JP2019133576A - データ入出力システム - Google Patents

Abstract

【課題】シングルバス対応のPIO基板を有効に利用可能なコントロールシステムにおける多重化データ入出力システムを実現する。【解決手段】実行系コントローラC21はPIOバスA及びBに接続され、待機系コントローラC22もPIOバスA及びBに接続されている。シングルPIO基板P10がPIOバスAに接続され、シングルPIO基板P11がPIOバスBに接続される。以降、同様に、PIOバスAに接続されたシングルPIO基板及びPIOバスBに接続されたシングルPIO基板からなる一対のシングルPIO基板が配置され、同種２枚のシングルPIO基板が実装される。合計でｎ＋１枚のシングルPIO基板がPIOバスＡ又はＢに接続される。PIO基板の異常発生時は隣り合う同種のシングルPIO基板に切替える。PIOバスAに異常が発生したときはPIOバスBに切替え、実行系コントローラC21に異常が発生したときは待機系コントローラC22に切替える。【選択図】図１

Description

本発明は、データ入出力システムに関する。

コントロールシステムにおけるデータ入出力システムにおいて、シングルバスのＰＩＯ（Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）基板で構築した既存システムの更新や増設時に信頼性向上を図ることは重要である。

特許文献１には、高速のバスを有するコンピュータシステムにおいて、容易にバスの配線長を可変することができるシステムが記載されている。この特許文献１に記載の技術によれば、拡張ボードの交換等を容易に行うことが可能となる。

特開２００１−８４２１８号公報

ところで、高信頼性のコントロールシステムを構築する場合、データ入出力システム全体を二重化する方法がある。

既存システムの更新や増設時に信頼性向上を図るため、システム全体を二重化する場合、それまでに使用していた二重化に対応していないシングルバスのＰＩＯ基板については破棄し、二重化対応のＰＩＯ基板に全てを置き換える必要があった。

しかしながら、二重化されていない既存システムには、シングルバスに接続されたＰＩＯ基板が多数存在し、それらを二重化に対応したＰＩＯ基板に置き換えることは莫大なコストが必要となる。

また、故障等が発生しておらず、シングルバスであれば利用可能なシングルバス対応のＰＩＯ基板を破棄することは、資源の有効活用の観点から好ましいものではない。

また、上記特許文献１を代表とする従来技術は、シングルバスを多重化バスに変更する際における既存のシングルバス対応のＰＩＯ基板についての有効利用に関しては、何ら考慮されていなかった。

本発明の目的は、シングルバス対応のＰＩＯ基板を有効に利用可能なコントロールシステムにおける多重化データ入出力システムを実現することである。

上記目的を達成するため、本発明は次のように構成される。

データ入出力システムにおいて、複数のデータ入出力バスと、上記複数のデータ入出力バスに接続される複数のシングルＰＩＯ基板と、上記複数のデータ入出力バスに接続され、上記複数のデータ入出力バスと上記複数のシングルＰＩＯ基板との接続を切り換えるデータ入出力制御部とを備える。

本発明によれば、シングルバス対応のＰＩＯ基板を有効に利用可能なコントロールシステムにおける多重化データ入出力システムを実現することができる。

実施例１による多重化されたデータ入出力システムの概略構成図である。 実施例１によるデータ入出力システムにおけるバス切り換え動作フローチャートである。 実施例１による多重化されたデータ入出力システムの変形例の概略構成図である。 実施例２による多重化されたデータ入出力システムの概略構成図である。 実施例２による多重化されたデータ入出力システムの変形例の概略構成図である。

以下の実施形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらは互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

なお、実施形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施例１）
図１及び図２を用いて、本発明の実施例１について説明する。

図１は、実施例１による多重化データ入出力システムの概略構成図であり、図２は、実施例１におけるコントローラのバス切り換え及びＰＩＯ基板切り換えの動作フローチャートである。

図１において、実施例１は、二重化構成のデータ入出力システムの例であり、拡張バスを、実行系コントローラ（実行系データ入出力制御部）Ｃ_２１と待機系コントローラ（待機系データ入出力制御部）Ｃ_２２との二重化としている。また、拡張バスはＰＩＯバスＡ（データ入出力バス）およびＰＩＯバスＢ（データ入出力バス）となっている。

実行系コントローラＣ_２１はＰＩＯバスＡ及びＰＩＯバスＢに接続され、待機系コントローラＣ_２２もＰＩＯバスＡ及びＢに接続されている。

そして、シングルＰＩＯ基板Ｐ_１０（シングルＰＩＯ基板Ｎｏ.０）がＰＩＯバスＡに接続され、シングルＰＩＯ基板Ｐ_１１（シングルＰＩＯ基板Ｎｏ.１）がＰＩＯバスＢに接続される。以降、同様に、ＰＩＯバスＡに接続されたシングルＰＩＯ基板及びＰＩＯバスＢに接続されたシングルＰＩＯ基板からなる一対（一組）のシングルＰＩＯ基板が配置され、同種２枚のシングルＰＩＯ基板が実装される（偶数番のシングルＰＩＯ基板がＰＩＯバスＡに接続され、奇数番のシングルＰＩＯ基板がＰＩＯバスＢに接続される）。

よって、合計でｎ＋１枚のシングルＰＩＯ基板がＰＩＯバスＡ又はＰＩＯバスＢに接続される。

ＰＩＯ基板の異常発生時は、隣り合う同種のシングルＰＩＯ基板に切り換える。

ＰＩＯバスＡに異常が発生したときは、ＰＩＯバスＢに切り換え、実行系コントローラＣ_２１に異常が発生したときは、待機系コントローラＣ_２２に切り換える。

図２は、コントローラのバス切り換え動作フローチャートである。

初期状態においては、実行系コントローラＣ_２１は、ＰＩＯバスＡを使用し、このＰＩＯバスＡに接続されたシングルＰＩＯ基板（偶数番目）を使用するものとする。

図２のステップＳ１において、実行系コントローラＣ_２１は、現在使用しているＰＩＯバスＡ及び偶数番号のシングルＰＩＯ基板が正常か否かを判断する。

ステップＳ１において、ＰＩＯバスＡ及びシングルＰＩＯ基板が正常であれば、ステップＳ２に進み、実行系コントローラＣ_２１は、ＰＩＯバスＡにアクセスし、ステップＳ３において、偶数番のシングルＰＩＯ基板を使用する。

ステップＳ１において、シングルＰＩＯ基板が異常であれば、ステップＳ４に進み、実行系コントローラＣ_２１は、現在使用しているＰＩＯバスＡ及び偶数番号のシングルＰＩＯ基板とは異なるＰＩＯバスＢ及び奇数番のシングルＰＩＯ基板が正常か否かを判断する。

ステップＳ４において、ＰＩＯバスＢ及び奇数番のシングルＰＩＯ基板が正常であれば、ステップＳ５に進み、実行系コントローラＣ_２１は、ＰＩＯバスＢにアクセスし、ステップＳ６において、奇数番のシングルＰＩＯ基板を使用する。

ステップＳ４において、ＰＩＯバスＢ及び奇数番のシングルＰＩＯ基板が異常であれば、ステップＳ７に進み、実行系コントローラＣ_２１を待機系コントローラＣ_２２に切り換える。

待機系コントローラＣ_２２は、以降、ステップＳ１〜Ｓ７と同様な動作を行う。

以上の構成により、システムを二重化する以前に使用していたシングルＰＩＯ基板を二重化したシステムに適用することができ、二重化対応のＰＩＯ基板に全て置き換える必要が無くなる。

よって、これまで使用していたＰＩＯ基板を流用可能で、コントロールシステムを二重化していくコストを抑えることが可能となる。

拡張バスは、ＰＩＯバスＡ及びＰＩＯバスＢの両方とも実行系コントローラＣ_２１及び待機系コントローラＣ_２２と繋がる構成であるので、二重化対応のＰＩＯ基板が不要な場合は、ＰＩＯバスを管理上１本とみなし、同じバックプレーンでも、シングル構成としての更新も可能となる。シングルＰＩＯ基板を二重化システムに流用できるので、低コストでシングルシステムと二重化システム構成との両方を実現することができ。

上述した実施例１は、二重化システムだけではなく、三重化システム以上のさらに多重化したシステムにもシングルＰＩＯ基板を流用可能であり、低コストでデータ入出力システムの多重化を実現することができる。

図３は、三重化されたデータ入出力システムの概略構成図である。

図３に示した例は、図１に示した例と同様な実行系コントローラＣ_３１、待機系コントローラＣ_３２の他に、待機系コントローラＣ_３３及びＰＩＯバスＣ（データ入出力バス）が追加され、シングルＰＩＯ基板Ｐ_１０〜Ｐ_１ｎが、順次、ＰＩＯバスＡ、ＰＩＯバスＢ、ＰＩＯバスＣに接続される。

図３に示した例におけるバス切り替え動作は、図２のステップＳ１及びＳ３において、偶数番ＰＩＯ基板がＰＩＯバスＡに接続された基板となる。また、ステップＳ４及びＳ６において、奇数番ＰＩＯ基板がＰＩＯバスＢに接続された基板となる。そして、ステップＳ４において、Ｎｏと判断されると、ステップＳ４〜Ｓ６と同様な判断がさらになされる。ただし、ＰＩＯバスＢはＰＩＯバスＣとなり、奇数番ＰＩＯ基板がＰＩＯバスＣに接続された基板となる。

さらに、ＰＩＯバスＣとＰＩＯバスＣに接続されたＰＩＯ基板が異常であると判断された場合は、実行系コントローラＣ_３１から待機系コントローラＣ_３２（待機系１コントローラ）に切り換えられ、以降、同様な処理が行われる。そして、判断内容に従って、待機系コントローラＣ_３２から待機系コントローラＣ_３３（待機系２コントローラ）に切り換えられる。

以上のように、本発明の実施例１によれば、シングルバス対応のＰＩＯ基板も有効に利用可能なコントロールシステムにおける多重化データ入出力システムを実現することができる。

また、ハードウェアを変更しないで、シングルＰＩＯ基板のナンバーをシステム（実行系コントローラＣ_２１、Ｃ_３１、待機系コントローラＣ_２２、Ｃ_３２、Ｃ_３３）に登録するだけで、低コストかつ短時間で、簡単に２重化されたデータ入出力システムを実現できる。

また、シングルＰＩＯ基板は、物理的に２枚のシングルＰＩＯ基板で二重化ＰＩＯ基板として構成されるため、ＰＩＯ基板それぞれの独立性が高く、基板の管理情報の工夫で、ダブルＰＩＯ基板との混在、設置場所の自由度や、システム変更時にも、柔軟な対応が可能となる。

ダブルＰＩＯ基板であると、一方のバスに対する機能が故障した場合、そのダブルＰＩＯ基板の動作を継続することが困難となり、他方のバスに対する機能も動作することが困難となる。

これに対して、シングルＰＩＯ基板であれば、一方のバスに対するシングルＰＩＯ基板が故障した場合、他方のバスに対するシングルＰＩＯ基板が健全であれば、他方のバスに対する機能を動作することができる。

上記のように、環境を配慮し、シングルＰＩＯ基板を流用可能な構成とすることで、シングルＰＩＯ基板をリユース（繰り返し使う）することができ、シングルバスのＰＩＯ基板を破棄し、二重化対応のＰＩＯ基板に全てを置き換えることは不要となる。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。

図４は、実施例２による入出力多重化システムの概略構成図である。

実施例１と実施例２との相違点は、実施例１においては、全てシングルＰＩＯ基板Ｐ_１０〜Ｐ_１ｎがＰＩＯバスＡ又はＢに接続されているが、実施例２においては、シングルＰＩＯ基板と、ダブルＰＩＯ基板とが混在してＰＩＯバスＡ又はＢに接続されている点である。

シングルＰＩＯ基板Ｐ_１０（Ｎｏ．０）およびシングルＰＩＯ基板Ｐ_１１（Ｎｏ．１）と、ダブルＰＩＯ基板Ｐ_２１〜Ｐ_２ｎが混在している例の場合、何の基板がどこに実装されるかの管理情報を実行系コントローラＣ_２１及び待機系コントローラＣ_２２が有していれば、ＰＩＯ基板の切り換えおよびＰＩＯバスＡ、Ｂの切り換えについては、柔軟性ある構成が可能である。

バスの切り換え動作については、図２に示したフローチャートと同様にして、実行することができる。ただし、
実施例２においても、シングルＰＩＯ基板を入出力多重化システムに適用することができるので、実施例１と同様な効果を得ることができる他、シングルＰＩＯ基板とダブルＰＩＯ基板とが混在するデータ入出力システムを実現することができる。

また、ダブルＰＩＯ基板を追加することで、信頼性をさらに向上することができる。

上述した実施例２は、２重化システムだけではなく、３重化システム以上のさらに多重化したシステムにもシングルＰＩＯ基板を流用可能であり、低コストで多重化システム化を実現できる。

図５は、四重化されたデータ入出力システムの概略構成図である。

なお、図５は、ダブルＰＩＯ基板がバスに接続した例を示しているが、シングルＰＩＯ基板も混在させることができる。

図５に示した例は、実行系コントローラＣ_４１、待機系コントローラＣ_４２に（待機系コントローラＮｏ．１）、待機系コントローラＣ_４３（待機系コントローラＮｏ．２）、待機系コントローラＣ_４４（待機系コントローラＮｏ．３）、ＰＩＯバスＣ及びＰＩＯバスＤ（データ入出力バス）が追加され、ダブルＰＩＯ基板Ｐ_２０〜Ｐ_２ｎが、順次、ＰＩＯバスＡ、ＰＩＯバスＢ、ＰＩＯバスＣ及びＰＩＯバスＤに接続される。

図５に示したように、ダブルＰＩＯ基板Ｐ_２０〜Ｐ_２ｎを、ＰＩＯバスＡ、Ｂ、ＣおよびＤに接続し、低コストでデータ入出力システム全体の四重化を実現できる。

また、上記のように同様の方法でｎ重化されたＰＩＯ基板を流用し、２ｎ多重化データ入出力システムを構築できる。ただし、ｎは１以上の自然数である。

なお、上述した例においては、実行系コントローラＣ_２１、Ｃ_３１、Ｃ_４１と待機系コントローラＣ_２２、Ｃ_３２、Ｃ_３３、Ｃ_４２、Ｃ_４３、Ｃ_４４とがＰＩＯバスに接続された例を示したが、実行系コントローラのみがＰＩＯバスに接続され、待機系コントローラはＰＩＯバスに接続されていない例であっても、本発明は適用可能である。

また、ＰＩＯバスＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄは、それぞれ別個のボードで形成することも可能であるし、全て１枚のマザーボードに形成されていてもよい。

さらに、ＰＩＯバスＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは、任意の組み合わせで同一のボードに形成してもよいし、任意のＰＩＯバスを単一のボードに形成することも可能である。

上述した本発明によるデータ入出力システムは、例えば、計装システム、反応缶システム、飛行システム等の種々のシステムに適用可能である。

Ｃ_２１・・・二重化対応型実行系コントローラ、Ｃ_３１・・・三重化対応型実行系コントローラ、Ｃ_４１・・・四重化対応型実行系コントローラ、Ｃ_２２・・・二重化応型待機系コントローラ、Ｃ_３２、Ｃ_３３・・・三重化対応型待機系コントーラ、Ｃ_４２、Ｃ_４３、Ｃ_４４・・・四重化対応型待機系コントローラ、Ｐ_１０〜Ｐ_１ｎ・・・シングルＰＩＯ基板、 Ｐ_２０〜Ｐ_２ｎ・・・ダブルＰＩＯ基板

Claims (5)

1. 複数のデータ入出力バスと、
   上記複数のデータ入出力バスに接続される複数のシングルＰＩＯ基板と、
   上記複数のデータ入出力バスに接続され、上記複数のデータ入出力バスと上記複数のシングルＰＩＯ基板との接続を切り換えるデータ入出力制御部と、
   を備えることを特徴とするデータ入出力システム。
2. 請求項１に記載のデータ入出力システムにおいて、
   上記データ入出力制御部は、上記複数のデータ入出力バスに接続される実行系データ入出力制御部と、待機系データ入出力制御部とを有することを特徴とするデータ入出力システム。
3. 請求項１に記載のデータ入出力システムにおいて、
   上記複数のデータ入出力バスのうちの２つに接続されるダブルＰＩＯ基板を備えることを特徴とするデータ入出力システム。
4. 請求項１または３に記載のデータ入出力システムにおいて、
   上記データ入出力制御部は、上記複数のデータ入出力バスのうちの、使用しているデータ入出力バス及び上記使用しているデータ入出力バスに接続された上記シングルＰＩＯ基板が正常か否かを判断し、正常ではないと判断した場合は、上記使用しているデータ入出力バスとは異なるデータ入出力バス及び上記使用しているデータ入出力バスに接続された上記シングルＰＩＯ基板とは異なるシングルＰＩＯ基板が正常か否かを判断し、正常であると判断した場合は、上記異なるデータ入出力バス及び上記異なるシングルＰＩＯ基板を使用してデータ入出力制御を行うことを特徴とデータ入出力システム。
5. 請求項２または３に記載のデータ入出力システムにおいて、
   上記実行系データ入出力制御部は、上記使用しているデータ入出力バスとは異なるデータ入出力バス及び上記使用しているデータ入出力バスに接続された上記シングルＰＩＯ基板とは異なるシングルＰＩＯ基板が、正常ではないと判断した場合は、上記実行系データ入出力部によるデータ入出力制御を上記待機系データ入出力部によるデータ入出力制御に切り換えることを特徴とするデータ入出力システム。

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