JP2021144426A - プロセッサ及びエラー検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プロセッサに生じるエラーの検出をより簡易な構成でより適切に行うことができる、プロセッサ及びエラー検出方法を提供する。【解決手段】プロセッサは、入力された命令に応じた処理を行うパイプライン制御回路と、パイプライン制御回路のエラーを検出するＥＣＣ回路と、を備える、ＥＣＣ回路は、パイプライン制御回路が実行する処理に応じて、パイプライン制御回路に対するエラー検出の実行と不実行とを切り替える。ＥＣＣ回路によるエラー検出の実行と不実行との切り替えは、パイプライン制御回路に実行させる処理を示す命令コード毎に定義される。【選択図】図３

Description

本発明は、プロセッサ及びエラー検出方法に関する。

メモリを搭載しているプロセッサにおいて、特許文献１に開示されているように、メモリの異常を検出する誤り検出訂正（ＥＣＣ：Error Checking and Correcting）が広く行われている。

例えば、特許文献１には、ＣＰＵ及びメモリを備える演算ユニットと、メモリの異常を検出するＥＣＣであるメモリ異常検出部と、を備える電子制御装置が開示されている。このメモリとメモリ異常検出部とは、バスを介してデータをやり取りしており、ＣＰＵによるメモリへのデータの読み出し及び書き込みは、メモリ異常検出部１１Ｅを介して実行される。

特開２０１８−１０３６２号公報

ここで、図６は、メモリ１１２からの命令に応じた処理をパイプライン制御回路１１４が行うプロセッサ１００である。従来では、図６に示されるように、メモリ１１２とパイプライン制御回路１１４との間にＥＣＣ回路１１６が配置され、ＥＣＣ回路１１６はメモリ１１２に存在する故障（ＥＣＣエラー）を検出する。一方、パイプライン制御回路１１４の故障は、二重化されたパイプライン制御回路１１４からの出力を比較器１２０で比較することで検出される。

しかしながら、このような従来の構成では、パイプライン制御回路１１４を二重化するため、回路規模が増加する。また、従来の構成では、ＥＣＣ回路１１６によってメモリ１１２のエラー検出を行った後にパイプライン制御回路１１４に対するエラー検出処理を行うため、パイプライン制御回路１１４における処理のタイミングが悪くなる場合がある。さらに、速い処理速度を要求される処理に対してエラー検出を行うと要求される処理速度を満たさない可能性もある。

本発明は上記背景に鑑み、プロセッサに生じるエラーの検出をより簡易な構成でより適切に行うことができる、プロセッサ及びエラー検出方法を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するために以下の技術的手段を採用する。特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。

本発明の一態様のプロセッサ（１０）は、入力された命令に応じた処理を行う処理手段（１４）と、前記処理手段のエラーを検出するエラー検出手段（１６）と、を備え、前記エラー検出手段は、前記処理手段が実行する処理に応じて、前記処理手段に対するエラー検出の実行と不実行とが切り替えられ、前記エラー検出手段によるエラー検出の実行と不実行との切り替えは、前記処理手段に実行させる処理を示す命令毎に定義される。

本発明によれば、プロセッサに生じるエラーの検出をより簡易な構成でより適切に行うことができる。

第１実施形態のプロセッサの概略構成図である。 第１実施形態のパイプライン制御回路の命令コードを示す模式図である。 第１実施形態のプロセッサで実行される命令処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態のプロセッサの概略構成図である。 第２実施形態のプロセッサで実行される命令処理の流れを示すフローチャートである。 従来のＥＣＣ回路が備えられるプロセッサの概略構成図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

（第１実施形態）
図１は、本実施形態のプロセッサ１０の概略構成図である。本実施形態のプロセッサ１０は、メモリ１２、パイプライン制御回路１４、ＥＣＣ回路１６、及びレジスタ１８を備える。また、本実施形態のプロセッサ１０は、命令セットアーキテクチャの一例として、ＲＩＳＣ−Ｖが適用される。

メモリ１２には、データやＥＣＣコード等が記憶されており、これらは読み出されてパイプライン制御回路１４による処理で用いられ、その処理結果がレジスタ１８に記憶される。

パイプライン制御回路１４は、入力された命令（以下「命令コード」ともいう。）に応じた処理（タスク）を行う処理手段の一例である。本実施形態のパイプライン制御回路１４は、処理要素である命令実行ユニットが直列に連結され、先の命令実行ユニットの出力を次の命令実行ユニットの入力とすることで、複数の命令実行ユニットが並列処理を行う。

図１では、命令実行ユニットとして、命令フェッチ１４Ａ、命令デコーダ１４Ｂ、ＡＬＵ（Arithmetic Logic Unit）１４Ｃを備えるが、これは一例であり、パイプライン制御回路１４には、加算や減算、乗算等を行うための他の命令実行ユニットも備えられている。

ＥＣＣ回路１６は、パイプライン制御回路１４の後段に設けられるハードウェアであり、パイプライン制御回路１４及びメモリ１２の何れかに発生したエラーを検出する。本実施形態のＥＣＣ回路１６は、パイプライン制御回路１４が実行する処理に応じて、パイプライン制御回路１４に対するエラー検出の実行と不実行とが切り替えられる。

本実施形態のＥＣＣ回路１６によるエラー検出の実行と不実行との切り替えは、パイプライン制御回路１４に実行させる処理を示す命令コード毎に定義される。図２は、本実施形態の命令コードの一例を示す模式図である。

図２に示される命令コードは、メモリ１２の“rs1+imm”番地の内容（データ）をレジスタ１８にロードするための命令（Memrory[rs1+imm] → rd）であり、通常命令コードとＥＣＣ付き命令コードとを示している。

通常命令コードとＥＣＣ付き命令コードとは、図２に示されるように、一例として、下線部分が異なっている。そして、この異なる部分が、パイプライン制御回路１４に対するエラー検出の実行と不実行とを定義する部分であり、本実施形態ではＲＩＳＣ−Ｖにおける命令セットの拡張用フィールド（Custom-0 Field）によって定義される。すなわち、ＥＣＣ付き命令コードとは、パイプライン制御回路１４への処理命令と共に、ＥＣＣ回路１６によるエラー検出の実行命令も含んでいる。これにより、エラー検出の実行と不実行との切り替え指示がより簡略化される。

このように本実施形態のＥＣＣ回路１６は、命令コードがＥＣＣ付き命令コードである場合に有効となる一方、命令コードが通常命令コードである場合は無効となり、パイプライン制御回路１４に対するエラー検出の実行と不実行とが切り替えられる。

なお、エラー検出を必要とする命令コードは、機能安全を要求される処理を行うためのものである一方、エラー検出を必要としない命令コードは、例えば、機能安全よりも処理速度を要求される処理を行うためのものである。このように、命令コードをＥＣＣ付きとするか通常とするかは、パイプライン制御回路１４が実行する処理内容によって異なるものとされる。従って、本実施形態のプロセッサ１０は、処理内容に応じてエラー検出を適切に行える。

また、ＥＣＣ回路１６は、パイプライン制御回路１４の後段に備えられるため、メモリ１２にエラーが生じた場合であっても、パイプライン制御回路１４にエラーが生じた場合であっても、当該エラーの検出が可能である。このため、メモリ１２とパイプライン制御回路１４との間にＥＣＣ回路１６を設け、パイプライン制御回路１４を二重化する場合に比べて、プロセッサ１０の回路規模を小さくできる。

図３は、本実施形態のプロセッサ１０で実行される命令処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップＳ１００では、メモリ１２から命令コードがパイプライン制御回路１４に出力される。

次のステップＳ１０２では、パイプライン制御回路１４が命令コードに基づく処理を実行する。パイプライン制御回路１４による処理が終了すると、命令コード及びパイプライン制御回路１４による処理結果がパイプライン制御回路１４を経てＥＣＣ回路１６に入力される。

そして、次のステップＳ１０６では、入力された命令コードがＥＣＣ付き命令コードであるか否かをＥＣＣ回路１６が判定し、肯定判定の場合はステップＳ１０６へ移行する。一方で、否定判定の場合は、ＥＣＣ回路１６によるエラー検出が行われることなく、パイプライン制御回路１４による処理結果がレジスタ１８に記憶され、本命令処理は終了する。

ステップＳ１０６では、パイプライン制御回路１４の処理結果に基づいてＥＣＣ回路１６がエラー検出を行い、そのエラー検出結果を出力して本命令処理を終了する。なお、ＥＣＣ回路１６は、エラーを検出した場合にのみエラー信号を出力する一方、エラーを検出しなかった場合には何ら信号を出力しなくてもよい。

以上説明したように、本実施形態のプロセッサ１０は、パイプライン制御回路１４への命令にＥＣＣ回路１６によるエラー検出の実行命令が含まれている場合、ＥＣＣ回路１６は、パイプライン制御回路１４による処理が終了した後にパイプライン制御回路１４に対するエラー検出を実行する。

すなわち、パイプライン制御回路１４が実行する処理内容によっては、パイプライン制御回路１４に対するエラー検出を不要又はエラー検出の実行が好ましくない場合がある。このようなことを想定して、本実施形態のプロセッサ１０は、パイプライン制御回路１４が実行する処理に応じてＥＣＣ回路１６の有効、無効を切り替えるので、より簡易な構成でより適切に行うことができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

図４は、本第２実施形態に係るプロセッサ１０の構成を示す。なお、図４における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

本実施形態のプロセッサ１０は、パイプライン制御回路１４で行われた複数の同じ処理の結果を比較する比較部２０を備える。すなわち、比較部２０は、パイプライン制御回路１４に生じたエラーを検出するエラー検出手段として機能する。なお、本実施形態の比較部２０は、一例として、ソフトウェア処理により実行されるものである。

本実施形態のプロセッサ１０は、命令コードがＥＣＣ付き命令コードである場合に、パイプライン制御回路１４が命令コードに基づいて同じ処理を複数回行い、その処理結果を比較部２０が比較する。そして、複数の処理結果が同じ場合には、エラーは生じておらず、複数の処理結果が異なる場合にエラーが生じているとしてエラー信号を出力する。

図５は、本実施形態のプロセッサ１０で実行される命令処理の流れを示すフローチャートである。

まず、ステップ２００では、メモリ１２から命令コードがパイプライン制御回路１４に出力される。

次のステップ２０２では、命令コードがＥＣＣ付き命令コードであるか否かが判定され、肯定判定の場合はステップ２０８へ移行し、否定判定の場合はステップ２０６へ移行する。

ステップ２０６では、パイプライン制御回路１４が命令コードに基づく処理を実行し、処理結果はレジスタ１８に記憶され、本命令処理は終了する。すなわち、ステップ２０２で否定判定となった場合には、エラー検出は行われない。

一方、ステップ２０２で肯定判定となった場合に移行するステップ２０８では、パイプライン制御回路１４が命令コードに基づく１回目の処理を行う。この１回目の処理結果は、比較部２０に出力される。

次のステップ２１０では、パイプライン制御回路１４が命令コードに基づく２回目の処理を行い、２回目の処理結果も比較部２０に出力される。

次のステップ２１２では、１回目の処理結果と２回目の処理結果とを比較部２０が比較し、本命令処理は終了する。なお、比較部２０による比較結果が異なる場合は、パイプライン制御回路１４にエラーが生じているとして、比較部２０はエラー信号を出力する。一方、比較部２０による比較結果が同じ場合は、パイプライン制御回路１４にエラーが生じていないので、比較部２０は信号を出力しない、又はエラーが生じていないことを示す信号を出力する。

なお、本実施形態では、パイプライン制御回路１４で同じ処理を２回行った結果を比較することで、エラーの有無を検出する形態について説明したが、本実施形態はこれに限定されない。

例えば、ＥＣＣ付き命令コードに基づく処理をパイプライン制御回路１４が備える他の命令実行ユニットでも実行し、その実行結果を比較部２０が比較することでエラー検出を行ってもよい。例えば、パイプライン制御回路１４が命令実行ユニットとして複数の加算器や減算器、乗算器等を備えている場合がある。このような場合、同じ演算命令を異なる加算器や減算器、乗算器等を用いて複数回行い、複数回の演算結果を比較部２０が比較する。これにより、演算を行った命令実行ユニットの何れかにエラー（故障）が生じていた場合には比較結果が異なるので、比較部２０からエラー信号が出力される。

また、この他にも、ＥＣＣ付き命令コードに基づくパイプライン制御回路１４への入力内容や処理結果を反転したデータをバッファに記憶させ、バッファに記憶させたデータに基づいて再びパイプライン制御回路１４が処理を実行し、この処理結果とバッファに記憶したデータとを比較部２０が比較することでエラー検出が行われてもよい。

以上、本発明を、上記実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記第１実施形態と第２実施形態とが組み合わされてもよい。

上記実施形態では、プロセッサ１０のアーキテクチャとしてＲＩＳＣ−Ｖを適用し、ＲＩＳＣ−Ｖにおける命令セットの拡張用フィールドによってエラー検出の実行と不実行を定義する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。命令セットによってエラー検出の実行と不実行を定義可能であれば、他のアーキテクチャが用いられてもよい。

また、上記実施形態では、エラー検出の実行と不実行との切り替えは、パイプライン制御回路１４への命令コード毎に定義される形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、プロセッサ１０の処理モードに応じて、エラー検出の実行と不実行が切り替えられてもよい。すなわち、プロセッサ１０の処理モードとして、エラー検出を実行するモードと不実行のモードと設定可能とされる。

また、上記実施形態では、プロセッサ１０としてパイプライン処理を行うものを適用する形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、プロセッサ１０は必ずしもパイプライン処理を行うものでなくてもよい。例えばプロセッサ１０が複数のＣＰＵ（Central Processing Unit）を備える形態としてもよい。この場合、第２実施形態のように同じ処理を複数行い、その処理結果を比較部２０が比較する場合には、複数のＣＰＵで実行された処理の処理結果を比較部２０が比較する。

１０・・・プロセッサ、１４・・・パイプライン制御回路、１６・・・ＥＣＣ回路、
２０・・・比較部

Claims (5)

1. 入力された命令に応じた処理を行う処理手段（１４）と、
   前記処理手段のエラーを検出するエラー検出手段（１６）と、
   を備え、
   前記エラー検出手段は、前記処理手段が実行する処理に応じて、前記処理手段に対するエラー検出の実行と不実行とが切り替えられ、
   前記エラー検出手段によるエラー検出の実行と不実行との切り替えは、前記処理手段に実行させる処理を示す命令毎に定義される、
   プロセッサ（１０）。
2. ＲＩＳＣ−Ｖにおける命令セットの拡張用フィールドに、前記エラー検出手段によるエラー検出の実行又は不実行が定義される、請求項１記載のプロセッサ。
3. 前記エラー検出手段は、前記処理手段の後段に設けられるＥＣＣ回路である、請求項１又は請求項２記載のプロセッサ。
4. 前記エラー検出手段は、前記処理手段で行われた複数の同じ処理の結果を比較することによりエラーを検出する、請求項１又は請求項２記載のプロセッサ。
5. 入力された命令に応じた処理を行う処理手段と、前記処理手段のエラーを検出するエラー検出手段と、を備えるプロセッサのエラー検出方法であって、
   入力された命令に応じた処理を前記処理手段が行う第１工程と、
   前記処理手段が実行する処理に応じて、前記第１工程が終了した後に前記エラー検出手段がエラー検出を実行する第２工程と、
   を有し、
   前記第２工程によるエラー検出の実行と不実行は、前記処理手段に実行させる処理を示す命令毎に定義される、
   エラー検出方法。

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