JPH08507165A - 同期アービトレーション技法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 階層的選択ハードウェア同期アービトレーション技法。複数の冗長コンピュータは、各コンピュータの階層的選択を反映するようにセットされる同期マスタカウンタ（３８）をそれぞれ含む。コンピュータが起動されたときに同期マスタ信号（６０）が存在している場合又はより高い順位のコンピュータからの同期アクティビティ信号が存在している場合には、同期マスタカウンタは抑止される。コンピュータは、階層的選択を実行するために物理的順位づけ（２２，２４，２６，２８）をそれぞれ有しており、その他の点では同一であることができる。同期マスタコンピュータが故障信号を発生するか又は故障が検出されたならば、残るコンピュータの階層的選択を再び開始する。

Description

【発明の詳細な説明】 同期アービトレーション技法及び装置 発明の分野 本発明は一般に複数の冗長コンピュータの同期に関し、さらに特定すれば、同 期マスタコンピュータの階層的選択を含む改良されたハードウェア同期アービト レーション技法に関する。 発明の背景 いくつかのフォールトトレラント計算アプリケーションでは、複数のコンピュ ータを冗長コンピュータシステムのチャネルとして編成することが望ましい。そ れらのフォールトトレラント計算アプリケーションの大部分においては、従来よ り投票法と呼ばれている技法によって故障のあるコンピュータを検出し且つ分離 することも望ましい。投票法は各コンピュータの内部でソフトウェアルーチンを 利用するか又は専用ハードウェアを利用することによって実行可能である。 いずれの技法においても、冗長コンピュータの中での投票法はコンピュータ間 のデータの交換を要求する。コンピュータをある程度まで同期させれば、データ 交換は大幅に容易になる。一般に、専用ハードウェアによる投票法はソフトウェ アの投票法と比べて大きな同期を要求するが、それはソフトウェア投票法がコン ピュータからタイミングデータなどの属性と共にデータをより容易に受入れ且つ そのデータをより容易に操作することができるからである。 同期技法をさらに複雑にしているのは、複数の冗長コンピュータの中から同期 マスタコンピュータのハードウェア選択が必要とされるということである。その 選択は、コンピュータが起動される順序で実行されるのが望ましく、従って、唯 一つのコンピュータが起動された場合には、独立型構成で動作することが可能で ある。この選択によって、追加のコンピュータが続いて起動される場合であって も最初に起動されたコンピュータが同期マスタ状態を保持できる。同期マスタコ ンピュータが適正に機能している限り、すなわち、故障指示なく正常に起動され 、動作している限り、同期マスタ状態は保持される。また、複数の冗長コンピュ ータは、同時に起動されたときに最高の順位のコンピュータが同期マスタになる ように、固定されたハードウェア順位付け、すなわち、階層を有するのも好まし い。 さらに、あるコンピュータが同期マスタとして動作しており、後になってより高 い順位のコンピュータが起動された場合には、同期マスタ状態は下位の順位のコ ンピュータによって保持される。 従って、本発明は固定階層的選択を伴なう専用ハードウェア同期アービトレー ション技法を実現するために開発されたのである。 発明の概要 本発明は階層的選択ハードウェア同期アービトレーション技法を指向している 。複数の冗長コンピュータは、各コンピュータの階層的選択を反映するようにセ ットされる同期マスタカウンタをそれぞれ含む。コンピュータが起動されたとき に同期マスタ信号が存在している場合又はより上位の順位のコンピュータからの 同期アクティビティが存在している場合、同期マスタカウンタは抑止される。階 層的選択を実行するために、コンピュータはそれぞれ物理順位づけを有する。そ の他の点では、コンピュータは同一であることができる。同期マスタコンピュー タが故障信号を発生するか又は故障が検出されたならば、残るコンピュータの階 層的選択を再び開始する。 本発明のこれらの特徴及び利点並びにその他の特徴及び利点は、本発明の好ま しい一実施例の以下の説明を読み且つ添付の図面を参照することによってさらに 容易に明白になるであろう。 図面の簡単な説明 図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の同期優先順位カウンタの一実施の形態の概略図 である。 図２は、本発明の同期アービトレーション技法を取入れた１冗長４コンピュー タシステムのブロック線図である。 本発明をいくつかの好ましい実施の形態や手続きに関連させて説明し且つ開示 するが、それは本発明をそれらの特定の実施の形態に限定しようとするものでは ない。むしろ、本発明の趣旨の中に包含されるような全ての代替実施の形態及び 変形を含むものである。 好ましい実施の形態の説明 図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、本発明の同期優先順位カウンタの一実施の形 態の概略図の全体が図中符号１０により指示されている。例示を目的として、赤 １４、白１６、青１８及び緑２０という階層色ランク付けを利用する４コンピュ ータシステム１２（図２）を説明する。希望に応じて、５台以上のコンピュータ に合わせて本発明を拡張すること、又は３台以下のコンピュータに合わせて本発 明を縮小することは可能である。図示されてはいないが、最初の電力印加時に全 てのカウンタとラッチを零（すなわち、リセット）にリセットするパワーオンリ セット信号が存在すると推定する。 階層選択においては、赤コンピュータ１４が最高順位のコンピュータであり、 緑コンピュータ２０は最低順位のコンピュータである。最高の順位を１とすると き、４台のコンピュータ１４，１６，１８及び２０のランク付けは１，２，３， ４のランク付けに相当する。 ４台のコンピュータは同一の構成であって良く、どの１台のコンピュータを赤 、白、青又は緑コンピュータと指定することも可能である。その指定は、図２に 示す外部ジャンパ線によって実行される。赤コンピュータ１４は、そのコンピュ ータ１４を赤コンピュータと指定し且つその他の指示子を接地するジャンパ線群 ２２を有する。同様に、白コンピュータ１６は、そのコンピュータ１６を白コン ピュータと指定するジャンパ線群２４を有する。青コンピュータ１８は、そのコ ンピュータ１８を青コンピュータと指定するジャンパ線群２６を有する。緑コン ピュータ２０は、そのコンピュータ２０を緑コンピュータと指定するジャンパ線 群２８を有する。システム中の各々の冗長コンピュータは、システムの正確な動 作を確保するために独自のジャンパ線成端を有していなければならない。 ジャンパ群により規定される「物理アドレス」と、後続する色指定とに加えて 、コンピュータごとに「論理アドレス」が要求される。論理アドレス指定方式は 、４台のコンピュータ１４，１６，１８及び２０を四面体の頂点とし且つ論理ア ドレスである通信回線を辺とすることによって導出できる。そのような方式の１ つを次の表Ｉに示す。 説明を容易にするためにコンピュータの相互接続は番号付けされておらず、そ の代わりに、表Ｉに従ってＦＡ（外部Ａ）、ＦＢ（外部Ｂ）及びＦＣ（外部Ｃ） の文字が付されている。コンピュータ１４，１６，１８及び２０の各々は、説明 するように同期優先順位カウンタ１０で発生されるそれぞれ対応する同期信号を 送受信する。再び図１Ａ及び図１Ｂを参照。 同期優先順位カウンタ１０は、図２に示すように、特定のジャンパ線群を除い て、コンピュータ１４，１６，１８及び２０の各々について同一の構成である。 すなわち、図示されてはいないが、赤回線３０、白回線３２、青回線３４、緑回 線３６のうち唯一本の回線が活動しており、他の３本の回線は特定のジャンパ線 群２２，２４，２６又は２８によりそれぞれ接地される。 同期優先順位カウンタ１０を同期マスタにさせるために、同期優先順位カウン タ１０は同期マスタカウンタユニット３８を４のカウントに増分しなければなら ない。同期優先順位カウンタ１０は回線４０を介してマスタクロックパルス（Ｃ ＬＯＣＫ）を受信する。システム１２の適正な動作を確保するためには、クロッ クパルスは４台のコンピュータの各々に対して同じ周波数と位相、すなわち、コ ヒーレントでなければならない。要求されるコヒーレントクロックパルスは、一 般にフォールトトレラントクロックと呼ばれる装置から得られる。ユニット３８ を増分するために利用されるクロックパルスは、プレスケーリングカウンタとユ ニット識別子回線３０，３２，３４及び３６の組合せにより制御される。 同期優先順位カウンタ１０は赤プレスケーリングカウンタ４２、白プレスケー リングカウンタ４４、青プレスケーリングカウンタ４６及び緑プレスケーリング カウンタ４８という４つのプレスケーリングカウンタを含む。赤プレスケーリン グカウンタ４２はマスタクロックパルス（ＣＬＯＣＫ）によって直接制御される 。 赤プレスケーリングカウンタ４２はＣＬＯＣＫ信号を４のような適切な量で分周 する。たとえば、ＣＬＯＣＫ信号は２５６Ｈｚであり、赤プレスケーリングカウ ンタ４２はその信号を６４Ｈｚ信号として信号線５０へ出力する。信号線５０の 信号はゲート５２に結合し、ゲート５２は、回線３０によりイネーブルされると 、以下に説明するように抑止されなければ、信号パルスをユニット３８に結合す る。 信号線５０の信号は遅延回路網５４を介して白プレスケーリングカウンタ４４ にも結合する。遅延回路網５４は、最高順位のコンピュータが同期マスタになる ようにさらに保証する。信号線５０の信号は一対のゲート５６，５８にも結合し て、同期マスタカウンタ３８が要求される４のカウントに増分されていれば、指 定の通りに、同期アクティビティ信号出力６０として複数の信号線を介してその 他のコンピュータヘ出力される。遅延の後、白プレスケーリングカウンタ４４は 信号線５０の信号を４で分周し、１６Ｈｚ信号を信号線６２を介して出力する。 信号線６２の信号はゲート５２と同様にゲート６４に結合されると共に、一対 の遅延回路網６６，６８を介して青プレスケーリングカウンタ４６に結合される 。信号線６２の信号は２つ分の遅延増分の後に再び４で分周されて、青プレスケ ーリングカウンタ４６により信号線７０へ４Ｈｚ信号として出力される。 信号線７０の信号はゲート７２に結合すると共に、３つの遅延回路網７４，７ ６及び７８を介して緑プレスケーリングカウンタ４８に結合する。緑プレスケー リングカウンタ４８は３つ分の遅延増分の後に信号を再び４で分周し、１Ｈｚ信 号を信号線８０へ出力し、その信号はゲート８２に結合する。 従って、各コンピュータの同期マスタカウンタユニット３８は、表IIに示すよ うなそのコンピュータの階層順位に従った割合で増分することができる。 ユニット３８が４回増分されたならば、ユニット３８は同期マスタ出力８４信 号を出力する。２つの条件の下にあるとき、ユニット３８のカウント動作を抑止 することができる。第１の条件は、外部コンピュータからの同期マスタ入力信号 ８６の受信である。第２の条件は、より高い順位のコンピュータからの同期アク ティビティ入力信号８８の受信である。 同期マスタカウンタユニット３８が４のカウントに達するたびに、同期マスタ 信号８４が発生し、外部ユニットヘ送信される。同期アクティビティ信号６０は 、同期マスタカウンタユニット３８が増分されるたびに発生する。加えて、コン ピュータ１４，１６，１８又は２０が同期マスタと宣言されたならば、リアルタ イム割込みに対応する同期マスタ信号を同期アクティビティ信号として扱う。 赤ユニットの同期マスタカウンタ３８は、外部同期マスタが宣言される場合に 限って増分を停止する。白ユニットの同期マスタカウンタ３８は、外部同期マス タが宣言される場合又は赤同期アクティビティ信号が検出される場合に増分を停 止する。青ユニットの同期マスタカウンタ３８は、外部同期マスタが宣言される 場合又は同期マスタカウンタ３８が赤又は白のいずれかの同期アクティビティ信 号を検出する場合に増分を停止する。緑ユニットの同期マスタカウンタ３８は、 外部同期マスタが宣言される場合又は同期マスタカウンタ３８が外部コンピュー タのいずれかからの同期アクティビティ信号を検出する場合に増分を停止する。 この技法は、４つのコンピュータのうち唯一つ１４，１６，１８又は２０が活 動状態であってもシステム１２から同期マスタが得られるように保証する。さら に、技法は、全てのコンピュータがほぼ同時に、すなわち、互いに数ミリ秒の中 で起動される場合に、最高順位の活動中のコンピュータが同期マスタになるよう に保証する。この例では、赤コンピュータ１４は十五（１５）秒で同期マスタに なることができる。白コンピュータ１６は六十二（６２）ミリ秒を要し、青コン ピュータ１８は二百五十（２５０）ミリ秒を要し、緑コンピュータ２０はまる１ 秒を要するであろう。 先に述べた通り、赤プレスケーリングカウンタ４２を除く全ての優先順位カウ ンタ４４，４６及び４８は、その増分信号の中に様々な遅延回路網を有する。白 プレスケーリングカウンタ４４は一（１）つ、青プレスケーリングカウンタ４６ は二（２）つ、緑プレスケーリングカウンタ４８は三（３）つを有する。これは 、万一、２台のコンピュータが同時に同期マスタになろうとした場合に、上位の ランクのコンピュータのカウントは遅延値に相当する時間だけ下位のランクのコ ンピュータのカウントより先立っていることにより上位のコンピュータが優先す るようにさらに保証する。各コンピュータは一（１）回分の遅延間隔だけ次に低 いランクのユニットの先に立っている。 複数の同期アクティビティラッチ９０，９２及び９４は、優先順位カウンタの 出力端子間で外部アクティビティ信号８８が受信されたか否かを忘れずにいるた めに利用される。ラッチ９０，９２及び９４がリセットされる速度も局所コンピ ュータの階層指定によって確定される。 外部同期マスタの故障はアクティビティ障害カウンタ９６により確定される。 障害カウンタ９６は、基本リアルタイマ割込み速度が要求するであろうと思われ る値よりわずかに高い値までカウントすることを要求される。外部同期マスタ信 号８６が受信されるたびに、カウンタ９６はリセットされる。カウンタ９６が所 要の値に達する前にリセット信号が受信されなければ、同期マスタ故障を指示す る。局所同期マスタ信号９８により指示する通り、局所コンピュータは、それが 同期マスタである場合には自身を監視しない。 外部同期マスタ故障が検出されると、外部論理回路（図示せず）によりパワー オンリセットに相当する信号が発生され、その信号は同期マスタアービトレーシ ョンプロセスを完全に開始させる。この場合、活動中のコンピュータの中で最も 高い階層順位をもつ活動コンピュータが新たな同期マスタになるよう保証される 。このプロセスは後続する同期マスタの故障について繰返される。 本発明は、システム１２の中で起動されるコンピュータの数にかかわらず存在 する全くあいまいさのない同期制御同期マスタ信号８４を供給する。１台のコン ピュータのみが起動された場合、それは自身の同期マスタとなる。追加のコンピ ュータが後に起動されれば、それらのコンピュータは第１のコンピュータを同期 マスタであるとして受入れ、その信号を受信する。いくつかのコンピュータがほ ぼ同時に起動された場合には、階層という意味でより上位にあるコンピュータが 同期マスタになる。 本発明の技法は多重コンピュータシステムのあいまいさのない同期装置を提供 する。本発明は、データを随意に交換でき且つ故障検出の手段として相応する入 力と出力を外部ハードウェアにより選択決定できるように、コンピュータを協調 して動作させることができる。本発明は常にあいまいさのない同期マスタが結果 として得られるように保証すると共に、２台以上のコンピュータが同時に（すな わち、同一のクロックパルスで）同期マスタになろうと試みている場合に、下位 のランクのコンピュータが常に上位のランクのコンピュータに服従するように保 証する。 以上の教示に照らせば、本発明の変形や変更は可能である。従って、添付の請 求の範囲の範囲内で、特定して説明した以外の方法で本発明を実施して良いこと を理解すべきである。 排他的所有権又は権利を請求する発明の実施の形態を次の通り定義する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数の冗長コンピュータを含む改良された同期アービトレーション装置に おいて、 コンピュータの各々を物理的に識別し且つ階層順序をもって順位づけする手段 （２２，２４，２６，２８）と； 前記コンピュータの各々にあり、それぞれがその階層順位づけに関連するカウ ントを生成する手段を含む優先順位カウント手段（４２，４４，４６，４８）と ； 前記カウントの各々をカウントし且つ所定数の前記カウントの後に同期マスタ 信号を発生する手段（３８）と； 他のどの同期マスタ信号の発生をも抑止するために、前記同期マスタ信号のう ち第１のものを前記他のコンピュータの各々に結合する手段（６０）とにより特 徴づけられる装置。 ２．前記優先順位カウント手段の各々から同期アクティビティ信号を発生し且 つ下位の順位のどのコンピュータからの同期マスタ信号の発生をも抑止するため に前記同期アクティビティ信号を前記他のコンピュータの各々に結合する手段（ ５６）でさらに特徴づけられる請求項１記載の装置。 ３．前記同期マスタ信号が終了した場合に同期故障信号を発生し且つ前記残る コンピュータの前記優先順位カウント手段を再始動する手段（９６）でさらに特 徴づけられる請求項１記載の装置。 ４．前記優先順位カウント手段の各々は冗長コンピュータの数と同数の、異な る階層順位のカウントを生成するカウンタを含み、前記同期マスタ信号を発生す るために各コンピュータにある前記カウンタのうち唯一つをイネーブルする手段 を有することをさらに特徴とする請求項１記載の装置。 ５．前記下位の順位のカウンタの各々は、前記カウントの生成を次に高い順位 のカウンタにおける前記カウントの生成から遅延させる手段（５４，６６，６８ ，７４，７６，７８）を含むことをさらに特徴とする請求項４記載の装置。 ６．前記優先順位カウント手段の各々から同期アクティビティ信号を発生し且 つ下位の順位のどのコンピュータからの同期マスタ信号の発生をも抑止するため に前記同期アクティビティ信号を前記他のコンピュータの各々に結合する手段（ ５６）と、前記同期マスタ信号が終了した場合に同期故障信号を発生し且つ前記 残るコンピュータにある前記優先順位カウント手段を再始動する手段（９６）と 、前記優先順位カウント手段の各々は冗長コンピュータの数と同じ数の、異なる 階層順位づけのカウントを生成するカウンタを含み、前記同期マスタ信号を発生 するために各コンピュータにある前記カウンタのうち唯一つをイネーブルする手 段（５２，６４，７２，８２）と、前記下位の順位のカウンタの各々は、前記の カウントの生成を次に高い順位のカウンタにおける前記カウントの生成から遅延 させる手段（５４，６６，６８，７４，７６，７８）を含むことをさらに特徴と する請求項１記載の装置。