JP3206006B2 - 二重化バス制御方法及び装置 - Google Patents
二重化バス制御方法及び装置Info
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Description
(フォールトトレラントコンピュータ)等に使用される
二重化されたシステムバスの制御方法及び装置に関す
る。
は、例えば米国特許第4,484,273 号「モジュラー コン
ピュータ システム」(MODULAR COMPUTER SYSTEM)が知
られている。この第1の公知例によればコンピュータシ
ステム内の複数のプロセッサとメモリ、バスアダプタは
二重化されたバスと、バス間を結ぶインタフェース装置
により結合される。二重化されたバスはエグゼクティブ
バスが常時動作し、非エグゼクティブのバスは、スタン
バイしているか、または別のアクセスパスを形成してシ
ステムのスループットを向上させる為に使用可能であ
る。
例として、日経エレクトロニクス1983年5月9日号
第197頁から第202頁に記載されたものがある。本
記載の方式は、ペア アンド スペア法と呼ばれる方式
で、論理ユニットが同一歩調(lock−step)で動作する
パートナーボードを持つことを特徴とする。これら一対
のボードの一方が故障してもオペレーティングシステム
の介入なく、切離しが行われ、正常なボードは正しく動
作し続ける。
おいて、二重化したバスの片系を常時スタンバイとして
おく場合には、定周期でパトロールを行い、スタンバイ
系の健全性を確認する必要があり、ソフトウェアによる
サポートが必須である。またスタンバイ系の健全性の確
認の精度を向上させる為にパトロール周期を短くすると
システム性能の低下を招く結果となる。また、二重化し
たバスの夫々を別のアクセスパス形成の用途に使用した
場合には、片側のバスに障害が発生した場合の切り替え
にソフトウェアのサポートが必要となると同時に、シス
テム性能が著しく低下する。
ペア方式では上記の欠点はなくなるが、2枚のボードを
クロックレベルで同期して動作させる為に高速化に限界
があり、更にインターミッテントなエラーが生じた場合
のリトライ制御が困難である。
て障害が発生した場合に継続動作が可能であって、かつ
高速化を容易に実現できるバスの制御方法及び装置を提
供するにある。
達成する為に、二重化バスにおけるデータ転送を単位と
して同期化を図ったものである。
回路出力の一致を検出する回路により実現する。またデ
ータ転送終了と割込、及びリトライの同期化について
は、データ転送を制御するシーケンサの状態を、二重化
されたシーケンサ間で交換して相手の状態を知ることに
より実現する。
止する場合には、他系のバスで動作を継続させる為に上
記の調停回路出力の一致検出回路において常に一致とな
る様にし、また上記のシーケンサの状態交換において、
他系の状態が常に一定の状態を示すようにする。
では、データ転送単位での同期を取る為、片系で障害が
発生してデータの転送が不可能となった場合にもソフト
ウェアの助けを借りずに直ちに他系のデータを使用して
動作の継続を行うことができる。
停と転送の終了時点のみを意識した方法であり、データ
転送の開始とその経過が二重化バス間で独立であっても
良い。このことは、データ転送を開始せしめるマイクロ
プロセッサの動作周波数がバスの動作周波数と相違し
て、クロック間の同期に起因するデータ転送開始のずれ
が発生しても構わないと共に、二重化バスに接続された
機器の夫々のバスアクセスに対する応答時間が異なって
いても良いことを示す。例えばバス接続機器としてメモ
リを考えた場合に、リフレッシュやメモリエラー発生時
のエラー訂正処理を他系とは独立に行って良いことを示
しており、ハードウェアの構成を単純にできる。
る。
ュータシステムの構成例である。2は基本処理プロセッ
サ(BPU)を示し、4は入出力制御ユニット(IO
U)を示す。本例に示す2組のBPU2−1,2−2と
IOU4−1,4−2は夫々の組の中でマスター,スレ
ーブの関係を持っていても良いし、対等な関係を持って
いても良い。3は主メモリユニット(MSU)を示し、
夫々が2重化されたバスA,Bの片側に接続される。本
例では片側のバスにのみ接続される構成を示したが、各
々のMSU3が両側のバスに接続される構成であっても
良い。BPU2,IOU4,MSU3は夫々の間でデー
タの転送を行うが、この転送を制御するのがバスインタ
フェースユニット(BIU)20乃至29である。二重
化されたバス1のA,B側の夫々に接続されたBIU間
は信号線60乃至63で接続され、二重化バスの同期を
行う。バス制御装置(BC)5はバスの占有制御を行う
アービタ(ARB)を内蔵し、二重化バスの占有制御を
行う。アービタ51と52の間及び53と54の間は信
号線71及び72により結ばれ、二重化されたバスの占
有制御の同期化を行う。二重化バス1において、10と
12はデータ転送に係る信号線を集約して示し、11と
13はバスのフォールト状態を表す信号を示す。各BI
U−20〜29はこれらの信号線に夫々接続される。
る図である。BPU2−1,IOU4−1,4−2がバスの
占有の要求を行う場合を例に取ると、これらの機器は、
バスの個別要求線250,450,451により夫々が
BC5−1に対してバスの占有要求を行う。BC内のア
ービタ51はその時点で最も優先度の高い機器を選択し
てそのID番号をセレクトバス110に出力すると共
に、セレクトバスの内容が有効であることを示す信号を
120に出力する。アービタ51は個別要求線の入力位
置からID番号を生成することができる。
クトバス110と有効フラグ信号線120の内容を引き
込み、自要求が受け付けられたか判断する。即ち、例え
ばBPU2−1内に示す比較器262によりセレクトバ
スの内容と、BPU2−1に割り当てられたID260
とを比較し、アンドゲート264によって信号線120
の有効フラグ信号によるマスキングを経て判断を行う。
アンドゲート264の出力が1の場合には自要求が受け付
けられたことを示す。上記制御を行う為ID260とア
ービタ51が信号線110に出力するIDの対応が取ら
れる様にしておく。
装置5−1内の1つのバスアービタ51と他のBPU,
IOUとの接続関係のみを示しているが、実際にはA系
バス用バスアービタ51の他にB系バス用バスアービタ
52も備え、二重化しており、この具体的接続を図3に
示す。
ス占有要求が一致した場合にバス全体の調停を完了せし
めるためのアービタ間の連絡による二重化バスの占有制
御の同期化を説明する図である。同図に示すアービタ5
1,52は優先判定回路530と比較回路540により夫
々構成される。比較回路540は、自系バスの優先判定
結果と他系バスの優先判定結果を入力とし、両者が一致
した場合に有効フラグ120をONする。他系のバスに
も全く同一のアービタ52が接続され、同一の動作を行
う。
U2とIOU4のバス占有要求が同時にタイムスロット
1に発生した場合、優先判定530により1タイムスロ
ット遅れて確定するセレクトバス110の内容はA,B
系で一致しており、有効フラグ120の出力がタイムス
ロット2で1となる。この場合が最短の場合であり、通
常動作中殆んどがこの例の通りとなる。
非同期に動作しており、バスに対する占有要求をフリッ
プフロップで同期化している場合には、占有要求がバス
タイムスロットの異なる所で出力される場合がある。例
えば図4右側に示す様にタイムスロット12においてバ
スAではBPUの要求が出力され、バスBではIOUの
要求が出力されて、次のタイムスロットではバスAでI
OU,バスBでBPUの要求が出力される場合が有り得
る。この時バスA,B共に優先度はIOUが高いとする
と、タイムスロット13ではセレクトバス110の内容
がくい違うために有効フラグ信号は出力されず、タイム
スロット14においてセレクトバスの内容が一致して有
効フラグ信号が出力される。この場合には通常時よりも
占有制御に1タイムスロット余計にかかるが、頻度は非
常に小さく、全体動作から見て、無視できるロスであ
る。
の転送終了待ちの同期化を説明する図である。2つのB
IU20と21は夫々10,11と12,13によりA
バス,Bバスと接続され、また270と271により機
器内部の内部バスに接続される。また各BIUは、Aバ
ス,Bバスのフォールト信号11と13を内部制御用に
取り込む。2つのBIU間の動作の同期化は、信号線2
60により、内部の状態の交換によって行うことができ
る。尚、同図において、280と281は、基本処理プ
ロセッサ又は入出力制御ユニット内部のマイクロプロセ
ッサに対する割込信号線である。
ある。状態は6種類有り、夫々に3ビットの識別番号を
つけて識別する。000はアイドルの状態であってBI
Uが何の動作も行っていないことを示し、起動要求を受
けると001のバス獲得待の状態に遷移する。バスを獲
得すると更に010の起動状態に移り、ここでデータ転
送の起動を行ったのち転送先からの応答待の状態011
に移る。この状態で、転送先からの応答が正常か又は異
常であってリトライオーバによりリトライ不可の場合に
は対となる相手方のBIUの状態を監視する状態100
に移る。この時に相手方も同じ状態にあればBIUに対
して起動を指示した回路に信号線270,271を介し
て応答を返し、アイドル状態000に戻る。この例のよ
うに相手方の状態が自己の状態と一致するのを信号線2
60によって監視し待つことにより、二重化バスのデー
タ転送終了時の同期をとることができる。
が共に終了した場合にバス全体のデータ転送が終了する
動作を実現する。
と定義し、図5に示す通りBIUより割込信号線を経由
して割込を出力する場合において、通常のデータ転送と
同様二重化バス上の転送の終了が同期した時点で割込を
出力させることができる。本制御により、請求項第2項
の実現が可能である。
答が異常であってリトライ可の場合には、リトライ状態
101に移る。ここでは対となる相手方のBIUの状態
が100か又は101になったことを条件としてリトラ
イの為のバス獲得に移る。本遷移条件は、自系・相手系
共にリトライ状態に移った場合の他、自系がリトライ状
態で、相手系が相手待状態100の場合にもリトライを
行う為のものである。後者の条件で相手系にリトライを
行わせしめる為に、相手待状態100において、相手状
態が101即ちリトライ状態の時には、バス獲得待の0
01の状態に移るという遷移のパスを設ける。
を停止する場合は、BIUは信号線11又は13のフォ
ールト信号により異常を検知し、異常の側のBIUの状
態を100に固定する。このことによって動作を継続す
る他系のBIUは、同期の為の待ちを行うことなく、単
独で動作することが可能となる。
4,25のうち、バスBに接続されたBIU25に障害
が生じ、バス要求の出力ができなくなった場合の動作の
例を示す。タイムスロット21においてBPU2とIO
U4−1のバス要求が同時に生じ、バス要求の優先度が
その時点ではIOUが高かったとする。バスAではBPU2
とIOU4−1のバス要求が同時に出力されている為、
優先度の高いIOUが選択されて、そのIDがセレクト
バス110に出力される。一方バスBではIOU4−1
のバス要求がBIU25の故障により出力されない為、
バス要求の優先度に拘らずBPU2の要求が受け付けら
れ、セレクトバス110にはBPU2のIDが出力され
る。この状態では優先判定回路530Aと530Bの出
力が一致せず、バス全体の占有要求の調停が終了したこ
とにならない為、BPU,IOU共にタイムアウトを検
出することになる。タイムアウト検出後、BPU,IO
Uは夫々自分がバスに出力しているバス要求を取り込ん
で検査し、BPUの場合は両バスで出力を行っている為
そのままリトライを行い、IOUの場合は、Bバスでの
出力がされていない為、Bバス上のフォールト信号を出
力してからリトライに移行する。二重化バスに接続され
た各機器は、フォールト信号を受け取ると、Bバス経由
のデータ転送を中止し、全てAバス経由のデータ転送を
行う。この時アービタ内の比較器540におけるA,B
バスのセレクトバスの内容の比較を止め、また2つのB
IU間における終了待ち状態のつき合せをやめ、Aバス
単独で動作可能とする。
いてBPUとIOUのバス要求のリトライが行われ、I
OUが調停の結果としてバスを獲得した場合の例を示
す。
構を示す。フォールトトレラントシステムでは一般に故
障部位の活線での交換が可能であるが、故障を検出して
フォールト信号を出力している装置そのものが抜去され
ると、内部状態に矛盾を残したまま両系正常の状態に見
かけ上戻ることとなる。本状況を避ける為に、フォール
ト信号のレベル保持が必要となる。550−1,550
−2のレベル保持回路はフリップフロップで実現され、
入力は560−1,560−2のフォールト信号に接続
され、出力はワイヤドアゲート561−1,561−2
を介して同じフォールト信号に接続される。他の装置に
よってフォールト信号がONとされると、550−1,
550−2のいずれかがそのレベルを記憶し、元々フォ
ールト信号をONした装置が抜去されたのちもそのレベ
ルを保持する。故障装置が修復されたのちはフォールト
信号をクリアする必要があるが、これはAバス,Bバス
上の制御信号を570−1,570−2のデコーダでデ
コードしてクリア信号を生成し、580−1のアンドゲ
ートによって両バスの指示が一致していることをもって
550−1,550−2のレベル保持回路のクリアとし
て使用する。
間のクロックが非同期であっても良い為に、MPUの性
能向上がバスに制約されないと共に、二重化バスに接続
される機器の異常検出時のリトライに制限がつくことが
ない為に、各機器の設計が容易となる。
てもハードウェアによる構成制御によって縮退運転を行
うことが可能であり、ソフトウェアから見たトランスペ
アレンシーを高めることができ、汎用のオペレーティン
グシステムの適用が容易となる。
Claims (8)
- 【請求項1】二重化されたバスと、該二重化バスの双方
に接続された複数の電子回路と、該複数の電子回路がデ
ータ転送を行う場合に、該各電子回路が出力するバス獲
得要求信号を入力し、当該時点で最も優先度の高い1つ
の電子回路を選択し、当該選択した1つの電子回路にバ
ス使用許可信号を与えるバス制御装置とから構成され、前記バス制御装置は、前記 二重化バスの夫々のバスにつ
いて、前記各電子回路からのバス獲得要求信号を入力
し、当該時点で最も優先度の高い一つの電子回路を選択
し、前記夫々のバスについて選択した一つの電子回路が
共に同一のものであるとき、当該選択した一つの電子回
路にバス使用許可信号を与え、前記複数の電子回路の各々の電子回路は、前記 二重化バ
スの各バス上のデータ転送が共に終了したことにより、
前記二重化バス全体でのデータ転送の終了とすることを
特徴とする二重化バス制御方法。 - 【請求項2】請求項1の二重化バス制御方法において、
前記複数の電子回路は夫々データ転送を制御するバスイ
ンターフェイスユニット及び前記バスインターフェイス
ユニットと内部バスで接続されるマイクロプロセッサを
有し、前記二重化バスの各バス上のデータ転送が共に終
了した時点で前記バスインターフェイスユニットが前記
マイクロプロセッサに割込みを行うことを特徴とする二
重化バス制御方法。 - 【請求項3】請求項1の二重化バス制御方法において、
前記二重化バス上の一方のバスで故障が発生し、データ
転送を行う電子回路がデータ転送のリトライ動作を実行
する場合に、他方のバスにおいてもデータ転送のリトラ
イ動作を実行することを特徴とする二重化バス制御方
法。 - 【請求項4】請求項1の二重化バス制御方法において、
前記二重化バス上の一方のバスで故障が発生した場合
に、障害を検出した電子回路が他の電子回路に障害発生
を通知し、前記バス制御装置は前記夫々のバスについて
選択した一つの電子回路の一致確認処理を休止し、前記
複数の電子回路は前記二重化バスの各バス上のデータ転
送終了の一致確認処理を休止せしめることを特徴とする
二重化バス制御方法。 - 【請求項5】二重化されたバスと、該二重化バスの双方
に接続された複数の電子回路と、該複数の電子回路がデ
ータ転送を行う場合に、該各電子回路が出力するバス獲
得要求信号を入力し、当該時点で最も優先度の高い1つ
の電子回路を選択し、当該選択した1つの電子回路にバ
ス使用許可信号を与えるバス制御装置とから構成され、 前記複数の電子回路の各々の電子回路は、前記二重化バ
スの夫々に一つずつ接続され、データ転送を行うために
バス獲得要求信号を前記バス制御装置に出力し、前記バ
ス使用許可信号を得た場合に前記二重化バスの夫々に対
してデータ転送を開始し、前記二重化バスの各バス上の
データ転送が共に終了したことにより、前記二重化バス
全体でのデータ転送を終了する2つのバスインターフェ
イスユニットを備え、 前記バス制御装置は、前記二重化バスの夫々に一つずつ
接続された2つのバスアービタを有し、前記バスアービ
タは前記各電子回路からのバス獲得要求信号を入力し、
当該時点で最も優先度の高い一つの電子回路を選択する
選択回路と、前記2つの選択回路で夫々選択した電子回
路が一致するときに当該電子回路にバス使用許可信号を
送る比較回路とを備えることを特徴とする二重化バス制
御装置。 - 【請求項6】請求項5の二重化バス制御装置において、
前記複数の電子回路は夫々データ転送を制御するバスイ
ンターフェイスユニット及び前記バスインターフェイス
ユニットと内部バスで接続されるマイクロプロセッサを
有し、前記二重化バスの各バス上のデータ転送が共に終
了した時点で前記バスインターフェイスユニットが前記
マイクロプロセッサに割込みを行う機能を有することを
特徴とする二重化バス制御装置。 - 【請求項7】請求項5の二重化バス制御装置において、
前記電子回路の2つのバスインターフェイスユニット
は、前記二重化バスの一方のバスで故障が発生したとき
に当該バスに接続されるバスインターフェイスユニット
がデータ転送のリトライ動作を実行し、このときに他方
のバスインターフェイスユニットにおいてもデータ転送
のリトライ動作を実行する機能を有することを特徴とす
る二重化バス制御装置。 - 【請求項8】請求項5の二重化バス制御装置において、
前記電子回路の2つのバスインターフェイスユニット
は、前記二重化バス上の一方のバスで故障が発生した場
合に、障害を検出したバスインターフェイスユニットが
他の電子回路に障害発生を通知する機能を有し、前記 バス制御装置の比較回路は各選択回路の選択結果の
一致確認処理を休止せしめる機能を有することを特徴と
する二重化バス制御装置。
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Family
ID=11668106
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Country | Link |
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