JPH0812656B2 - マイクロコンピュータの動作異常検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、正常動作時には所定の
周期範囲の動作信号を出力することで動作異常を検出で
きるようにしたマイクロコンピュータの動作異常を検出
するための方法に関し、特に異常動作時にどのような動
作信号が出力されても動作異常を検出できるようにした
マイクロコンピュータの動作異常検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】制御機器等に広く利用されているマイク
ロコンピュータは、プログラムにより動作が決められて
いる。そのためプログラムの誤りがあると無限ループに
入る等のために、正常に動作しなくなることがある。ま
たマイクロコンピュータ自体のバグや電源異常等の故障
によっても誤動作する場合がある。

【０００３】マイクロコンピュータが正常動作しなくな
ると制御している機器が予想されない動作をすることに
もなるので、マイクロコンピュータが正常に動作してい
るかを常時監視することが行なわれている。そのために
正常な動作を行っている場合には、出力端子に出力され
る信号の高低を一定周期毎に変化させるようにプログラ
ムを作成している。そしてこの出力端子を常時監視し
て、一定周期で信号の高低が変化しているかを検出して
いる。この正常動作時には一定周期で高低が変化する信
号を動作信号と称している。

【０００４】実際には各種動作を行なうプログラム中
で、比較的一定の時間間隔を有する部分に動作信号を出
力するプログラムを設けているため、動作信号は厳密に
一定の周期を有するものではなく、ある程度の変動許容
範囲を設けて検出した動作信号を判定している。動作信
号を検出するためには、コンデンサへの充放電時間を動
作信号で制御して、コンデンサの両端の電圧を比較器で
判定するアナログ回路による方法も用いられるが、動作
信号の検出のために別にマイクロコンピュータを用いる
のがコスト面からも好ましい。マイクロコンピュータで
動作信号が正常であるかを判定するには、動作信号の周
期よりも一桁程度小さい検出周期で動作信号を標本化し
て、高低それぞれの期間中の検出周期の数を計数するこ
とにより、動作信号の周期を算出して判定している。

【０００５】図１５は、動作信号を一定の標本化タイミ
ングで標本化して動作信号の周期を検出する原理を示す
タイムチャートである。図１５に示すようにマイクロコ
ンピュータが正常に動作している時には、動作信号に類
似した検出信号が得られる。また動作信号が、図中の異
常動作信号１又は異常動作信号２のように、正常動作時
とは異なる信号になった場合には、検出信号も変わるた
め異常動作していることが判明する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記のようにマイクロ
コンピュータの動作に異常が発生し、動作信号が正常時
のものとは異なった異常動作信号１又は２のようになっ
た時には検出可能である。しかし動作信号が図１５の異
常動作信号３のようになった時には、検出信号は図のよ
うになり正常時の検出信号と同じ検出信号が得られるた
め、マイクロコンピュータは正常に動作していると判定
することになる。

【０００７】このような現象は、マイクロコンピュータ
の動作が異常になり、動作信号として特定の周期の動作
信号を出力する時にのみ発生するものであり、発生する
確率はあまり高くはないが、マイクロコンピュータの用
途によっては動作異常が絶対に許容されない場合もあ
り、動作異常によりどのような動作信号が出力されても
動作異常と判定できることが必要である。

【０００８】本発明は、上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、マイクロコンピュータが出力する動作信号が
どのような信号であろうとも、動作異常が発生した時に
は検出できるような動作異常検出方法を実現することを
目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するため、動作異常として検出できない動作信号の
周期が、動作信号を標本化する検出周期と一定の関係に
あることに着目して、複数の異なる検出周期を組み合せ
て標本化することで、異常が異常として検出できない周
期範囲がないようにする。

【００１０】すなわち本発明のマイクロコンピュータの
異常検出方法は、正常動作時には所定の変動範囲内にあ
る正常周期で信号の高低を切り換えて動作信号を動作信
号を出力するマイクロコンピュータの動作異常検出方法
であって、この動作信号を正常周期より短い検出周期で
標本化する標本化工程と、標本化工程において標本化さ
れた２以上の標本化値の少なくとも１つが所定の変動範
囲内の周期で反転しないときにはマイクロコンピュータ
が異常であると判断する判断工程と、を備えるマイクロ
コンピュータの動作異常検出方法である。第２の発明
は、正常動作時には所定の変動範囲内にある正常周期で
信号の高低を切り換えて動作信号を動作信号を出力する
マイクロコンピュータの動作異常検出方法であって、動
作信号の周期より短い相異なる標本化周期で動作信号の
標本化を実行する複数の標本化期間を含む標本化工程
と、標本化工程内の複数の標本化期間のそれぞれにおい
て標本化値が所定の変動範囲内の周期で反転したときは
マイクロコンピュータが異常でないと判断する判断工程
と、を備えるマイクロコンピュータの動作異常検出方法
である。第３の発明にあっては、標本化工程が、予め定
めた主標本化周期で複数回の標本化を実行する主標本化
処理と、主標本化処理における複数回の標本化の間の少
なくとも１ヶ所において主標本化周期より短い高次標本
化周期で標本化を実行する高次標本化処理と、からなる
ことを特徴とする。第４の発明にあっては、高次標本化
処理が、主標本化周期の中央以外で実行されることを特
徴とする。

【００１１】

【作用】動作信号として正常でない信号が出力されてい
るのに、正常であると判定してしまう動作信号は、動作
信号を標本化する検出周期とうなり現象を起こしてい
る。厳密にいえば、標本化の検出周波数をｆ_s 、正常動
作信号の周波数をｆ_a 、異常と判定できない時の動作信
号の周波数ｆ_b とすると、その間には次のような関係が
ある。但しｎは１以上の正の整数である。

【００１２】｜ｆ_b −nf_s ｜＝ｆ_a 通常問題になるのはｎ＝１の時であり、その場合には出
力される動作信号と標本化する検出周波数との差が正常
な動作信号の周波数に等しくなる。前述のように動作信
号は、プログラムの関係で厳密に一定周期の信号になる
わけではないので、ある変動範囲を想定して正常である
と判定している。そこで正常周波数範囲の下限をｆ_Pjと
し、上限をｆ_PHとして異常であると判定できない周波数
範囲を図示したのが図２である。但し図２は、上記の式
でｎ＝１の場合のみを示している。図示のように異常と
判定できない周波数範囲は、標本化する検出周波数ｆ_s
と正常周波数範囲の上下限ｆ_Pjとｆ_PHにより決定され
る。

【００１３】そこで図１に示すように異常として検出で
きない周波数範囲が重さならないように複数の検出周波
数を定め、これら複数の検出周波数を組み合せて標本化
すれば異常として検出できない範囲がなくなる。

【００１４】

【実施例】前述の通り本発明では、動作信号の検出及び
判定にマイクロコンピュータを用いており、動作異常検
出のための構成を図３に示す。図３において、１は正常
動作しているかが監視されるマイクロコンピュータであ
り、通常は制御装置の主たる制御を行なう部分である。
２はマイクロコンピュータ１が正常に動作しているかを
監視するためのマイコンシステムであり、マイクロコン
ピュータ３、ＲＯＭ４及びＲＡＭ５で構成されており、
監視の目的だけに使用されるならば非常に簡単な低コス
トのものが使用される。

【００１５】一般にマイクロコンピュータ１からは、正
常に動作していれば５０Hzから１００Hz範囲の動作信号
が出力される。マイクロコンピュータシステム２は、こ
の動作信号を１KHz 、すなわち１ms周期の検出周期で標
本化して判定している。いま５０Hzから１００Hzの動作
信号、すなわち１０msから２０msの周期で出力される信
号を正常と判定すると、９００Hzから９５０Hz及び１０
５０Hzから１１００Hzの信号は正常であると判定してし
まう。そこで５／６msと７／６msの二種類の検出周期を
組み合せて、これらを検出可能にした実施例を説明す
る。

【００１６】図４はこの実施例のタイムチャートであ
り、動作信号の標本化は、５／６ms周期を６回、７／６
ms周期を６回、それぞれ連続して行なう１２msを一単位
として、これを繰り返している。動作信号として７５Hz
の信号が出力される場合は、図のような検出信号が得ら
れ、正常に動作していると判定される。マイクロコンピ
ュータの動作に異常が発生して、１１／１２KHz の動作
信号が出力された場合、従来の１ms周期の標本化では異
常として検出できない範囲であり、正常として判定され
たが、本実施例では図４に示すような検出信号が得られ
て異常と判定される。このような動作信号の場合には、
標本化の検出周期とのタイミングによる位相条件で、検
出信号の形は変わるが、どのような位相にあっても異常
と判定できる。

【００１７】図４のようなタイミングチャートで動作信
号の検出を行なうための処理を、図５及び図６のフロー
チャートに示す。なおパラメータｌは動作信号の値が変
動しない時間長を、ｎはサンプリング回数を表す。

【００１８】ステップ１１２から以降５／６ms毎のサン
プリングを６回行ない、７／６ms毎のサンプリングを６
回行なうサイクルを繰り返し、サンプリング毎に値が変
化したかを確認する。もし値が変化していなければ変化
していない期間が１０ms以下であるかを判定して、１０
ms以下であれば正常な範囲であるから、次の周期を待っ
てサンプリングを続行する。もし変化していない期間が
１０msを越えれば、動作信号に異常が発生したのである
から、ステップ１２３の異常検出に伴う動作を行なう。

【００１９】検出値が変化した場合には、変化するまで
の期間が５msから１０msの間に入っているかを判定す
る。もし入っていなければ異常が起きたと判定する。こ
れにより動作信号が頻繁に変化する場合には異常が発生
したと判定される。次に検出周波数を１００ms毎に、９
５０Hzと１０５０Hzの間で変化させる実施例について説
明する。本実施例では一時的な動作異常を検出しても直
ちにマイクロコンピュータを停止するのではなく、異常
が５０ms以上連続することを検出してから動作異常中で
あることを示す信号を出力する。正常動作に復帰したと
いう判定は、動作信号の周期が正常である状態が２００
ms以上継続した時に行なう。

【００２０】図７はこのような実施例のタイムチャート
を示す図である。検出周波数は、１００ms毎に９５０Hz
と１０５０Hzの周波数で変化する。動作信号は５０Hzと
１００Hzの間である時に正常と判定され、図中の斜線の
部分は異常と判定できない検出不能範囲を示している。
図７に示すように、動作信号が正常範囲から８７５Hzに
変化した場合、９５０Hzの検出周波数の検出不能範囲に
入るため、この検出周波数の時には異常を検出できな
い。しかし検出周波数が１０５０Hzに変化した場合は異
常であることが検出できる。そしてこの検出周波数は１
００ms続くので、５０ms経過した時点で異常と判定され
る。再び検出周波数が９５０Hzに変わって正常と判定さ
れても、この検出周波数は１００msだけしか続かないた
め正常と判定されることはない。そしてリセット等によ
り正常動作に復帰して２００ms経過した時点で、正常で
あると判定される。

【００２１】図７に示すタイムチャートを行なうための
処理を図８及び図９のフローチャートに示す。このフロ
ーチャートにおける処理は図５及び図６に示すフローチ
ャートとほとんど同様であるが、動作信号の周期の異常
が５０ms以上連続した時に異常と判定し、正常な周期が
２００ms以上連続した時に正常と判定するため、ｐ，ｑ
という変数を設けて判定を行っている。ここでパラメー
タｌは動作時間の値が変動しない時間長、パラメータｎ
は９５０Hzおよび１０５０Hzでのサンプリングの合計回
数、パラメータｐは異常を検出した周期、パラメータｑ
は正常を検出した周期を表す。

【００２２】以上の実施例は、異なる周期の標本化タイ
ミングをそれぞれある周期間連続したものを組み合せた
ものであるが、１ms周期の標本化タイミングで動作信号
の検出を行ない、特定のサイクルで部分的に標本化タイ
ミングを０．５ms間隔にするようにした実施例のタイム
チャートを図１０に示す。図１０に示すように動作信号
が９２５Hzの場合にはうなり現象が起きてしまうが、０
番目と１番目及び７番目と８番目の間に、０．５ms間隔
の標本化タイミングを挿入することにより異常が検出で
きることがわかる。

【００２３】図１０のタイムチャートを行なうために
は、図５及び図６に示したフローチャートの一部を変更
すれば良く、図１１にその変更部分を示す。これまで示
した実施例は、検出周波数を二種類組み合せたものであ
るが、上記複数の実施例を組み合せれば、更に完全によ
り速く動作異常を検出できるようになることは明らかで
ある。しかしながら、図１０に示す方法では特定のサイ
クルで標本化周波数が２倍になることと等価である。従
って被監視対象マイクロコンピュータに異常が発生し動
作信号が約１KHz の周波数で変化することとなった場合
は異常を検出することが可能であるが、動作信号が約２
KHz の周波数で変化することとなった場合は異常を検出
することができない。この点を改善するために１msの標
本化タイミングの間に割り込ませる標本化を０．５msの
時点以外の時点で行う。図１２は０．６msの時点で高次
サンプリングをおこなう場合の説明図である。（イ）は
動作信号が１KHz の場合、（ロ）は動作信号が２KHz の
場合を示す。（ハ）は標本化タイミングを示し、上向き
の矢印は標準標本化タイミングを、下向きの矢印は高次
標本化タイミングを表す。（ニ）は１KHz の動作信号を
標本化した時に標本化タイミングをずらしていった場合
の異常判定が可能な範囲を、（ホ）は２KHz の動作信号
を標本化した時に標本化タイミングをずらしていった場
合の異常判定が可能な範囲を示す。即ち高次標本化のタ
イミングを０．６msの時点とすることによって、動作信
号が２KHz となった場合にも異常検出が可能となること
がわかる。なお１KHz の動作信号に対しては判定不可能
な期間が生じるが、被監視対象マイクロコンピュータと
監視用マイコンとは全く非同期に動作しているため、繰
り返し監視を行うことにより確実に異常を検出すること
が可能である。図１３は高次サンプリング処理ルーチン
のフローチャートを示す。即ち実行時間が１msの処理の
間に４回の標準サンプリングを実行し、第３番目の標準
サンプリングから０．５８８ms経過後に高次サンプリン
グが実行される。図１４は高次サンプリング処理ルーチ
ンの結果から被監視対象のマイクロコンピュータが正常
か否かを判定する判定処理のフローチャートを示す。ス
テップ１４１において標準サンプリングの結果から被監
視対象のマイクロコンピュータが正常か否か、即ち標準
サンプリングの結果が所定の時間間隔毎に“高”“低”
が繰り返されるか否かを判定する。ステップ１４１で肯
定判定された場合はステップ１４２に進み、高次サンプ
リング結果を考慮して、被監視対象のマイクロコンピュ
ータが正常か否かを判定する。即ち高次サンプリングの
結果と高次サンプリングを挟む２つの標準サンプリング
の結果が、“高”“低”“高”あるいは“低”“高”
“低”と並んでいるか否かを判定する。ステップ１４２
で肯定判定された場合はステップ１４３に進み、被監視
対象のマイクロコンピュータが正常であるとする判定が
例えば２５６ms以上継続しているか否かを判定する。ス
テップ１４１およびステップ１４２で否定判定された場
合には、ステップ１４４に進み、被監視対象のマイクロ
コンピュータが異常であるとする判定が例えば１２８ms
以上継続しているか否かを判定する。ステップ１４３で
肯定判定された場合およびステップ１４４で否定判定さ
れた場合はステップ１４５に進み、被監視対象のマイク
ロコンピュータが正常であることを示す判定信号を出力
する。ステップ１４３で否定判定された場合およびステ
ップ１４４で肯定判定された場合はステップ１４６に進
み、被監視対象のマイクロコンピュータが異常であるこ
とを示す判定信号を出力する。

【００２４】

【発明の効果】マイクロコンピュータが正常に動作して
いることを示す動作信号が異常になっても検出できない
周波数範囲が存在したが、本発明によりすべての周波数
に対して動作信号が異常を示した時には検出可能にな
り、より信頼度の高いマイクロコンピュータの動作異常
の監視が可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理である動作信号を標本化する検出
周波数を変化させることにより検出不能範囲が除去され
ることを説明する図である。

【図２】検出周波数と正常周波数範囲による異常動作検
出不能範囲を示す図である。

【図３】本発明の方法を実行するためのマイクロコンピ
ュータシステムによる、主たるマイクロコンピュータの
動作異常を検出するための装置の構成を示す図である。

【図４】標本化タイミングを５／６msと７／６msの周期
を６回づつ組み合せて一単位として行なう場合のタイム
チャートである。

【図５】図４の５／６msと７／６msで標本化するための
処理を行なうフローチャートの前半部である。

【図６】図４の５／６msと７／６msで標本化するための
処理を行なうフローチャートの後半部である。

【図７】検出周波数を１００ms毎に９５０Hzと１０５０
Hzに変化させるタイムチャートである。

【図８】図７のタイムチャートを実現する処理を行なう
フローチャートの前半部である。

【図９】図７のタイムチャートを実現する処理を行なう
フローチャートの後半部である。

【図１０】１KHz の検出周波数を一部２KHz に変化させ
る場合のタイムチャートである。

【図１１】図１０のタイムチャートを実現するため図５
及び図６に示したフローチャートの一部を変更するため
のフローチャートである。

【図１２】０．６msで高次サンプリングを行う場合の説
明図である。

【図１３】高次サンプリング処理ルーチンのフローチャ
ートである。

【図１４】判定処理のフローチャートである。

【図１５】従来のマイクロコンピュータの動作信号を一
定周期で標本化して検出する場合のタイムチャートであ
る。

【符号の説明】

１…監視されるマイクロコンピュータ ２…マイクロコンピュータ１を監視するマイコンシステ
ム ３…マイクロコンピュータ ４…ＲＯＭ ５…ＲＡＭ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正常動作時には、所定の範囲で変動する
   周期の動作信号を出力するマイクロコンピュータの動作
   異常検出方法であって、 前記動作信号の周期より短い、相異なる２以上の標本化
   周期で前記動作信号の標本化を実行する標本化工程と、 前記標本化工程において標本化された２以上の標本化値
   の少なくとも１つが、前記所定の範囲内の周期で反転し
   ないときにはマイクロコンピュータが異常であると判断
   する判断工程と、を備えるマイクロコンピュータの動作
   異常検出方法。
2. 【請求項２】 正常動作時には、所定の範囲で変動する
   周期の動作信号を出力するマイクロコンピュータの動作
   異常検出方法であって、 前記動作信号の周期より短い相異なる標本化周期で前記
   動作信号の標本化を実行する複数の標本化期間を含む標
   本化工程と、 前記標本化工程内の複数の標本化期間のそれぞれにおい
   て、標本化値が前記所定の範囲内の周期で反転したとき
   はマイクロコンピュータが異常でないと判断する判断工
   程と、を備えるマイクロコンピュータの動作異常検出方
   法。
3. 【請求項３】 前記標本化工程が、 予め定めた主標本化周期で複数回の標本化を実行する主
   標本化処理と、 前記主標本化処理における複数回の標本化の間の少なく
   とも１ヶ所において主標本化周期より短い高次標本化周
   期で標本化を実行する高次標本化処理と、からなる請求
   項１に記載のマイクロコンピュータの動作異常検出方
   法。
4. 【請求項４】 前記高次標本化処理が、 前記主標本化周期の中央以外で実行されるものである請
   求項３に記載のマイクロコンピュータの動作異常検出方
   法。