JPH09244991A - 分散型バスアービタ装置およびバス調停方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バスアービタにも多重系を採用して、マルチ
バスマスタシステムの信頼性を向上できる分散型バスア
ービタ装置およびバス調停方法を提供する。 【解決手段】 分散型バスアービタ装置は、データ転送
用のバス１１と、バス１１を支配してデータ転送を実行
する複数のバスマスタＭ１〜Ｍｎと、バス１１の使用要
求信号を伝送するためのバス要求線２１と、バスの使用
状態信号を伝送するためのバス使用線２２と、バスマス
タ毎に設置され、バス要求線およびバス使用線の信号を
制御するバスアービタＡ１〜Ａｎ、相互に異なるパルス
幅を持つ使用要求信号を生成するための基準タイマ３
１、およびバスマスタがバスを支配する時間を監視して
所定時間以上のバス使用を制限するための監視タイマ３
２などで構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バスに複数のバス
マスタを接続させたマルチバスマスタシステムにおい
て、バス使用権を調停するための分散型バスアービタ装
置およびバス調停方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】１つのバスに複数のバスマスタ、たとえ
ばＣＰＵ（中央処理装置）を接続して、多重制御系によ
る信頼性向上を図った冗長システムが、航空機や宇宙機
器などの飛行制御計算機に広く採用されている。バスマ
スタがデータ転送を実行する場合に、他のバスマスタに
よるバス使用と競合してデータの衝突が発生しないよう
に管理する必要がある。

【０００３】図５は従来のマルチバスマスタシステムの
一例を示すブロック図であり、図５（ａ）は正常時の状
態、図５（ｂ）は故障時の状態を示す。図５（ａ）にお
いて、１つのデータバス１に複数のバスマスタＭ１、Ｍ
２および入出力回路（Ｉ／Ｏ）などのスレーブ３が接続
されており、さらに各バスマスタＭ１、Ｍ２のバス使用
を調停するバスアービタ２が接続されている。

【０００４】バスアービタ２は、各バスマスタＭ１、Ｍ
２から個別に出力されるバス使用要求信号に応答して、
現在使用を許可すべきバスマスタを選定し、バスマスタ
Ｍ１、Ｍ２の何れかにバス利用許可信号を出力する。た
とえばバスマスタＭ２が許可された場合には、バスマス
タＭ２とスレーブ３との間でバス１を介してデータ転送
を実行するとともに、バスマスタＭ１は待機状態にな
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチバスマス
タシステムでは、１つのバスアービタ２が複数のバスマ
スタＭ１、Ｍ２を管理している。そのため、バスマスタ
の冗長性によってバスマスタ全体の信頼性は向上した
が、図５（ｂ）に示すように、バスアービタ２が故障す
ると全てのバスマスタＭ１、Ｍ２がバス使用要求信号お
よびバス利用許可信号の授受が不可能になって、何れも
バス使用権を獲得できなくなり、システム全体の故障と
なる。したがって、１つのバスアービタ２の信頼性がそ
のままシステムの信頼性となってしまい、バスマスタの
冗長性が活かされない。

【０００６】本発明の目的は、バスアービタにも多重系
を採用して、マルチバスマスタシステム全体の信頼性を
格段に向上できる分散型バスアービタ装置およびバス調
停方法を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、データ転送用
のバスと、バスを支配して、データ転送を実行する複数
のバスマスタと、バスの使用要求信号を伝送するための
バス要求線と、バスの使用状態信号を伝送するためのバ
ス使用線と、バスマスタ毎に設置され、バス要求線およ
びバス使用線の信号を制御するバスアービタ、相互に異
なるパルス幅を持つ使用要求信号を生成するための基準
タイマ、およびバスマスタがバスを支配する時間を監視
して所定時間以上のバス使用を制限するための監視タイ
マとを備えることを特徴とする分散型バスアービタ装置
である。 本発明に従えば、バスマスタ毎に設置された個々のバス
アービタがバス要求線およびバス使用線の信号レベルを
監視したり、所定の信号を出力することによって、バス
の使用状態を把握しながら対応バスマスタのバス使用を
管理している。これによって、１つのバスアービタが故
障しても対応バスマスタの故障だけで済み、他のバスマ
スタへの影響を回避できる。 また、個々の基準タイマは、各バスアービタが相互に異
なるパルス幅を持つ使用要求信号を生成するように動作
するため、バス利用要求が同時に発生した場合に、パル
ス幅の長短を利用してバス使用の優先順位を決定でき
る。たとえばより短いパルス幅を持つ使用要求信号を出
したバスアービタを優先させることによって、バス利用
要求の衝突を回避できる。 さらに、個々の監視タイマは、対応バスマスタが所定時
間以上バスを使用しないように監視することによって、
特定のバスマスタだけがバスを長時間独占してしまう事
態を防止できる。

【０００８】また本発明は、バスマスタ毎に設置された
バスアービタがバス使用線の信号レベルを調べるステッ
プと、バス使用線がバス開放状態であれば、バス要求線
の信号レベルを調べるステップと、バス要求線がバス要
求無し状態であれば、次にバス要求線にバス要求ありの
信号を出力するステップと、バス要求から所定待機時間
経過後に、バス開放状態であればバスアービタはバス使
用線にバス使用中の信号を出力するとともに、対応する
バスマスタがバスを支配してデータ転送を実行するステ
ップと、バス支配から所定使用時間経過後に、バスアー
ビタはバス使用線にバス開放状態の信号を出力するとと
もに、対応するバスマスタがバスを開放するステップと
を含むことを特徴とするバス調停方法である。 本発明に従えば、個々のバスアービタがバス使用線およ
びバス要求線の信号レベルを調べることで、現在のバス
の状態や他のバスマスタの意志を確認し、自己のバスマ
スタが使用できる状態か否かを判断している。そのた
め、バス競合を未然に回避できる。 また、個々のバスアービタがバス要求線にバス要求あり
の信号を出力してから所定待機時間経過後に、バス使用
線の信号レベルを調べることによって、バス利用の同時
要求が発生したか否かを判定しており、同時要求の場合
には所定の優先順位でバス使用権を割り当てることがで
きる。 さらに、バスマスタによるバス使用が開始してから所定
使用時間経過後にバスを開放することによって、特定の
バスマスタによる独占使用を回避でき、時分割式のバス
利用を実現できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態を示
すブロック図であり、図１（ａ）は正常時の状態、図１
（ｂ）は故障時の状態を示す。図１（ａ）において、１
つのデータバス１１に複数のバスマスタＭ１、Ｍ２およ
び入出力回路（Ｉ／Ｏ）などのスレーブ１３が接続され
ている。さらに各バスマスタＭ１、Ｍ２ごとにバス使用
を調停するバスアービタＡ１、Ａ２が設置され、互いに
バス調停制御線２０を介して接続されている。

【００１０】各バスアービタＡ１、Ａ２は、自律的にバ
ス調停制御線２０の状態を調べることで、現在のバスの
状態や他のバスマスタの意志を確認し、自己のバスマス
タが使用できる状態か否かを判断しているため、バス競
合を未然に回避している。

【００１１】たとえば、図１（ｂ）に示すように、バス
マスタＭ１のバスアービタＡ１が故障した場合であって
も、バスマスタＭ２のバスアービタＡ２が独立してバス
状態を管理しているため、自律的にバスを使用してデー
タ転送を実行することができる。したがって、バスマス
タＭ１が停止した後は、バスマスタＭ２がシステム全体
を制御することによって、バスマスタの冗長性による信
頼性向上を図ることができる。

【００１２】図２は、図１の具体例である。データバス
１１には複数のバスマスタＭ１〜Ｍｎが接続されてお
り、各バスマスタＭ１〜Ｍｎ毎にバスアービタＡ１〜Ａ
ｎが設置されている。バス調停制御線２０は、バスの使
用要求信号を伝送するためのバス要求線２１およびバス
の使用状態信号を伝送するためのバス使用線２２で構成
される。

【００１３】図３は、バスアービタＡｎのブロック図で
ある。図２のバスアービタＡ１〜Ａｎは何れも同様なハ
ードウエア構成を有し、ここではバスアービタＡｎを例
示する。ドライバ３３は、バスアービタＡｎからの信号
を受取って、ゲート３５を経由してバス要求線２１およ
びバス使用線２２へ出力する。ハンドラ３４は、バス要
求線２１およびバス使用線２２の信号レベルを調べて、
バスアービタＡｎへ出力する。基準タイマ３１は、バス
要求線２１に出力するバス使用要求信号のパルス幅を決
定し、たとえば時間Ｔｎを計時する毎にバスアービタＡ
ｎへ知らせる。監視タイマ３２は、バスマスタＭｎがバ
ス支配を開始してからの経過時間を計時し、所定時間経
過後にゲート３５を強制的に遮断する。

【００１４】図４は、装置全体の動作を示すタイミング
図である。１）バス開放状態において、たとえばバスマ
スタＭ１がバス使用を希望する場合、バスアービタＡ１
がバス使用線２２の信号レベルを調べる。もしバス使用
線２２がＨ（ハイレベル）であれば、他のバスマスタが
使用中であることを意味し、Ｌ（ローレベル）になるま
で待機する。

【００１５】２）一方、時刻ｔ１においてバス使用線２
２がＬであれば、データバス１１が開放状態であること
になり、次にバス要求線２１の信号レベルを調べる。こ
の時点でバス要求線２１がＨであれば、他のバスマスタ
からバス使用要求信号が出ていることになり、上述の
１）に戻ってＬになるまで待機する。

【００１６】３）時刻ｔ１において、バス要求線２１お
よびバス使用線２２の両方がＬであれば、バスマスタＭ
１のバス使用が可能な状態と判断して、バスアービタＡ
１はバス要求線２１にＨを出力してバス使用を要求する
とともに、バスアービタＡ１の基準タイマ３１がスター
トする。引き続き、基準タイマ３１がタイムアウトにな
るまで、バスアービタＡ１はバス使用線２２の信号レベ
ルを調べ、途中でバス使用線２２がＨに変化した場合に
は、バス要求線２１への出力を停止し、上述の１）に戻
ってＬになるまで待機する。

【００１７】４）基準タイマ３１からタイムアウト信号
を受取ると、時刻ｔ２においてバスアービタＡ１はバス
要求線２１をＬに戻すとともに、バス使用線２２にＨを
出力してバス使用状態であることを他のバスアービタに
知らせてから、バスマスタＭ１はデータ転送を開始す
る。同時に、監視タイマ３２をスタートさせる。なお、
バス使用要求信号のパルス幅は、基準タイマ３１におい
て各バスアービタＡ１〜Ａｎ毎に異なるように設定さ
れ、図４においてバスアービタＡ１は時間Ｔ１のパルス
を出力する。

【００１８】５）時刻ｔ３においてバスマスタＭ１のデ
ータ転送が終了すると、バス使用線２２にＬを出力して
バス開放状態にする。なお、バスマスタＭ１のデータ転
送が長引いて、監視タイマ３２の設定時間Ｑ１を超えた
場合には、監視タイマ３２がゲート３５を強制的に遮断
して、バスアービタＡ１のアクセスを禁止し、バスマス
タＭ１のバス専有を解除させる。

【００１９】次に、複数のバス要求が出た場合を説明す
る。時刻ｔ４において、バスマスタＭ１〜Ｍ３のバスア
ービタＡ１〜Ａ３が同時にバス使用要求信号をバス要求
線２１に出力している。図４の場合、バスアービタＡ２
はパルス幅Ｔ２（＞Ｔ１）のバス使用要求信号を出力
し、バスアービタＡ３はパルス幅Ｔ３（＞Ｔ２）のバス
使用要求信号を出力しようとしている。そのため、バス
使用要求信号のパルス幅が最も短いもの（図４ではバス
マスタＭ１）が先にバス使用線２２にＨを出力すること
になり、他のバスアービタＡ２、Ａ３はバス使用中と判
定して待機状態になる。こうして複数のバスマスタが同
時にバス要求を出した場合には、バス使用要求信号のパ
ルス幅の長短に基づいて優先順位を決定している。

【００２０】次に、バス要求の衝突について説明する。
時刻ｔ９において、バスマスタＭ２のバスアービタＡ２
がパルス幅Ｔ２のバス使用要求信号を出力し、途中の時
刻ｔ１０でバスマスタＭ１のバスアービタＡ１がバス使
用要求信号を出力しようとしたとき、バスアービタＡ１
はバス要求線２１がＨであると判定して以後のバス要求
を待機する。こうしてバスアービタＡ２は、時刻ｔ１１
においてバス使用線２２にＨを出力して他のバスマスタ
にバス使用中を宣言してから、バスマスタＭ２のデータ
転送が開始する。時刻ｔ１２において、バス使用線２２
がＬになると同時にバスマスタＭ３がバス要求を出して
から、その後にバスマスタＭ２もバス要求を出している
が、バスマスタＭ３が先にバス使用線２２をＨにしてい
るため、引き続きバスマスタＭ３がバス使用権を支配す
る。また、時刻ｔ１４において、バスマスタＭ１がバス
要求を出そうとしているが、バスマスタＭ３がバス使用
中であるため、バスマスタＭ１のバス要求は待機させら
れる。以後、時刻ｔ１６において、時刻ｔ１と同様な動
作が開始している。

【００２１】このように各バスマスタ毎に設置されたバ
スアービタが互いにバス要求線２１およびバス使用線２
２の信号レベルを監視し合うことによって、バスの競合
を回避している。また、同時にバス要求が発生した場合
には、バス使用要求信号のパルス幅によってバス使用の
優先順位を決定している。さらに、各バスアービタ毎に
設けられた監視タイマ３２がバス使用時間を監視してお
り、特定のバスマスタがバスを所定時間以上専有すると
強制的にバスを開放させる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳説したように本発明によれば、バ
スマスタ毎に設置された個々のバスアービタがバス要求
線およびバス使用線の信号レベルを監視したり、所定の
信号を出力することによって、バスの使用状態を把握し
ながら対応バスマスタのバス使用を管理している。これ
によって、１つのバスアービタが故障しても対応バスマ
スタの故障だけで済み、他のバスマスタへの影響を回避
できる。

【００２３】また、個々の基準タイマは、各バスアービ
タが相互に異なるパルス幅を持つ使用要求信号を生成す
るように動作するため、バス利用要求が同時に発生した
場合に、パルス幅の長短を利用してバス使用の優先順位
を決定できる。たとえばより短いパルス幅を持つ使用要
求信号を出したバスアービタを優先させることによっ
て、バス利用要求の衝突を回避できる。

【００２４】さらに、個々の監視タイマは、対応バスマ
スタが所定時間以上バスを使用しないように監視するこ
とによって、特定のバスマスタだけがバスを長時間独占
してしまう事態を防止できる。

【００２５】また本発明に従えば、個々のバスアービタ
がバス使用線およびバス要求線の信号レベルを調べるこ
とで、現在のバスの状態や他のバスマスタの意志を確認
し、自己のバスマスタが使用できる状態か否かを判断し
ている。そのため、バス競合を未然に回避できる。

【００２６】また、個々のバスアービタがバス要求線に
バス要求ありの信号を出力してから所定待機時間経過後
に、バス使用線の信号レベルを調べることによって、バ
ス利用の同時要求が発生したか否かを判定しており、同
時要求の場合には所定の優先順位でバス使用権を割り当
てることができる。

【００２７】さらに、バスマスタによるバス使用が開始
してから所定使用時間経過後にバスを開放することによ
って、特定のバスマスタによる独占使用を回避でき、時
分割式のバス利用を実現できる。

【００２８】こうしてマルチバスマスタシステム全体の
信頼性を格段に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態を示すブロック図であ
り、図１（ａ）は正常時の状態、図１（ｂ）は故障時の
状態を示す。

【図２】図１の具体例である。

【図３】バスアービタＡｎのブロック図である。

【図４】装置全体の動作を示すタイミング図である。

【図５】従来のマルチバスマスタシステムの一例を示す
ブロック図であり、図５（ａ）は正常時の状態、図５
（ｂ）は故障時の状態を示す。

【符号の説明】 １１ データバス １３ スレーブ ２０ バス調停制御線 ２１ バス要求線 ２２ バス使用線 ３１ 基準タイマ ３２ 監視タイマ ３３ ドライバ ３４ ハンドラ ３５ ゲート Ａ１〜Ａｎ バスアービタ Ｍ１〜Ｍｎ バスマスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 主典 岐阜県各務原市川崎町２番地 株式会社コ ミュータヘリコプタ先進技術研究所内 (72)発明者 浅田 陽一郎 岐阜県各務原市川崎町２番地 株式会社コ ミュータヘリコプタ先進技術研究所内 (72)発明者 根本 紀一郎 岐阜県各務原市川崎町２番地 株式会社コ ミュータヘリコプタ先進技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データ転送用のバスと、 バスを支配して、データ転送を実行する複数のバスマス
   タと、 バスの使用要求信号を伝送するためのバス要求線と、 バスの使用状態信号を伝送するためのバス使用線と、 バスマスタ毎に設置され、バス要求線およびバス使用線
   の信号を制御するバスアービタ、相互に異なるパルス幅
   を持つ使用要求信号を生成するための基準タイマ、およ
   びバスマスタがバスを支配する時間を監視して所定時間
   以上のバス使用を制限するための監視タイマとを備える
   ことを特徴とする分散型バスアービタ装置。
2. 【請求項２】 バスマスタ毎に設置されたバスアービタ
   がバス使用線の信号レベルを調べるステップと、 バス使用線がバス開放状態であれば、バス要求線の信号
   レベルを調べるステップと、 バス要求線がバス要求無し状態であれば、次にバス要求
   線にバス要求ありの信号を出力するステップと、 バス要求から所定待機時間経過後に、バス開放状態であ
   ればバスアービタはバス使用線にバス使用中の信号を出
   力するとともに、対応するバスマスタがバスを支配して
   データ転送を実行するステップと、 バス支配から所定使用時間経過後に、バスアービタはバ
   ス使用線にバス開放状態の信号を出力するとともに、対
   応するバスマスタがバスを開放するステップとを含むこ
   とを特徴とするバス調停方法。