれのフラグ１４を出力する訂正機能とを有する。なお、コンフィグレーションメモリ２のビットエラーは、コンフィグレーションメモリ２のＥＣＣ機能によって自動的に訂正される。さらに、コンフィグレーションメモリ制御部３は、構成データメモリ４に格納されているデータに基づいてビットエラーの発生箇所がコンフィグレーションメモリ２内で論理回路部５として使用されている領域に該当しているか又は該当していないかを判定し、該当している際にフラグ１４を出力する該当判定機能を有する。

第１実施例では、コンフィグレーションメモリ制御部３から出力される訂正フラグをトリガに、再設定制御部７が論理回路部５に対して再設定を行う。

以下に、再設定制御部７の基本動作を説明する。

図２は、再設定制御部７と論理回路部５との接続を示す構成図である。

図２に示す論理回路部５は、複数の基本回路モジュール１０から構成される。各基本回路モジュール１０は、データ保持機能を有さない組合せ論理部１１と、データ保持機能であるフリップフロップ１２と、フリップフロップ１２にデータを設定する設定部１３とで構成される。基本回路モジュール１０や、その周囲の配線接続は、構成データメモリ４に格納された情報に基づいてプログラミングされ、様々な論理回路を形成する。

再設定制御部７は、エラー訂正フラグ１４を受信すると、受信したエラー訂正フラグ１４から、ビットエラーが訂正可能又は不可能である箇所のアドレスを抽出し、抽出したコンフィグレーションメモリ２のアドレスから再設定データメモリ８のアドレスを特定する。そして、再設定制御部７は、再設定データメモリ８に対して、読出しアドレス及び制御信号１５を出力し、論理回路部５のフリップフロップ１２を特定するためのアドレス及び再設定データ１６を読み出す。さらに、再設定制御部７は、設定部１３に対して、フリップフロップ１２を特定するためのアドレスと制御信号１７を出力し、フリップフロップ１２に再設定データ１８を書き込む。

第１実施例は、図１及び図２に示すように、本発明による最も基本的なソフトエラー対策回路６であり、ソフトエラーによる二次障害を対策するため、アドレスと制御信号１７とによって指示した特定のフリップフロップ１２にデータを再設定する。一般的に、通信装置で用いられる論理回路は、主信号データを扱うデータパス系論理部と、データパス系論理部を制御する制御部と、ＣＰＵ等からの設定情報を保持する設定系レジスタ部とに大別できる。第１実施例のソフトエラー対策回路６は、特に、制御部及び設定系レジスタ部に有効である。この理由は以下の通りである。データパス系論理部は、データの一部に誤りが発生しても、データが流れるため、時間の経過に伴って正常化され、また時間軸上で一時的な僅かな時間において生じたビットエラーであれば、システム上も許容できる場合がある。しかし、制御部及び設定系レジスタ部は、エラーが生じると、二次障害によってシステム全体に対して誤動作が拡大する恐れがあり、積極的な訂正が必要となる。

なお、第１実施例では、論理回路部５中のフリップフロップ１２に対する再設定を制御する回路について説明したが、本実施例によるソフトエラー対策回路６を用いることによって、ＦＰＧＡ１に搭載される内蔵メモリや、その他エンベデッドに構成されるハードウェア・マクロなどにも同様の再設定をすることができる。

第１実施例では、図１に示すように、再設定制御部７はコンフィグレーションメモリ２内に構成されている。再設定制御部７をコンフィグレーションメモリ２で構成することによって、システムが求める再設定方法に応じて柔軟に回路を構成できる。

コンフィグレーションメモリ制御部３は、再設定制御部７に対するソフトエラーも検出することができる。再設定制御部７のエラーを検出した場合は、制御機能自体を保証できないため、再設定制御部７のエラーを検出した時点で、ＦＰＧＡ１自体を再コンフィグレーションしてもよい。なお、再設定制御部７のソフトエラー発生率を低減するためには、極力、回路規模を小さく抑えることや、再設定制御部７を３重化し多数決により制御方法を決定する構成等がある。なお、再設定制御部７は、コンフィグレーションメモリ２の外に構成してもよい。この場合、再設定制御部７を、よりソフトエラー耐力のあるＦＰＧＡやプロセッサ等に搭載してもよい。再設定制御部７に生じるソフトエラーの発生率を把握した上で、システムが求める信頼性に合わせて構成を決定してもよい。

以上に説明したように、従来の検出・訂正回路では、ＦＰＧＡ１内に構成された論理回路の一部に誤ったデータが保持され続ける不具合が生じることがあった。しかし、第１実施例によれば、前述した不具合を排除し、コンフィグレーションメモリ２にソフトエラーが発生した場合に、再設定制御部７がフリップフロップ１２に再設定データを書き込むので、論理回路の機能を正常化することができる。

＜実施例２＞
第２実施例では、論理回路部のフリップフロップの再設定をより簡易にできる回路の例を説明する。

図３は、第２実施例のソフトエラー対策回路６を示す構成図であり、図４は、第２実施例の配線接続交点におけるパストランジスタの構成を示す図であり、図５は、第２実施例の動作を示すタイミングチャートである。

図３に示すソフトエラー対策回路は、再設定制御部７と、四つの論理回路部群１９〜２２で構成される。図３では、一例として、ある条件保持信号２３を主機能部である論理回路部２２へ与える機能を考える。論理回路部群１９〜２２は、条件信号２４を生成するための論理回路部１９と、タイミング信号２５を生成する論理回路部２０と、タイミング信号２５によって条件信号２４の値を保持し、条件保持信号２３を出力する論理回路部２１と、条件保持信号２３を受信する論理回路部２２とで構成される。再設定制御部７は、現在の動作を一度初期化するために、エラー訂正フラグ１４をトリガとして、リセット信号２９を生成し、論理回路部群１９〜２２へ分配する。

なお、条件信号は４ｂｉｔのバス信号であるが、全てのｂｉｔが同じ構成であるため、ｂｉｔ０の接続のみを図３に示す。全ての回路はクロック２６で動作するクロック同期回路であり、クロック２６は数ＭＨｚ以上である。

ここで、図３の配線接続交点２７にソフトエラーが発生した場合、配線接続交点２７は、図４に示すパストランジスタ２８で構成され、構成データメモリ４に格納された回路情報に基づいてコンフィグレーションメモリ２にプログラミングされた値によって配線経路が決まる。例えば、ソフトエラー発生前のパストランジスタ２８はＯｎの状態であるが、コンフィグレーションメモリ２にソフトエラーが発生し、その設定情報のビットが反転されると、パストランジスタ２８はＯｆｆに変化し、経路が断たれる。但し、ＦＰＧＡ１には、図１で示したように、コンフィグレーションメモリ制御部３が設けられており、コンフィグレーションメモリ制御部３がコンフィグレーションメモリ２内のエラーを検出し、検出したエラーを訂正する。このため、エラーの発生から、しばらく時間を経過した後に訂正が完了し、経路が回復する。一般に、このエラー検出・訂正は、コンフィグレーションメモリ２内を巡回して行われるため、訂正完了までに、数ミリ秒〜数十ミリ秒程度の時間を要する。図３に示すように、数ＭＨｚのクロックで動作する論理回路部群１９〜２２では、エラーが訂正されるまでに多くのクロックがトグルされる（Ｏｎの状態とＯｆｆの状態が切り替わる）ために、二次障害が生じる可能性がある。

図５のタイミングチャートを用いて詳細の動作を説明する。

条件信号２４はタイミングＴ０で出力値を確定し、その値を取り込むためのタイミング信号２５はタイミングＴ３で確定する。ソフトエラーが発生し、タイミングＴ１で条件信号２４のｂｉｔ０が”１”→”０”に反転した場合、エラーが検出されるのはタイミングＴ２であり、Ｔ２から所定時間経過後のタイミングＴ４に訂正が完了する。このように、エラーの発生から訂正の完了までに、クロックサイクルに対して、かなり長い時間を必要とするため、タイミングＴ３の時点では論理回路部２１で確定する条件保持信号２３は、本来取るべき値である”１０１１”とは異なる”１０１０”の誤った値を保持する。このため、以降、条件信号２４が変化しなくても、次のタイミング信号２５が”Ｈ”になるまでは、論理回路部２２は誤った値で動作することとなる。そこで、図３に示す再設定制御部７では、現在の誤った動作を一度初期化するために、エラーが訂正されるタイミングＴ４以降に、確定するエラー訂正フラグ１４をトリガとして、リセット信号２９を生成し、論理回路部群１９〜２２へ分配する。リセット信号２９で論理回路部群１９〜２２が初期化されることによって、ＦＰＧＡ１全体が初期状態に戻る。

第１実施例では、アドレスによって、論理回路部５中の特定のフリップフロップ１２に対してデータを再設定したが、フリップフロップ１２に個々に指示を与えるためには、図１に示すように、対象とするアドレス及び再設定データ１６を再設定データメモリ８に格納する必要がある。また、アドレスをデコードするための設定部１３が論理回路部５に必要である。また、再設定を完了するまでにも時間がかかる。

これに対し、第２実施例では、論理回路部２１のフリップフロップを初期状態に戻すのみだけでよいため、論理回路部２１の付帯回路が不要であり、短時間で再設定を完了できることが特徴である。

初期化の対象範囲は、図３で説明した配線接続交点２７のように、ソフトエラーはコンフィグレーションメモリ２中のどこでも発生する可能性があるため、二次障害の波及範囲を特定することは難しい。このため、システムの仕様に応じて、一部の論理回路部のみを初期化してもよく、ＦＰＧＡ全体の論理回路部をリセットしてもよい。例えば、複数のリセット線を設け、各論理回路部が一つのリセット線に接続されている場合、一部のリセット線のみにリセット信号を送信し、一部の論理回路部のみを初期化してもよい。

以上に説明したように、第２実施例によれば、アドレス制御が不要となるので、小さな回路規模でデータを再設定することができる。また、リセットを送ればよいので、簡単案制御によってデータを再設定することができる。特に、全体のデータを再設定する場合には、１本のリセット線だけでよく、回路を簡素化することができる。

＜実施例３＞
第３実施例では、再設定の頻度を軽減するため、エラーが発生した箇所が、コンフィグレーションメモリ２の中で論理回路部として使用されている領域であると判定され、かつエラー訂正が完了したときのみ、論理回路部５のフリップフロップ（データ保持機能）１２の値を再設定する回路の例を説明する。

図６は、第３実施例のソフトエラー対策回路６を示す構成図である。

第３実施例（図６）では、第１実施例（図１）と異なり、コンフィグレーションメモリ２内を論理回路部群３４で使用されている使用領域３０と未使用領域３１とで異なる扱いをする。

第３実施例では、コンフィグレーションメモリ２内の領域が使用されているかの情報を、例えばビットマップ形式で、構成データメモリ４に格納する。このビットマップは、構成データメモリ４から回路情報を読み出してコンフィグレーションメモリ２に設定する際に、同時に設定するとよい。そして、このビットマップを参照することによって、論理回路に使用されている使用領域３０と論理回路に使用されていない未使用領域３１とを特定することができる。

コンフィグレーションメモリ制御部３は、構成データメモリ４に格納されたビットマップを参照して、ソフトエラーが使用領域３０に該当するかを判定する。そして、コンフィグレーションメモリ制御部３は、ソフトエラー発生箇所が使用領域３０に該当した場合のみに該当フラグ１４をアサートする該当判定機能を有する。該当判定機能は、第１実施例（図１）で説明したものと同じである。従って、該当フラグ１４を検出し、且つエラー訂正が完了した場合のみに、ＦＰＧＡ１内の論理回路部群３４中に二次障害が発生した可能性があると判定し、第１実施例で示した再設定方法や、第２実施例で示した初期化方法を行う。

一般に、ＦＰＧＡ１は、プログラミングの自由度を広げるために、プログラミングされる論理回路部の規模の数倍〜数１０倍のリソースを有し、膨大なコンフィグレーションメモリ２の領域が確保される。しかし、実際に使用される使用領域の割合は未使用領域に対して小さいことが多い。このため、第３実施例のように該当フラグ１４を利用することによって、再設定を行う範囲を少なくし、システムの停止時間を短縮することができる。

＜実施例４＞
第４実施例では、再設定の頻度をさらに低減するため、再設定が必要な論理回路部を特定し、特定された論理回路部（領域）のみを再設定する回路の例を説明する。

図７は、第４実施例のソフトエラー対策回路６を示す構成図である。

第４実施例（図７）では、第３実施例（図６）と異なり、再設定が必要な特定の論理回路部３５に分割する。

第４実施例のコンフィグレーションメモリ制御部３は、コンフィグレーションメモリ２の領域単位でエラーを検出する。このため、コンフィグレーションメモリ２内に設けられた領域と、コンフィグレーションメモリ２のアドレスとの対応関係を保持する。この対応関係は、ＦＰＧＡ１の工場出荷時又は初期設定する際に設定するとよい。そして、この対応関係を参照することによって、エラーが検出された領域を特定することができる。

また、第４実施例では、再設定データメモリ８がコンフィグレーションメモリ２の領域に区分されており、各領域毎に、論理回路部５のフリップフロップ１２を特定するためのアドレス及び当該フリップフロップ１２を再設定するための再設定データ１６を格納する。

また、再設定制御部７は、アドレステーブル３３を格納する。アドレステーブル３３は、コンフィグレーションメモリ２内に設けられた領域と、コンフィグレーションメモリ２のアドレスとの対応関係を保持する。アドレステーブル３３を参照することによって、コンフィグレーションメモリ２のアドレスに該当する領域を特定することができる。

第４実施例では、図７に示すように、再設定が必要な特定の論理回路部３５を領域に分けて検出することによって、データパス系論理部は再設定せず、制御部及び設定レジスタ部のみを再設定するなど、さらに細かな再設定対象を特定することができ、再設定時間を短縮することができる。

なお、第３実施例と第４実施例とを併用して、使用領域の中でのみ再設定か必要な特定の論理回路部３５を検出してもよい。

また、第４実施例では、再設定が必要な特定の論理回路部３５の該当判定を、コンフィグレーションメモリ制御部３の機能によらず、再設定制御部７より制御してもよい。

例えば、コンフィグレーションメモリ制御部３は、該当フラグ１４を出力するとともに、エラーが発生したアドレス３２を出力する。再設定制御部７は、アドレステーブル３３を参照して、コンフィグレーションメモリ制御部３から出力されたエラーアドレス３２が該当する領域を判定し、該当する領域のアドレス・再設定データ１６を再設定データメモリ８から読み出し、ＦＰＧＡ１内部の再設定が必要な特定の論理回路部３５に対してのみ再設定をすることができる。

コンフィグレーションメモリ制御部３は、コンフィグレーションメモリ２全体に対して該当領域を判定するため、膨大な回路情報を構成データメモリ４に保持する必要がある。しかし、第４実施例のように、設計時に予め再設定が必要な特定の論理回路部３５のアドレスが決まっている場合、当該アドレスをアドレステーブル３３に登録することによって、回路規模や必要なメモリ規模を小さく抑えることができる。

また、設計時に予め再設定が必要なアドレスが決まっているので、当該決まっているアドレスの範囲で、データを再設定すればよいので、再設定を行う範囲を少なくし、システムの停止時間を短縮することができる。

＜実施例５＞
第５実施例では、再設定の対象領域の判定を容易にするため、論理回路部５に使用する領域をコンフィグレーションメモリ２内の定められた実装領域に設計段階で予め固定し、当該固定された領域内でエラーを検出して、訂正した場合に、再設定をする回路の例を説明する。

第５実施例は、図６を用いて説明する。

第３実施例では、コンフィグレーションメモリ内に自由に配置された論理回路部群３４に対して、コンフィグレーションメモリ制御部３が、ソフトエラーを検出し、ソフトエラーを検出した箇所が使用領域３０であるかを判定し、使用領域３０である場合に再設定制御部７が再設定を行う。

第５実施例では、例えば図６の使用領域３０を、論理回路部５を実装するための領域をコンフィグレーションメモリ２内の特定の物理的な領域に設計段階で予め固定し、当該領域範囲内に論理回路部５が配置されるように、ＦＰＧＡ１の実装設計の段階で考慮しておく。これにより、ソフトエラーの監視をＦＰＧＡ１特定の領域（使用領域３０）内のみに限定することができ、監視対象領域内でエラーが検出され、当該エラーが訂正されれた場合、フリップフロップ１２の値を再設定することができる。

以上に説明したように第５実施例によると、使用領域を判定するための該当判定機能がコンフィグレーションメモリ制御部３に搭載されていなくてもよい。また、コンフィグレーションメモリ制御部３が該当判定機能を搭載する場合でも、判定を行うための情報を構成データメモリ４に格納する必要がなく、外部メモリの記憶容量を削減することができ、外部メモリのコスト及び基板実装面積を低減することができる。

＜実施例６＞
第６実施例では、第１実施例に加え、ソフトエラー訂正が可能な場合と不可能な場合とで異なる方法で再設定を行う例を説明する。

コンフィグレーションメモリ制御部３は、エラーが訂正可能な場合と不可能な場合を判別することができる。例えば、コンフィグレーションメモリ２がＥＣＣ訂正機能を有する場合、検出対象領域内で１ｂｉｔまでのエラーは訂正可能であるが、２ｂｉｔ以上のエラーは訂正不可能である。よって、エラー検出フラグとエラー訂正フラグが同時にアサートされる場合は訂正可能であると判断でき、エラー検出フラグがアサートされ、エラー訂正フラグはデアサートされる場合は訂正不可であると判断できる。

図８は、第６実施例におけるソフトエラー対策回路の処理を説明するフローチャートである。

図８に示すフローチャートにおいて、処理Ａ３６はコンフィグレーションメモリ制御部３が実行し、処理Ｂ３７は再設定制御部７が実行する。

コンフィグレーションメモリ制御部３は、コンフィグレーションメモリ２にエラーを検出すると、検出されたエラーが訂正可能かを判定する（Ｓｔｅｐ１）。その結果、訂正可能な場合は訂正処理を実行し（Ｓｔｅｐ２）、エラー検出と訂正フラグとの両方をアサートし出力する（Ｓｔｅｐ３）。その後、再設定制御部７は、特定の論理回路部５に対する再設定を実行する。この論理回路部に対する再設定は、前述した第１から第５の何れの実施例の方法を採用してもよい（Ｓｔｅｐ５）。

一方、訂正不可能な場合、コンフィグレーションメモリ制御部３はエラー検出フラグのみをアサートし出力する（Ｓｔｅｐ４）。その後、再設定制御部７は、構成データメモリ４から回路情報を読み出して、ＦＰＧＡ１の全体を再コンフィグレーションし、再起動をした後、全ての論理回路部を初期化する（Ｓｔｅｐ６）。

以上に説明したように、第６実施例では、ＦＰＧＡ１の一部の論理回路のみを再設定する場合と、ＦＰＧＡ１の全部の論理回路を再起動する場合とを分けて再設定処理を行うので、エラーの程度に合わせた適切な時間で再設定処理を実行することができる。すなわち、一部の論理回路のみを再設定する方が短時間で処理でき、システムの停止時間を短縮することができる。

なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに本発明は限定されない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えてもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１ ＦＰＧＡ
２ コンフィグレーションメモリ
３ コンフィグレーションメモリ制御部
４ 構成データメモリ
５ 論理回路部群
６ ソフトエラー対策回路
７ 再設定制御部
８ 再設定データメモリ
９Ａ アドレス線
９Ｂ データ線
１０ 基本回路モジュール
１１ 組合せ論理部
１２ フリップフロップ
１３ 設定部
１４ エラー検出・訂正・該当フラグ
１５ 読出しアドレス及び制御信号
１６ アドレス及び再設定データ
１７ アドレスと制御信号
１８ 再設定データ
１９〜２２ 論理回路部
２３ 条件保持信号
２４ 条件信号
２５ タイミング信号
２６ クロック
２７ 配線接続交点
２８ パストランジスタ
２９ リセット
３０ 使用領域
３１ 未使用領域
３２ エラーアドレス
３３ アドレステーブル
３４ 論理回路部
３５ 再設定が必要な特定の論理回路部

Claims (7)

1. プログラミング可能な論理回路を有するプログラマブルゲートアレイであって、
   論理回路が設定されるコンフィグレーションメモリと、
   前記コンフィグレーションメモリ内のソフトエラーを正常化する対策回路とを備え、
   前記対策回路は、
   前記コンフィグレーションメモリに発生するソフトエラーによって発生する二次障害から復旧するためのエラー訂正を実行し、
   前記エラー訂正の後に前記論理回路に保持される値を回復することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。
2. 請求項１記載のプログラマブルゲートアレイであって、
   前記対策回路は、前記論理回路に保持すべき値を再設定することによって、前記論理回路に保持される値を回復することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。
3. 請求項１記載のプログラマブルゲートアレイであって、
   前記対策回路は、前記エラー訂正の後に前記論理回路に保持される値を初期状態に戻すことによって、前記論理回路に保持される値を回復することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。
4. 請求項１から３の何れか一つに記載のプログラマブルゲートアレイであって、
   前記対策回路は、
   前記ソフトエラーが発生した箇所が前記コンフィグレーションメモリの中で論理回路として使用されている領域かを判定し、
   前記ソフトエラーが発生した箇所がコンフィグレーションメモリの中で論理回路として使用されている領域である場合、当該論理回路に保持される値を再設定することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。
5. 請求項１から３の何れか一つに記載のプログラマブルゲートアレイであって、
   前記対策回路は、
   前記ソフトエラーが発生した箇所が所定の領域かを判定し、
   前記ソフトエラーが発生した箇所が所定の領域である場合、当該論理回路に保持される値を再設定することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。
6. 請求項１から３の何れか一つに記載のプログラマブルゲートアレイであって、
   前記論理回路は予め決められた実装領域を使用するものであって、
   前記対策回路は、
   前記ソフトエラーが発生した箇所が前記実装領域かを判定し、
   前記ソフトエラーが発生した箇所が前記実装領域である場合、当該論理回路に保持される値を再設定することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。
7. 請求項１から３の何れか一つに記載のプログラマブルゲートアレイであって、
   前記対策回路は、
   前記ソフトエラーの訂正が可能かを判定し、
   前記ソフトエラーの訂正が可能である場合、請求項１から３の何れか一つに記載の方法によって前記論理回路に保持される値を再設定し、
   前記ソフトエラーの訂正が不可能である場合、全ての前記論理回路を初期化することを特徴とするプログラマブルゲートアレイ。

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