JP6509461B2 - 代替装置、情報処理システム及び代替方法 - Google Patents
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Description
従って、高信頼及び低コストが求められるシステムでは、情報処理回路を多重化せずにフォルトトレラントを実現し、継続動作を可能とする方法が必要である。
また、特許文献1のシステムは、再構成手段と再構成データ保存回路を持つ。再構成データ保存回路には、各情報処理回路の代替動作を行うための回路情報が保持されている。いずれかの情報処理回路で故障が発生したことが検出された場合に、再構成手段は再構成データ保存回路の中から、故障した情報処理回路の代替動作のための回路情報を読み込む。そして、再構成手段は、故障検出装置を、故障が発生した情報処理回路の代替装置に再構成する。これにより、故障が発生した情報処理回路の動作を維持することが可能となり、故障発生後もシステムは動作を継続できる。
このように、特許文献1の技術を用いることで、情報処理回路を多重化することなく、故障発生時にも、故障が発生した情報処理回路の動作を継続することができる。
故障検出装置をFPGA(Field−Programmable Gate Array)を用いて実現した場合は、故障検出装置を代替装置に再構成するまでに、数十ミリ秒〜数秒の時間が必要になる。なお、代替装置の規模や再構成方法に依存して時間は変わる。故障検出装置を代替装置に再構成し、代替装置が正常に動作を開始できるまで数秒がかかった場合を想定する。この場合は、数秒間の間に、システムへの入力情報が故障発生前から大きく変わることが考えられる。また、数秒間の間に、被制御機器の状態が変化することが考えられる。このため、代替装置が、情報処理回路の故障発生前と同じ演算を再開すると、被制御回路の動作が急変する可能性がある。
例えば、車のアクチュエータを制御する自動運転システムに特許文献1の技術を適用することを想定する。
情報処理回路に故障が発生してから代替装置が動作可能になるまでに数秒間がかかったものとする。この数秒間の間、自動運転システムはアクチュエータの制御を行えておらず、アクチュエータの出力は低下する。アクチュエータの出力が低下した状態で、代替装置がアクチュエータの制御を再開した場合、代替装置はアクチュエータの出力の低下を認識していないため、代替装置は、現在のアクチュエータの出力に対して、過大な出力を行うように制御してしまう。この結果、車の挙動が急変する。車の挙動が急変することで、ドライバー、周辺の車両及び歩行者を危険にさらす可能性がある。
被制御機器の出力値を制御するための制御値を入力値に基づき生成し、生成した制御値を前記被制御機器に出力する情報処理回路に故障が発生した場合に、前記情報処理回路を代替するための準備を行う代替準備部と、
前記準備が完了した際に、前記情報処理回路の故障発生前に予定されていた前記被制御機器の出力値の時間推移である予定時間推移と、前記準備が完了した時点での前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異と、前記情報処理回路の故障発生前の入力値と制御値とに基づき、前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異が漸減していく制御値の出力計画を生成し、生成した前記出力計画に従って前記情報処理回路に代わって前記被制御機器に制御値を出力する代替部とを有する。
***構成の説明***
本実施の形態では、情報処理回路が多重化されていない情報処理システム10を説明する。
図1は、本実施の形態に係る情報処理システム10の構成例を示す。
情報処理システム10は、情報処理回路200と故障診断回路300と回路情報格納メモリ400で構成される。
情報処理回路200は、被制御機器の出力値を制御するための制御値120を入力値110に基づき生成し、生成した制御値120を被制御機器に出力する。
また、情報処理回路200は、故障診断回路300の故障を検出する。
以下では、情報処理回路200を監視し、情報処理回路200の故障を検出する回路を故障診断回路300という。また、情報処理回路200を代替して被制御機器を制御する回路を情報処理代替回路500という。情報処理代替回路500については、図2を参照して後述する。
故障診断回路300及び情報処理代替回路500は、代替装置に相当する。
故障診断回路情報410は、故障診断回路300の内部構成が示される情報である。
情報処理代替回路情報420は、情報処理代替回路500の内部構成が示される情報である。
故障診断回路300は、入力値110と制御値120とを取得し、取得した入力値110と制御値120を記憶する。また、故障診断回路300は、情報処理回路200の内部状態を示す情報である故障診断情報130を取得し、情報処理回路200の内部状態を診断する。故障診断回路300は、診断の結果、情報処理回路200の故障を検出すると、情報処理回路200に対して、動作停止指示140を与えて、情報処理回路200の動作を停止させる。
また、故障診断回路300は、情報処理システム10の起動時から情報処理回路200の故障発生を検出するまでの間動作する。
故障診断回路300は、回路情報格納メモリ400内の故障診断回路情報410に基づいて構成される。
故障診断回路300は、回情報処理回路200の故障を検出し、動作停止指示140を出力した後は、回路情報格納メモリ400内の情報処理代替回路情報420を回路情報150として読み出す。そして、故障診断回路300は、情報処理代替回路情報420に基づき、情報処理回路200の機能を代替する情報処理代替回路500として動作する。
図2の段階では、情報処理回路200は故障が発生しているため、故障診断回路300からの動作停止指示140によって動作が停止している。
情報処理代替回路500は、入力値110を元に情報処理回路200と同等の演算を行い、制御値121を生成し、生成した制御値121を被制御機器に出力する。
メモリ220には、演算の途中の中間データ222も保存される。
演算回路210は、また、故障診断回路300の状態を診断し、故障診断回路300の故障を検出する。演算回路210は、例えば、一定期間、故障診断回路300から故障診断情報130を取得するためのアクセスがない場合など、故障診断回路300が規定の動作を行わない場合に、故障診断回路300に故障が発生したと判断する。
故障診断回路300が故障状態でも、情報処理システム10の動作が異常になるわけではない。そのため、故障診断回路300が故障した場合は、演算回路210は、情報処理システム10を緊急停止しない。具体的には、演算回路210は、故障通知インタフェース240に故障情報241を出力し、故障通知インタフェース240が故障通知160を情報処理システム10の外部に出力する。故障通知160の出力により、故障診断回路300で故障が発生したことを情報処理システム10の利用者に通知することができる。利用者は、情報処理システム10の停止が必要な場合には、安全を確保した後に情報処理システム10を停止する。
再構成対象回路310は、故障診断回路300が動作する場合と情報処理代替回路500が動作する場合とで、回路構成を変化させる。
再構成対象外回路350は、故障診断回路300が動作する場合と情報処理代替回路500が動作する場合とで、回路構成に変化がない。
また、故障診断回路311は、情報処理回路200の故障を検出した場合に、故障検出通知325を後述する再構成回路352に出力する。また、故障診断回路311は、動作停止指示324を後述する動作停止インタフェース353に出力する。故障検出通知325は、情報処理回路200の故障の検出を通知する信号である。動作停止指示324は、情報処理回路200の動作停止を指示する信号である。
故障診断回路311は、例えば、制御値120が、規定の上限値又は下限値を超えた異常値である場合に、情報処理回路200に故障が発生したと判断する。また、故障診断回路311は、例えば、情報処理回路200の演算回路210又はメモリ220内で発生したECC(Error Correction Code)エラー、入力値110のCRC(Cyclic Redundancy Check)エラーなどの異常が発生した場合に、情報処理回路200に故障が発生したと判断する。
入力インタフェース354は、入力値110を取得し、取得した入力値110を値保存メモリ351に書き込む。また、制御値120は、出力インタフェース315により値保存メモリ351に書き込まれる。
なお、情報処理回路200は、故障診断回路300が情報処理代替回路500に再構成された後も、動作を停止し続ける。
情報処理回路200及び回路情報格納メモリ400は、図3に示したものと同様であるため、情報処理回路200及び回路情報格納メモリ400の説明は省略する。
メモリ513には、演算の途中の中間データ524も保存される。
演算回路511は、情報処理回路200の演算回路210と同じでなくてもよい。また、メモリ513内の演算プログラム522も情報処理回路200のメモリ220内の演算プログラム221と同じでなくてもよい。つまり、演算回路511及び演算プログラム522は、情報処理回路200の動作を模擬する機能を実現可能であればよい。
より具体的には、演算回路511は、情報処理回路200の故障発生前に予定されていた被制御機器の出力値の時間推移である予定時間推移と、準備が完了した時点での被制御機器の実際の出力値と予定時間推移における出力値との差異と、情報処理回路の故障発生前の入力値110と制御値120(例えば、故障発生直前の入力値110と制御値120)とに基づき、被制御機器の実際の出力値と予定時間推移における出力値との差異が漸減していく制御値の出力計画を生成する。そして、演算回路511は、生成した出力計画に従って情報処理回路200に代わって被制御機器に制御値121を出力する。
このようにすることで、演算回路511は、被制御機器の動作が急変することを回避する。
なお、演算回路511は、代替部に相当する。
図5では、被制御機器の例として、アクチュエータを用いる。
つまり、演算回路511が演算回路210と同じ演算を行って制御値121を生成し、アクチュエータに制御値121を出力すると、アクチュエータの出力値は、破線で示された、故障発生前の出力値となる。この破線で示された、故障発生前の出力値の時間推移は、予定時間推移に相当する。故障発生前の出力値は、再構成完了時の実際のアクチュエータの出力値と大きく異なっているため、アクチュエータの動作が急変する。
このような、アクチュエータの動作の急変を回避するために、演算回路511は、出力値を補正する制御値の出力計画を生成し、出力計画に従って、アクチュエータに制御値を出力する。
より具体的には、演算回路511は、再構成完了時の実際のアクチュエータの出力値を取得し、また、故障発生前の出力値の予定時間推移を取得する。更に、演算回路511は、値保存メモリ351で記憶されている、故障発生前の入力値110と故障発生前の制御値120とを取得する。
次に、演算回路511は、予定時間推移と、再構成完了時の実際のアクチュエータの出力値と予定時間推移における出力値との差異と、故障発生前の入力値110と制御値120とに基づき、図5に示すような出力計画を生成する。この出力計画は、被制御機器の実際の出力値と予定時間推移における出力値との差異が漸減していく計画である。つまり、この出力計画は、アクチュエータの出力値が、故障発生前のアクチュエータの出力値に徐々に近づいていくような計画である。演算回路511は、出力計画に従って制御値121を生成し、出力インタフェース514が制御値121をアクチュエータに出力する。
図6は、本実施の形態に係る情報処理システム10の動作例を示す。
以下、図6を参照して、情報処理システム10の動作を説明する。
また、入力値110と制御値120とが発生する度に、値保存メモリ351が入力値110と制御値120とを記憶する(ステップS111)。
並行して、動作停止インタフェース353が動作停止指示140を情報処理回路200に出力して、情報処理回路200の動作を停止させる(ステップS112)。
次に、演算回路511は、被制御機器の現在の出力値、出力値の予定時間推移、故障前の入力値110及び制御値120に基づき、制御値121の出力計画を生成する(ステップS106)。
被制御機器の実際の出力値が情報処理回路200の故障前に予定していた出力値と同じになった場合(ステップS108でYES)に、演算回路511は、入力値110を元に制御値121を生成し、出力インタフェース514が制御値121を被制御機器に出力する(ステップS109)。つまり、演算回路511は、情報処理回路200の演算回路210と同様の演算により制御値121を生成する。
利用者から情報処理システム10の動作完了が指示されていない場合(S110でNO)は、情報処理回路200が正常に動作している場合は、ステップS101以降の動作が繰り返される。一方、情報処理代替回路500が動作している場合は、ステップS109の動作が繰り返される。
以上、本実施の形態では、情報処理代替回路500が、被制御機器の実際の出力値と予定時間推移における出力値との差異が漸減していく制御値の出力計画を生成し、生成した出力計画に従って被制御機器に制御値を出力する。このため、本実施の形態によれば、情報処理代替回路500は、被制御機器の出力状態が変化している場合にも、適切に被制御機器を制御することができる。
故障診断回路300で故障が発生した場合は、情報処理回路200の故障の検出も情報処理回路200を代替する動作も不可能となる。情報処理システム10の信頼性を高めるためには、故障診断回路300の故障の検出も必要である。本実施の形態では、情報処理回路200が故障診断回路300を監視することで、情報処理システム10の信頼性を高めることができる。
Claims (6)
- 被制御機器の出力値を制御するための制御値を入力値に基づき生成し、生成した制御値を前記被制御機器に出力する情報処理回路に故障が発生した場合に、前記情報処理回路を代替するための準備を行う代替準備部と、
前記準備が完了した際に、前記情報処理回路の故障発生前に予定されていた前記被制御機器の出力値の時間推移である予定時間推移と、前記準備が完了した時点での前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異と、前記情報処理回路の故障発生前の入力値と制御値とに基づき、前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異が漸減していく制御値の出力計画を生成し、生成した前記出力計画に従って前記情報処理回路に代わって前記被制御機器に制御値を出力する代替部とを有する代替装置。 - 前記代替部は、
前記情報処理回路の故障発生から前記準備の完了までの間に制御値が出力されないことにより発生した、前記準備が完了した時点での前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異に基づき、前記出力計画を生成する請求項1に記載の代替装置。 - 前記代替部は、
前記情報処理回路の故障発生直前の入力値と制御値とに基づき、前記出力計画を生成する請求項1に記載の代替装置。 - 被制御機器の出力値を制御するための制御値を入力値に基づき生成し、生成した制御値を前記被制御機器に出力する情報処理回路と、
前記情報処理回路に故障が発生した場合に、前記情報処理回路を代替するための準備を行い、
前記準備が完了した際に、前記情報処理回路の故障発生前に予定されていた前記被制御機器の出力値の時間推移である予定時間推移と、前記準備が完了した時点での前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異と、前記情報処理回路の故障発生前の入力値と制御値とに基づき、前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異が漸減していく制御値の出力計画を生成し、生成した前記出力計画に従って前記情報処理回路に代わって前記被制御機器に制御値を出力する代替装置とを有する情報処理システム。 - 前記情報処理回路は、
前記代替装置の故障を検知するために前記代替装置を監視する請求項4に記載の情報処理システム。 - 被制御機器の出力値を制御するための制御値を入力値に基づき生成し、生成した制御値を前記被制御機器に出力する情報処理回路に故障が発生した場合に、前記情報処理回路を代替する代替装置が、前記情報処理回路を代替するための準備を行い、
前記代替装置が、前記準備が完了した際に、前記情報処理回路の故障発生前に予定されていた前記被制御機器の出力値の時間推移である予定時間推移と、前記準備が完了した時点での前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異と、前記情報処理回路の故障発生前の入力値と制御値とに基づき、前記被制御機器の実際の出力値と前記予定時間推移における出力値との差異が漸減していく制御値の出力計画を生成し、生成した前記出力計画に従って前記情報処理回路に代わって前記被制御機器に制御値を出力する代替方法。
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