JPH03210638A - マイクロコンピュータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマイクロコンピュータに関し、特に制御の中枢
となるマイコンに対し、同一のマイコンを複数設定し、
平行して同一動作を行なわせることにより、１つのマイ
コンの故障を逸早く検出しシステムの破壊を未然に防ぐ
ことを可能とする高信頼制御システムを使用するマイク
ロコンピュータに関する。

〔従来の技術〕

マイクロコンピュータを使用した制御システムの中で、
特に高度な信頼性を要求されるシステムにおいては、制
御の中枢となるマイクロコンピュータ（マイコン）の故
障によるシステムの破壊を未然に防ぐ為に、複数のマイ
コンを設定し平行して同一処理を行なわせ、かつ互いに
処理動作を逐次比較する事により一つのマイコンの故障
・異常を検出し所定の異常処理を行うという手法がとら
れる。

従って、マイコンの故障に際し、システムの制御系を大
きく崩す事なく瞬時に異常処理を行う為に、マイコンの
故障・異常動作を逸早く検出する技術が要求される。第
５図はこの種の異常検出技術を有した従来のマイコンの
一例である。マイクロコンピュータ２５はマイコン自身
の異常動作の検出を行う為に主として位相比較器４１．
セレクタ４２．異常信号出力端子５等のハードウェアを
有している。

次に、マイコン２５が有している界雷動作検出技術の動
作原理について説明する。（第５図参照）異常動作の検
出は、全く同一のマイコン２５及び２５ａを相互に接続
し同時に同プログラムを処理させる事により行なう。（
第６図参照）但し、実際にシステノ、制御を行うマイコ
ンは、主マイコンとして設定されたマイコン（第６図で
は、右側の２５ａのマイコン）であり、もう片方のマイ
コン（第６図左側２５のマイコン）は、他方のマイコン
のバスの状態と自分のバスの状態を常に監視し、差異を
検出した場合に、主マイコンに異常を知らせる監視用側
マイコンとして作用する。

マイコン２５．２５ａの作用の設定は、モード設定端子
６．６ａ論理により切替えている。

第６図の例ではモード設定端子６を゛正゛に固定したマ
イコン２５が副マイコンとして又負。

に固定したマイコン２５ａが主マイコンとして作用して
いる。

次に第５図マイコン２５において、モード設定端子６に
印加されている正論理信号によりセレクタ４２ではＢの
３ステートバツフアが有効となる。従って、主マイコン
に設定されたマイコン２５ａのバスの状態が副マイコン
２５の位相比較器４１に入力される。又、副マイコン２
５ではデータリード時にバス制御部３から出力される正
論理のリード信号２１により３ステート入カバツフア１
６がＯＮとなる為、外部記憶装置及び被制御部２３から
の読み込みデータが（アドレスは主マイコン２５ａによ
り与えられる。）３ステート入カバツフア１６を経由し
て命令処理部２７で処理される。従って、副マイコン２
５は、通常主マイコン２５ａと全く同一のプログラムを
実行する事が可能となっている。（尚、主マイコン２５
ａはモード設定端子６ａに印加された負論理の信号によ
り、セレクタ４２ではＡのバッファが有効となる為、外
部記憶装置及び被制御部２３に対するアドレス、ステー
タス供与及びデータの授受が可能となる。） 次に、主マイコン２５ａ又は副マイコン２５のいずれか
一方が故障した場合、双方のバスの位相に差異を生じる
。副マイコン２５の位相比較器４１はこの位相差を検出
した時のみ正論理の検出信号が１９を出力する。

従って、この正論理の検出信号１９はあらかじめ負論理
のリセット信号２２によりリセットされたＲ−３ＦＦの
出力信号即ち、異常信号２０をセットする。つまり、主
マイコン２５ａ及び副マイコン２５が共に正常に動作し
ている間は、この異常信号２０は論理レベルが、負の信
号として作用し、どちらかのマイコンに異常が生じ、双
方のバスに位相差を生じると、論理レベルが正の信号と
して作用する。

尚、この異常信号２０は異常信号出力端子５を経由して
、副マイコン２５から導出されている。

従ってこの異常信号出力端子５の論理値を他のシステム
で監視する事により、マイコンの故障を検出し異常処理
を行う事が可能となる。

以上述べた様にこの種のマイコンの故障・°異常動作を
検出する従来技術は全く同一のマイコンのバスを相互に
接続し、その位相差を検出する技術となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上述した従来のマイコンの故障・異常動作を検出する技
術は、バスの位相差を検出する方法となっているので、
非常に多数の位相比較器（３２ビツト・マイコンでは約
６０個の位相比較器、１６ビツト・マイコンでは約４０
個程度の位相比較器が必要、）と同数のセレクタを必要
とする。

従って、ハードウェア量の増加によるチップ面積の増大
及びそれに伴なうコス１〜の上昇を誘引するという欠点
がある。

上述した従来のマイコンの故障・異常動作を検出する技
術に対し、本発明による検出技術は、位相比較器を１つ
又は数個しか必要とせず、従来技術で必要とした多数の
位相比較器及び同数のセレフタを必要としないという相
違点を有する。

〔課題を解決するための手段〕

本発明のマイクロコンピュータは、命令処理サイクルに
同期した命令処理信号（パルス信号）を出力する命令処
理部と、前記命令処理信号と外部より入力される比較信
号との位相差を検出する位相比較器と位相差検出により
有効レベルを保持する異常信号と内部アドレススターテ
スデータパスの外部導出用３ステートバツフア、及びモ
ード設定端子、異常信号出力端子、比較信号入力端子、
命令処理信号出力端子とを有している。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１の実施例でマイクロコンピュータ
の内部ハードウェア機能ブロック図及び主マイコン、副
マイコンの接続図を示している。

従来の技術で述べた様に、本発明によるマイコンも、基
本的には従来例と同様マイコンの異常動作を検出方法と
して、全く同一のマイコンを相互に接続し、一方を主マ
イコンとし、他方を監視用の副マイコンとして異常検出
システムを構成する。（詳細は従来技術参照。）第１図
では、右側のマイクロコンピュータ１ａが主マイコン、
左側のマイクロコンピュータ１が副マイコンとして設定
されている。相互のマイコンは、アドレスバス、データ
バス、ステータスバスを介して接続されており、又双方
共に外部記憶装置及び被制御部２３、にも接続されてい
る。

次に、副マイコンに設定されたマイコン１が有している
異常動作検出技術の動作原理について説明する。マイコ
ン１の副マイコンとしての作用の設定は、モード設定端
子すの論理により切替える。

第１図のマイコン１では、モード設定端子６は正論理と
なっている為、３ステート出力バツフア１４及び３ステ
ート入出力バツフア１５はＯＦＦとなる。又、データ・
リード時にバス制御部３から出力される正論理のリード
信号２１によりデータ・リード時のみ、３ステート入カ
バツフア１６がＯＮとなる為、外部記憶装置及び被制御
部２３からの読み込みデータ（アドレス、ステータス等
は主マイコン１ａにより与えられている。）が３ステー
ト入カバツフア１６を経由して、命令処理部２２で処理
される。

従って、副マイコン１は通常主マイコン１ａと全く同一
のプログラムを実行する事が可能となっている。ここま
での副マイコン１の動作、及び主マイコン１ａの動作は
従来技術のマイコン２５．２５ａと全く同様である。（
従って、主マイコン１ａの動作は省略する）。

次に、主マイコン１ａ又は副マイコン１のいずれか一方
が故障・異常動作をした場合の検出技術について述べる
。一般的にマイクロコンピュータは、システム設計者に
より作成されたプログラム（命名コードの集り）を逐次
実行する事により機能する。マイクロコンピュータによ
り処理される命名コード（命令）は、通常１００種類種
類用意されており、又その命令処理に必要とする処理時
間も命令の種類により様々である。

例えば、マイクロコンピュータは、システム・クロック
と呼ばれる基準クロックに基づいて動作しているが、あ
る命令の処理には２システム・クロックを要し、又ある
命令では、３システム・クロック又ある命令では、ｎシ
ステム・クロックを要する。

ここでｎは、一般的に１〜数１０に相当する。

従って、この様な命令コードの処理の始まりに同期して
、パルス信号を生成する事により、そのシステムのプロ
グラム固有に発生するパルス信号の時系列的な集りを得
る事ができる。

第３図は命令処理に際し、最初のシステムクロックと同
期して１／２の同期のシステム・クロック期間のみ、正
論理のパルス信号を生成した場合のパルスの集り、（命
令処理信号１７）を表わしている。

従って、この様に固有のプログラムの実行に応じて不規
則に発明するパルスで生成される命令処理信号を主マイ
コン、副マイコン共に出力し、相互に比較する事により
、どちらか一方のマイコンの故障・異常を異なるプログ
ラムを実行し始める事による命令処理動作の違いで検出
する事ができる。尚、どちらかのマイコンに異常が発生
し、互いに違うプログラムを実行し始めたにもかかわら
ず、偶然同じ命令処理時間を有した、違う命令コードの
集りによる、全く同一のパルス信号を相方が発生する事
により、命令処理信号を互いに比較する事では、異常を
検出できなという可能性が考えられるが、前途した様に
命令コードは様々な命令処理時間を有しており、それら
が組み合された異種プｌコクラムにおいて、全く同一の
パルス信号列が生成され続ける事は、極めて稀であり、
可能性として無視できる。

次に、本発明によるマイコンの故障・異常動作検出技術
の具体的な動作について図面を参照して説明する。副マ
イコン１において、命令処理部２より出力される命令処
理信号１７は、位相比較器〕３のＡに入力されると共に
、命令処理信号出力端子８にて外部へ導出されている。

一方、主マイコン１ａにおける命令処理信号は、命令処
理信号出力端子８を経て、副マイコン１の比較信号入力
端子７へ入力される。

従って、主マイコン１ａの命令処理信号は、副マイコン
１の比較信号１８として位相比較器１３のＢに入力され
る。次に、主マイコン１ａ又は副マイコン１のいずれか
一方が故障・位相動作をした場合、双方の命令処理信号
の位相に差異を生じる。副マイコン１の位相比較器１３
はこの位相差を検出した時のみ、正論理１９を出力する
。

従って、この正論理の検出信号１９はあらがじめ負論理
のリセット信号２２によりリセットされたＲ−ＳＦＦの
出力信号、即ち異常信号２０をセットする。

つまり、主マイコン１ａおよび副マイコン１が共に正常
に動作している間は、この異常信号２０は負論理の信号
として作用し、−坦どちらかのマイコンに異常が生じる
と、正論理の信号として作用する。尚、この異常信号２
０は従来技術のマイコン２５と同様に異常信号出力端子
５を経由して副マイコン１から導出されており、他シス
テムでのマイコンの故障・異常動作の検出及び異常処置
を可能としている。

第２図は、本発明の第２の実施例でマイクロコンピュー
タの内部ハードウェア機能ブロック図及び、主マイコン
副マイコンの接続図を示している。

この第２の実施例によるマイコンは、第１の実施例で示
したマイコンに対し、命令処理信号の動作及びそれに伴
う、位相差検出部構成のみ異なる。

従って、命令処理部２６及び位相差検出部２８以外の動
作即ち主マイコン又は副マイコンとしてのバスのコント
ロール技術者等（モード設定端子６，３ステート出力バ
ツフア１４．３ステート出力バッファ１５１，３ステー
ト入カバツフア１６、又バス制御部３の動作）について
は第１の実施例と全く同様の為説明は省略する。この第
２の実施例におけるマイコン２４の命令処理部２６は、
命令処理の始まりに同期して、その命令処理を完了する
為に必要とする処理時間を必要とするシステム・クロッ
ク数にコード化し、システム・クロックの１／２周期の
間出力する。具体的には、コード化された命令処理時間
は、命令処理部２６から命令処理信号ａ２９、命令処理
信号ｂ３０．命令処理信号ｃ３１による３ビツトのバイ
ナリ−情報として出力されている。（第２図参照）第４
図は、命令処理に際し、最初のシステム・クロックに同
期して、１／２周期のシステム・クロック期間のみコー
ド化した命令処理時間を表わし、それ以外は、負論理の
レベルを保持する、命令処理信号ａ２９．ｂ３０．ｃ３
１（ＬＳＢはａ２９．ＭＳＢはｃ３１のバイナリ−情報
）の動作例を表わしている。

この様な命令処理信号ａ２９．ｂ３０．ｃ３１を主マイ
コン２４ａ及び含マイコン２４、共に出力し、副マイコ
ン２４の位相差検出部２８の位相比較器１３でそれぞれ
相互に比較する事により第１の実施例で示したマイコン
ｌ同様、どちらか−方のマイコンの故障・異常を異なる
プログラムを実行し始める事による、命令処理時間の違
い（バイナリ−情報の違い）で検出する事ができる。

（検出信号１９、及び異常信号２０の動作は第１の実施
例１と同様の為省略する。）この第２の実施例では、ど
ちらか一方のマイコンの故障により主マイコン２４ａ、
副マイコン２４が異なる命令を実行し始めた事を、その
命令処理が開始された瞬間に検出する事ができる。（第
１の実施例のマイコン１では異なる命令を実行し始めて
からどちらか一方のマイコンが次の命令処理を行うまで
異常を検出する事はできない為、互いに処理時間の異な
った命令を実行し始めた場合、異常検出が遅れる可能性
がある。）従って、この第２の実施例では、より早くマ
イコンの故障・異常動作を検出する事ができるという利
点がある。

尚、本実施例によるマイコン２４は、３ビツトのバイナ
リ−情報（命令処理信号ａ２９．ｂ３０、Ｃ３１及び比
較信号ａ３２、ｂ３３、Ｃ３４を３個の位相比較器１３
を用いて相互に比較する事により１〜８システム・クロ
ックの命令処理時間を持つ命令に対し、異常を検出する
事ができる。

９システム・クロック以上の命令処理時間を持つ命令に
対し、異常を検出する場合は、命令処理信号及び位相比
較器を追加する。但し、一般的にマイクロコンピュータ
の持つ命令の命令処理時間は、殆どの場合１〜２０シス
テム・クロック程度となっているので最悪でも５ビット
程度のバイナリ−情報を持つ事により対処可能と考えら
れる。

尚、この場合、５本の命令処理時間又その入出力端子と
、５個の位相比較器が必要となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、マイコンの故障・異常動
作を検出する技術として、命令処理サイクルに同期した
命令処理信号（パルス信号）を相互に比較する事により
従来のバスの動作を相互に比較する検出技術において必
要とした多数の位相比較器及び同数のセレクタを用いず
、同程度の検出技術を実現できる為、検出技術に必要と
するハードウェアを減少して、コストを低減できる効果
がある。

尚、本発明において使用する命令処理信号（パルス信号
）は、通常マイクロコンピュータの命令処理部の内部に
おいては、マイクロシーケンサ−を制御する信号として
必要不可欠な信号として既に生成されている為、新たに
ハードウェアを増加して作成する必要はなく、単に命令
処理部の外部に導出すればよい。従って、この信号を利
用する為のハードウェア増加は、無視できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す図、第２図は、本
発明の第２の実施例を示す図、第３図および４図は本発
明の第１、第２の実施例において使用する命令処理信号
のパルス出力タイミング例を示す図、第５図は、従来技
術における、マイコンの故障・異常検出技術を有したマ
イクロコンピュータを示す図、第６図は従来技術におけ
る主マイコン、副マイコンの接続を示す図である。 １・１ａ・２４・２４ａ・２５・２５ａ・・・・・・マ
イクロコンピュータ、２・・・・・・命令処理部、３・
・・・・・バス制御部、４・・・・・・位相差検出部、
５・５ａ・・・・・・異常信号出力端子、６・６ａ・・
・・・・モード設定端子、７・７ａ・・・・・・比較信
号入力端子、８・８ａ・・・・・・命令処理信号出力端
子、９・９ａ・・・・・・リセット入力端子、１０・１
０ａ・・・・・・アドレスバス端子、１１・ｌｌａ・・
・・・・ステータスバス端子、１２・１２ａ・・・・・
・データバス端子、１３・・・・・・位相比較器、１４
・・・・・・３ステート出力バツフア、１５・・・・・
・３ステート入出力バツフア、１６・・・・・・３ステ
ート入カバツフア、１７・・・・・・命令処理信号、１
８・・・・・・比較信号、１９・・・・・・検出信号、
２０・・・・・・異常信号、２１・・・・・・リード信
号、２２・・・・・・リセ・ント信号、２３・・・・・
・外部記憶装置及び被制御部、２６・２７・・・・・・
命令処理部、２８・・・・・・位相検出部、２９・・・
・・・命令処理信号ａ、３０命令処理信号ｂ、３１・・
・・・・命令処理信号Ｃ１３２・・・・・・比較信号ａ
、３３・・・・・・比較信号ｂ、３４・・・・・・比較
信号Ｃ１３５・３５ａ・・・・・・命令処理信号ａ出力
端子、３６・３６ｂ・・・・・・命令処理信号す出力端
子、３７・３７ａ・・・・・・命令処理信号ａ出力端子
、３８・３８ａ・・・・・・比較信号ａ入力端子、３９
・３９ａ・・・・・・比較信号す入力端子、４０・４０
ａ・・・・・・比較信号Ｃ入力端子、４１・・・・・・
位相比較器、４２・・・・・・セレクタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　制御システムに使用されるマイクロコンピュータにお
   いて、命令処理サイクルに同期した命令処理信号（パル
   ス信号）を出力する命令処理部と外部より入力される比
   較信号と、前記命令処理信号の位相差を検出する位相差
   検出部と、位相差検出時に前記位相差検出部より出力さ
   れ有効レベルを保持する異常信号と内部アドレスステー
   タスデータ・バス外部導出用３ステート・バッファとを
   有することを特徴とするマイクロコンピュータ。