JP2016066273A - 制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】共有メモリを介してデータを送受信する際の処理負担を軽減する。【解決手段】実施形態による制御装置は、第1制御部を備えた第1装置と、第2制御部を備えた第2装置と、共有メモリと、第1回路とを備える。共有メモリは、第1装置および第2装置によって共有されるように構成されている。第1回路は、第2制御部が共有メモリへのアクセスを行った場合に、アクセスに関する情報を第2装置から取得し、取得したアクセスに関する情報を第1装置に出力するように構成されている。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、制御装置に関する。
従来、所定のタスクを実行するプロセッサを備えた制御装置が知られている。このような制御装置では、プロセッサが複数設けられる場合がある。
特開2012−150661号公報
プロセッサが複数設けられた上記従来の制御装置では、各プロセッサが1つの共有メモリを介してデータを送受信するように構成されている場合がある。この場合、各プロセッサは、他のプロセッサからのデータを取得するために、予め設定されたタスクの他に、共有メモリに定期的に繰り返しアクセスし、他のプロセッサからのデータが共有メモリに書き込まれたか否かをチェックする処理などを行う必要がある。このため、従来では、共有メモリを介してデータを送受信する際の処理負担が増大することがあった。
実施形態による制御装置は、第1制御部を備えた第1装置と、第2制御部を備えた第2装置と、共有メモリと、第1回路とを備える。共有メモリは、第1装置および第2装置によって共有されるように構成されている。第1回路は、第2制御部が共有メモリへのアクセスを行った場合に、アクセスに関する情報を第2装置から取得し、取得したアクセスに関する情報を第1装置に出力するように構成されている。
図1は、第1実施形態による制御装置の構成を示した例示ブロック図である。 図2は、第1実施形態による診断回路が実行する処理を示した例示フローチャートである。 図3は、第1実施形態による監視回路が実行する処理を示した例示フローチャートである。 図4は、第1実施形態によるマスタ装置のCPUが実行する処理を示した例示フローチャートである。 図5は、第2実施形態による制御装置の構成を示した例示ブロック図である。 図6は、第2実施形態による診断回路が実行する処理を示した例示フローチャートである。 図7は、第2実施形態による監視回路が実行する処理を示した例示フローチャートである。 図8は、第2実施形態によるマスタ装置のCPUが実行する処理を示した例示フローチャートである。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
(第1実施形態)
まず、図1を参照して、第1実施形態による制御装置100の構成について説明する。制御装置100とは、計装分野や電気制御分野や電力分野などで用いられるコントローラである。
図1に示すように、制御装置100は、マザーボード10と、マスタ装置20と、複数のスレーブ装置30とを備える。マスタ装置20およびスレーブ装置30は、マザーボード10に接続されている。マスタ装置20は、「第1装置」の一例であり、スレーブ装置30は、「第2装置」の一例である。図1には、スレーブ装置30が3つ設けられた例を示したが、スレーブ装置30の数は、4つ以上であってもよいし、2つ以下であってもよい。
マザーボード10は、共有メモリ11と、調停回路12とを備える。共有メモリ11は、マスタ装置20およびスレーブ装置30によって共有されるように構成されている。つまり、マスタ装置20とスレーブ装置30とは、共有メモリ11を介してデータを送受信するように構成されている。また、調停回路12は、共有メモリ11へのアクセスの競合を調停するように構成されている。つまり、調停回路12は、マスタ装置20による共有メモリ11へのアクセスと、スレーブ装置30による共有メモリ11へのアクセスとが競合するのを回避するように構成されている。
マスタ装置20は、共有メモリ11を介してスレーブ装置30から取得されたデータに基づいて各種処理を行うことが可能なように構成されたCPU(Central Processing Unit)21を備える。また、マスタ装置20は、上位装置40に接続されており、CPU21による処理の結果を上位装置40に出力することが可能なように構成されている。CPU21は、「第1制御部」の一例である。
スレーブ装置30は、入出力装置(I/O装置)50に接続されている。スレーブ装置30は、I/O装置50を介して入力されるデータに基づいて各種処理を行い、処理の結果を共有メモリ11に出力することが可能なように構成されたCPU31を備える。CPU31は、「第2制御部」の一例である。また、スレーブ装置30は、メモリなどの周辺デバイス32も備える。
ここで、第1実施形態では、マザーボード10は、CPU31が共有メモリ11へのアクセスを行った場合に、当該アクセスに関する情報をスレーブ装置30から取得し、取得したアクセスに関する情報をマスタ装置20に送信するように構成された監視回路13を備える。監視回路13は、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)などのハードウェアによって構成されている。監視回路13は、「第1回路」の一例である。
アクセスに関する情報とは、CPU31がアクセスした共有メモリ11のアドレスを示す情報や、CPU31が行ったアクセスがデータの書き込みであるかデータの読み出しであるかを示す情報などを含む。このようなアクセスに関する情報は、たとえば、CPU31と共有メモリ11との間のバス(図1の矢印付きの直線L参照)を監視して、CPU31から共有メモリ11に出力される信号を傍受することにより取得することができる。
つまり、第1実施形態では、スレーブ装置30は、CPU31と共有メモリ11との間のバス(図1の矢印付きの直線L参照)を監視することにより上記アクセスに関する情報を取得し、取得したアクセスに関する情報を監視回路13に送信するように構成された診断回路33を備える。診断回路33は、FPGA(フィールドプログラマブルゲートアレイ)などのハードウェアによって構成されている。診断回路33は、「第2回路」の一例である。
また、第1実施形態では、マスタ装置20は、監視回路13から取得されたアクセスに関する情報を記憶するように構成されたレジスタ22を備える。そして、マスタ装置20のCPU21は、レジスタ22に基づいて、共有メモリ11にアクセスするように構成されている。
たとえば、CPU31がマスタ装置20にデータを渡すために共有メモリ11にデータを書き込んだ場合、診断回路33は、アクセスに関する情報として、CPU31がデータを書き込んだ共有メモリ11のアドレスを示す情報などを監視回路13に出力するように構成されている。そして、監視回路13は、診断回路33から取得した情報に基づいて、どのCPU31が共有メモリ11のどのアドレスにデータを書き込んだかを特定することが可能な情報をマスタ装置20のレジスタ22に書き込むように構成されている。
レジスタ22は、上記のような情報が診断回路33により書き込まれた場合に、CPU21に割り込み信号を出力するように構成されている。そして、CPU21は、レジスタ22から割り込み信号が入力された場合に、現在行っている処理を一旦停止してレジスタ22から情報を読み出し、読み出した情報に基づいて共有メモリ11にアクセスすることにより、CPU31が共有メモリ11に書き込んだデータを共有メモリ11から取得するように構成されている。
次に、図2を参照して、第1実施形態による制御装置100のスレーブ装置30の診断回路33が実行する処理フローについて説明する。
この処理フローでは、図2に示すように、診断回路33は、まず、ステップS1において、スレーブ装置30のCPU31によって共有メモリ11へのアクセスが行われたか否かを判断する。より具体的には、診断回路33は、CPU31と共有メモリ11との間のバス(図1の矢印付きの直線L参照)を監視し、CPU31が共有メモリ11にアクセスしたことを示す信号がバス上に出力されたか否かを判断する。このステップS1の処理は、CPU31によって共有メモリ11へのアクセスが行われたと判断されるまで繰り返される。ステップS1において、CPU31によって共有メモリ11へのアクセスが行われたと判断された場合には、ステップS2に処理が進む。
ステップS2において、診断回路33は、CPU31が行った共有メモリ11へのアクセスに関する情報をマザーボード10の監視回路13に出力する。ここで、アクセスに関する情報とは、CPU31がアクセスした共有メモリ11のアドレスを示す情報や、CPU31が行ったアクセスがデータの書き込みであるかデータの読み出しであるかを示す情報などを含む。アクセスに関する情報は、CPU31と共有メモリ11との間のバス(図1の矢印付きの直線L参照)から傍受される信号に基づいて生成される。そして、処理が戻る。
次に、図3を参照して、第1実施形態による制御装置100のマザーボード10の監視回路13が実行する処理フローについて説明する。
この処理フローでは、図3に示すように、監視回路13は、まず、ステップS11において、スレーブ装置30のCPU31が行った共有メモリ11へのアクセスに関する情報が診断回路33から入力されたか否かを判断する。このステップS11の処理は、アクセスに関する情報が診断回路33から入力されたと判断されるまで繰り返される。ステップS11において、アクセスに関する情報が診断回路33から入力されたと判断された場合には、ステップS12に処理が進む。
ステップS12において、監視回路13は、診断回路33から入力されたアクセスに関する情報を、マスタ装置20のレジスタ22に出力する。たとえばスレーブ装置30のCPU31が共有メモリ11にデータを書き込んだ場合、監視回路13は、CPU31が共有メモリ11のどのアドレスにデータを書き込んだかを特定することが可能な情報などをレジスタ22に書き込む。そして、処理が戻る。
次に、図4を参照して、第1実施形態による制御装置100のマスタ装置20のCPU21が実行する処理フローについて説明する。
この処理フローでは、図4に示すように、CPU21は、まず、ステップS21において、CPU31が行った共有メモリ11へのアクセスに関する情報がレジスタ22に記憶されたか否かを判断する。たとえば、レジスタ22が、アクセスに関する情報が記憶された場合にCPU21に割り込み信号を出力するように構成されているものとすると、CPU21は、ステップS21において、レジスタ22からの割り込み信号が自身に入力されたか否かを判断する。このステップS21の処理は、アクセスに関する情報がレジスタ22に記憶されたと判断されるまで繰り返される。ステップS21において、アクセスに関する情報がレジスタ22に記憶されたと判断された場合には、ステップS22に処理が進む。
ステップS22において、CPU21は、レジスタ22に記憶された情報に基づいて、共有メモリ11にアクセスする。たとえば、CPU31がマスタ装置20にデータを渡すために共有メモリ11にデータを書き込んだ場合、レジスタ22には、CPU31がデータを書き込んだ共有メモリ11のアドレスを特定することが可能な情報などが監視回路13によって書き込まれるので、CPU21は、ステップS22において、監視回路13によってレジスタ22に書き込まれた情報をレジスタ22から読み出し、読み出した情報に基づいて共有メモリ11にアクセスすることにより、CPU31が共有メモリ11に書き込んだデータを共有メモリ11から取得する。そして、処理が戻る。
以上説明したように、第1実施形態による制御装置100は、スレーブ装置30のCPU31が共有メモリ11へのアクセスを行った場合に、当該アクセスに関する情報をスレーブ装置30から取得し、取得したアクセスに関する情報をマスタ装置20に出力する監視回路13を備えている。これにより、共有メモリ11からデータを取得するために、共有メモリ11に定期的に繰り返しアクセスする処理などを行う必要がないため、共有メモリ11を介してデータを送受信する際の処理負担を軽減することができる。この結果、マザーボード10上のデータ負荷を軽減することができ、制御装置100全体の性能を向上させることができる。
また、第1実施形態によるスレーブ装置30は、CPU31と共有メモリ11との間のバス(図1の矢印付きの直線L参照)を監視することによりアクセスに関する情報を取得し、取得したアクセスに関する情報を監視回路13に出力する診断回路33を備えている。これにより、CPU31と共有メモリ11との間のバスに出力される信号を診断回路33によって傍受するだけで、アクセスに関する情報を容易に取得することができる。つまり、アクセスに関する情報を監視回路13に出力する処理をCPU31に行わせる必要がないので、CPU31の処理負担を軽減することができる。
また、第1実施形態によるマスタ装置20は、監視回路13から取得されたアクセスに関する情報を記憶するレジスタ22を備えており、マスタ装置20のCPU21は、レジスタ22に基づいて共有メモリ11にアクセスするように構成されている。これにより、レジスタ22を監視するだけで、スレーブ装置30のCPU31が共有メモリ11に行ったアクセスに関する情報を容易に取得することができる。これにより、共有メモリ11へのアクセスを効率的に行うことができる。
(第2実施形態)
次に、図5を参照して、第2実施形態による制御装置100aの構成について説明する。なお、第1実施形態と同様の構成要素については、同一の符号を割り当てて説明を省略する。
図5に示すように、第2実施形態による制御装置100aは、第1実施形態による制御装置100と同様に、マザーボード10aと、マスタ装置20aと、複数のスレーブ装置30aとを備える。マスタ装置20aは、「第1装置」の一例であり、スレーブ装置30aは、「第2装置」の一例である。図5には、スレーブ装置30aが3つ設けられた例を示したが、スレーブ装置30aの数は、4つ以上であってもよいし、2つ以下であってもよい。
第2実施形態によるマザーボード10aは、共有メモリ11と、調停回路12と、監視回路13aとを備える。監視回路13aは、「第1回路」の一例である。また、第2実施形態によるマスタ装置20aは、CPU21aと、レジスタ22とを備える。CPU21aは、「第1制御部」の一例である。また、第2実施形態によるスレーブ装置30aは、CPU31aと、周辺デバイス32と、診断回路33aとを備える。CPU31aは、「第2制御部」の一例であるとともに、診断回路33aは、「第2回路」の一例である。
ここで、第2実施形態による診断回路33aは、CPU31aと共有メモリ11との間のバス(図5の矢印付きの直線L参照)を監視することにより、CPU31aに発生し得るエラーに関する情報を取得するように構成されている。
たとえば、CPU31aが複数のタスクA、B、CおよびDをこの順番で繰り返し実行する動作を行うように設定されている場合、診断回路33aは、CPU31aからの出力信号を上記のバス(図5の矢印付きの直線L参照)を介して傍受することにより、CPU31aが上記の設定から外れた動作を行っているか否かを判定するように構成されている。そして、診断回路33aは、CPU31aが上記の設定から外れた動作を行っていると判定した場合、すなわちCPU31aに何らかのエラーが発生したと判断した場合に、そのエラーの詳細をエラーログ34として記録するとともに、そのエラーに関する情報をマザーボード10aの監視回路13aに出力するように構成されている。
第2実施形態による監視回路13aは、上記エラーに関する情報をスレーブ装置30aから取得した場合に、取得したエラーに関する情報をマスタ装置20aに出力するように構成されている。より具体的には、監視回路13aは、上記エラーに関する情報をスレーブ装置30aから取得した場合に、どのスレーブ装置30aのCPU31aにエラーが発生したかを特定することが可能な情報をマスタ装置20aのレジスタ22に書き込むように構成されている。
第2実施形態によるCPU21aは、レジスタ22に基づいて例外処理をおこなうように構成されている。より具体的には、レジスタ22は、上記のような情報が診断回路33aにより書き込まれた場合に、CPU21aに割り込み信号を出力するように構成されている。そして、CPU21aは、レジスタ22から割り込み信号が入力された場合に、現在行っている処理を一旦停止して例外処理を行うように構成されている。なお、例外処理の例としては、エラーが発生したCPU31aを備えたスレーブ装置30aを初期化する処理や、エラーが発生したCPU31aを備えたスレーブ装置30aをシステムから切り離す処理などが考えられる。
次に、図6を参照して、第2実施形態による制御装置100aのスレーブ装置30aの診断回路33aが実行する処理フローについて説明する。
この処理フローでは、図6に示すように、診断回路33aは、まず、ステップS31において、スレーブ装置30aのCPU31aにエラーが発生したか否かを判断する。より具体的には、診断回路33aは、CPU31aと共有メモリ11との間のバス(図5の矢印付きの直線L参照)を監視し、CPU31aからの出力信号をバスから傍受することにより、CPU31aが設定から外れた動作を行っているか否かを判定する。このステップS31の処理は、CPU31aにエラーが発生したと判断されるまで繰り返される。ステップS31において、CPU31aにエラーが発生したと判断された場合には、ステップS32に処理が進む。
ステップS32において、診断回路33aは、CPU31aに発生したエラーの詳細を示すエラーログ34を記録する。そして、ステップS33に処理が進む。
ステップS33において、診断回路33aは、CPU31aに発生したエラーに関する情報をマザーボード10aの監視回路13aに出力する。エラーに関する情報は、CPU31aと共有メモリ11との間のバス(図5の矢印付きの直線L参照)から傍受された信号に基づいて生成される。そして、処理が戻る。
次に、図7を参照して、第2実施形態による制御装置100aのマザーボード10aの監視回路13aが実行する処理フローについて説明する。
この処理フローでは、図7に示すように、監視回路13aは、まず、ステップS41において、スレーブ装置30aのCPU31aに発生したエラーに関する情報が診断回路33aから入力されたか否かを判断する。このステップS41の処理は、エラーに関する情報が診断回路33aから入力されたと判断されるまで繰り返される。ステップS41において、エラーに関する情報が診断回路33aから入力されたと判断された場合には、ステップS42に処理が進む。
ステップS42において、監視回路13aは、診断回路33aから入力されたエラーに関する情報を、マスタ装置20aのレジスタ22に出力する。より具体的には、監視回路13aは、どのスレーブ装置30aのCPU31aにエラーが発生したかを特定することが可能な情報をレジスタ22に書き込む。そして、処理が戻る。
次に、図8を参照して、第2実施形態による制御装置100aのマスタ装置20aのCPU21aが実行する処理フローについて説明する。
この処理フローでは、図8に示すように、CPU21aは、まず、ステップS51において、CPU31aに発生したエラーに関する情報がレジスタ22に記憶されたか否かを判断する。たとえば、レジスタ22が、エラーに関する情報が記憶された場合にCPU21aに割り込み信号を出力するように構成されているものとすると、CPU21aは、ステップS51において、レジスタ22からの割り込み信号が自身に入力されたか否かを判断する。このステップS51の処理は、エラーに関する情報がレジスタ22に記憶されたと判断されるまで繰り返される。ステップS51において、エラーに関する情報がレジスタ22に記憶されたと判断された場合には、ステップS52に処理が進む。
ステップS52において、CPU21aは、レジスタ22に記憶されたエラーに関する情報に基づいて、例外処理を実行する。つまり、CPU31aにエラーが発生した場合、レジスタ22には、どのスレーブ装置30aのCPU31aにエラーが発生したかを特定することが可能な情報が監視回路13aによって書き込まれるので、CPU21aは、ステップS52において、監視回路13aによってレジスタ22に書き込まれた情報をレジスタ22から読み出し、読み出した情報に基づいて特定したCPU31aを有するスレーブ装置30aに対して例外処理を行う。なお、例外処理の例としては、上記のように、エラーが発生したCPU31aを備えたスレーブ装置30aを初期化する処理や、エラーが発生したCPU31aを備えたスレーブ装置30aをシステムから切り離す処理などが考えられる。そして、処理が戻る。
以上説明したように、第2実施形態による制御装置100aは、スレーブ装置30aのCPU31aにエラーが発生した場合に、当該エラーに関する情報をスレーブ装置30aから取得し、取得したエラーに関する情報をマスタ装置20aに出力する監視回路13aを備えている。これにより、互いにエラーが発生しているか否かを検知する際の処理負担を軽減することができる。
つまり、プロセッサが複数設けられた従来の制御装置では、各プロセッサは、ある共通の記憶媒体(共有メモリ)を用いたいわゆるヘルシーカウンタなどを用いて互いにエラーが発生しているか否かを検知していた。たとえば、各プロセッサは、予め設定されたタスクが正常に終了する毎に、自身にエラーが発生していない旨を示すデータを共有メモリに記憶し、このように記憶したデータを互いに監視することにより、互いにエラーが発生しているか否かを検知していた。このように、従来では、各プロセッサは、互いにエラーが発生しているか否かを検知するために、予め設定されたタスクの他にも種々の処理を行う必要があったため、処理負担が増大することがあった。
これに対して、第2実施形態による制御装置100aは、上記のような監視回路13aを備えているので、CPU31aにエラーが発生した旨がCPU31aとは独立したハードウェアである監視回路13aによってマスタ装置20aに通知される。したがって、第2実施形態によれば、互いにエラーが発生しているか否かを検知するために、共有メモリ11に定期的に繰り返しアクセスする処理などを行う必要がないので、処理負担を軽減することができる。
また、第2実施形態によるスレーブ装置30aは、CPU31aと共有メモリ11との間のバス(図5の矢印付きの直線L参照)を監視することによりエラーに関する情報を取得し、取得したエラーに関する情報を監視回路13aに出力する診断回路33aを備えている。これにより、CPU31aと共有メモリ11との間のバスに出力される信号を診断回路33aによって傍受するだけで、エラーに関する情報を容易に取得することができる。つまり、エラーに関する情報を監視回路13aに出力する処理をCPU31aに行わせる必要がないので、CPU31aの処理負担を軽減することができる。また、CPU31aと共有メモリ11との間のバスに出力される信号を診断回路33aによって傍受することにより、CPU31aがどのような動作を行った際にエラーが発生したかをエラーログ34として詳細に記録することができる。
また、第2実施形態によるマスタ装置20aは、監視回路13aから取得されたエラーに関する情報を記憶するレジスタ22を備えており、CPU21aは、レジスタ22に基づいて例外処理を実行するように構成されている。これにより、レジスタ22を監視するだけで、エラーに関する情報を容易に取得することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
11 共有メモリ
13、13a 監視回路(第1回路)
20、20a マスタ装置(第1装置)
21、21a CPU(第1制御部)
22 レジスタ
30、30a スレーブ装置(第2装置)
31、31a CPU(第2制御部)
33、33a 診断回路(第2回路)
100、100a 制御装置

Claims (6)

  1. 第1制御部を備えた第1装置と、
    第2制御部を備えた第2装置と、
    前記第1装置および前記第2装置によって共有される共有メモリと、
    前記第2制御部が前記共有メモリへのアクセスを行った場合に、前記アクセスに関する情報を前記第2装置から取得し、取得した前記アクセスに関する情報を前記第1装置に出力する第1回路とを備える、制御装置。
  2. 前記第2装置は、前記第2制御部と前記共有メモリとの間のバスを監視することにより前記アクセスに関する情報を取得し、取得した前記アクセスに関する情報を前記第1回路に出力する第2回路をさらに備える、請求項1に記載の制御装置。
  3. 前記第1装置は、前記第1回路から取得された前記アクセスに関する情報を記憶するレジスタをさらに備え、
    前記第1制御部は、前記レジスタに基づいて前記共有メモリにアクセスするように構成されている、請求項1または2に記載の制御装置。
  4. 第1制御部を備えた第1装置と、
    第2制御部を備えた第2装置と、
    前記第1制御部と前記第2制御部とによって共有される共有メモリと、
    前記第2制御部にエラーが発生した場合に、前記エラーに関する情報を前記第2装置から取得し、取得した前記エラーに関する情報を前記第1装置に出力する第1回路とを備える、制御装置。
  5. 前記第2装置は、前記第2制御部と前記共有メモリとの間のバスを監視することにより前記エラーに関する情報を取得し、取得した前記エラーに関する情報を前記第1回路に出力する第2回路をさらに備える、請求項4に記載の制御装置。
  6. 前記第1装置は、前記第1回路から取得された前記エラーに関する情報を記憶するレジスタをさらに備え、
    前記第1制御部は、前記レジスタに基づいて例外処理を実行するように構成されている、請求項4または5に記載の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017163302A1 (ja) * 2016-03-22 2017-09-28 株式会社東芝 制御装置

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