JP4748871B2 - ワンチップマイクロコントローラシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、同一半導体チップ内にプロセッサとメモリとを備えたワンチップマイクロコントローラを2つ備えたワンチップマイクロコントローラシステムに関し、特に、メモリの状態を正確に診断できるワンチップマイクロコントローラシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、鉄道交通等の高い安全性が要求されるシステムの制御を行う場合、例えばバス同期2重系装置を使用してシステムの信頼性を高めることが行われている。
前記バス同期2重系装置は、例えば、外部メモリ等がバス接続された互いに同期して動作する2つのCPU(Central Processing Unit)と、前記CPUと外部メモリとを繋ぐバスに接続される1つのフェールセーフ照合回路と、を備えて構成される。
【0003】
このような構成のバス同期2重系装置における外部メモリの故障診断は、CPUによりメモリチェック用データを外部メモリに対して書き込み、読み出しすることによって行われる。すなわち、CPUが外部メモリに対してメモリチェック用データの読み書きを行うときにフェールセーフ照合回路が各系のバスに流れる前記メモリチェック用データを取り込み、取り込んだ各系のデータが一致していれば外部メモリは正常、不一致ならば外部メモリは異常であると判定する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のLSI技術の発展により、半導体回路の高集積化が可能となり、CPU、メモリ及び各種周辺機能を1チップ内に集積化したワンチップマイクロコントローラが実現できるようになった。
しかしながら、前記ワンチップマイクロコントローラでは、CPUとメモリとが同一チップ内に形成されるため、バスに流れるデータを直接取り出すことができず、上述のようなバス同期2重系装置で適用される方法でメモリの故障診断を行うことができない。したがって、例えばCPUが指定したアドレスにアクセスできず、それ以外のアドレスにアクセスしてしまうような場合でもその様な故障を発見できなかった。
【0005】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、メモリの正常、異常を正確に診断できるワンチップマイクロコントローラシステムを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項1に係る発明は、アドレス毎にデータを記憶するメモリと、該メモリにアクセスして動作するプロセッサと、を同一半導体チップ内に備えたワンチップマイクロコントローラを2つ備え、各ワンチップマイクロコントローラは、互いに同期して動作する構成とし、前記各ワンチップマイクロコントローラのプロセッサは、前記メモリの診断を行うアドレスに第1チェックデータを書き込んだ後、前記診断アドレスと異なる少なくとも1つのアドレスに前記第1チェックデータと異なる第2チェックデータを書き込むチェックデータ書き込み手段と、前記診断アドレスに書き込まれているチェックデータを読み出すチェックデータ読み出し手段と、該チェックデータ読み出し手段で読み出したチェックデータが、前記診断アドレスに書き込んだ第1チェックデータと一致するか否かを判定し、一致のときに正常、不一致のときに異常であると判定する判定手段と、前記判定手段によって一致と判定されたとき、前記診断アドレスから読み出したチェックデータ及び前記診断アドレスに記憶されていた本来のデータを他方の前記ワンチップマイクロコントローラへ出力する出力手段と、他方の出力手段から入力された前記チェックデータ及び前記本来のデータを、自身の前記診断アドレスから読み出したチェックデータ及び自身の前記診断アドレスに記憶されていた本来のデータとそれぞれ照合し、一致のときに正常、不一致のときに異常であると判定する照合手段と、を備えて構成した。
【0007】
かかる構成では、プロセッサがメモリの診断アドレスに正しくアクセスできていない場合、診断アドレスから読み出したチェックデータが診断アドレスに書き込んだ第1チェックデータと一致しなくなる。また、自身で読み出したチェックデータと他方で読み出したチェックデータとを照合することで他方のプロセッサの診断機能が正常であるか否かを確認できるようになる。また、自身の診断アドレスの本来のデータと他方の診断アドレスの本来のデータとを照合することでプロセッサがお互いに同じアドレスを診断しているか否かを確認できるようになる。また、請求項2に記載の発明では、前記チェックデータ書き込み手段は、前記診断アドレスのいずれか1つのビットを反転させたアドレスに前記第2チェックデータを書き込む構成とした。
【0008】
かかる構成では、メモリのアドレスを指定する隣り合うアドレスラインのうち予め定められた2本のアドレスラインが接触した場合等にプロセッサが他のアドレスを診断アドレスと見誤ってアクセスしてしまうようなメモリの異常を発見できるようになる。
また、請求項3に記載の発明では、前記チェックデータ書き込み手段は、前記診断アドレスの最下位ビットから最上位ビットまでを1ビットずつ反転させた複数のアドレスに前記第2チェックデータを書き込む構成とした。
【0009】
かかる構成では、メモリのアドレスを指定する隣り合うアドレスラインのうちいずれか2本のアドレスラインが接触した場合等にプロセッサが他のアドレスを診断アドレスと見誤ってアクセスしてしまうようなメモリの異常を発見できるようになる。
また、請求項4に記載の発明では、前記第1チェックデータに基づく判定結果が正常であると判定された後、前記診断アドレスと前記少なくとも1つのアドレスに書き込むチェックデータを入れ替えて書き込み、前記診断アドレスからチェックデータを読み出し、読み出したチェックデータが前記第2チェックデータと一致するか否かを判定する構成とした。
【0010】
かかる構成では、プロセッサは、診断アドレスに第1チェックデータを書き込んだ後、当該診断アドレスと異なる少なくとも1つのアドレスに第2チェックデータを書き込む。そして、チェックアドレスから読み出したチェックデータが第1チェックデータであるか否かを判定する。次に、プロセッサは、診断アドレスに第2チェックデータを書き込んだ後、前記少なくとも1つのアドレスに第1チェックデータを書き込む。そして、チェックアドレスから読み出したチェックデータが第2チェックデータであるか否かを判定する。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係るワンチップマイクロコントローラシステムに用いるワンチップマイクロコントローラの一実施形態を示したブロック図である。図1において、ワンチップマイクロコントローラ1は、論理部2を備えたプロセッサ3と、データをアドレス毎に記憶するメモリとしてのRAM4と、外部装置5とデータの授受を行うためのI/Oポート6と、を同一半導体チップ内に備えて構成される。
【0014】
また、論理部2、RAM4及びI/Oポート6は、内部バス7によって電気的に接続されている。
前記論理部2は、RAM4にアクセスしてRAM4に記憶されているデータの処理を行ったりしてコントローラ1の動作を制御すると共に、後述するようにしてRAM4の診断を行う。
【0015】
図2は、診断される前のRAM4の概念図であり、図3は診断中のRAM4の概念図である。
例えばRAM4は、図2及び図3に示すように、8ビットのデータが書き込めるアドレス0000b〜1111bを有するものとする。このようなRAM4において例えばアドレス0110bを診断する場合の論理部2の動作について図3及び図4、図5のフローチャートを参照しながら説明する。
【0016】
ステップ1(図中S1で示し、以下同様とする)において、診断アドレス0110bにアドレスデータが書き込まれているか否かを判定する。判定の結果、YESの場合は、ステップ2の動作に進み、NOの場合は、ステップ2の動作を行わずにステップ3の動作に進む。
ステップ2において、診断アドレス0110bのアドレスデータを例えば待避用アドレス1010bに移す。
【0017】
ステップ3において、診断アドレス0110bに第1チェックデータ55Hを書き込む(Hは16進数を表す)。
ステップ4において、診断アドレス0110bの最下位ビットを反転させた反転アドレス0111bにアドレスデータが書き込まれているか否かを判定する。判定の結果、YESの場合はステップ5の動作に進み、NOの場合はステップ5の動作を行わずにステップ6の動作に進む。
【0018】
ステップ5において、反転アドレス0111bに書き込まれているアドレスデータを例えば待避用アドレス1001bに移す。
ステップ6において、反転アドレス0111bに第2チェックデータAAHを書き込む。
ステップ7〜ステップ15において、診断アドレス0110bの最下位から2ビット目を反転させた反転アドレス0100b、3ビット目を反転させた反転アドレス0010b及び最上位ビットを反転させた反転アドレス1110bについてそれぞれステップ4〜ステップ6と同じ動作を行う。
【0019】
このように、ステップ3、ステップ6、ステップ9、ステップ12及びステップ15がチェックデータ書き込み手段の機能を奏する。
ステップ16において、診断アドレス0110bに書き込まれているチェックデータを読み出す。
このように、ステップ16がチェックデータ読み出し手段の機能を奏する。
【0020】
ステップ17において、待避用アドレスに移したアドレスデータを元のアドレスに書き戻す。
ステップ18において、ステップ16で読み出したチェックデータが第1チェックデータ55Hであるか否かを判定する。
このように、ステップ18が判定手段の機能を奏する。
【0021】
ステップ18の動作で読み出したチェックデータが55Hでなかった場合、ステップ19において、RAM4が異常であると判定し、コントローラ1を安全側に動作させた後、全ての処理を停止する。
ステップ18の動作で読み出したチェックデータが55HでありRAM4が正常であると判定した場合は、診断アドレス0110bに書き込むデータを第2チェックデータAAH、反転アドレス0111b、0100b、0010b、1110bに書き込むデータを第1チェックデータ55Hとしてアドレス0110bの診断動作を行う。尚、この動作はステップ1〜19において、第1チェックデータ55Hを第2チェックデータAAH、第2チェックデータAAHを第1チェックデータ55Hに入れ替えただけであるので動作フローチャートを省略する。
【0022】
以降、第1チェックデータ及び第2チェックデータにより同様にしてRAM4内の全てのアドレスについて診断を行う。
以上のように、診断アドレス0110bに第1チェックデータ55Hを書き込んだ後、反転アドレス0111b、0100b、0010b、1110bに第2チェックデータAAHを書き込み、その後診断アドレス0100bから読み出したチェックデータが第1チェックデータ55Hであるか否かを判定する構成としたので、例えば診断アドレスの隣り合うアドレスラインのうちいずれか2本が接触した場合に論理部2が診断アドレス0110bと見誤ってアクセスしてしまうような比較的発生頻度の高いRAM4の異常を確実に発見できるようになる。
【0023】
また、本実施形態のように55HとAAHの両チェックデータとして用いて診断する構成にすれば、診断アドレス0110bのメモリセルに全てにデータ0、1が書き込めるかを確認できるようになる。
尚、本実施形態ではチェックデータ55HとAAHとを入れ替えて診断する構成としたが、前記2つのチェックデータは内容が異なるデータであればよく、さらに、2つのチェックデータを入れ替えないで診断する構成としてもよい。この場合は、RAM4のアドレスを指定するアドレスラインの異常を発見することを目的とした診断となる。
【0024】
また、反転アドレスを診断アドレスの最下位ビットから最上位ビットまでを1ビットずつ反転させたアドレスにしたが、診断アドレスと異なる少なくとも1つのアドレスであれば、反転アドレスの種類はこれに限らない。
そして、反転アドレスに対するチェックデータの書き込み動作は、診断アドレスの最下位ビットを反転させたアドレスから順次行う構成としたが、どのような順序でチェックデータを書き込んでもよい。
【0025】
さらに、診断アドレス及び反転アドレスのアドレスデータを待避させる専用の待避用アドレスを設ける構成にしたが、待避用アドレスを設けずに、論理部2が診断アドレス及び反転アドレス以外のデータが書き込まれていないアドレスを逐次検索してアドレスデータを個別に待避させる構成にしてもよい。
図6は、上述したワンチップマイクロコントローラを用いた本発明に係るワンチップマイクロコントローラシステムの一実施形態を示したブロック図である。
【0026】
図6において、ワンチップマイクロコントローラシステム8は、互いに同期して動作する同一構成の2つのワンチップマイクロコントローラ9、10を備えて構成される。
ワンチップマイクロコントローラ9、10は、論理部11、12、同期部13、14及び照合部15、16を備えたプロセッサ17、18と、第1実施形態と同じ構成のメモリとしてのRAM19、20と、外部装置21とデータの授受を行うI/Oポート22、23と、をそれぞれ同一半導体チップ内に備えて構成される。
【0027】
尚、また、各コントローラ9、10の論理部11、12、同期部13、14及び照合部15、16は、それぞれ双方向の伝送ラインで電気的に接続され、通信可能となっている。
論理部11、12は、上述した論理部2と同様、演算処理を行って自系のマイクロコントローラ9、10の動作を制御するが、処理しようとしているデータを互いに他系から入力し、入力したデータが自系で処理しようとしているデータと一致していることを確認してからデータの処理を開始する。また、後述するようにして自系のRAM19、20の診断を行う。
【0028】
同期部13、14は、割り込み信号を互いに他系に出力し、当該割り込み信号に基づいて他系との同期をとる。これにより、図6における2つのマイクロコントローラ9、10は、同期して動作する。
照合部15、16は、自系のチェックデータが正規のものであるか否かを確認するために、診断アドレスから読み出したチェックデータを互いに他系に出力すると共に、他系から入力したチェックデータと自系の診断アドレスから読み出したチェックデータとを照合する。また、自系と他系とで同じ診断アドレスを診断していることを確認するために、自系の診断アドレスのアドレスデータを互いに他系に出力すると共に、他系から入力したアドレスデータと自系の診断アドレスのアドレスデータとを照合する。
【0029】
このような構成のプロセッサ17、18、RAM19、20及びI/Oポート22、23は、内部バス24、25によって電気的に接続されている。
次に、ワンチップマイクロコントローラ9の照合部15の動作を図7〜図9のフローチャートを参照しながら説明する。尚、ここでは一方の系のマイクロコントローラ9の動作について説明するが、他方の系のマイクロコントローラ10の動作についても同じであるので説明を省略する。また、図7及び図8におけるステップ20〜ステップ38の論理部11の動作は、図4及び図5におけるステップ1〜ステップ19の動作と同じであるので説明を省略する。さらに、本実施形態においても上述の実施形態と同様、診断アドレスを0110bとした場合について説明する。
【0030】
ステップ39において、ステップ35で読み出した第1チェックデータ55Hを他系の照合部16に出力する。
ステップ40において、他系の照合部16から第1チェックデータを入力する。
ステップ41において、他系の照合部16から入力した第1チェックデータが55Hであるか否かを判定する。判定の結果、YESの場合は、ステップ42の動作に進み、NOの場合は、後述のステップ46の動作に進む。
【0031】
ステップ42において、ステップ40で他系の照合部16から入力第1したチェックデータの内容と、ステップ35で論理部11が診断アドレス0110bから読み出した第1チェックデータの内容とが一致するか否かを判定する。判定の結果、YESの場合は、ステップ43の動作に進み、NOの場合は、後述のステップ46の動作に進む。
【0032】
ステップ43において、ステップ36で診断アドレス0110bに書き戻したアドレスデータを読み出し、他系の照合部16に当該アドレスデータを出力する。
このように、ステップ39とステップ43が出力手段の機能を奏する。
ステップ44において、他系の照合部16からアドレスデータを入力する。
【0033】
ステップ45において、他系の照合部16から入力したアドレスデータと、ステップ36で診断アドレス0110bに書き戻したアドレスデータとが一致するか否かを判定する。
このように、ステップ41、ステップ42、及びステップ45が照合手段の機能を奏する。
【0034】
ステップ41、ステップ42、及びステップ45で照合したデータが不一致であると判定すると、ステップ46において、他系のプロセッサ18が異常であると判定し、論理部11に故障情報を送信する。故障情報を受信した論理部11は、自系のマイクロコントローラ9を安全側に動作させるのと同時に、他系の論理部12にワンチップマイクロコントローラ10を安全側に動作させるための制御信号を送信する。そして、論理部11、12はワンチップマイクロコントローラシステム8の全ての処理を停止させる。
【0035】
ステップ45の動作で自系と他系のアドレスデータが一致し、他系のプロセッサ18が正常であると判定した場合は、診断アドレス0110bに書き込むデータを第2チェックデータAAH、反転アドレス0111b、0100b、0010b、1110bに書き込むデータを第1チェックデータ55Hとして他系のプロセッサ18の診断動作を行う。尚、この動作はステップ20〜46において、第1チェックデータ55Hを第2チェックデータAAH、第2チェックデータAAHを第1チェックデータ55Hに入れ替えただけであるので動作フローチャートを省略する。
【0036】
以降、第1チェックデータ及び第2チェックデータにより同様にしてRAM19内の全てのアドレスについて診断を行う。
以上のように、互いのプロセッサ17、18が自系で読み出したチェックデータと他系で読み出したチェックデータとを照合する構成としたので、他系のプロセッサ18、17の診断機能が正常であるか否かを確認できるようになる。また、自系の診断アドレスのアドレスデータと他系の診断アドレスのアドレスデータとを照合する構成としたのでプロセッサ17、18が互いに同じアドレスを診断しているか否かを確認できるようになる。したがって、他系のプロセッサ18、17の異常を検出できるようになり、より一層確実にRAMを診断できるようになる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に係る発明によれば、プロセッサが指定したアドレスにアクセスできず、それ以外のアドレスにアクセスしてしまうようなメモリの故障を発見できるようになり、メモリの正常、異常を正確に診断できるようになる。また、他方のプロセッサの診断機能に異常がある場合や、自身と他方のプロセッサが互いに同じアドレスを診断していない場合に他方のプロセッサの異常を検出できるようになる。したがって、より一層確実にメモリを診断できるようになる。
【0038】
請求項2に係る発明によれば、メモリのアドレスを指定する隣り合うアドレスラインのうち予め定められた2本のアドレスラインが接触した場合等、比較的発生頻度の高いメモリの異常を発見できるようになる。
請求項3に係る発明によれば、メモリのアドレスを指定する隣り合うアドレスラインのうちいずれか2本のアドレスラインが接触した場合等のメモリの異常を発見でき、比較的発生頻度の高いメモリの異常を確実に発見できるようになる。
【0039】
請求項4に係る発明によれば、診断アドレスに2種類のチェックデータを書き込んでメモリの診断を行うので、診断アドレスのメモリセルにデータが正しく書き込めなくなる等のメモリの異常を発見できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るワンチップマイクロコントローラシステムに用いるワンチップマイクロコントローラの一実施形態を示したブロック図
【図2】同上実施形態に適用される診断前のRAMの概念図
【図3】同上実施形態に適用される診断中のRAMの概念図
【図4】同上実施形態の論理部の動作フローチャート
【図5】図4に続く論理部の動作フローチャート
【図6】本発明に係るワンチップマイクロコントローラシステムの一実施形態を示したブロック図
【図7】同上実施形態の論理部及び照合部の動作フローチャート
【図8】図7に続く論理部及び照合部の動作フローチャート
【図9】図8に続く論理部及び照合部の動作フローチャート
Claims (4)
- アドレス毎にデータを記憶するメモリと、該メモリにアクセスして動作するプロセッサと、を同一半導体チップ内に備えたワンチップマイクロコントローラを2つ備え、
各ワンチップマイクロコントローラは、互いに同期して動作する構成とし、
前記各ワンチップマイクロコントローラのプロセッサは、
前記メモリの診断を行うアドレスに第1チェックデータを書き込んだ後、前記診断アドレスと異なる少なくとも1つのアドレスに前記第1チェックデータと異なる第2チェックデータを書き込むチェックデータ書き込み手段と、
前記診断アドレスに書き込まれているチェックデータを読み出すチェックデータ読み出し手段と、
該チェックデータ読み出し手段で読み出したチェックデータが、前記診断アドレスに書き込んだ第1チェックデータと一致するか否かを判定し、一致のときに正常、不一致のときに異常であると判定する判定手段と、
前記判定手段によって一致と判定されたとき、前記診断アドレスから読み出したチェックデータ及び前記診断アドレスに記憶されていた本来のデータを他方の前記ワンチップマイクロコントローラへ出力する出力手段と、
他方の出力手段から入力された前記チェックデータ及び前記本来のデータを、自身の前記診断アドレスから読み出したチェックデータ及び自身の前記診断アドレスに記憶されていた本来のデータとそれぞれ照合し、一致のときに正常、不一致のときに異常であると判定する照合手段と、
を備えて構成したことを特徴とするワンチップマイクロコントローラシステム。 - 前記チェックデータ書き込み手段は、前記診断アドレスのいずれか1つのビットを反転させたアドレスに前記第2チェックデータを書き込む構成としたことを特徴とする請求項1に記載のワンチップマイクロコントローラシステム。
- 前記チェックデータ書き込み手段は、前記診断アドレスの最下位ビットから最上位ビットまでを1ビットずつ反転させた複数のアドレスに前記第2チェックデータを書き込む構成としたことを特徴とする請求項2に記載のワンチップマイクロコントローラシステム。
- 前記第1チェックデータに基づく判定結果が正常であると判定された後、前記診断アドレスと前記少なくとも1つのアドレスとに書き込むチェックデータを入れ替えて書き込み、前記診断アドレスからチェックデータを読み出し、読み出したチェックデータが前記第2チェックデータと一致するか否かを判定する構成としたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のワンチップマイクロコントローラシステム。
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