JP2008139180A - 波形表示装置および波形表示方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】シリアルバス型ネットワークに接続された各ノードのうち、異常波形の送信元ノードを特定する。
【解決手段】オシロスコープ20Aに入力されたシリアル信号は、入力アンプ40にて増幅または減衰され、サンプリング回路42にて、量子化されたサンプリングデータ47に変換される。他方、デコード・トリガ回路44Aはシリアル信号41からデータフレームを抽出する。データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、デコード・トリガ回路44Aは、トリガ信号43とデータフレームの送信元ノードを示すノード識別子45とを出力し、データ処理回路46Aは、トリガ信号43に応じて、サンプリングデータ47から波形データを取得し、ノード識別子45と波形データとを1対1に対応させてヒストリメモリ48Aに保存する。表示処理回路50は、保存された波形データのノード識別子に基づき、特定のノードから送信された波形データを表示器54に重畳して表示する。
【選択図】図3
【解決手段】オシロスコープ20Aに入力されたシリアル信号は、入力アンプ40にて増幅または減衰され、サンプリング回路42にて、量子化されたサンプリングデータ47に変換される。他方、デコード・トリガ回路44Aはシリアル信号41からデータフレームを抽出する。データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、デコード・トリガ回路44Aは、トリガ信号43とデータフレームの送信元ノードを示すノード識別子45とを出力し、データ処理回路46Aは、トリガ信号43に応じて、サンプリングデータ47から波形データを取得し、ノード識別子45と波形データとを1対1に対応させてヒストリメモリ48Aに保存する。表示処理回路50は、保存された波形データのノード識別子に基づき、特定のノードから送信された波形データを表示器54に重畳して表示する。
【選択図】図3
Description
本発明は、シリアル信号の波形を取得して表示する波形表示装置および波形表示方法に関するものである。
複数のノード(端末)をシリアルバスで接続し、ノード間でシリアル信号がやりとりされるシリアルバス型のネットワークが広く利用されている(例えば特許文献1、特許文献2)。例えば車載LAN(Local Area Network)では、エンジン、ブレーキ、トランスミッション等を制御する各制御ユニットをノードとし、これらノードをFlexRay(Daimler Chrysler AGの登録商標)やCAN(Controller Area Network)などのシリアル通信プロトコルを用いてシリアルバスに接続する。
シリアルバス型ネットワークでは、ノード間でやりとりされるシリアル信号の波形を直接観測し、波形品質(波形品位)を保つことが重要である。波形の乱れたシリアル信号はノードの異常動作の原因となるからである。
そこで、一般的に、シリアルバス型ネットワークにオシロスコープなどの波形表示装置を接続し、各ノードから入力されるシリアル信号の波形を表示して、波形品質を確認する方法がとられる。オシロスコープを用いれば、特定のトリガ条件を満たす波形を取得し(例えば特許文献3、特許文献4)、これら複数の波形を重畳して表示したアイパターンとして観測して異常波形を発見する(例えば特許文献5)ことが可能である。
特開2000−231517号公報
特開平11−161520号公報
特開平5−273247号公報
特開平8−314764号公報
特開2006−29929号公報
しかし、現状の波形表示方式では、異常な波形が発見された場合に、その送信元を特定するには、その波形データをシリアルデータ列に読み直し、通信プロトコルに従ってデコードし、送信元情報を読み取るという作業が必要となり、非常に面倒である。また、波形データに通信データのフレーム情報部分が含まれていない場合には、もはやその送信元を特定することは不可能である。
一方、ある特定の送信元ノードをトリガ条件とすれば、そのノードから送信される信号を取得し、重畳して表示することで、そのノードの波形品質を確認することは可能である。しかし、異常波形の送信元ノードを特定するには、トリガ条件を逐一変更し、最悪の場合、ノードの数だけ繰り返す必要があり、とりわけネットワークに多くのノードが接続されている場合には、波形品質の評価に手間と時間がかかってしまっていた。
本発明はこのような課題に鑑み、シリアルバス型ネットワークから異常波形が見つかった場合に、その異常波形の送信元ノードを特定し、異常波形の原因解明を支援する波形表示装置および波形表示方法を提供することを目的とする。
本発明による波形表示装置は、上述の課題を解決するために、入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング手段と、シリアル信号からデータフレームを抽出し、データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と識別情報とを出力するデコード・トリガ手段と、出力されたトリガ信号に応じて、量子化されたサンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得手段と、識別情報と波形データとを1対1に対応させて保存する記憶手段と、保存された波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示手段とを含むことを特徴とする。
本発明にかかる波形表示装置によれば、上記の表示手段は、特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示してよい。
本発明にかかる波形表示装置によれば、シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、識別情報は、シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むこととしてよい。
本発明にかかる波形表示装置によれば、表示手段は、波形データとともにデータに対応するノード識別子を表示してよい。
本発明にかかる波形表示装置によれば、デコード・トリガ手段は、1つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、波形データ取得手段は、複数のトリガ信号に応じて、サンプリングデータから複数の波形データを取得してよい。
本発明による波形表示方法は、上述の課題を解決するために、入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング工程と、シリアル信号からデータフレームを抽出し、データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と識別情報とを出力するデコード・トリガ工程と、出力したトリガ信号に応じて、量子化されたサンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得工程と、識別情報と波形データとを1対1に対応させて保存する保存工程と、保存した波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示工程とを含むことを特徴とする。
本発明にかかる波形表示方法によれば、表示工程では、特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示してよい。
本発明にかかる波形表示方法によれば、シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、識別情報は、シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むこととしてよい。
本発明にかかる波形表示方法によれば、表示工程では、波形データとともにデータに対応するノード識別子を表示してよい。
本発明にかかる波形表示方法によれば、デコード・トリガ工程では、1つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、波形データ取得工程では、複数のトリガ信号に応じて、サンプリングデータから複数の波形データを取得してよい。
本発明によれば、波形データと1対1に対応して、その波形データのノード識別子を含む識別情報が保存されるため、異常波形が発見された場合に、波形データをシリアルデータ列に読み直すなどの煩雑な作業を要することなく、その異常波形の送信元ノードを特定することが容易となる。
また本発明によれば、ネットワークに多くのノードが存在する場合でも、取得した波形データに対応する識別情報は必ず保存されるため、送信ノード毎に、波形の取得・品質確認を繰り返す必要がなく、短時間のデータ取得により、ノード別の波形品質評価が遂行可能となる。
また本発明によれば、1つのデータフレームに対応するサンプリングデータから複数の波形データを取得できるため、一層短いデータ取得時間によって、波形品質の確認が可能となる。
次に添付図面を参照して本発明による波形表示装置および波形表示方法の実施例を詳細に説明する。なお、各図面において、同様の要素は同一の参照符号によって表記し、また、本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。また、信号はそれが現れる信号線の符号によって表記するものとする。
(第1の実施形態)
図1はバス型と呼ばれるシリアル通信が行われるネットワークトポロジーの例を示す図である。1つのシリアルバス10に複数のn個のノード1〜nが接続されている。いずれのノードも、送信と受信の双方の機能を有する。
図1はバス型と呼ばれるシリアル通信が行われるネットワークトポロジーの例を示す図である。1つのシリアルバス10に複数のn個のノード1〜nが接続されている。いずれのノードも、送信と受信の双方の機能を有する。
本発明による波形表示装置の実施形態であるオシロスコープ20Aは、各ノードから入力されるシリアル信号の波形を表示する装置である。オシロスコープ20Aは、ノード1〜nと同様にシリアルバス10に接続されている。
図2は、図1に示すシリアルバス10を流れるデータフレームフォーマットの例を示す図である。本実施形態では、車載LANのシリアル通信プロトコルであるFlexRay(Daimler Chrysler AGの登録商標)におけるデータフレームフォーマットを利用するが、CANその他のプロトコルを採用してもよいことは言うまでもない。図2に示すように、FlexRayにおけるデータフレーム21は、ヘッダセグメント、ペイロードセグメントおよびトレーラーセグメントで構成されている。ヘッダセグメントは、データフレーム21に関するフレーム情報、すなわちそのデータフレームに固有の識別情報を示し、これは、フレームの始まりを示すインジケータ22、ノード識別子24、後述のデータ34の長さを示すペイロード長26、後述のCRC(Cyclic Redundancy Check; 巡回冗長検査)とともにフレームエラーの検出に用いられるヘッダCRC28、送信元ノードからの何番目の信号であるかを示すサイクルカウント30を含む。なお、ペイロードセグメントは、本来転送したいデータ34が格納される。また、トレーラーセグメントには、上記のフレームエラー検出に用いられるCRC36がある。
フレーム情報に含まれる、とりわけノード識別子24は、データフレームの送信元ノードを特定する重要な情報である。これ以降、この送信元ノードを特定できる情報を「ノード識別子(IDx)」と表現する。このノード識別子をトリガ条件にすることで、特定のノードからのシリアル信号に対してトリガをかけることが可能となる。
図3は図1に示すオシロスコープ20Aの一例を示すブロック図である。オシロスコープ20Aには、シリアルバス10に接続されたノード1〜nのいずれかから送信されたシリアル信号が入力され、まず入力アンプ40によって所定のゲインにより増幅もしくは減衰される。サンプリング回路42は、入力アンプ40から得られる増幅もしくは減衰されたシリアル信号41の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、所定の量子化レベル数、例えば8ビットからなる256レベルを有する量子化されたサンプリングデータ47を得る。これは所定の量子化レベル数によってシリアル信号41の波形を可能な限り忠実に再現するためである。一方、デコード&トリガ回路44Aは、シリアル信号41から図2に示したデータフレーム21を抽出する。これは、もともとデジタル波形として入力されるシリアル信号41をデコードし、所定のプロトコルに従ったデータフレームを抽出する処理である。そして、データフレーム21が所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号43とフレーム情報45とを出力するデコード・トリガ手段としての役割を果たす。
ここで「トリガ条件」は、データフレーム21から得られるあらゆる情報から選択してよい。図2のフレーム情報から選択する場合、典型的には、送信元ノードを示す特定のノード識別子24としてよい。いかなるトリガ条件が成立する場合も、トリガ信号43と、フレーム情報45とがデータ処理回路に送信される。トリガ条件としてノード識別子24が指定されていない場合であっても、トリガ信号43の出力時は、フレーム情報45を、データ処理回路46Aに送る。
データ処理回路46Aは、デコード&トリガ回路44Aから出力されたトリガ信号43に応じて、サンプリングデータ47から波形データを取得する波形データ取得手段の役割を果たす。トリガ条件が、上述のように、ノード識別子24の内容のみである場合は、そのノードから送信されたサンプリングデータ47から、所定のタイミングで、時間軸に沿った所定の波形取得範囲の波形データを取得すればよい。
図4は1つのデータフレームに対して複数のトリガ信号が出力される場合の、シリアル信号とトリガ信号との関係を示す図である。これは、送信元ノード(ノード識別子)別の波形品質確認の時間を短縮するために行うものである。かかる場合、まず、波形データを取得する複数の送信元ノード(ノード識別子)を、あらかじめデコード&トリガ回路44Aに指定する。
次に、指定したノード識別子を有するデータフレームがデコード&トリガ回路44Aに入力されると、データ処理回路46Aにて波形取得を実行する。その際、トリガポイントとしては、1つのデータフレーム内で、バイトデータ毎に区切りビットなどがある場合には、その区切りビットを指定してよい。
図4では、所定のビット毎(例えば8ビット毎)にトリガ信号を出力することとしている。したがって、図4に示すように、1つのデータフレームに対して、複数個のトリガポイントが存在する。これらのトリガポイントに対応するタイミングで、データ処理回路46Aは、サンプリングデータ47から、時間軸に沿った所定の波形取得範囲の、複数の波形データを取得する。トリガ条件は、このように所定のビット毎としてもよいし、信号の立ち上がりエッジや立下りエッジ等としてもよい。
トリガポイントにおいて波形データを取得すると、対応するフレーム情報(少なくともノード識別子)は必ず保存される。したがって、トリガ条件を特定のノード識別子としなくても、ノード毎の波形データを、波形データの保存後に遡って表示することができる。また、トリガ条件を特定のノード識別子としてノード毎に波形データの取得・品質確認を繰り返す必要がなく、短時間のデータ取得により、ノード別の波形品質評価が遂行可能となる。
図3のヒストリメモリ48Aは、デコード&トリガ回路44Aからデータ処理回路46Aを経て得られるフレーム情報と、データ処理回路46Aにて取得される波形データとを、1対1に対応させて保存する記憶手段である。図5は図3に示すヒストリメモリ48Aに保存される情報の例を示す図である。トリガ信号43とともにデータ処理回路46Aに送られたフレーム情報45(図5ではフレーム情報f1〜fxと表記)と、これらフレーム情報を有するシリアルデータを基に生成されたサンプリングデータ47から取得された波形データD1〜Dxとが、1対1に対応して保存されている。
図6は、図3に示すヒストリメモリ48Aに保存される情報の他の例を示す図であり、ここでは、フレーム情報として、各ノード1〜nのノード識別子ID1〜IDnが用いられている。したがって、ノード識別子ID1〜IDnと、各ノード1〜nから送信されたシリアルデータを基に生成されたサンプリングデータ47から取得された波形データD11・・、D21・・、Dnxとが、1対1に対応して保存されている。
図3の表示処理回路50は、図5または図6に示す、ヒストリメモリ48Aに保存された波形データのうち、特定のフレーム情報(またはノード識別子)に対応する波形データを表示する表示手段である。これにより、波形データ取得後、過去にさかのぼって、取得した波形を参照することができる。表示処理回路50は、表示すべき波形データを、ヒストリメモリ48Aからデータ処理回路46Aを経て受信し、表示メモリ52に一時保存したうえで、液晶モニタなどの表示器54に出力する。また表示処理回路50は、ヒストリメモリ48Aに保存された複数の波形データのうち、任意のデータを表示させることができる。
図7は、フレーム情報として各ノード1〜nのノード識別子ID1〜IDnが用いられている場合に、ノード別に波形データを表示器54に表示する様子を示す図である。例えばノード1の波形データを表示するときは、図6に示すヒストリメモリ48Aに保存されている波形データのうち、ノード識別子ID1に対応して保存されている波形データD11、D12、D13〜・・を、表示処理回路50が表示メモリに一時的に保存し、表示器54に表示すればよい。これは図7の識別子ID1で示す波形データの表示である。ノード2〜nの波形データをノード別に表示する場合も、同様の処理にて表示可能である。図7に示すように、表示処理回路50は、表示器54に、特定のフレーム情報(ノード識別子)に対応する波形データを重畳して表示することが可能である。
図8は異常波形が含まれるアイパターンを示す図である。図7にて説明したように、本実施形態によれば、特定のノード識別子に対応する波形データを重畳して表示することが可能であるため、異常な波形データ60を発見した場合に、それがどのノードから送信されたものか、容易に判断することが可能である。
また、全ヒストリデータを重畳して表示させる際に、フレーム情報毎に色を変えて表示してもよい。これにより、異常波形をより容易に認識・特定することができる。
さらに、図9に示すように、表示処理回路50は、波形データ60とともにそのデータに対応するノード識別子(図9における識別子ID4)を表示してもよい。これにより、発見された異常波形の送信元ノードの特定が、さらに明確になる。
(第2の実施形態)
図10は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図3のオシロスコープの変形例である。図4と異なる点のみ説明すると、図10のオシロスコープ20Bには、専らフレーム情報を格納するためのフレーム情報メモリ70が設けられている。デコード&トリガ回路44Bは、シリアル信号41から図2に示すデータフレーム21を抽出した結果、データフレーム21が所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号43とフレーム情報45とを出力するが、フレーム情報45は、データ処理回路46Bでなく、フレーム情報メモリ70に出力・保存する。データ処理回路46Bは、トリガ信号43を受信すると、サンプリングデータ47のみをヒストリメモリ48Bに保存する。この場合、表示処理回路50がヒストリメモリ48Bの波形データとフレーム情報メモリ70のフレーム情報とを関連させて処理することで、図3と同様に、特定のフレーム情報の波形のみを選択して表示させたり、表示した波形のフレーム情報を表示させたりすることができる。この場合は、ヒストリメモリ48Bの内容は、波形データのみである。
図10は本発明の他の実施例を示すブロック図であり、図3のオシロスコープの変形例である。図4と異なる点のみ説明すると、図10のオシロスコープ20Bには、専らフレーム情報を格納するためのフレーム情報メモリ70が設けられている。デコード&トリガ回路44Bは、シリアル信号41から図2に示すデータフレーム21を抽出した結果、データフレーム21が所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号43とフレーム情報45とを出力するが、フレーム情報45は、データ処理回路46Bでなく、フレーム情報メモリ70に出力・保存する。データ処理回路46Bは、トリガ信号43を受信すると、サンプリングデータ47のみをヒストリメモリ48Bに保存する。この場合、表示処理回路50がヒストリメモリ48Bの波形データとフレーム情報メモリ70のフレーム情報とを関連させて処理することで、図3と同様に、特定のフレーム情報の波形のみを選択して表示させたり、表示した波形のフレーム情報を表示させたりすることができる。この場合は、ヒストリメモリ48Bの内容は、波形データのみである。
本実施形態のように、フレーム情報と波形データとを別々のメモリ48B、70に保存してもよい。フレーム情報と波形データとが1対1に対応していれば、特定のフレーム情報を有する波形データを表示するという本発明の目的は達成されるからである。
(比較例)
図11は、本発明との比較例を示すブロック図である。図3との相違点のみ説明すると、図11のオシロスコープ20Cに含まれるデコード&トリガ回路44Cは、トリガ信号43しか出力せず、図3のデコード&トリガ回路44Aがトリガ信号43とともにフレーム情報45も出力するのと著しく異なる。図12は、図11に示すオシロスコープが表示可能な波形データを示す図である。図11のオシロスコープ20Cのデータ処理回路46Cがヒストリメモリ48Cに保存するのは、トリガ信号43に応じて取得した、図12に示す波形データD1〜Dxであり、これらの波形データがいずれのノードから到来したかという情報は不明である。したがって、図12に示すように、表示器54にアイパターンとして重畳して表示し、異常波形データ80を発見することは可能であるが、かかる異常波形データがいずれのノードから到来したものであるかは不明であり、推測に頼らざるを得ない。
図11は、本発明との比較例を示すブロック図である。図3との相違点のみ説明すると、図11のオシロスコープ20Cに含まれるデコード&トリガ回路44Cは、トリガ信号43しか出力せず、図3のデコード&トリガ回路44Aがトリガ信号43とともにフレーム情報45も出力するのと著しく異なる。図12は、図11に示すオシロスコープが表示可能な波形データを示す図である。図11のオシロスコープ20Cのデータ処理回路46Cがヒストリメモリ48Cに保存するのは、トリガ信号43に応じて取得した、図12に示す波形データD1〜Dxであり、これらの波形データがいずれのノードから到来したかという情報は不明である。したがって、図12に示すように、表示器54にアイパターンとして重畳して表示し、異常波形データ80を発見することは可能であるが、かかる異常波形データがいずれのノードから到来したものであるかは不明であり、推測に頼らざるを得ない。
また、特定のノードから到来するシリアル信号の波形品質を調べるために、トリガ条件として、特定のノード識別子を設定した場合、ノード数だけ、波形の取得・表示を繰り返す必要があり、手間と時間がかかってしまうという欠点がある。一方、本発明にはかかる欠点は見られない。
本発明は、シリアル信号の波形を取得して表示する波形表示装置および波形表示方法に適用可能である。
10 シリアルバス
20A、20B オシロスコープ
42 サンプリング回路
44A、44B デコード&トリガ回路
46A、46B データ処理回路
48A、48B ヒストリメモリ
50 表示処理回路
20A、20B オシロスコープ
42 サンプリング回路
44A、44B デコード&トリガ回路
46A、46B データ処理回路
48A、48B ヒストリメモリ
50 表示処理回路
Claims (10)
- 入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング手段と、
前記シリアル信号からデータフレームを抽出し、該データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と該データフレームの識別情報とを出力するデコード・トリガ手段と、
該出力されたトリガ信号に応じて前記サンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得手段と、
前記識別情報と波形データとを1対1に対応させて保存する記憶手段と、
該保存された波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示手段とを含むことを特徴とする波形表示装置。 - 前記表示手段は、前記特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示することを特徴とする請求項1に記載の波形表示装置。
- 前記シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、
前記識別情報は、前記シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の波形表示装置。 - 前記表示手段は、波形データとともに該波形データに対応するノード識別子を表示することを特徴とする請求項3に記載の波形表示装置。
- 前記デコード・トリガ手段は、1つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、
前記波形データ取得手段は、前記複数のトリガ信号に応じて、前記サンプリングデータから複数の波形データを取得することを特徴とする請求項1から4までのいずれかに記載の波形表示装置。 - 入力されたシリアル信号の電圧レベルを一定のサンプリングレートでサンプリングして、量子化されたサンプリングデータを得るサンプリング工程と、
前記シリアル信号からデータフレームを抽出し、該データフレームが所定のトリガ条件を満たす場合に、トリガ信号と該データフレームの識別情報とを出力するデコード・トリガ工程と、
該出力したトリガ信号に応じて前記サンプリングデータから波形データを取得する波形データ取得工程と、
前記識別情報と波形データとを1対1に対応させて保存する保存工程と、
該保存した波形データのうち、特定の識別情報に対応する波形データを表示する表示工程とを含むことを特徴とする波形表示方法。 - 前記表示工程では、前記特定の識別情報に対応する波形データを重畳して表示することを特徴とする請求項6に記載の波形表示方法。
- 前記シリアル信号は、シリアルバス上に接続された複数のノードから入力され、
前記識別情報は、前記シリアル信号の送信元ノードを示すノード識別子を含むことを特徴とする請求項6または7に記載の波形表示方法。 - 前記表示工程では、波形データとともに該データに対応するノード識別子を表示することを特徴とする請求項8に記載の波形表示方法。
- 前記デコード・トリガ工程では、1つのデータフレームに対して複数のトリガ信号を出力し、
前記波形データ取得工程では、前記複数のトリガ信号に応じて、前記サンプリングデータから複数の波形データを取得することを特徴とする請求項6から9までのいずれかに記載の波形表示方法。
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Cited By (2)
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CN103207295A (zh) * | 2012-01-16 | 2013-07-17 | 北京普源精电科技有限公司 | 一种方便的异常波形的检测方法 |
CN112763778A (zh) * | 2020-12-23 | 2021-05-07 | 北京普源精电科技有限公司 | 波形显示方法、装置、设备及存储介质 |
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- 2006-12-04 JP JP2006326545A patent/JP2008139180A/ja active Pending
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