JPH02144728A - データ処理装置 - 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〕 本発明はデータ処理装置さらにはそれを含むシステムに
おけるシステムダウンの防止やシステム動作異常の早期
発見技術に関し、例えばマイクロコンピュータやマイク
ロプロセッサに適用して有効な技術に関するものである
。

〔従来技術〕

コンピュータなどを含むデータ処理システムでは、シス
テムの不所望な停止や暴走などの状況を作り出さないよ
うにするため、障害の発生時点でこれを検出し、その波
及を最小限に留めることが要求される。例えばソフトウ
ェアのバグやノイズや外部回路の障害などに基づいてコ
ンピュータ動作に異常を生ずる場合、その異常の発生を
早期に検出して対処しないとコンピュータ動作に無限ル
ープや暴走を生じ、さらにはファイル破壊などのような
致命的な誤動作を引き起こしてシステムダウンしてしま
う。従来、無限ループや暴走に対してはデータ処理装置
を利用する側においてウォッチドッグタイマやソフトウ
ェアで対処されていた。

ウォッチドッグタイマを利用する場合、当該ウォッチド
ッグタイマは、正常状態ではソフトウェアを介しである
一定周期毎にカウンタをリセットするようになっており
、そのカウンタのオーバーフローによりプログラムの異
常ループや暴走を検出する。

尚、ウォッチドッグタイマについて記載された文献の例
としては昭和６０年１２月２５日オーム社発行のｒマイ
クロコンピュータハンドブック」Ｐ２Ｓ５がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、ウォッチドッグタイマなどを利用してシ
ステム動作の異常を検出する従来技術は、動作サイクル
数の異常によって間接的にシステムの障害発生を検出す
るため、実質的にその障害がシステム動作に広く波及し
て初めてその異常を検出することができ、異常を検出し
た時点には既にシステムは回復不可能なシステムダウン
状態になってしまうことが予想される。また、アプリケ
ーションプログラムなどユーザが作成すべきソフトウェ
アに大きく依存してシステム動作の異常を検出する技術
では、ソフトウェアのオーバーヘッドが増大し、さらに
はプロセッサの負担増大を招き、これにより、システム
動作の異常に対する対策処理が後手になる事態を引き起
こしがちである。

本発明の目的は、それ自体の動作異常やシステム動作の
障害発生をいち早く検出することができるデータ処理装
置を提供することにある。さらに本発明の別の目的はシ
ステムの稼働効率を向上させることができるデータ処理
装置を提供することにある。

本発明の前記並びにそのほかの目的と新規な特徴は本明
細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

〔課題を解決するための手段〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、命令の実行制御に用いられる所定の情報を記
憶するための記憶手段における所定領域に設定されるべ
き着目情報が採り得る範囲を任意に指定するための範囲
指定手段と、命令の実行制御動作中に上記着目情報がそ
の範囲指定手段に設定された範囲から逸脱したか否かを
判定して、所定の対策処理を要求するための判定制御手
段とを含めてデータ処理装置を構成する。

システムデバソグなどにおいてシステムダウンｈなとの
ような所定の対策処理が要求されるまでの異常状態発生
回数もしくは異常発生に基づくりトライ回数などにも着
目したい場合には、命令実行制御動作中における逸脱回
数を計数し、その計数値が予め設定されている逸脱許容
回数に到達したとき所定の対策処理を要求する制御論理
を判定制御手段に含めるようにすることができる。

〔作　用〕

上記した手段によれば、例えば範囲指定手段にプログラ
ムカウンタやスタックポインタなどが採り得る所定範囲
の上限及び下限アドレスを予め設定しておき、命令の実
行制御動作中にプログラムカウンタやスタックポインタ
などの値が上記範囲指定手段に設定された範囲から逸脱
すると、命令制御手段に所定の対策処理を要求するよう
な例外処理要求や割込み要求などが与えられて、その要
求に応するサービスプログラムの実行が可能とされる。

これにより、動作異常やシステム動作の障害発生がいち
早く検出され、システ１１動作上致命的な誤動作を生ず
る前にその障害に対処することを達成するものである。

〔実　施　例〕

第６図には本発明に係るデータ処理装置の一実施例であ
るマイクロプロセッサ１が示される。同図に示されるマ
イクロプロセッサ１は、特に制限されないが、公知の半
導体集積回路製造技術によってシリコン基板のような１
個の半導体基板に形成されている。

本実施例のマイクロプロセッサ１は、特に制限されない
が、命令実行に必要な各種制御手順を決定するための制
御情報が記述されたマイクロプログラムを格納したマイ
クロＲＯＭ　（リート・オンリ・メモリ）２を備える。

このマイクロプロセッサ１のためのマクロ命令は外部か
らバスインタフェース３及び内部バス４を介してインス
トラクションレジスタ５にフェッチされる。このインス
トラクションレジスタ５にフェッチされたマクロ命令に
含まれるオペレーションコードはマイクロアドレスコン
トローラ６を介してマイクロアドレスデコーダ７に与え
られ、これによってデコードされた情報によりそのマク
ロ命令に応する一連のマイクロ命令群に含まれる先頭の
マイクロ命令が上記マイクロＲＯＭ２から読み出される
。上記マイクロアドレスコントローラ６は、インストラ
クションレジスタ５から供給されるオペレーションコー
ドとマイクロ命令のネクストアドレスフィール１くに含
まれる情報との何れか一方を選択するための図示しない
マルチプレクサを有し、上述のようにして読み出された
先頭のマイクロ命令に続く第２番目以降のマイクロ命令
は、直前に読み出されたマイクロ命令のネクストアドレ
スフィールドの情報が上記マイクロアドレスコンｌ−ロ
ーラ６に与えられることにより、一連のマイクロ命令が
順次マイクロＲＯＭ２から読み出される。

このようにしてマイクロＲＯＭ２から読み出されるマイ
クロ命令はマイクロインストラクションデコーダ８に供
給される。このマイクロインストラクションデコーダ８
は、与えられたマイクロ命令をデコードし、命令の実行
制御に必要な各種制御情報を生成して所定の内部回路に
供給する。

上記内部バス４には、算術論理演算器などを含む演算ユ
ニット１ｏ、次に実行すべきマクロ命令のアドレスを示
すプログラムカウンタ１１や退避領域のアドレスを示す
ためのスタックポインタ１２さらには汎用レジスタ１３
及びコントロールレジスタ１４などを含むレジスタアレ
イ１５、外部並びに内部からの割込み要求に対する制御
を行う割込み制御回路１６、そしてマイクロプロセッサ
１やこれを含むシステムの異常発生を監視し、異常状態
の検出に基づいてその対策処理を要求する障害発生監視
回路１７が結合されている。

第１図には上記障害発生監視回路１７の一例が示される
。同図に示される例では、上記内部バス４は、第１バス
４Ａ、第２バス４Ｂ、及び第３バス４Ｃにて成る３バス
構成とされる。上記障害発生監視回路１７は、特に制限
されないが、内部バス４Ａ〜４Ｃとの間でデータの受は
渡し可能な上限値設定レジスタ２０及び下限値設定レジ
スタ２１と、内部バス４Ａを介して与えられるデータか
ら内部バス４Ｂを介して与えられるデータを減算してそ
の結果が「０」又は正である場合にレベル「１」の信号
Ｃ０を出力する演算回路２２と、内部バス４Ａを介して
与えられるデータから内部バス４Ｃを介して与えられる
データを減算してその結果が「０」又は正である場合に
レベル「１」の信号Ｃ工を出力する演算回路２３と、上
記信号Ｃ０゜Ｃ□に対して排他的論理和を採る論理ゲー
ト２４と、論理ゲート２４の出力信号Ｚがレベル「１」
とされる回数を計数し、これが予め設定された所定回数
に到達した場合に信号Ｚｉを出力する制御回路２５を含
む。

例えば、プログラムカウンタ１１に着目する場合、第４
図に示されるようにマイクロプロセッサ１が管理するメ
モリ空間において、プログラムカウンタ１１が採り得る
下限値をアドレス＄Ｘ、上限値をアドレス＄ｙとすると
、下限値設定レジスタ２０にはアドレス＄Ｘが設定され
、上限値設定レジスタ２１にはアドレス＄ｙが設定され
る。マイクロプロセッサ１が命令の実行制御を行うとき
、プログラムカウンタ１１の値は内部バス４Ａを通して
双方の演算回路２２．２３に供給されると共に、一方の
演算回路２２には下限アドレス＄Ｘが与えられ、また、
他方の演算回路２３には上限アドレス＄ｙが与えられる
。双方の演算回路２２゜２３の出力信号Ｃ８，Ｃ工は第
４図に示されるようにプログラムカウンタ１１の値が下
限アドレス＄Ｘよりも小さい場合、上限アドレス＄ｙよ
りも大きい場合、そして双方の間にある場合に応じてそ
のレベルが決定される。上記論理ゲート２４は、このよ
うにしてレベルが決定される出力信号Ｃ６゜Ｃ□に基づ
いてプログラムカウンタ１１の値が下限アドレス＄Ｘか
ら上限アドレス＄ｙの範囲にあるか否かを判定し、その
範囲内にある場合には信号Ｚをレベル「１」にし、範囲
外になっている場合、即ち、プログラムカウンタ１１の
値が正規の値から逸脱してマイクロプロセッサ１が暴走
し得るような状態になったときに、信号Ｚがレベル「０
」にされる。障害発生回路１７における信号２の生成動
作は、例えば第５図に示されるように命令実行サイクル
で行われる。

この信号Ｚは、特に制限されないが、内部割込みを要求
する信号として上記割込み制御回路１６に与えられる。

割込み制御回路１６は、この信号ＺがレベルｒＯＪにア
サートされると、ベクタテーブルを参照してマイクロプ
ロセッサ１の動作を当該信号Ｚに割り当られた例外処理
へ分岐させる。

このときの例外処理の内容はアプリケーションプログラ
ムにて任意に設定されることになり、リセット処理やり
１−ライ処理などとされる。例えばこのときの処理がリ
トライ処理であるとすると、リトライ処理によっても依
然としてプログラムカウンタ１１の値が正規の範囲外と
なる場合には、制御回路２５はその都度信号Ｚがレベル
ｒＯＪにアサートされる回数を計数し、これが初期設定
回数に到達したとき信号ＺｉをレベルｒＯＪにアサート
して割込み制御回路１６に与える。これにより割込み制
御回路１６は、ベクタテーブルを参照してマイクロプロ
セッサ１の動作を当該信号Ｚｉに割り当られた例外処理
へ分岐させる。このときの例外処理の内容はアプリケー
ションプログラムにて任意に設定されることになり１例
えば所定のリセット処理などとされる。

障害発生監視回路１７による監視内容はプログラムカウ
ンタ１１の値に限定されず、スタックポインタ１２の値
や、スーパバイザ状態でのみアクセスが許容されるよう
なニュークリアス部分に対するユーザ状態でのアクセス
や不正アクセスに対する監視などにも利用され、また、
第１図に示されるような障害発生監視回路１７の回路構
成を複数設けておくこともできる。

このような障害発生監視回路１７に対する動作は、初期
設定のための監視用マクロ命令と、マイクロ命令に含ま
れる監視処理制御フィールドとによって専ら制御される
。

第２図には上記監視用マクロ命令３０の命令フォーマッ
トの一例か示される。この監視用マクロ命令３０は、下
限値設定レジスタ２０及び上限値設定レジスタ２１への
初期設定と、プログラムカウンタ１１など監視対象とす
べきレジスタを特定するための情報をコントロールレジ
スタ１４に初期設定するためのオペレーションコード３
０Ａ、並びにそれらのための初期設定値を示すオペラン
ド３０Ｂから成る。

第３図にはマイクロ命令フォーマントの一例が示される
。このマイクロ命令３１は、命令ブリフェッチのための
制御フィールド３１Ａ、演算用制御フィールド３１Ｂ、
データフェッチ用制御フィールド３１Ｃ、マイクロ命令
のネクストアトレフイールド３１Ｄ、及び監視処理制御
フィールド３１Ｅなどを含む。監視処理制御フィールド
３１Ｅに含まれる制御情報は、監視用マクロ命令３ｏに
よって初期設定された上限値レジスタ２１及び下限値レ
ジスタ２０の設定値と、コントロールレジスタ１４に設
定されたアドレスのレジスタが持つ値とを、第５図に示
されるようなタイミングで出力させ、これに基づいて障
害発生監視回路１７における監視動作を実行させる。

上記実施例によれば以下の作用効果を得るものである。

（１）外来ノイズやシステムの障害などにより、プログ
ラムカウンタ１１やスタックポインタ１２などが本来採
るへきでない値を採ると、障害発生監視回路１７はその
異常状態を命令実行サイクル中の所定ステートで検出し
、これに基づいて割込み制御回路１６にその障害に対す
る対策処理を要求するから、その障害によりマイクロプ
ロセッサ１が暴走したりしてファイル破壊など回復不可
能なシステムダウン状態になってしまうことを防止する
ことができる。

（２）このようにマイクロプロセッサ１自体の動作異常
やシステム動作の障害発生を、プログラムカウンタ１１
の値など着目情報の変化に基づいて直接検出して、いち
早く対策処理を要求するから、システムの信頼性を向上
させることができると共に、システムの稼働効率を著し
く向上させることができる。

（３）システムデバッグに際して障害発生監視回路１７
に着目すると、監視対象情報などは任意に設定可能であ
り、また、設定した着目情報と発生した障害との因果関
係が明確になるため、システムデバッグもしくはシステ
ム開発の効率を向上させることができる。また、制御回
路２５における信号Ｚのアサート許容回数の設定値をプ
ログラマブルに変更することにより、所定の対策処理が
要求されるまでの異常状態発生回数もしくは異常発生に
基づくりトライ回数などにも着目したシステムデバッグ
が可能になる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づいて
具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更す
ることができる。

例えば上記実施例では、着目情報が採り得る範囲を任意
に指定するための範囲指定手段の一例として上限値設定
レジスタ２１及び下限値設定レジスタ２２を専用レジス
タとして設けたが、汎用レジスタやコントロールレジス
タの一部を利用するようにしてもよい。

命令の実行制御動作中に着目情報がその範囲指定手段に
設定された範囲から逸脱したか否かを判定するための判
定手段は第１図に示される演算回路２２．２３に限定さ
れず、また、判定手段の判定結果に基づいて対策処理を
要求するための要求手段は排他的論理和ゲート２４に限
定されるものではなく、判定のための論理に応じて種々
の論理構成を採用することができる。また、制御回路２
５は特別に設けなくてもよく、その他のカウンタ用レジ
スタに代替させることもできる。但しその場合に信号Ｚ
のような信号に応するデータを内部バスを介して当該カ
ウンタ用レジスタに与えるには、そのためのバスサイク
ル分だけ命令実行サイクルが長くなる。

また、障害発生監視回路における監視動作は命令実行サ
イクルの最後で行うことに限定されずどのようなタイミ
ングで行ってもよい。

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるマイクロプロセッサ
に適用した場合について説明したが、本発明はそれに限
定されず、マイクロコンピュータや中小型コンピュータ
用プロセッサ、さらにはディジタル信号処理プロセッサ
やコプロセッサなどホストプロセッサからコマンドを受
けて動作するような専用プロセッサなど、各種データ処
理装置に広く適用することができる。

〔発明の効果〕

本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば下記の通りである。

すなわち、プログラムカウンタやスタックポインタなど
システムの動作異常と密接に関係する回路モジュールの
採り得る値を直接監視してシステムの安全確認を行う機
能をデータ処理装置自体が備えるから、動作異常やシス
テム動作の障害発生をいち早く検出し、システム動作上
致命的な誤動作を生ずる前にその障害に対処することが
できるという効果がある。

これにより、データ処理装置が暴走してシステムダウン
状態となることを防止することができるから、システム
の信頼性を向上させることができると共に、システムの
稼働効率を著しく向上させることができるという効果が
ある。

そして、システムデバッグに際してその安全確認機能も
しくは障害発生監視機能に着目すると、監視対象情報な
どは任意に設定可能であり、また、設定した着目情報と
発生した障害との因果関係が明確になるため、システム
デバッグもしくはシステム開発の効率を向上させること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は障害発生監視回路の一例を示すブロック図、 第２図は監視用マクロ命令のフォーマット説明図、 第３図は監視処理制御フィールドを含むマイクロ命令の
フォーマツ１〜説明図、 第４図は障害発生監視回路において着目情報が所定の許
容範囲から逸脱したか否かを判定するための論理説明図
、 第５図は障害発生監視回路における監視動作のタイミン
グ例を示すタイミングチャート、第６図は本発明に係る
データ処理装置の一実施例であるマイクロプロセッサの
ブロック図である。 １・・・マイクロプロセッサ、２・・・マイクロＲＯＭ
、１１・・プログラムカウンタ、１２・・・スタックポ
インタ、１４・・コントロールレジスタ、１６・・・割
込み制御回路、１７・・・障害発生監視回路、４Ａ〜４
Ｃ・・内部バス、２０・・下限値設定レジスタ、２１・
・上限値設定レジスタ、２２．２３・・演算回路、２４
・・・論理ゲート、２５・・制御回路、第２図には工記
監視用マクロ命令３０の命令フォーマツ１〜の一例が示
される、３０・・・監視用マクロ命令、３トマイクロ命
令３１゜ 第　　１　　図 第　　６　図 ／ ４因言狐ハ・′ス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、命令を実行するための命令制御手段及び実行手段と
   、命令の実行制御に用いられる所定の情報を記憶するた
   めの記憶手段とを備えたデータ処理装置であって、上記
   記憶手段の所定領域に設定されるべき着目情報が採り得
   る範囲を任意に指定するための範囲指定手段と、命令の
   実行制御動作中に上記着目情報がその範囲指定手段に設
   定された範囲から逸脱したか否かを判定して上記命令制
   御手段に所定の対策処理を要求するための判定制御手段
   とを備えて成るデータ処理装置。 ２、上記範囲指定手段に設定された範囲から着目情報が
   逸脱する許容回数が初期設定され、命令の実行制御動作
   中における逸脱回数を計数すると共に、その計数値が設
   定許容回数に達したとき所定の対策処理を要求する制御
   論理を上記判定制御手段に含めて成る請求項１記載のデ
   ータ処理装置。 ３、上記命令制御手段はマイクロプログラムを有し、こ
   のマイクロプログラムに含まれるマイクロ命令は、上記
   着目情報が上記範囲指定手段に設定された範囲から逸脱
   したか否かを判定して所定の対策処理を要求させるため
   の監視処理制御フィールドを有するものである請求項１
   又は２記載のデータ処理装置。