JP2018013816A - メモリ診断装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】従来の、プログラムメモリの領域を分割し制御動作の空き時間を使ってビットの異常を検出するメモリ診断装置では、演算リソースに余裕のあるメモリ診断装置、もしくは処理負荷が可変的であり一時的に演算リソースに余裕ができるメモリ診断装置を対象として、演算リソースに余裕のある時にメモリ診断機能を実行するアプローチをとっていた。このため、適用対象のメモリ診断装置の演算リソースの制限が大きく、かつ処理負荷の変動が少ない(常に高負荷である)場合には適用できない。【解決手段】予め制御処理の空き時間で実行可能なサイズに、診断対象となるメモリ領域を分割し、診断処理パラメータと誤り訂正符号を用いて、この空き時間に、プログラム用メモリの診断処理を行う。【選択図】 図1

Description

この発明は、演算リソースの限られたプロセッサ搭載装置等において、プログラム実行の空き時間を使って、メモリ領域の診断を行うメモリ診断装置に関するものである。
従来のプロセッサ搭載装置等におけるメモリ診断装置では、演算リソースに余裕のある場合、もしくは処理負荷が可変的であり一時的に演算リソースに余裕ができる場合に限って、演算リソースに余裕のある時にメモリ診断を行うアプローチをとっている。
特開2014−99097号公報
従来のメモリ診断装置は以上のような特徴があるので、適用対象のプロセッサ搭載装置の演算リソースの制限が大きく、かつ処理負荷の変動が少ない(常に高負荷である)場合には適用できない問題点があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、演算リソースの制限が大きく、かつ処理負荷の変動が少ない(常に高負荷である)プロセッサ搭載装置等に対しても、メモリの状態を診断することが可能なメモリ診断装置を提供することを目的とする。
この発明に係るメモリ診断装置は、
プログラムの実行に用いるプログラム用のメモリを含む実行プログラム、前記メモリの診断に用いる複数の診断処理パラメータ、および前記メモリのビット誤りを訂正するための誤り訂正符号を有し、
前記実行プログラムを参照して制御演算を実行する制御演算実行部と、
前記診断処理パラメータ及び前記誤り訂正符号に基づいて、前記メモリの診断を行うメモリ診断実行部と、を備え、
前記メモリは、複数のメモリ部分領域に分割されており、
前記複数の診断処理パラメータの中から、前記プログラムの実行に必要な診断処理パラメータを選択して使用することにより、診断箇所を特定した前記メモリ部分領域に対して前記誤り訂正符号を付与するとともに、
前記プログラムの制御演算の空き時間に、特定した前記メモリ部分領域に対して、前記メモリの診断を順次行うことにより、前記プログラムの実行に用いるメモリ全体の診断を行うものである。
この発明によれば、メモリ全体について、診断対象を制御処理に影響しない十分小さな単位に分割し、この分割されたメモリに対して、制御処理の空き時間を使って診断を実行するようにしたので、演算リソースの制限が大きく、かつ処理負荷の変動が少ないプロセッサ搭載装置等においても、メモリの状態を診断可能なメモリ診断装置を搭載することが可能になるという効果を奏する。
この発明の実施の形態1に係るメモリ診断装置の一例を示す図である。 この発明の実施の形態1に係るメモリ診断装置の領域分割と診断動作の関係を示す図である。 この発明の実施の形態1に係るメモリ診断装置の診断処理パラメータの詳細を示す図である。 この発明の実施の形態1に係るメモリ診断装置のメモリ診断実行部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態2に係るメモリ診断装置の一例を示す図である。 この発明の実施の形態2に係るメモリ診断装置の誤り訂正符号生成部の動作を説明するための図である。 この発明の実施の形態2に係るメモリ診断装置の診断処理パラメータの詳細を示す図である。 この発明の実施の形態2に係るメモリ診断装置の初期化処理における誤り訂正符号生成部の起動フローを示す図である。 この発明の実施の形態3に係るメモリ診断装置の一例を示す図である。 この発明の実施の形態3に係るメモリ診断装置の診断処理パラメータの詳細を示す図である。 この発明の実施の形態3に係るメモリ診断装置の初期化処理における領域分割数N算出部と誤り訂正符号生成部の起動の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態3に係るメモリ診断装置の制御動作を示す概念図である。 この発明の実施の形態3に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態3に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部で算出する統計値を示す図である。 この発明の実施の形態4に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部の処理フローを示す図である。 この発明の実施の形態4に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部で算出する統計値を示す図である。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図1〜図4に基づいて説明する。ここで、図1は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の一例を示す図であり、図2は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の領域分割と診断動作の関係を示す図である。また、図3は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の診断処理パラメータの詳細を示す図であり、図4は、本実施の形態に係るメモリ診断装置のメモリ診断実行部の処理フローを示す図である。
まず、図1に、本実施の形態のメモリ診断装置の一例を示す。このメモリ診断装置1は、プログラムのメモリのビット異常を検出するための診断を行うものであって、実行プログラムを制御するための演算を行う制御演算実行部10と、診断処理パラメータ22と誤り訂正符号23に基づいて実行プログラム21において、メモリのビット異常を検出するための診断を実行するメモリ診断実行部11を持つ。なお、図中の矢印は参照先を示し、矩形の右上に黒三角が付されているものは、実際の値を持っているものであることを示す(以下の図でも同様)。
次に、図2の内容について説明する。本実施の形態では、実行プログラム21をN個のメモリ部分領域であるP1〜PNにそれぞれ分割する。制御周期Uは、制御動作が実行される時間間隔である。制御動作の処理時間Tは、図1の制御演算実行部10で実施する制
御動作にかかる処理時間である。空き時間Vは、制御周期Uから制御動作の処理時間Tを除いた期間であり、この時間を使ってメモリ診断実行部11の診断処理を実行する。
ここで、1回のメモリ診断処理は、メモリ部分領域の1つを対象として行う。メモリ部分領域の領域分割数N個分、各領域に対して順番に処理を実施することで、実行プログラム21の全ての領域を診断することができる。この図において、誤り訂正符号23は、本装置つまり、メモリ診断装置のメモリ診断が実行される前に、予め計算され装置に書き込まれている。
次に、図3、図4に基づいて、1周期分のメモリ診断実行部の処理動作を説明する。
まず図3に示す診断処理パラメータ22aの各要素について説明する。Aは診断対象である実行プログラム21の格納領域の先頭アドレスを示す。Bは診断対象である実行プログラム領域のサイズを示す。
続いて、Cは、行プログラムの領域分割数Nを示す。領域分割数Nは、予め部分領域1つに対する診断処理が、空き時間内で実行可能になるよう、十分大きな値、つまり、この空き時間を1とすると、この空き時間の長さ1に対して1未満の時間(特に、ばらつきを考慮した場合には、0.5程度の時間)を設定しておく。このNの値は、典型的には1000以上に設定される。
続いて、Dは、誤り訂正符号23の格納領域の先頭アドレスを示す。また、Eは、1つの誤り訂正符号の長さを示す。
最後に、Fには、次に処理する分割領域の番号が格納される。Fには、初期値として分割領域の1つ目の番号(今回の説明では1とする)が格納される。
次に、図4のフローを説明する。
まず、ステップS1において、診断処理パラメータのA、B、Cを利用して今回診断を行う実行プログラム部分領域を特定する。特定した領域に対して計算を行い、誤り訂正符号を生成する。
続いて、ステップS2において、診断処理パラメータのD、E、Fを利用して、今回の部分領域に対応する誤り訂正符号領域を特定し、誤り訂正符号を取得する。
続いて、ステップS3において、ステップS1とステップS2でそれぞれ生成、あるいは取得した誤り訂正符号を比較する。
ステップS3の判定結果が一致しなければ、異常が発生したと判断しステップS4の異常処理を実施する。ステップS3の判定結果が一致すれば、処理対象の部分領域においてビット化けエラーは発生していないと判断でき、ステップS5からステップS7の処理対象領域の更新処理を実施する。
ステップS5からステップS7の処理対象領域の更新処理は、ステップS5において部分領域の最後まで診断処理が完了したか判定し、YESであれば、再び先頭の部分領域から診断処理を実施するために、処理対象分割領域カウンタFを初期値(ここでは1)に戻す。NOであれば、処理対象分割領域カウンタFをインクリメントする(1増やす)。
ステップS4の異常処理の内容は、メモリ診断装置に求められる信頼性、または外部との異常通知インターフェイス(I/F)の有無などによって変わってくる。
例えば、訂正可能なエラーが発生した場合には、誤り訂正とログの登録を行なって処理を継続し、訂正不可能なエラーが発生した場合には、LEDを点灯させユーザに通知し、装置を故障モードに落とし、エラーログを登録し、ネットワークを介し接続している他の装置に異常を通知する処理を行うことができる。
上記に説明した1周期分のメモリ診断実行部の処理動作を順次実施することにより、最終的にメモリ全体の領域を診断することが可能になる。順次実施する処理の実現方法としては、プログラムの実行を管理するプログラム(一般的にスケジューラと呼ばれる機能)
に登録することが挙げられる。
なお、本実施の形態において、診断対象の実行プログラム全体を診断するのに要する時間は「制御周期U×領域分割数N」となり、これが、異常が発生してから検出するまでに要するMAX時間となる。本実施の形態を有効に利用するためには、このMAX時間が装置に求められる信頼性に鑑みて妥当であることを設計者が判断する必要がある。
上記の実施の形態1では、診断対象のプログラムメモリを制御処理に影響しない十分小さな単位に分割する、すなわち、メモリ全体を分割して、実際の制御動作の処理時間を1000とすれば、分割されたメモリ1個当たりの処理時間が1〜10程度の処理時間になるようにして、制御処理の空き時間(制御動作の全処理時間を1とすると約0.2〜0.4程度の時間)を使ってメモリの診断を実行するようにしたので、演算リソースの制限が大きく、かつ処理負荷の変動が少ない、言い換えると常に高負荷である、プロセッサ搭載装置等においても、メモリの状態を診断することが可能なメモリ診断装置を搭載することが可能になる。
実施の形態2.
以下、この発明の実施の形態2を図5〜図8に基づいて説明する。ここで、図5は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の一例であり、図6は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の誤り訂正符号生成部の動作を説明するための図である。また、図7は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の診断処理パラメータの詳細を示す図であり、図8は、本発明の実施の形態に係るメモリ診断装置の初期化処理における誤り訂正符号生成部の起動フローを示す図である。
まず、図5は、図1で示したメモリ診断装置の構成要素に、さらに、誤り訂正符号生成部12が加わったものである。図1をベースに、実行プログラム21と診断処理パラメータ22に基づいて誤り訂正符号23を生成する誤り訂正符号生成部12(図中の矢印は、参照先、あるいは書き込み先を示す)が追加になっている。また、図6は、この誤り訂正符号生成部12と、実行プログラム21、誤り訂正符号生成部12、および誤り訂正符号23の間の動作関係を示している。
次に、図6に基づいて、誤り訂正符号生成部12の動作概要を示す。誤り訂正符号生成部12は、実行プログラム21のN個のメモリ部分領域であるP1〜PNの全領域に対して、誤り訂正符号を算出し、それぞれと対応する誤り訂正符号である符号Q1から符号QNを、それぞれ書き込む。
次に、誤り訂正符号生成部の起動処理について、図7、図8を用いて説明する。 図7の診断処理パラメータ22bは、図3の診断処理パラメータ22aに、誤り訂正符号付与フラグGを追加したものである。この誤り訂正符号付与フラグには、装置に実行プログラムが書き込まれる際に、マジックナンバー(識別子として用いられるプログラム中に書かれた数値)が書き込まれている。
次に、図8の起動フローについて説明する。まず、ステップS11において誤り訂正符号付与フラグを参照し、マジックナンバーと一致するか判定する。マジックナンバーと一致する場合は、装置の初回起動時であると判断し(ステップS12)、その後、ステップS13で誤り訂正符号生成部を実行する。この誤り訂正符号生成部によって誤り訂正符号が付与されたら、次のステップS14で、誤り訂正符号付与フラグにマジックナンバー以外の値を書き込み、クリアする。
そして、誤り訂正符号生成部12の処理について、実施の形態1で説明したのと同様に診断処理パラメータ22を利用して各領域を特定し、誤り訂正符号生成処理を実施する。
なお、上記の実施の形態1では、例えばバッチ処理や専用のパソコンS/Wなどを用いて、予め誤り訂正符号を装置に書き込む必要があったが、本実施の形態においては、装置の初回立ち上がり時に自動で誤り訂正符号を付与するので、人的作業であれば発生する可能性のあるミスが発生する可能性がない。
実施の形態3.
以下、この発明の実施の形態3を図9〜図14に基づいて説明する。ここで、図9は、本実施の形態3に係るメモリ診断装置の一例である。また、図10は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の診断処理パラメータの詳細を示す図であり、図11は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の初期化処理における領域分割数N算出部と誤り訂正符号生成部の起動の処理フローを示す図である。さらに、図12は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の制御動作を示す概念図であり、図13は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部の処理フローを示す図であり、図14は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部で算出する統計値を示す図である。
まず、図9のメモリ診断装置では、図5の実施の形態2に係るメモリ診断装置に示す構成要素に加え、領域分割数N算出部13と制御処理の計測データ24が追加になっている。領域分割数N算出部13は、制御演算実行部10を実行し処理時間を計測し、計測した処理時間を制御処理の計測データ24に書き込み、この制御処理の計測データに基づいて領域分割数Nを算出し診断処理パラメータ22に書き込む。
次に、図10、図11に基づいて領域分割数N算出部の起動処理について説明する。 図10は、図7に、領域分割数N最大サイズH、領域分割数N算出フラグI、制御周期計測回数Mを追加した診断処理パラメータ22cである。領域分割数N最大サイズHとしては、異常検出までの時間などから設計者が予め決定した領域分割数の最大値を設定しておく。このHの典型的な値として、4000程度の値が設定される。領域分割数N算出フラグIには、装置に実行プログラムが書き込まれる際にマジックナンバーが書き込まれている。
次に、図11は、図8をベースにして、領域分割数N算出に関する処理であるステップS21からステップS23を追加したものである。領域分割数N算出部において制御動作を模擬する必要があるため、図11の起動処理は初期化処理の最後に行う必要がある。
図11の詳細について以下説明する。まず、ステップS21において領域分割数N算出フラグを参照し、マジックナンバーと一致するか否かを判定する。マジックナンバーと一致する場合は、装置の初回起動時であると判断し、ステップS22で領域分割数N算出部を実行する。領域分割数N算出処理によって誤り訂正符号が付与されたら、ステップS23において領域分割数N算出フラグにマジックナンバー以外の値を書き込み、クリアする。なお、ステップS24からステップS26は、図8のステップS11からステップS13と同様であるので、ここでの詳細説明は省略する。
次に、図10、図12、図13、図14に基づいて領域分割数N算出部の処理の詳細について説明する。図13に領域分割数N算出部の処理フローを示す。この図のステップS31からステップS33においては、制御周期計測回数M回ループを回し、制御周期計測回数Mの回数分に相当する制御動作の処理時間の計測を制御演算実行部で実行し、制御処理の計測データ24に書き込んで格納する。このステップS31からステップS33の処理内容の詳細を図で表したものが図12である。
図2について説明したのと同様に、K個の制御周期は、それぞれ制御動作と空き時間で構成され、各制御周期の制御動作の処理時間はT1、T2、・・・、TKである。また、
処理時間T1、T2、・・・、TKごとに、処理時間が計測され、計測値1、計測値2、・・・、計測値Kとしてそれぞれ格納される。ここでK=Mである。
続いて、ステップS34の処理として、制御処理の計測データ24から統計値の算出を行う。算出する統計値は図14に示している通り、平均値101、標準偏差102である。続いて、ステップS35において、実行プログラム21全体に対して誤り訂正符号生成処理を実施し、処理時間を計測する。ステップS36において「平均値101+(標準偏差102×5)」の計算によってばらつきを考慮して制御動作の処理時間の最大値について想定値を求める。次に、「制御周期U−(制御動作の処理時間の最大値についての)仮の想定値」によって最小の空き時間の想定値を求める。さらに、「ステップS35の測定値×1.1÷最小の空き時間(結果は切り上げ)」によって領域分割数を求める。最後に、求めた領域分割数よりも大きい数のうち、最も小さい2の累乗数を、ステップS36で算出する領域分割数Nとする。
続いて、ステップS37において、算出した領域分割数Nが領域分割数N最大サイズH以下であることを確認する。最大サイズH以下であれば、Nは妥当な値であると判断してステップS38の処理で診断処理パラメータ22に書き込む。最大サイズH以上であれば、ステップS39で異常処理を行う。異常処理の内容としては、ログを残して故障モードに落とすことが挙げられる。
なお、上記の実施の形態2では、領域分割数Nを事前に設計して決定しておかなければならなかったが、図9〜14の工夫を実施することで領域分割数Nを自動で算出することができ、設計コストを低減し経済的に優れたメモリ診断装置を得る事ができる。特に、メモリ診断装置のレパートリーが多い場合に大きな効果を得ることができる。
実施の形態4.
以下、この発明の実施の形態4を図15〜図16に基づいて説明する。ここで、図15は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部の処理フローを示す図であり、図16は、本実施の形態に係るメモリ診断装置の領域分割数N算出部で算出する統計値を示す図である。
まず、図15は、図13の処理フローをベースに、ステップS40の判定処理を追加したものである。また、図16は、ステップS34で算出する統計値の内容を示すものであり、図14と比較して、最大値103が追加されている。そして、最大値103を利用した判定処理をステップS40で実施する。判定結果がNOであれば、異常処理に分岐する。
次に、上記のステップS40の最大値103を利用した判定処理の詳細について説明する。具体的な処理手順は、まず、「制御周期U−最大値103」によって最小の空き時間を求め、次に、この値と「ステップS35の測定値÷領域分割数N」によって求めた1つの部分領域の診断処理にかかる処理時間とを比較し、「1つの部分領域の診断処理にかかる処理時間>最小の空き時間」となっている場合は、ステップS40でNOに分岐し異常処理を行う、となる。
ここで、具体的数値例を挙げて、上記のステップS40の最大値103を利用した判定処理の詳細について、さらに説明を加える。
例えば、制御周期Uが10ms、制御動作の処理時間Tが20周期を1セットとして、具体的な値が、「(19回2msが続く)→8ms」→「(19回2msが続く)→8ms」→・・・→「(19回2msが続く)→8ms」のように変動する特性の制御動作を考える。この場合、制御動作の処理時間Tの平均値は2.3、標準偏差は1.34、最大
値は8(このとき、最小の空き時間は10−8=2)となる(各数値の単位はms)。こ
のような場合においては、実施の形態3によって算出した領域分割数Nの1つの部分領域の処理時間が3msとなった場合、「1つの部分領域の処理時間(=3)>最小の空き時間(=2)」となり、1つの部分領域の処理時間が最小の空き時間を超えてしまい、制御動作に影響を与えてしまうため、異常と判断する(ステップS40をNOに分岐させる)ことになる。
なお、この実施の形態3では、制御動作の処理時間が統計的なばらつきに従うことを仮定しており、この仮定が崩れると妥当な領域分割数Nの値を設定できない。例えば、数周期に一度、処理時間が大きく増えるような特性の制御動作を行っていた場合に、誤って領域分割数Nを小さく設定してしまい、処理時間が大きい周期にメモリ診断処理をするための空き時間が不足し、制御動作に影響を及ぼしてしまうことが考えられる。測定値の最大値を使って自動で算出した領域分割数Nの妥当性をチェックすることで、上述の問題を未然に防止でき、信頼性が向上する。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
1 メモリ診断装置、10 制御演算実行部、11 メモリ診断実行部、12 訂正符号生成部、13 算出部、21 実行プログラム、22、22a、22b、22c 診断処理パラメータ、23 訂正符号、24 制御処理の計測データ、101 平均値、102 標準偏差、103 最大値、F 処理対象分割領域カウンタ、 H 最大サイズ、I 算出フラグ、 M 制御周期計測回数、N 領域分割数、T 処理時間、U 制御周期、V 時間、P1 部分領域、Q1 訂正符号

Claims (5)

  1. プログラムの実行に用いるプログラム用のメモリを含む実行プログラム、前記メモリの診断に用いる複数の診断処理パラメータ、および前記メモリのビット誤りを訂正するための誤り訂正符号を有し、
    前記実行プログラムを参照して制御演算を実行する制御演算実行部と、
    前記診断処理パラメータ及び前記誤り訂正符号に基づいて、前記メモリの診断を行うメモリ診断実行部と、を備え、
    前記メモリは、複数のメモリ部分領域に分割されており、
    前記複数の診断処理パラメータの中から、前記プログラムの実行に必要な診断処理パラメータを選択して使用することにより、診断箇所を特定した前記メモリ部分領域に対して前記誤り訂正符号を付与するとともに、
    前記プログラムの制御演算の空き時間に、特定した前記メモリ部分領域に対して、前記メモリの診断を順次行うことにより、前記プログラムの実行に用いるメモリ全体の診断を行うことを特徴とするメモリ診断装置。
  2. 前記特定したメモリ部分領域に対して第1の誤り訂正符号を生成するとともに、前記特定したメモリ部分領域に対応する誤り訂正符号領域を特定して、第2の誤り訂正符号を取得した後、
    前記第1の誤り訂正符号と前記第2の誤り訂正符号とを比較し、結果が一致しない場合、異常が発生したと判断することを特徴とする請求項1に記載のメモリ診断装置。
  3. 前記プログラムが起動する初回立ち上がりを検出する手段を有し、この初回立ち上がりを検出した場合には、誤り訂正符号を自動生成する誤り訂正符号生成処理を行うことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のメモリ診断装置。
  4. 前記制御演算実行部の制御演算の処理時間を計測する手段と、
    実施した一定回数の前記制御演算の処理時間の計測値を記憶する手段と、
    前記一定回数の処理時間の計測値から処理時間に関する統計値を算出する手段と、
    処理時間に関する統計値から前記メモリ部分領域の最適な領域分割数を自動で算出可能な手段と、
    を有することを特徴とする請求項3に記載のメモリ診断装置。
  5. 前記メモリ部分領域の最適な領域分割数を自動で算出する処理において、
    処理時間の変動が予め設定した値より大きい場合を検出する手段を有し、当該処理時間の変動が予め設定した値より大きい場合を検出した場合には、ネットワークを介し接続している他の装置に通知することを特徴とする請求項4に記載のメモリ診断装置。
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