JPH10312310A - 中央処理装置の自己診断方法および自己診断機能を備えた中央処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短時間で中央処理装置の自己診断を実施す
る。 【解決手段】 ＣＰＵ１の外部から所定の自己診断要求
があるとマクロサービスのためのマイクロ命令の先頭ア
ドレスを生成して割り込み処理を行い、予めマイクロ命
令ＲＯＭ１１に設定されている所定の自己診断テスト用
のマイクロ命令に従って自己診断テストを実施する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＰＵの自己診断
機能をマクロサービスを用いて実現した中央処理装置の
自己診断方法および自己診断機能を備えた中央処理装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】乗用車で使用されるエアバッグ等の制御
システムにおいては、高度の安全性が要求されるため、
異常動作等の発生が許されない。そのため、従来は中央
処理装置（以下、ＣＰＵという）を二重化し、２個のＣ
ＰＵの演算結果を比較することによって誤動作等の発生
を防止していた。

【０００３】しかし、最近になって製造コストの低減の
ため、ＣＰＵ自身に自己診断機能を付加したものが提案
されている。すなわち、メインメモリに機械語の汎用命
令で記述された自己診断プログラムを格納し、リセット
信号が入力されるとＣＰＵによってこのプログラムが参
照され、ＣＰＵはこのプログラムを実行することによっ
て回路の異常等を検出する。

【０００４】ここで、このような従来の自己診断機能を
有するマイクロコンピュータの詳細について図を用いて
説明する。図６は従来の自己診断機能を有するマイクロ
コンピュータを示すブロック図である。図６において、
従来のマイクロコンピュータはＣＰＵ１とメインメモリ
２とを備え、ＣＰＵ１にはメインメモリ２がバスを介し
て接続されている。このＣＰＵ１には周辺回路と接続さ
れた各種のポートやリセット端子が接続されている。メ
インメモリ２にはＣＰＵ１の自己診断を行うためのテス
トプログラムの命令群が記憶されている。

【０００５】次に、このようなマイクロコンピュータの
自己診断の手順について説明する。図７は図６に係るマ
イクロコンピュータの自己診断の手順を示すフローチャ
ートである。ステップ３０１において、ＣＰＵ１はリセ
ット端子を介してリセット信号が入力されるのを常時監
視している。ステップ３０２において、ＣＰＵ１はリセ
ット信号が入力されるとＣＰＵ等を含むシステム全体の
初期化を行う。

【０００６】ステップ３０３において、ＣＰＵ１はメイ
ンメモリ２から自己診断プログラムを読み出し、その命
令コードのフェッチおよびデコード等を行ってプログラ
ムを実行する。ステップ３０４において、ＣＰＵ１は自
己診断プログラムの実行結果とメインメモリ２に予め記
憶されている期待値とを比較してＣＰＵ１の異常の有無
を判定する。このとき、実行結果と期待値とが一致しな
ければＣＰＵ１は、異常が発生したものと判定してポー
トを介して異常通知信号を外部へ送信する。ステップ３
０５において、ＣＰＵ１は割り込み状態から通常の動作
へ復帰する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のとお
りエアバッグシステム等の制御においては高度の安全性
が要求されるため、少しでも短時間に自己診断テストを
実施できることが求められている。しかしながら、通常
のベクタ割り込みによって割り込み処理を実施してから
従来の汎用命令で記述された自己診断プログラムを実行
すると、割り込み処理におけるプログラムカウンタ（以
下、ＰＣという）やプログラムステータスワード（以
下、ＰＳＷという）の退避や復帰、および、命令コード
のフェッチやデコードに時間がかかるという問題点があ
る。本発明は、このような課題を解決するためのもので
あり、短時間で実施することができる中央処理装置の自
己診断方法および自己診断機能を備えた中央処理装置を
提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る中央処理装置の自己診断方法
は、外部から所定の自己診断要求があるとマクロサービ
スのためのマイクロ命令の先頭アドレスを生成して割り
込み処理を行い、予め設定されている所定の自己診断テ
スト用のマイクロ命令に従って自己診断テストを実施す
るものである。また、本発明に係る自己診断機能を備え
た中央処理装置は、自己診断テスト用のマイクロ命令を
記憶保持したマイクロ命令読み出しメモリと、マクロサ
ービスコントロールワードを記憶保持したメインメモリ
と、マイクロ命令の先頭アドレスを生成するマイクロ制
御回路とを備え、外部から所定の自己診断要求があると
上記マイクロ制御回路によってマクロサービスのための
マイクロ命令の先頭アドレスを生成して割り込み処理を
行い、上記マクロサービスコントロールワードに基づい
てマクロサービスの条件設定を行い、上記自己診断テス
ト用のマイクロ命令に従って自己診断テストを実施する
ものである。このように構成することにより本発明は、
割り込み処理におけるＰＣやＰＳＷの退避や復帰、およ
び、命令コードのフェッチやデコードをする必要がな
く、短時間で自己診断テストを実施することができると
いう効果を有する。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を用いて説明する。図１は本発明の一つの実
施の形態を示すブロック図である。図１において、図６
と同一符号の部品は同一または同等の部品を示し、図１
に係るマイクロコンピュータはＣＰＵ１とメインメモリ
２とを備えている。

【００１０】ＣＰＵ１は、自己診断を実施するためのマ
イクロプログラムを記憶したマイクロ命令読み出しメモ
リ（以下、マイクロ命令ＲＯＭという）１１と、テンポ
ラリレジスタ（以下、ＴＡ，ＴＣという）１２，１５
と、算術論理演算回路（以下、ＡＬＵという）１４とを
備えている。また、ＣＰＵ１には各種のポートおよびリ
セット端子が設けられるとともに、ＣＰＵ１はＲＡＭに
よって形成されたメインメモリ２にバスを介して接続さ
れている。

【００１１】次に、ＣＰＵ１の自己診断テストの手順に
ついて説明する。図２はＣＰＵ１の自己診断テストの手
順を示すフローチャートである。ステップ１０１におい
て、ＣＰＵ１はポートを介して外部から送信される自己
診断テストを要求する信号、または、リセット信号を常
時監視している。ステップ１０２において、ＣＰＵ１は
自己診断テストを要求する信号、または、リセット信号
を検出すると割り込み処理をエントリする。

【００１２】ステップ１０３において、割り込み処理が
エントリされることにより、ＣＰＵ１はマクロサービス
を起動する。すなわち、ＣＰＵ１はマイクロプログラム
ＲＯＭ１１に予め記憶されている自己診断のためのマイ
クロプログラムを読み出して自己診断を実施し、診断結
果を所定のポートを介して外部へ送信する。このとき、
割り込み処理として通常のベクタ割り込みの代わりにマ
クロサービスを実行しているため、割り込みサービスル
ーチンへの分岐，レジスタの退避および復帰，割り込み
サービスルーチンからの復帰という一連の動作は行われ
ない。

【００１３】ステップ１０４において、ＣＰＵ１の外部
に設置されたサブＣＰＵ（図示せず）は、ポートを介し
て受信した診断結果を用いてＣＰＵ１における異常の有
無を判定する。そして、サブＣＰＵは異常と判定すれば
所定の対処動作を実施し、異常なしと判定すればステッ
プを１０５へ移行する。

【００１４】ステップ１０５において、ＣＰＵ１は自己
診断テストが完了したため割り込み状態から通常の動作
へ復帰する。このように、本発明に係るＣＰＵ１は、自
己診断テストを実施するとその結果を外部に出力する。
したがって、本発明のＣＰＵ１は自己診断テストを実施
するだけであり、従来例のようにＣＰＵ１自身が異常の
有無の判定を行うことはない。診断結果については外部
のサブＣＰＵ等によって判定させている。

【００１５】ところで、上記図２において説明したマク
ロサービスとは以下のようなものである。図３はマクロ
サービスによる割り込み処理（ａ）と、従来のベクタ割
り込みによる通常の割り込み処理とを示すタイムチャー
トである。図３に示すように、本発明はメインルーチン
の実行中に割り込み要求があると直ちにマクロサービス
の処理を開始する。そして、マクロサービスの処理の終
了とともに再びメインルーチンに戻るため、割り込み処
理を短時間で実施することができる。

【００１６】それに対して、従来例におけるベクタ割り
込みは以下のようなものである。すなわち、メインルー
チンの実行中に割り込み要求が発生するとＰＣ，ＰＳＷ
をスタックポインタ（以下、ＳＰという）に退避し、ベ
クタアドレスをＰＣへロードする。そして、汎用レジス
タの退避および初期化をした後に、割り込み処理を実行
する。その後、汎用レジスタ，ＰＣ，ＰＳＷを復帰して
からメインルーチンに戻る。このように従来例は本発明
と比べて割り込みに時間がかかることがわかる。

【００１７】次に、ＣＰＵ１の詳細な構成について説明
する。図４は図１に係るＣＰＵ１の詳細な構成を示すブ
ロック図である。図４において、中央処理装置であるＣ
ＰＵ１は、メインＲＡＭ２と、マイクロ命令ＲＯＭ１１
と、ＴＡ１２，ＴＢ１３，ＴＣ１５と、ＡＬＵ１４と、
ＭＳＱＵ１７と、ＴＱ１８と、ＲＡＭＡＤ１９と、ＡＬ
ＵＤＥＣ２０と、ＰＳＷＬ２１と、ＳＰ２２と、ＰＣ２
３と、ＤＢＵＳ２４とから構成されている。また、この
ＣＰＵ１にはＩＢＵＳ２６を介して接続されたＩＦＵ２
５とＲＡＭ２８とＲＯＭ２９とＤＢＩ３０とＳＦＩ２７
とが接続されている。

【００１８】まず、ＣＰＵ１を構成する各部品の詳細に
ついて説明する。メインＲＡＭ２は、ＲＡＭによって構
成され、マクロサービスの条件設定等が記述されたメイ
ンメモリである。マクロサービス起動時にこのメインＲ
ＡＭ２が参照され、複数設定されてるマクロサービスの
うち所望の機能（例えば、ＣＰＵ監視機能、カウンタ機
能、ブロック転送機能等）のうちの一つが選択されて起
動される。本発明においては自己診断テストを実施する
ため、ＣＰＵ監視機能が選択される。

【００１９】ＴＡ１２，ＴＢ１３，ＴＣ１５は、テンポ
ラリレジスタであり、演算等の際に一時的に使用される
レジスタである。ＡＬＵ１４は、算術論理演算回路であ
り、演算を実施する回路である。ＰＳＷＬ２１は、プロ
グラムステータスレジスタであり、命令の実行結果によ
ってセット、リセットされる各種のフラグ（例えば、ゼ
ロフラグ等）によって構成されている。なお、本発明で
使用されるのは、本来のプログラムステータスレジスタ
のうちの下位８ビットだけである。

【００２０】ＡＬＵＤＥＣ２０は、ＡＬＵデコーダであ
り、ＡＬＵ１４の動作指定を行うものである。なお、Ａ
ＬＵの動作を指定する方法には直接指定と間接指定との
２通りがある。すなわち、マイクロプログラムから直接
指定するマイクロ直接指定するもの（ＭＳＴＬ−＞ＡＬ
ＵＤＥＣ）と、オペコード中のＡＬＵコードで指定する
ＯＰＬ間接指定(ＴＱ −＞ＡＬＵＤＥＣ)とがある。

【００２１】ＭＳＴＬ１６は、マイクロ出力ラッチであ
り、マイクロプログラムのコードの内容をラッチするレ
ジスタである。マイクロＲＯＭ１１は、マイクロ命令の
読みだし専用メモリであり、汎用命令や自己診断テスト
の一連の動作を記述してあるメモリでもある。

【００２２】ＭＳＱＵ１７は、マイクロ制御回路であ
り、マイクロアドレスの生成やマイクロ命令の分岐制御
等を実施する。例えば、通常の汎用命令に対しては命令
コードによってマイクロ命令の先頭アドレスを生成す
る。また、割り込み、マクロサービスに対しては、割り
込み回路からの信号によってマイクロ命令の先頭アドレ
スを生成する。

【００２３】ＴＱ１８は、命令コードラッチであり、命
令コードを格納するものであり、メインＲＡＭ２のアド
レス指定を行う。ＲＡＭＡＤ１９は、ＲＡＭアドレス生
成回路であり、メインＲＡＭ２のアドレスを生成するも
のである。

【００２４】ＩＦＵ２５は、命令キューであり、命令フ
ェッチした命令コードを数命令分蓄積するものである。
ＳＦＩ２７は、ＳＦＲ(特殊機能レジスタ)インターフェ
ースであり、周辺のレジスタをアクセスするためのアド
レス／データのインターフェースである。ＤＢＩ３０
は、ＤＢＵＳインターフェースであり、ＤＢＵＳ(ＣＰ
Ｕバス)とＩＢＵＳ(周辺バス)とを接続するインターフ
ェースである。

【００２５】次に、図４に基づいてＣＰＵ１の詳細な動
作について説明する。 （１）マクロサービス起動前準備 マクロサービスの起動前に予めメインＲＡＭ２にはマク
ロサービスの条件設定が行われる。すなわちマクロサー
ビスコントロールワードの設定が行われる。

【００２６】マクロサービスコントロールワードの具体
例を列挙する。表１はマクロサービスコントロールワー
ドの設定内容の具体例を示す表である。

【００２７】

【表１】

【００２８】なお、モード０はモード１よりも自己診断
テストの種類が少ない。すなわち、モード１の方がより
多くの種類の自己診断テストが行われるため、綿密な自
己診断が実施される。

【００２９】（２）マクロサービスの起動 外部の割り込み回路（図示せず）から非同期信号を入力
し、割り込み要求をＣＰＵ１に対して送信する。このよ
うに、ＣＰＵ１の動作周期とは非同期な診断要求信号を
送信することにより、リアルタイムに自己診断テストを
実施することが可能となる。例えば、車載のＡＢＳ制御
でブレーキを踏むごとに自己診断テストを実施する。

【００３０】その後、割り込み回路からの割り込みの種
類(例えば、マクロサービス、ベクタ割り込み、コンテ
キストスイッチ等)と、ＩＮＴＲＱ（割り込みリクエス
ト信号）とがＭＳＱＵ１７に送信される。したがって、
ＭＳＱＵ１７はこれら受信した情報に基づいてマイクロ
アドレスを生成する。その結果、マクロサービスのため
のマイクロ命令の先頭アドレスが生成されたことにな
る。

【００３１】次に、メインＲＡＭ２に記憶されている自
己診断テストのためのマクロサービスコントロールワー
ドが参照される。すなわち、表１に記載したように自己
診断テストのモード０またはモード１の何れであるかが
参照されるとともに、初期値「Ｎ」および実行結果の出
力先(ポート) の情報が参照される。以上の結果、自己
診断のマクロサービスが起動したことになる。

【００３２】（３）自己診断テストの具体例 次に、本発明による自己診断テストの具体例について説
明する。表２は自己診断テストとして実施される主なテ
スト項目を示す表である。

【００３３】

【表２】

【００３４】表２における自己診断テストのいくつかに
ついて詳細に述べる。 例１．「ＰＳＷＬ２１における「０」または「１」の固
着の検出」 まず、オール「０」、オール「１」をＰＳＷＬ２１に書
き込む。オール「１」の書き込み後、ＰＳＷＬ２１の値
をＴＣ１５に転送し、ＴＡ１２に初期値「Ｎ」を転送す
る。そしてＡＬＵ１４によってＴＣ１５とＴＡ１２との
論理積をとり、初期値「Ｎ」が変わらないことを確認す
る。すなわち、ＡＬＵ１４の各種演算を実施してＰＳＷ
Ｌ２１の各種フラグのセット、リセットの確認をする。

【００３５】例２．「ＰＳＷＬ２１のキャリーフラグの
セットの確認」 ＴＣ１５に「ＦＦｈ」を書き込み、ＡＬＵ１４によって
ＴＣ１５の値にＩＮＣ命令を実施する。その結果、ＡＬ
Ｕ１４のキャリーが発生してＰＳＷＬ２１のキャリーフ
ラグがセットされる。このＰＳＷＬ２１のキャリーフラ
グは、フラグ信号としてＭＳＱＵ１７にも出力されてお
り、このフラグ信号によってマイクロ分岐を行う。すな
わち、キャリーフラグがセットされた場合は分岐を行っ
て初期値「Ｎ」から減算を実施し、キャリーフラグがセ
ットされない場合は初期値「Ｎ」の減算を実施せず、次
の自己診断テストにジャンプする。

【００３６】例３．「ＳＰ２２のインクリメントの確
認」 ＳＰ２２に初期値「Ｎ」を書き込み、ＡＬＵ１４のフラ
グ発生によってＳＰ２２の値(初期値「Ｎ」)にインクリ
メントを行えることを確認する。なお、ＳＰ２２の値
は、予めテンポラリレジスタに退避させておく。まず、
初期値「Ｎ」をＳＰ２２に書き込み、ＴＡ１２に「ＦＦ
ｈ」を書き込む。その後、ＡＬＵ１４によってＴＡ１２
の値にＩＮＣ命令を実施した結果、ＡＬＵキャリーが発
生するとＳＰ２２の値を「１」減算する。すなわち、マ
イクロ分岐の制御オーダーの中にＡＬＵキャリーが発生
するとＳＰ２２自身で「１」減算することを利用する。

【００３７】例４．「ＲＡＭ２のＲ／Ｗ（リード／ライ
ト）テスト」 ＲＡＭＡＤ１９からメインＲＡＭ２のアドレスを生成す
る方法をいく通りか実施し、指定されたメインＲＡＭ２
のアドレスに初期値「Ｎ」の書き込みと読み出しを実施
する。なお、あらかじめメインＲＡＭ２の内容は、テン
ポラリレジスタに退避しておき、破壊されるのを防止す
る。また、アドレスの生成方法としては、ＴＱ１８によ
ってアドレスを指定する方法等がある。

【００３８】（４） テスト結果 以上のようにして得られたテスト結果は、ＴＡ１２から
ＤＢＵＳ２４に出力され、ＤＢＵＳ２４からＤＢＩ３０
を介してＩＢＵＳ２６に出力される。そして、ＳＦＩ２
７を通して所定のポートから外部に出力される。なお、
テスト結果の判定については、外部のサブＣＰＵ（図示
せず）で実施され、ＣＰＵ１自身は行わない。もちろ
ん、ＣＰＵ１に余裕があればＣＰＵ１自身がテスト結果
について判定してもよい。

【００３９】以上のテスト項目の実際のテスト手順につ
いて説明する。図５は表２に記載のテスト項目を実施す
る手順を示すフローチャートである。ステップ２０１に
おいて、ＣＰＵ１は、例えば診断テスト１としてＡＬＵ
１４のゼロフラグについてテストを実施する。

【００４０】すなわち、ＴＡ１２に「Ｎ」を転送し、Ｔ
Ａ１２の値をＴＣ１５に転送する。ここで、ＴＡ１２の
値を「ＴＡ」、ＴＣ１５の値を「ＴＣ」と表すと、ＴＡ
１２の値をＴＣ１５に転送したことによって「ＴＡ＝Ｔ
Ｃ＝Ｎ」となる。そして、ＴＡ１２とＴＣ１５の値をＡ
ＬＵ１４によって比較(「ＴＡ−ＴＣ」の値をＴＡＬＵ
（図示せず）に出力する。もし、正常に演算が実行され
れば、ＡＬＵ１４の結果として「００ｈ」がＴＡＬＵ１
２に出力されるとともに、同時にＡＬＵのゼロフラグが
発生する。なお、ＴＡＬＵは、ＡＬＵからの出力をラッ
チする回路である。

【００４１】ステップ２０２のおいて、ＣＰＵ１はＡＬ
Ｕのゼロフラグがたっていれば、すなわち診断テスト１
が正常終了すると、分岐を実行してステップ２０３へ移
行し、「ＴＡ」に「初期値−１」を代入する。また、Ａ
ＬＵのゼロフラグがたっていなければステップ２０４へ
移行して別の種類の診断テストである診断テスト２を実
行する。

【００４２】ステップ２０４〜２０９において、ＣＰＵ
１は診断テストの種類を変えながらステップ２０１〜２
０３と同様に診断テストを実行する。診断テストが正常
に実行されると値「ＴＡ」は「１」ずつ減算される。ス
テップ２１０において、ＣＰＵ１は、値「ＴＡ」すなわ
ち実行結果をマクロサービスコントロールワードによっ
て予め指定されたポートを介して外部に出力する。以上
の結果、ＣＰＵ１に何ら異常なく診断テストαまで実行
したのであれば、出力される値「ＴＡ」は「初期値−
α」となる。

【００４３】（５）補足説明 通常の命令コードフェッチ動作について説明する。ま
ず、内部ＲＯＭ２８に命令コードがある場合ＣＰＵ１は
内部ＲＯＭ２８にアクセスし、命令コードをＩＦＵ２５
に蓄える(命令フェッチ)。

【００４４】次に、ＩＦＵ２５に蓄えている１命令分の
命令コードをＭＳＱＵ１７とＴＱ１８に転送する。ＭＳ
ＱＵ１７によってその命令コードの先頭アドレスを生成
する。マイクロ命令ＲＯＭ１１のマイクロコードの内容
をＭＳＴＬ１６にラッチする。このＭＳＴＬ１６からＡ
ＬＵＤＥＣ２０の動作を指定し、バスの制御(例えば、
ＴＡ１２の内容をＤＢＵＳ２４に掃き出す等)等の制御
信号を生成する。

【００４５】なお、マイクロプログラムは、ネクストア
ドレス方式をとっており、マイクロコードの中に次のマ
イクロコードのアドレス情報が入っている。したがっ
て、エンドのオーダーが発生するまでマイクロプログラ
ムは実行される。

【００４６】

【発明の効果】このように本発明は、命令コードのフェ
ッチおよびデコード操作等を必要とせず、またベクタ割
り込みにおけるＰＣやＰＳＷの退避のような前処理を必
要としないため、短時間で自己診断テストを実施するこ
とができる。また、エアバッグ等の制御に使用した場
合、従来のようにＣＰＵを二重化させる必要がないため
安価でシステムを構成し提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一つの実施の形態を示すブロック図
である。

【図２】 図１に係るＣＰＵ１の自己診断テストの手順
を示すフローチャートである。

【図３】 マクロサービスによる割り込み処理、およ
び、通常のベクタ割り込みによる割り込み処理を示すタ
イムチャートである。

【図４】 ＣＰＵ１の詳細な構成を示すブロック図であ
る。

【図５】 本発明に係る複数のテスト項目を実施する際
のフローチャートである。

【図６】 従来例を示すブロック図である。

【図７】 図６に係るＣＰＵ１の自己診断テストの手順
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…メインＲＡＭ、１１…マイクロ命令Ｒ
ＯＭ、１２，１５…テンポラリレジスタ、１４…算術論
理演算回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マイクロ命令制御方式の中央処理装置の
   自己診断方法において、 外部から所定の自己診断要求があるとマクロサービスの
   ためのマイクロ命令の先頭アドレスを生成して割り込み
   処理を行い、 予め設定されている所定の自己診断テスト用のマイクロ
   命令に従って自己診断テストを実施することを特徴とす
   る中央処理装置の自己診断方法。
2. 【請求項２】 自己診断機能を備えたマイクロ命令制御
   方式の中央処理装置において、 自己診断テスト用のマイクロ命令を記憶保持したマイク
   ロ命令読み出しメモリと、 マクロサービスコントロールワードを記憶保持したメイ
   ンメモリと、 マイクロ命令の先頭アドレスを生成するマイクロ制御回
   路とを備え、 外部から所定の自己診断要求があると前記マイクロ制御
   回路によってマクロサービスのためのマイクロ命令の先
   頭アドレスを生成して割り込み処理を行い、前記マクロ
   サービスコントロールワードに基づいてマクロサービス
   の条件設定を行い、前記自己診断テスト用のマイクロ命
   令に従って自己診断テストを実施することを特徴とする
   自己診断機能を備えた中央処理装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、 前記自己診断要求は、中央処理装置の動作周期とは非同
   期な信号であることを特徴とする自己診断機能を備えた
   中央処理装置。