JPH0394339A - 信号処理装置およびその故障診断方法 - 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〕 この発明は、半導体集積回路などとして構威される信号
処理装置およびその故障診断方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、信号処理：！！ｉ置の故障診断は、その信号処理
装置の本来の目的のための動作から切り離した状態で、
この信号処理装置に所定の診断パターン信号を与え、こ
の診断パターン信号に対して正常動作時に出力されると
予想される期待値と、実際の出力信号とを比較するよう
にして行われていた。

したがって、信号処理装置が本来の目的のための動作を
行っている期間に故障診断を行う場合には、何らかの手
段で動作中の信号処理装置に割り込みをかけて故障診断
処理を行い、その後に本来の目的のための動作に復帰さ
せるという手順を踏む必要があった． 〔発明が解決しようとする課題〕 したがって、所定の信号処理とともに、故障診断処理を
行う場合には、信号処理の総実行時間は、本来の目的の
ための処理の実行に要する時間と故障診断処理に要する
時間との和にほぼ等しくなる．このように、信号処理装
置の故障診断を行うことによって、信号処理装置の処理
能力は故障診断処理に要する時間の分だけ低下すること
になる．また、信号処理装置内に故障が発生すれば、こ
の信号処理装置からは所望の出力信号を得ることができ
なくなるのであるが、故障発生時にも正常動作時と同様
な出力を得ることができれば、信号処理装置の信頼性が
格段に向上する。

この発明の目的は、上述の技術的課題を解決し、処理速
度が向上されるとともに信頼性が向上される信号処理装
置を提供することである。

またこの発明の他の目的は、所定の信号処理動作を阻害
することなく故障診断が行われるようにした信号処理装
置の故障診断方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の信号処理装置は、機能モジュールが待ち状態
である期間に、この機能モジュールの故障診断を故障診
断手段により行わせ、その結果故障と判断されたときに
は、故障修復手段から機能モジュールの正常動作時の信
号と同等の信号を出力させるようにしたものである。

またこの発明の信号処理装置の故障診断方法は、機能モ
ジュールが待ち状態である期間に故障診断手段による故
障診断処理を行い、機能モジュールが待ち状態から通常
動作状態に移行するときには、この移行時における診断
処理状態情報を記憶手段に記憶して故障診断処理を中断
し、機能モジュールが再び待ち状態となるときには、前
記記憶手段から前記診断処理状態情報を読み出して、故
障診断処理を再開することを特徴とする。

〔作用〕

この発明の信号処理装置によれば、機能モジュールが待
ち状態である期間に、この機能モジュールの故障診断処
理が行われるので、機能モジュールの故障診断を行いな
がら、その本来の目的とする信号処理を行わせる場合に
も、この信号処理に要する時間はほとんど長くはならな
い．また、機能モジュールに故障が生じていると診断さ
れたときには、故障修復手段が機能モジュールに代わっ
て信号処理を行い、機能モジュールの正常動作時の出力
信号と同等の出力信号を導出するので、故障時において
も、正しい信号処理を行わせることができるようになり
、したがって信号処理装置の信頼性が格段に向上する。

またこの発明の信号処理装置の故障診断方法によれば、
機能モジュールが待ち状態である期間に故障診断処理が
行われ、機能モジュールが通常動作状態に移行するとき
には、故障診断処理が中断される。この中断する際に、
その時点での診断処理状態を表す診断処理状態情報が記
憶手段に記憶され、そして機能モジュールが再度待ち状
態となったときには、前記記憶した診断処理状態情報に
基づいて、故障診断処理が再開される。このようにして
、故障診断処理を待ち状態の期間に行うことにより、機
能モジュールの本来の目的の信号処理を阻害することな
く故障診断処理を行うことができるとともに、この故障
診断処理を中断し、そして再開することができるので、
機能モジュールの１回の待ち状態の期間で故障診断処理
が完了しなくても、次の待ち状態の期間に続きの処理を
行わせることができ、したがって故障診断処理を確実に
行わせることができる。

〔実施例〕

第１図はこの発明の第１実施例の信号処理装置の基本的
な構戒を示すブロック図である。この信号処理装置は、
たとえば半導体集積回路などとして横或されるもので、
所定の信号処理を行う機能モジュール２１と、機能モジ
ュール２ｌの故障診断を行う故障診断手段２２と、この
故障診断手段２２による機能モジュール２１の診断処理
状態を表す診断処理状態情報などを記憶する記憶手段３
４と、機能モジュール２１に故障が発生したときに誤り
訂正を行い、または機能モジュール２１の代替として働
いて外部に対して機能モジュール２ｌの正常動作時の期
待値と同等の信号を出力する機能を有する故障修復手段
２３とを備えている。この信号処理装置は、所定の信号
処理を行う「通常動作状態」と、この信号処理が中断さ
れる何らかの「待ち伏態ｊとを有し、通常動作状態から
待ち状態への移行は、ライン３ｌを介するＷＡＩＴ信号
により行われる． このＷＡＩＴ信号により、機能モジュール２１が通常動
作状態から待ち状態に移行し、この待ち状態の期間に故
障診断手段２２による故障診断が実行される。この故障
診断はたとえば、機能モジュール２１に所定の診断パタ
ーン信号を人力し、この診断パターン信号に対して正常
動作時に出力されると予想される期待値と実際の出力信
号とを比較することによって行われる。もしも、機能モ
ジュール２１の出力が期待値と一致せず、したがって機
能モジュール２１が故障していると診断されるときには
、この情報がライン３２を介して故障修復手段２３に与
えられる。この故障修復千段２３は、機能モジュール２
１の正常動作時の出力信号と同等の出力信号をライン３
３から出力ライン３５に導出し、このようにして機能モ
ジュール２１の故障時にも信号処理が正常に行われるこ
とになる。

第２図は前述の故障診断処理手順を示すフローチャート
である。前述のように信号処理装置は、通常動作状態（
ステップｎｌ）と、待ち状態（ステップｎ２）とを有し
、待ち状態となるとステップｎ３に移って、故障診断処
理が開始（または再開）される。ステップｎ３では、先
ず以前の待ち状態のときに実行された故障診断処理の最
終状態に復元される．次にステップｎ４では、故障診断
手段２２により故障診断が実行される。この故障診断は
、常に待ち状態であるかどうか、すなわち故障診断手段
２２にＷＡＩＴ信号が与えられるかどうかをモニタしな
がら（ステップｎ５）行われる。故障診断処理は、必ず
しも１回の待ち状態の期間ですべての故障診断項目に関
する処理を終了する必要はない．途中で待ち状態が解除
されて、通常動作状態に移行する場合には、故障診断処
理は中止されて、その診断処理の最終状態が診断処理状
態情報として記憶手段３４に記憶される（ステップｎ６
）．そして再び待ち状態となって、故障診断処理が再開
されるときには、ステップｎ３において、前記記憶した
最終状態に復元されて、中断された故障診断処理が、中
断された時点から再開されることになる． このようにして、この実施例では信号処理装置が本来の
機能としての信号処理を行わない待ち状態の期間におい
て、故障診断処理を行うようにしているので、信号処理
装置が所定の信号処理に要する時間は、故障診断を行わ
ない場合とほとんど差がないこととなる。すなわち、機
能モジュール２ｌにおける所定の信号処理を阻害するこ
となく、この機能モジュール２ｌの故障診断処理を行う
ことができる結果、故障診断処理による信号処理装置の
能力低下を最小限に抑えることができるようになる． この発明の第２実施例としての信号処理装置の構戒を述
べる。すなわち、それぞれ所定の信号処理を行う複数の
機能モジュールが備えられ、この複数の機能モジュール
の中の少なくとも１つの機能モジュールに故障診断手段
が備えられ、また前記複数の機能モジュールの中の少な
くとも１つの機能モジュールに故障回復手段が備えられ
る。このような構或では、各機能モジュールに対してそ
れぞれ故障診断手段および故障修復手段を備える場合に
比較して、ハードウェアが有効に利用されるとともに、
構威を簡単にすることができる。

第３図はこの発明の第３実施例の基本的な構戒を示すブ
ロック図である。この信号処理装置は、３つのバレルシ
フタ４１〜４３と３つのＡＬＵ（ＡｒｉｔｈｌＷｅｔｉ
ｃ　ａｎｄ　Ｌｏｇｉｃａｌ　Ｕｎｉｔ　）　４　４　
〜４　６とを用いて三重化構或とした加減算器４７と、
この加減算器４７とはそれぞれ独立のハードウェア構成
とした乗算器４８，除算器４９とを備え、ライン５０か
ら入力される命令信号ＳＬに対応する演算処理を行って
、その演算結果をレジスタ５ｌに与えるものである。加
減算器４７の３つのＡＬＵ４４〜４６の出力は多数央回
路６８に与えられ、多数を占める出力が選択される。命
令信号Ｓｌは命令レジスタ５２に保持され、この命令レ
ジスタ５２から、命令信号Ｓ１に対応する制御信号を発
生させるデコーダ５３Ａ，５３Ｂに与えられる。

命令レジスタ５２にはまた、信号処理を中断させて待ち
状態とするためのＷＡＩＴ信号Ｗｌが入力され、このＷ
ＡＩＴ信号Ｗ１も命令信号Ｓ１と同様にデコーダ５３Ａ
，５３Ｂに共通に与えられる。

デコーダ５３Ａ，５３Ｂには、内部の機能モジュールと
しての乗算器４８または除算器４９が故障しているかど
うかを表す故障フラグがセットされる故障フラグレジス
タ５４からの信号が与えられており、この信号をもとに
、未故障時にはデコーダ５３Ａが内部制御信号を生成し
、故障時にはデコーダ５３Ｂが内部制御信号を生或する
。このようにして、未故障時（すなわち正常動作時）と
故障時とで異なる内部制御が行われる。

正常動作時には、デコーダ５３Ａからの内部制御信号が
、内部バス５５からレジスタ５ｌに与えられ、そのオペ
ランドデータがライン５６から命令信号Ｓ１に対応した
加減算器４７．乗）ｌ：２ｉ４８，除算器４９にそれぞ
れ与えられる。これらの各機能モジュールにおける演算
桔果は、ライン５７からレジスタ５ｌに与えられて記億
される。このようにして命令が実行されると、プログラ
ムカウンタ５８の値がインクリメントされて、処理プロ
グラムを記憶した図外の記憶手段のアドレスが指示され
、新たな命令がライン５０から命令レジスク５２に与え
られる。レジスタ５１にはデータラソチ回路５９を介し
てデータの入出力が可能である。

また、内部バス５５には記憶手段６９が接続されており
、プログラムカウンタ５８の値，レジスタ５１の内容，
および後述するカウンタ６１の値を記ＩＱさせることが
できる。

命令レジスタ５２にＷＡＩＴ信号Ｗｌが入力され、デコ
ーダ５３Ａから対応する内部制御信号が内部バス５５に
与えられると、レジスタ５１と内部ハス５５およびライ
ン５６などとの間が切り離される。これにより、加減算
器４７，乗算器４日および除算器４９にはレジスタ５Ｉ
からのデータが与えられない状態となる。そして、故障
診断手段として設けたＲＯＭ（続出専用メモリ）６０に
、そのアドレスを指示するカウンタ６ｌの出力が与えら
れる。

ＲＯＭ６０はその内部に、乗算器４８，除算器４９の故
障診断を行うための診断パターン信号であるテストヘク
タと、このテストベクタに対して正常動作時に乗算器４
８．除算器４９からそれぞれ出力される期待値とを記憶
しており、テストヘクタがライン６２から乗算器４８，
除算器４９に与えられるとともに、これに同期して前記
期待値が、乗算器４８，除算器４９の各出力が与えられ
る一致回路６３．６４にライン６５．６６を介してそれ
ぞれ与えられる。このようにして、１り１待値と実際の
出力信号とを一敗回路６３．６４でそれぞれ調べること
により、乗算器４８，除’３０３４９がそれぞれ故障し
ているか否かを調べることができる。

一致回路６３．６４の出力信号は、故障が生しているか
どうかを示す故障フラグとしてライン６７から前述の故
障フラグレジスタ５４に与えられ、これにより故障診断
処理が終了する。このとき、レジスタ５ｌの内容とプロ
グラムカウンタ５８の値とが診断状態情報として記憶手
段６９に記憶される。

故障診断処理が完了する以前に、ＷＡＩＴ信号Ｗ１が与
えられなくなり、したがって待ち状態から通常動作状態
に復帰する場合には、前記故障診断処理は中断される。

この中断に当たり、カウンタ６ｌの値は診断処理状態を
表す診断処理状態情報として記憶手段６９に記↑０され
る。そして、再度ＷＡＩＴ信号Ｗ１が与えられたときに
、カウンタ６ｌに前記記憶手段６９に記憶した故障診断
処理の中断時の値がセットされることによって、前記中
断した故障診断処理が再開される。このようにして、本
来の目的の演算処理を阻害することなく故障診断処理が
確実に実行されていく。

故障診断処理の結果、故障フラグレジスタ５４に、乗算
器４８．除算器４９に故障が生じていることを示す故障
フラグがセントされると、以後の動作は、デコーダ５３
Ｂからの内部制御信号に基づいて行われ、たとえば除算
器４９に故障が生じた場合には以後の除算機能は加減算
器４７および乗算器４８で行う．すなわちこの場合には
加減算器４７および乗算器４８が故障修復手段として律
能することになる。また乗算器４８に故障が生した場合
には以後の乗算機能は加減算器４７で行わせる。加減算
器４７における加算演算とシフト演算は最も基本的な演
算であるため、この実施例では加減算器４７を３対のＡ
ＬＵおよびバレルシフタを用いた三重化横或としている
。

除算器４９が故障した場合の加減算器４７および乗算器
４８による除算演算は、たとえばニュートンラプソン法
などの収束型除算法あるいは乗算型除算法などと呼ばれ
る方法で実現することができる。ニュートンラプソン法
では、除数ｂの逆数１／ｂを下記第（１）式に示される
漸化式を反復使用して求め、これに被除数ａを乗じるよ
うにして、除算演夏ａ／ｂを実行する。

１／ｂ＝Ｘ，，．．＝Ｘｎ（２−ｂＸＸ，，）　　・　
（１）（ｎ＝ｏ，１，２，・・・・） ただしＸ０は初期近似値である。

すなわち、加算演算と乗算演算とにより除算演ＣＩを行
う。

また乗算器４８が故障した場合における乗算演算はシフ
ト演算と加算演算の繰り返しにより実現される。このよ
うにして、基本的な演算は加算とシフトにより達戒する
ことができ、したがって加減算器４７により、必要とさ
れる任意の項算を行わせることができる。

デコーダ５３Ｂは、命令信号Ｓ１に対応して、加減算器
４７および乗算器４８に前述のような演算を行わせるた
めの内部制御信号を生成し、これによってたとえ除算器
４９，乗算器４８が故障した場合にも、正常動作時と同
様な演算を行わせることができるようにしている。

しかもこの実施例では、前述のように前回の故障診断処
理終了時におけるレジスタ５ｌの内容と、プログラムカ
ウンタ５８の内容とが、診断状態情報として記憶されて
いるので、この診断状態情報が記憶された時点に遡って
、処理を再度行わせることができる。すなわち、前回の
故障診断処理において正常と診断され、今回の故障診断
処理において故障と診断された場合には、この間の信号
処理では正しい演算結果が得られていない可能性が高い
のであるが、確実に正しい結果が得られていた前回の故
障診断処理の終了時点に遡って信号処理を再度行わせる
ようにすれば、誤った演算結果を出力させることなく、
全期間において正しい信号処理を行わせることができる
ようになる。

上述のようにこの実施例によれば、故障診断処理は、前
述の第１実施例と同じように、演算処理が中断される待
ち状態の期間に行われるので、濱算処理に要する時間の
増大を招くことなく良好に故障診断処理を達威すること
ができ、さらにたとえ故障が生しても正常動作時と同等
の演算結果を得ることができる。このような信号処理装
置では、故障診断のための時間を意識することなく演算
処理を行わせることができるとともに、演算結果は高い
信頼性を有するものとなる。また、故障が発生した場合
にも、命令セットの変更を要することなく演算処理を行
わせることができ、さらに半導体集積回路などとして構
威した信号処理装置に初期不良が生じている場合にも、
演算速度の低下は避けられないにしても、正しい演算結
果を得ることができるので、たとえば低速版などとして
の使用が可能となる。

また、各機能モジュール毎に故障修復手段を設けるので
はなく、故障した機能モジュールの演算を他の正常な機
能モジュールで行わせることにより誤り訂正を行うよう
にしているので、構戒を簡単にし゛て、ハードウェアの
有効利用を図ることができる。

なお、この実施例で示した加．減，乗，除の四則演算の
他にも、開平演算などを独立のハードウェアで構成する
場合があるが、この開平演算もまたニュニトンラプソン
法などにより、加算，シフト　乗算の各演算により実行
することができる。

すなわち、開平演算機能などを有する信号処理装置に対
しても、この実施例は容易に応用することができる。

第４図はこの発明の第４実施例の基本的な構或を示すブ
ロック図である。この実施例において前述の第３図に示
された各部に対応する部分には同一の参照符号を付して
示す。

この信号処理装置は、浮動小数点数の加減乗除を行うた
めのもので、それぞれ浮動小数点数の加減算５乗算，除
算を行う加減算器７１，乗算器７２，除算器７３を備え
ている．加減算器７１は仮数部演算器７４および指数部
演算器７５を備え、同様に乗算器７２は仮数部演算器７
６および指数部演算器７７を、除算器７３は仮数部演算
器７８および指数部演算器７９をそれぞれ備えている。

各仮数部演算器７４，７６．７８からの桁あふれ信号は
、それぞれライン８１，８２．８３から各指数部演算器
７５，７７．７９に与えられるとともに、後述するセレ
クタ８０に共通に与えられる。

各指数部演算器７５，７７．７９の出力は、各仮数部演
算器７４．７６．７８からの出力とともにライン５７を
介して演算結果としてレジスタ５ｌに与えられて記憶さ
れるとともに、それぞれ一致回路８４，８５．８６に与
えられて、ＲＱＭ６０からライン８７を介して与えられ
る期待値と比較される。この期待値は、故障診断処理時
にＲＯＭ６０から各指数部演算器７５，７７．７９にそ
れぞれ入力されるテストベクタに対する正常動作時の各
出力信号であり、この期待値と各指数部演算器７５，７
７．７９からの実際の出力信号とが比較される。その比
較結果は、ライン６７から、故障フラグとして故障フラ
グレジスタ５４に与えられる。前述のセレタク８０は、
指数部演算器７５，７７．７９のうちの１つまたは２つ
が故障した場合に、デコーダ５３Ｂが生或する内部制御
信号に従って動作し、故障修復のための桁あふれ信号を
正常な指数部演算器（７５，７７．７９）を選択して与
える。

浮動小数点数の演算については、たとえばＨＷＡＮＧ著
：「コンビュークの高速演算方式（近代科学社）」〈昭
和５５年）第２８４頁〜第３０７頁に解説されているが
、以下において浮動小数点数の四則演算に関して若干の
説明を行う。

浮動小数点数のフォーマットがたとえばＩＥＥＥ７５４
規格の単精度浮動小数点数とする。そのデータ値Ｖは次
のように示される。

ｖ−（−１）”Ｘ２’−”’Ｘ　（１．Ｆ）　　−　　
（２）ここでＳは符号部、Ｅは指数部、１２７は指数部
のバイアス値、Ｆは仮数部である。１．Ｆは正規化され
ており、次の範囲の値をとる。

１≦１．　Ｆ　＜　２　　　　　　　　　　　・・・　
（３）演算に使うオペランドＸ，　Ｙを上記第（２）式
に示された表現を用いて下記のように表す。

Ｘ＝（−１）”Ｘ２ｔＫ−１”Ｘ（１．Ｆ．）　・　（
４）Ｙ＝（−１）”ｘ２ｔｙ−＋２’ｘ（１．Ｆｙ）−
（５）また演算結果Ｚを正規化して次式で表す。

Ｚ＝（−１）”Ｘ２”−”’Ｘ（１．Ｆｇ）　・　（６
）仮数部の演算結果を上記第（６）式の形に再正規化す
るために、仮数部から桁あぶれが生しる。下記第１表は
、四則演算の指数部の結果を、桁あふれの有無と種類に
ついてまとめたものである。この第１表から理解される
ように演算は全て加減算により実現され、したがってこ
の第１表に従う演算を行う加減算器によって、指数部の
計算を行うことができる。第４図の指数部演算器７５，
７７．７９は、上記のような加減算器により構威されて
おり、加減算器７１，乗算器７２．除算器７３の各指数
部の計算を行う。

（以下余白） 故障診断処理において、一致回路８４，８５．８６のう
ちのいずれかで、ＲＯＭ６０から与えられる期待値との
不一致が検出されると、故障フラグレジスタ５４に故障
状熊であることを示す故障フラグがセットされる。これ
により、この後の動作はデコーダ５３Ｂから生或される
内部制御信号に従うこととなる。

たとえば、除算器７３の指数部演算器７９に故障が生じ
た場合には、仮数部演算器７８からセレクタ８０に与え
られる桁あふれ信号は、正常に動作している機能モジュ
ール、すなわち加算器７１または乗算器７２のいずれか
の指数部演算器７５７７に与えられ、この指数部演算器
７５．７７において、除算演算のための指数部の演算が
行われる。すなわち、未故障の指数部演算器７５．７７
が故障修復手段として機能する。

このようにしてこの実施例によれば、浮動小数点数の演
算を行う信号処理装置において、前述の第３実施例の場
合と同様の作用および効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

この発明の信号処理装置によれば、機能モジュールが待
ち状態である期間に故障診断手段による故障診断処理が
行われるので、故障診断処理を行いつつ本来の目的とす
る信号処理を行う場合にも、この信号処理の実行が阻害
されることはなく、したがって処理時間はほとんど長く
はならない。これによって処理速度が格段に向上される
ようになる。また故障診断手段によって、故障が生して
いると診断されたときには、故障修復手段から、機能モ
ジュールの正常動作時と同等の信号が導出されるので、
たとえ機能モジュールに故障が生しても正しい信号処理
を行わせることができ、したがって信号処理装置の信頼
性が格段に向上されるようになる。

またこの発明の信号処理装置の故障診断方法によれば、
機能モジュールが待ち状態である期間に、この機能モジ
ュールの故障診断処理を行うようにしているので、この
機能モジュールの本来の目的とする信号処理を阻害する
ことなく故障診断処理を行うことができるようになる。

しかも、この故障診断処理は、機能モジュールの１回の
待ち状態の期間に完了する必要はなく、次回の待ち状態
の期間に続きの処理を行わせることができるので、確実
に実行させることができ、これによって故障診断処理を
確実なものとすることができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の信号処理装置の基本的な
構戒を示すブロック図、第２図はその故障診断方法を示
すフローチャート、第３図はこの発明の第３実施例の基
本的な構或を示すブロック図、第４図はこの発明の第４
実施例の基本的な構戒を示すブロック図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定の信号処理動作中に、この所定の信号処理が
   中断される待ち状態となる期間を有する機能モジュール
   と、 前記機能モジュールが前記待ち状態である期間に、この
   機能モジュールの故障診断を行う故障診断手段と、 この故障診断手段により前記機能モジュールが故障して
   いると診断されたときに能動化され、前記機能モジュー
   ルの正常動作時の信号と同等の信号を導出する故障修復
   手段とを備えた信号処理装置。
2. （２）所定の信号処理を行う通常動作状態と、前記所定
   の信号処理が中断される待ち状態とを有する機能モジュ
   ールを備えた信号処理装置の故障診断方法であって、 前記機能モジュールの故障診断を行う故障診断手段と、
   前記故障診断手段による診断処理状態を表す診断処理状
   態情報を記憶する記憶手段とを準備し、 前記機能モジュールが前記待ち状態である期間に前記故
   障診断手段による故障診断処理を行い、前記機能モジュ
   ールが待ち状態から通常動作状態に移行するときには、
   この移行時における診断処理状態情報を前記記憶手段に
   記憶して故障診断処理を中断し、 前記機能モジュールが再び待ち状態となるときには、前
   記記憶手段から前記診断処理状態情報を読み出して、前
   記故障診断処理を再開することを特徴とする信号処理装
   置の故障診断方法。