(57)【要約】【課題】バスによって接続される機器において、障害検出速度を向上すると共に、障害検出時に迅速に故障機器をバスから分離する。【解決手段】バスのクロック信号より高速な監視クロックによって機器内部でデータ信号及びクロック信号を監視することで高速に障害検出すると共に、装置を構成する機器内部に診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗を具備し、障害検出時には自律処理によってバスから分離して診断を実行することで迅速に故障切り分けを行い、診断によって異常が検出されない場合にはバスに再度接続する。【選択図】図３
2017010202.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バスを介して他の機器と通信する機器であって、
前記機器は、前記バスに接続される内部バスと、前記内部バスに信号を出力する送信部と、前記内部バスと前記バスとを接続又は分離する第１スイッチと、前記内部バスを監視する監視部と、前記内部バスに接続されるプルアップ抵抗と、前記内部バスと前記プルアップ抵抗とを接続又は分離する第２スイッチと、からなるインタフェース部を有し、
前記バス及び前記内部バスは、前記送信部又は前記他の機器から出力されたデータ信号及びクロック信号を伝送し、
前記監視部は、前記クロック信号の周期より短い周期で前記データ信号及び前記クロック信号をサンプリングすることによって前記内部バスを監視し、
前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを接続し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを分離しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを分離し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを接続し、
前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを分離し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを接続しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出しない場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを再度接続し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを再度分離することを特徴とする機器。
【請求項２】
請求項１に記載の機器であって、
前記監視部は、前記クロック信号がハイレベルである間に前記データ信号が変動したか、又は、前記クロック信号が所定の間隔より短い間隔で変動した場合に、前記内部バスの異常を検出することを特徴とする機器。
【請求項３】
請求項１に記載の機器であって、
前記機器は、二つの前記バスに接続される二つの前記インタフェース部を有し、
前記二つのインタフェース部は、前記二つのバスのうち第１バスに接続される第１インタフェース部と、前記二つのバスのうち第２バスに接続される第２インタフェース部と、を含み、
前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを分離し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを接続しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第２インタフェース部が障害を通知するデータを前記第２バスに出力することを特徴とする機器。
【請求項４】
二つのバスを介して他の機器と通信する機器であって、
前記機器は、前記二つのバスに接続される二つのインタフェース部を有し、
前記二つのインタフェース部は、前記二つのバスのうち第１バスに接続される第１インタフェース部と、前記二つのバスのうち第２バスに接続される第２インタフェース部と、を含み、
前記各インタフェース部は、前記各バスに接続される内部バスと、前記内部バスに信号を出力する送信部と、前記内部バスと前記各バスとを接続又は分離する第１スイッチと、前記内部バスを監視する監視部と、前記内部バスに接続されるプルアップ抵抗と、を有し、
前記各バス及び前記各インタフェース部の内部バスは、前記各インタフェース部の前記送信部又は前記他の機器から出力されたデータ信号及びクロック信号を伝送し、
前記各監視部は、前記クロック信号の周期より短い周期で前記データ信号及び前記クロック信号をサンプリングすることによって前記内部バスを監視し、
前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを接続しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを分離し、
前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを分離しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出しない場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを再度接続し、
前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを分離しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第２インタフェース部が障害を通知するデータを前記第２バスに出力することを特徴とする機器。
【請求項５】
請求項４に記載の機器であって、
前記監視部は、前記クロック信号がハイレベルである間に前記データ信号が変動したか、又は、前記クロック信号が所定の間隔より短い間隔で変動した場合に、前記内部バスの異常を検出することを特徴とする機器。
【請求項６】
二つのバスを介して相互に通信する複数の機器と、前記二つのバスを介して前記複数の機器と通信するマスタ機器と、を有する機器システムであって、
前記各機器及び前記マスタ機器は、前記二つのバスに接続される二つのインタフェース部を有し、
前記二つのインタフェース部は、前記二つのバスのうち第１バスに接続される第１インタフェース部と、前記二つのバスのうち第２バスに接続される第２インタフェース部と、を含み、
前記各インタフェース部は、前記各バスに接続される内部バスと、前記内部バスに信号を出力する送信部と、前記内部バスと前記各バスとを接続又は分離する第１スイッチと、前記内部バスを監視する監視部と、を有し、
前記各バス及び前記各インタフェース部の内部バスは、前記複数の機器又は前記マスタ機器のいずれかのインタフェース部の前記送信部から出力されたデータ信号及びクロック信号を伝送し、
前記各監視部は、前記クロック信号の周期より短い周期で前記データ信号及び前記クロック信号をサンプリングすることによって前記内部バスを監視し、
前記各機器及び前記マスタ機器の前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを接続しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとの接続を切断し、
前記各第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとの接続を切断しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出しない場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとを再度接続し、
前記各機器の前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとの接続を切断しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第２インタフェース部が前記マスタ機器に障害を通知するデータを前記第２バスに出力し、
前記マスタ機器の前記第１インタフェース部において、前記第１スイッチが前記内部バスと前記第１バスとの接続を切断しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第２インタフェース部が前記各機器に障害を通知するデータを前記第２バスに出力することを特徴とする機器システム。
【請求項７】
請求項６に記載の機器システムであって、
前記各監視部は、前記クロック信号がハイレベルである間に前記データ信号が変動したか、又は、前記クロック信号が所定の間隔より短い間隔で変動した場合に、前記内部バスの異常を検出することを特徴とする機器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冗長構成を持つバスによって構成される装置の故障検出技術、及び診断による故障部位の特定技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線通信技術及びネットワーク技術の発展に伴い、通信事業者が運用する無線基地局やネットワーク機器等の装置は大容量化と高速化が進んでいる。このような通信装置は、インフラ機器としての位置づけから、機能毎に冗長構成を持ち、機器の故障時には冗長系に機能を引き渡して対象故障機器を交換しながら運用を継続することを前提に設計されるため、故障時に交換対象箇所を特定可能な設計とすることが求められる。このため、装置を構成する機器の監視制御機能が必要となり、このような監視・制御用の通信経路は、高速化が進む主信号経路とは分離して実装することが一般的である。数十Ｇｂｐｓの高速インタフェースを持つ大容量の通信装置においても、装置内の制御監視経路には低速なバスを使用することが多い。
【０００３】
このような通信装置の規格の例としては、ＡｄｖａｎｃｅｄＴＣＡ（登録商標、以下同じ）規格等がある。ＡｄｖａｎｃｅｄＴＣＡは、ＰＩＣＭＧ（登録商標、以下同じ）が標準化し、主に通信事業者に広く採用されているハードウェア規格である。ＡＴＣＡ規格では、装置に搭載する機器（Ｆｉｅｌｄ  Ｒｅｐｌａｃｅａｂｌｅ  Ｕｎｉｔ、以下ＦＲＵと記載）間の監視制御用の通信インタフェースとしてＩＰＭＩ（登録商標、以下同じ）バスを採用している。ＩＰＭＩ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｐｌａｔｆｏｒｍ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）は、Ｉｎｔｅｌ（登録商標、以下同じ）社、Ｈｅｗｌｅｔｔ−Ｐａｃｋａｒｄ（登録商標、以下同じ）社、ＮＥＣ（登録商標、以下同じ）社、ＤＥＬＬ（登録商標、以下同じ）社が標準化したインタフェース規格であり、電気的な仕様はＰｈｉｌｉｐｓ（登録商標、以下同じ）社が標準化したＩ２Ｃ（Ｉｎｔｅｒ−Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ、登録商標、以下同じ）規格を使用する。ＡＴＣＡ規格において、ＦＲＵは保守交換単位として位置づけられ、装置稼動中にホットスワップで抜去、及び搭載が可能なように設計される。装置内の機器故障時にもシステムとして機能を継続しながら故障機器を交換し、無停止運用を継続することが必要なインフラ機器においては、上述のようなホットスワップ機能は必須であり、機能的な障害が発生した場合に、故障部位を特定可能であることも重要な要件となる。
【０００４】
一方で、ＩＰＭＩバスで使用するＩ２Ｃ規格は、ＳＣＬ（クロック）とＳＤＡ（データ）の２信号で多数のデバイスを接続して通信することが可能であり、ハードウェア、ソフトウェアの両面で機能実装が容易であるという優位性があるため、低速な通信・制御用バスとして各産業分野で広く採用されているバス規格であるが、信号線を多数のデバイスで共有するため、一部のデバイスが故障した場合、接続された全てのデバイス間の通信に影響を与える可能性があり、故障部位を特定することが困難であることが一般に知られている。
【０００５】
Ｉ２Ｃバスに関するこのような問題に対する公知技術としては、特許文献１がある。この文献に記載された発明は、Ｉ２Ｃバス接続された周辺部品がＢｕｓ−Ｂｕｓｙとなった場合でも、システム全体が動作し続けることができるようにすることを課題とし、ＳＣＬ、ＳＤＡの信号が一定時間Ｌｏｗ電位を保持する場合にはデバイスとバスの接続を切り離し、切り離された区間でＰｕｌｌＵｐ、ＰｕｌｌＤｏｗｎによる電位制御を行うことで正常性判定を行う手段を提供している。
【０００６】
また、特許文献２においては、ＦＲＵの故障検出方式を提供している。本文献での故障検出方法は、出力を停止させるスレーブを決定する処理と、出力停止を指示する処理と、データバスが正常復帰する場合には、出力停止しているスレーブが故障と判定し、各ＦＲＵへ故障を通知し終了する処理と、監視したスレーブが最終スレーブの場合には、マスタが故障と判定し、各ＦＲＵへ故障を通知し終了する処理と、タイマのカウントが満了した場合に、スレーブを新規マスタに変更する処理と、前マスタが故障であると判定し、各ＦＲＵへ故障を通知し終了する処理と、を実行することによって故障ＦＲＵを特定する手段を提供している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−６８９０７号公報
【特許文献２】特開２００８−１３４７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
装置を構成するＦＲＵ間の通信バスにＩ２Ｃを使用する構成では、あるＦＲＵの故障時に他の正常なＦＲＵの通信にも影響を与える可能性があり、故障部位を特定することが困難である。
【０００９】
図１は、Ｉ２Ｃバスによって複数デバイスを接続して通信を行う場合の一般的な回路構成の例である。
【００１０】
Ｉ２Ｃバスは、ＳＣＬ（クロック）とＳＤＡ（データ）の２本の信号線を使用してデータの送受信を行うバス規格であり、データの送受信機能部１０は、一般的にマイクロプロセッサ等によって実装される。送信バッファ１２はオープンドレインまたはオープンコレクタを使用する。なお、受信バッファ１１及び送信バッファ１２は、マイクロプロセッサのチップ内に実装される場合もある。このような形態のＩ２Ｃバス接続構成において、例としてデバイス１の故障によってＳＤＡ信号が常時Ｌｏｗ電位に固定化してしまった場合、他のデバイスもこの信号線での通信が不可能となる。また、ＳＤＡに接続しているデバイス１〜デバイスＮ、受信バッファ１１、送信バッファ１２の全てが被疑範囲であるため、故障箇所を特定することが困難となる。
【００１１】
図２は、Ｉ２ＣバスをＦＲＵ間の通信線として使用した装置接続構成例である。
【００１２】
バスＡ２３及びバスＢ２４はそれぞれＩ２Ｃバスであり、各々ＳＣＬ、ＳＤＡの２本の信号線を使用する。ＦＲＵ２１及びＦＲＵ２２は、ＣＰＵ及びイーサネットスイッチ（イーサネットは登録商標）等を搭載したサーバ、ハードディスク等のストレージ機器、冷却用ＦＡＮ、又は電源ユニット等、装置を構成する機器を表す。装置内で発生した故障の情報は一つの機器で収集管理する構成が一般的であり、図２ではバスマスタ２０がその機能を持つ例を示している。Ｉ２ＣバスのＳＣＬ信号及びＳＤＡ信号はＰｕｌｌＵＰ抵抗でＶｃｃへ接続することが必要であり、図２ではバスマスタ２０にてＳＣＬ信号、ＳＤＡ信号にＰｕｌｌＵＰ抵抗を接続する例を示している。ＭＣＵ２５及び２６は、Ｉ２Ｃバスを介して他の機器とメッセージの送受信を行う。一般的に、Ｉ２Ｃのメッセージ送受信機能はマイクロプロセッサによって実装される。
【００１３】
複数のＦＲＵで構成される装置での障害発生時、故障ＦＲＵを特定できれば該当ＦＲＵを保守交換することでシステムとして機能を回復することが可能であるが、図２に示すように複数のＦＲＵが共有するバスで障害が発生した場合、どのＦＲＵの故障であるかを特定することが困難となる。故障時の部位特定が困難という課題は、機器故障時においてもシステム運用を停止せずに故障ＦＲＵを保守交換することが前提となるインフラ機器等においては重大な懸念であり、故障ＦＲＵを特定できない場合は、全ＦＲＵを順次交換して機能の回復を行うこととなる。
【００１４】
このような課題に関して、Ｉ２Ｃバスの信号電位がＬｏｗ固定化となる故障時を想定した公知技術としては特許文献１がある。特許文献１では、信号が一定期間Ｌｏｗ電位を示した場合、各デバイスをスイッチによってバスから分離し、ＰｕｌｌＵＰ／ＰｕｌｌＤｏｗｎによって、各デバイスにおいて正常にバス電位が変動するか（当該デバイスの故障によって信号電位が固定化されていないか）を診断する手段を提供している。しかし、特許文献１に記載の技術は、信号電位がＬｏｗ固定化された場合に特化したものであり、異物付着又はイオンマイグレーション等によって近傍の他の信号線とショートし、信号電位が不安定となる場合、及び、信号線又ははんだ接合部の物理的損傷（クラック等）によって信号電位が不規則に変動するような場合には効果を発揮できない。また、このようなハードウェア障害は、間欠的な機能障害となる場合が多く、固定的な故障症状と比較して故障部位の調査がより困難となる。
【００１５】
また、故障ＦＲＵを切り分けることを課題とした公知技術として、特許文献２がある。特許文献２では、故障ＦＲＵを特定するために、各ＦＲＵを順次バスから分離して切り分ける手段を提供している。しかし、特許文献２に記載の技術は、故障による通信障害がある程度の長時間継続していない限り故障ＦＲＵを特定することは困難であり、前述のような短時間の障害が間欠的に発生するような故障モードでは効果を発揮できない。
【００１６】
本発明は、冗長構成を持つＩ２Ｃバスによって複数の機器を接続する構成の装置において、上述のような間欠的な障害も想定し、障害検出時に即時性のある迅速な切り分けを行い、故障ＦＲＵをバスから分離して他への影響を回避することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の課題を解決するために、本発明の一形態は、バスを介して他の機器と通信する機器であって、前記機器は、前記バスに接続される内部バスと、前記内部バスに信号を出力する送信部と、前記内部バスと前記バスとを接続又は分離する第１スイッチと、前記内部バスを監視する監視部と、前記内部バスに接続されるプルアップ抵抗と、前記内部バスと前記プルアップ抵抗とを接続又は分離する第２スイッチと、からなるインタフェース部を有し、前記バス及び前記内部バスは、前記送信部又は前記他の機器から出力されたデータ信号及びクロック信号を伝送し、前記監視部は、前記クロック信号の周期より短い周期で前記データ信号及び前記クロック信号をサンプリングすることによって前記内部バスを監視し、前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを接続し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを分離しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出した場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを分離し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを接続し、前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを分離し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを接続しているときに、前記監視部が前記内部バスの異常を検出しない場合、前記第１スイッチが前記内部バスと前記バスとを再度接続し、前記第２スイッチが前記プルアップ抵抗と前記内部バスとを再度分離することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の一形態によれば、並列診断によって故障ＦＲＵを自律的に特定してバスから分離することで、正常な機器間の通信への影響を回避することができる。上記した以外の課題、構成、および効果は、以下の実施形態の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】Ｉ２Ｃバスによって複数デバイスを接続して通信を行う場合の一般的な回路構成の例である。
【図２】Ｉ２ＣバスをＦＲＵ間の通信線として使用した装置接続構成例である。
【図３】本発明の実施形態のＦＲＵの機能を説明するための接続構成図である。
【図４】本発明の実施形態のバスマスタの機能を説明する接続構成図である。
【図５】本発明の実施形態のＦＲＵによる障害検出の説明図である。
【図６】本発明の実施例１の正常なＦＲＵにおける障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【図７】本発明の実施例１の故障したＦＲＵにおける障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【図８】本発明の実施例１の正常なバスマスタにおける障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【図９】本発明の実施例２の故障したバスマスタにおける障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して実施例を説明する。
【００２１】
図３は、本発明の実施形態のＦＲＵの機能を説明するための接続構成図である。
【００２２】
図３には、装置を構成するＮ個のＦＲＵの一つであるＦＲＵ１＿２１の内部の構成を示す。ＦＲＵ２＿２２及び他のＦＲＵの構成はＦＲＵ１＿２１と同様であるため図示を省略する。
【００２３】
ＦＲＵ間通信用のＩ２Ｃバスは、バスＡ２３及びバスＢ２４の２系統のＩ２Ｃバスによって構成され、図３の構成例では各バスのＳＣＬ信号及びＳＤＡ信号はバスマスタ２０内部に実装されるＰｕｌｌＵＰ抵抗を介してＩＦ回路の電圧Ｖｃｃに接続される。ＦＲＵ１＿２１の内部は、バスとのデータ送受信及び各種制御を行うＭＣＵ２５と、バスＡと接続するＩＦ機能を持つＩＦ部（Ａ）３１０と、バスＢと接続するＩＦ機能を持つＩＦ部（Ｂ）３２０とで構成される。
【００２４】
ＭＣＵ２５は、バスからメッセージを受信する受信機能３０１と、正常時は通常の通信メッセージを送出し、障害検出後の診断処理時には内部診断パターンを送出し、内部診断で異常を検出した場合には、もう一方のバスへ故障通知メッセージを送出する送信機能３０２と、ＳＷＡ３１１及びＳＷＢ３１３に対する接続・分離制御、障害検出時には内部診断の実行制御を行う制御機能３０３と、によって構成される。
【００２５】
ＩＦ部（Ａ）３１０は、バスＡ２３と内部バス３１５とを接続・分離するスイッチ機能を持つＳＷＡ３１１と、内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２と、内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２を接続・分離するスイッチ機能を持つＳＷＢ３１３と、ＦＲＵ内部バス３１５でのＳＣＬ，ＳＤＡ信号を監視する内部監視部３１４と、それぞれ内部バス３１５に接続される受信バッファ１１及び送信バッファ１２と、によって構成される。
【００２６】
受信バッファ１１の入力は内部バス３１５に、出力はＭＣＵ２５の受信機能３０１に、それぞれ接続される。送信バッファ１２の出力は内部バス３１５に、入力はＭＣＵ２５の送信機能３０２に、それぞれ接続される。後述するように、内部バス３１５は、ＳＷＡ３１１によってバスＡ２３と接続されている場合にはバスマスタ２０のＰｕｌｌＵＰ抵抗４１２（図４参照）によってＰｕｌｌＵＰされ、ＳＷＡ３１１によってバスＡ２３と分離されている場合には内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２によってＰｕｌｌＵＰされる。
【００２７】
ＩＦ部（Ｂ）３２０は、ＩＦ部（Ａ）３１０と同一の機能によって構成されるため、図示及び説明を省略する。
【００２８】
ＳＷＡ３１１は、各ＦＲＵのバスＡ２３とのインタフェース端に配置され、内部バス３１５とバスＡ２３との接続、分離を行う。通常時は、内部バス３１５とバスＡ２３を接続した状態であり、各ＦＲＵ内部のＭＣＵ２５はバスＡ２３を介してバスマスタ２０及び他のＦＲＵとの通信が可能である。制御機能３０３がバス分離の制御を行った場合、ＳＷＡ３１１が当該ＦＲＵのＳＣＬ信号、ＳＤＡ信号をバスＡ２３から分離する。
【００２９】
ＳＷＢ３１３は、各ＦＲＵの内部バス３１５と内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２の間の位置に搭載される。通常時は内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２を内部バス３１５から分離した状態であり、制御機能３０３が内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２の接続制御を行った場合、ＳＷＢ３１３がＦＲＵ内部バス３１５のＳＣＬ信号及びＳＤＡ信号に内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗を接続する。
【００３０】
内部監視部３１４は、ＳＣＬ信号よりも高速な周波数のクロックによって、ＦＲＵ内部バス３１５上のＳＣＬ信号及びＳＤＡ信号の電位をサンプリングし、障害を検出する。
【００３１】
図５は、本発明の実施形態のＦＲＵによる障害検出の説明図である。具体的には、図５は、ＳＣＬ信号５１の１０倍速の監視用クロック５０によって監視を行う例を示している。
【００３２】
図５（ａ）は、Ｉ２Ｃ規格の通常モード（伝送速度１００ｋｂｐｓ）での正常な信号の例である。なおＩ２Ｃ規格では、ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である間は、ＳＤＡ信号５２が有効な電位を保持することを規定している。
【００３３】
図５（ｂ）は、ＳＤＡ信号の障害検出の例を示している。正常な伝送波形では、図５（ａ）の通り、ＳＣＬ信号がＨｉｇｈ電位の間（Ｉ２Ｃ通常モードでは５［ｕｓ］）、ＳＤＡ信号はＨｉｇｈ電位またはＬｏｗ電位を保持するが、図５（ｂ）の例ではＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である５［ｕｓ］間にＳＤＡ信号５３の電位が変動する例を示している。ＳＤＡ信号がこのように不安定に電位が変動する故障の原因の例として、送信バッファ１２もしくはＰｕｌｌＵＰ抵抗のはんだクラック又は信号線パターンの損傷などが挙げられる。このような異常は、監視用クロック５０によってＳＣＬ信号５１とＳＤＡ信号５３の電位をサンプリングし、ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である時刻のＳＤＡ信号５３の電位を取得することで検出可能である。ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である時間は、１０倍の周波数の監視用クロック５０で５回分であり、この５回でサンプリングしたＳＤＡ信号５３の電位の変化を検出することによって障害判定を行う。
【００３４】
図５（ｃ）は、ＳＣＬ信号の異常検出の例を示している。Ｉ２Ｃ通常モードの場合、正常な伝送波形では、図５（ａ）の通りＳＣＬ信号はＨｉｇｈ電位の時間及びＬｏｗ電位の時間がそれぞれ５［ｕｓ］の矩形波となるが、図５（ｃ）の例の異常区間５５ではＳＣＬ信号５４のＬｏｗ電位の時間は５［ｕｓ］未満である。このように不安定に（すなわち所定の間隔より短い間隔で）電位が変動する故障の例として、送信バッファ１２もしくはＰｕｌｌＵＰ抵抗のはんだクラック又は信号線パターンの損傷などが挙げられる。このような異常は、監視用クロック５０によってＳＣＬ信号５４の電位をサンプリングし、Ｌｏｗ電位が連続する回数をカウントすることで検出可能である。ＳＣＬ信号がＬｏｗ電位である時間は、正常な場合は１０倍の周波数の監視用クロック５０で５回分であるが、この例ではＬｏｗ電位が観測されるのはそれより少ない３回であり、所定の間隔でＳＣＬ信号の電位が変動しているため、障害が発生したと判定される。
【００３５】
上記の通り、本実施形態では、ＳＣＬ信号の周波数より高い周波数の監視用クロック５０を用いて（言い換えると、バスのクロックの周期より短い周期で）ＳＤＡ信号及びＳＣＬ信号をサンプリングすることによってＳＤＡ信号及びＳＣＬ信号の異常が検出される。図５に示した方法で異常を検出するためには、ＳＣＬ信号がＨｉｇｈ電位である期間（すなわちＳＣＬ信号の周期の半分の期間）に少なくとも２回のサンプリングを行う必要があるため、監視用クロック５０の周波数は、高速である方がより検出精度が向上する。ＳＣＬ信号の周波数の４倍以上であることが望ましい。
【００３６】
図４は、本発明の実施形態のバスマスタの機能を説明する接続構成図である。
【００３７】
バスマスタ２０は、バスＡ２３及びバスＢ２４のＳＣＬ信号及びＳＤＡ信号をＰｕｌｌＵＰ抵抗４１２によってインタフェース回路の電源（Ｖｃｃ）へ常時接続するため、他のＦＲＵのようにＰｕｌｌＵＰ抵抗の接続・分離用のスイッチ機能は不要となる。このため、ＰｕｌｌＵＰ抵抗４１２はスイッチ機能を介さずに直接内部バス４１４に接続される。ＭＣＵ２６はバスＡ２３及びバスＢ２４とのデータ送信、受信並びに各種の制御を行う機能部であり、他ＦＲＵのＭＣＵ２５と同様に、受信機能４０１、送信機能４０２、及び制御機能４０３を持つ。ＳＷＡ４１１及び内部監視部４１３は、それぞれ他のＦＲＵにおけるＳＷＡ３１１及び内部監視部３１４と同様の機能を持つ。
【００３８】
受信機能４０１、送信機能４０２、制御機能４０３、ＳＷＡ４１１、内部監視部４１３、内部バス４１４、受信バッファ１１及び送信バッファ１２の間の接続関係は、図３に示す受信機能３０１、送信機能３０２、制御機能３０３、ＳＷＡ３１１、内部監視部３１４、内部バス３１５、受信バッファ１１及び送信バッファ１２の間の接続関係と同様である。
【実施例１】
【００３９】
次に、本発明の実施例１について説明する。実施例１では、あるＦＲＵの送信バッファ１２が故障し、バスＡ２３上で図５（ｂ）に示すようなＳＤＡ信号の異常が発生した場合の故障切り分け処理の実施例を説明する。
【００４０】
図６は、本発明の実施例１の正常なＦＲＵにおける障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【００４１】
障害が検出される前において、ＳＷＡ３１１は内部バス３１５をバスＡ２３に接続し、ＳＷＢ３１３は内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２を内部バス３１５から分離している。後述する図７〜図９においても同様である。
【００４２】
Ｉ２Ｃバスは信号線を共有するため、正常なＦＲＵでも障害が検出される可能性がある。この場合、内部監視部３１４は、図５（ｂ）に示すように監視用クロック５０によってＳＣＬ信号５１とＳＤＡ信号５３の電位をサンプリングし、ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である時間帯にＳＤＡ信号５３の電位が変動したことによって障害を検出し（ステップ６０１）、制御機能３０３へ通知する（ステップ６０２）。あるいは、内部監視部３１４は、図５（ｃ）に示すように、ＳＣＬ信号５４の電位が所定の間隔より短い間隔で変動したことによって障害を検出してもよい。
【００４３】
制御機能３０３はＳＷＡ３１１へ分離制御を実行し（ステップ６０３）、ＳＷＡ３１１が内部バス３１５をバスＡ２３から分離する。さらに、制御機能３０３はＳＷＢ３１３へ接続制御を実行し（ステップ６０４）、ＳＷＢ３１３が内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２を内部バス３１５と接続する。制御完了後、制御機能３０３は診断実行を送信機能３０２へ通知し（ステップ６０５）、送信機能３０２は診断用パターンをＳＣＬ信号線及びＳＤＡ信号線上に送出する。診断用パターンは、通信を目的としたものではないため、例えば、図５（ｄ）に示すように、ＳＣＬ信号５７及びＳＤＡ信号５６上にＨｉｇｈ電位とＬｏｗ電位を交互に送出するものでよい。
【００４４】
内部監視部３１４は、通常時と同様に診断パターンの監視を行う。図６の例では故障が他ＦＲＵで発生しており、自ＦＲＵは正常である。この場合、ＳＷＡ３１１を分離することで障害要因は排除されるため、診断は正常に終了する。送信機能３０２から診断終了が通知されると（ステップ６０６）、制御機能３０３は、ＳＷＢ３１３を分離制御し（ステップ６０７）、ＳＷＡ３１１を接続制御する（ステップ６０８）ことで、内部バス３１５を再度内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２から分離し、バスＡ２３に接続する。
【００４５】
図７は、本発明の実施例１の故障したＦＲＵにおける障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【００４６】
故障ＦＲＵの内部監視部３１４は、図５（ｂ）に示すように監視用クロック５０によってＳＣＬ信号５１とＳＤＡ信号５３の電位をサンプリングし、ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である時間帯にＳＤＡ信号５３の電位が変動したことによって障害を検出し（ステップ７０１）、制御機能３０３へ通知する（ステップ７０２）。あるいは、内部監視部３１４は、図５（ｃ）に示すように、ＳＣＬ信号５４の電位が所定の間隔より短い間隔で変動したことによって障害を検出してもよい。
【００４７】
制御機能３０３はＳＷＡ３１１へ分離制御を実行し（ステップ７０３）、ＳＷＡ３１１が内部バス３１５をバスＡ２３から分離する。さらに、制御機能３０３はＳＷＢ３１３へ接続制御を実行し（ステップ７０４）、ＳＷＢ３１３が内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗３１２を内部バス３１５と接続する。制御完了後、制御機能３０３は診断実行を送信機能３０２へ通知し（ステップ７０５）、送信機能３０２は診断用パターンをＳＣＬ信号線及びＳＤＡ信号線上に送出する。診断用パターンは、通信を目的としたものではないため、例えば、図５（ｄ）に示すように、ＳＣＬ信号５７及びＳＤＡ信号５６上にＨｉｇｈ電位とＬｏｗ電位を交互に送出するものでよい。
【００４８】
内部監視部３１４は、通常時と同様に診断パターンの監視を行う。図７の例では自ＦＲＵの内部で故障が発生しているため、ＳＷＡ３１１を分離しても障害要因は排除されておらず、診断用パターンの送出中に内部監視部３１４にて再度障害が検出され（ステップ７０６）、診断異常の結果となる（ステップ７０７）。診断パターンの送出が終了し、送信機能３０２から診断終了が通知されると（ステップ７０８）、制御機能３０３は、バスＡ２３と内部バス３１５を分離した状態を維持したまま送信機能３０２へ故障通知する（ステップ７０９）。送信機能３０２は、ＩＦ部（Ａ）３１０への信号送出を停止するとともに、ＩＦ部（Ｂ）３２０を介して、バスマスタ２０へ自身の故障通知を送出する（ステップ７１０）。
【００４９】
上記のように、内部診断によって障害が検出された場合は内部バス３１５がバスＡ２３と分離した状態が維持されるため、他の正常なＦＲＵはバスＡ２３を使用することが可能になる。
【００５０】
図８は、本発明の実施例１の正常なバスマスタ２０における障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【００５１】
Ｉ２Ｃバスは信号線を共有するため、バスマスタ内部は正常でも障害が検出される可能性がある。この場合、内部監視部４１３は、図５（ｂ）に示すように監視用クロック５０によってＳＣＬ信号５１とＳＤＡ信号５３の電位をサンプリングし、ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である時間帯にＳＤＡ信号５３の電位が変動したことによって障害を検出し（ステップ８０１）、制御機能４０３へ通知する（ステップ８０２）。あるいは、内部監視部３１４は、図５（ｃ）に示すように、ＳＣＬ信号５４の電位が所定の間隔より短い間隔で変動したことによって障害を検出してもよい。
【００５２】
制御機能４０３は、ＳＷＡ４１１へ分離制御を実行し（ステップ８０３）、ＳＷＡ４１１が内部バス４１４をバスＡ２３から分離する。制御完了後、制御機能４０３は診断実行を送信機能４０２へ通知し（ステップ８０４）、送信機能４０２は診断用パターンをＳＣＬ信号線及びＳＤＡ信号線上に送出する。診断用パターンは、通信を目的としたものではないため、図５（ｄ）に示すように、ＳＣＬ信号５７及びＳＤＡ信号５６上にＨｉｇｈ電位とＬｏｗ電位を交互に送出するものでよい。
【００５３】
内部監視部４１３は、通常時と同様に診断パターンの監視を行う。図８の例ではバスマスタ２０の外部で故障が発生し、バスマスタ２０自身は正常である。この場合、ＳＷＡ４１１を分離することで障害要因は排除されるため、診断は正常に終了する。送信機能４０２から診断終了が通知されると（ステップ８０５）、制御機能４０３は、ＳＷＡ４１１を接続制御する（ステップ８０６）ことで、内部バス４１４を再度バスＡ２３に接続する。
【００５４】
上記の障害検出動作と診断制御をバスマスタ２０及び全ＦＲＵ内部で自律的かつ並列に実行することで、短時間の障害が間欠的に発生するような故障症状に対しても速やかに故障部位を特定してバスから分離することが可能となる。
【実施例２】
【００５５】
次に、本発明の実施例２について、図面を参照して説明する。以下に説明する相違点を除き、実施例２のシステムの各部は、図１〜図８に示された実施例１の同一の符号を付された各部と同一の機能を有するため、それらの説明は省略する。
【００５６】
実施例２では、バスマスタ２０の送信バッファ１２が故障し、バスＡ２３上で図５（ｂ）に示すようなＳＤＡ信号の異常が発生した場合の故障切り分け処理の実施例を説明する。
【００５７】
実施例２では全ＦＲＵが正常であるが、Ｉ２Ｃバスは信号線を共有するため、全ＦＲＵで障害が検出される。正常なＦＲＵにおける障害検出及び診断は実施例１（図６参照）と同様であるため、説明を省略する。
【００５８】
図９は、本発明の実施例２の故障したバスマスタ２０における障害検出及び診断の例を説明するシーケンス図である。
【００５９】
バスマスタ２０の内部監視部４１３は、図５（ｂ）に示すように監視用クロック５０によってＳＣＬ信号５１とＳＤＡ信号５３の電位をサンプリングし、ＳＣＬ信号５１がＨｉｇｈ電位である時間帯にＳＤＡ信号５３の電位が変動したことによって障害を検出し（ステップ９０１）、制御機能４０３へ通知する（ステップ９０２）。あるいは、内部監視部３１４は、図５（ｃ）に示すように、ＳＣＬ信号５４の電位が所定の間隔より短い間隔で変動したことによって障害を検出してもよい。
【００６０】
制御機能４０３はＳＷＡ４１１へ分離制御を実行し（ステップ９０３）、ＳＷＡ４１１が内部バス４１４をバスＡ２３から分離する。制御完了後、制御機能４０３は診断実行を送信機能４０２へ通知し（ステップ９０４）、送信機能４０２は診断用パターンをＳＣＬ信号線及びＳＤＡ信号線上に送出する。診断用パターンは、通信を目的としたものではないため、図５（ｄ）に示すように、ＳＣＬ信号５７及びＳＤＡ信号５６上にＨｉｇｈ電位とＬｏｗ電位を交互に送出するものでよい。
【００６１】
内部監視部４１３は、通常時と同様に診断パターンの監視を行う。図９の例では、バスマスタ２０自身の内部で故障が発生しているため、ＳＷＡ４１１を分離しても障害要因は排除されておらず、診断用パターンの送出中に内部監視部４１３にて再度障害が検出され（ステップ９０５）、診断異常の結果となる（ステップ９０６）。診断パターンの送出が終了し、送信機能４０２から診断終了が通知されると（ステップ９０７）、制御機能４０３は、バスＡ２３と内部バス４１４を分離した状態を維持したまま、送信機能４０２へ故障通知する（ステップ９０８）。送信機能４０２は、ＩＦ部（Ａ）４１０への信号送出を停止するとともに、ＩＦ部（Ｂ）４２０を介して、他のＦＲＵ２１、２２へ自身の故障を通知する（ステップ９０９、９１０）。
【００６２】
他の正常なＦＲＵ２１、２２等は、バスマスタ２０からバスＡ２３の故障通知を受信後、バスＡ２３へのデータ送出を停止する。
【００６３】
上記の障害検出動作と診断制御をバスマスタ２０及び全ＦＲＵ内部で自律的かつ並列に実行することで、短時間の障害が間欠的に発生するような故障症状に対しても速やかにバスマスタ２０の故障を特定することが可能となる。
【００６４】
なお、この例の場合、バスマスタ２０がバスＡ２３から分離されることによって、全ＦＲＵがバスＡ２３を使用不可となるが、バスマスタ機能を冗長構成としている（すなわちバスマスタとして使用できる他の機器が冗長系としてバスＡ２３及びバスＢ２４に接続されている）場合、バスマスタ２０の故障後に、バスマスタ機能を冗長系に引き渡すことで、他のＦＲＵはバスＡ２３での通信を再開することが可能である。
【００６５】
上記の例ではＦＲＵに障害が発生していないときに各ＦＲＵの内部バスはバスマスタ２０のＰｕｌｌＵＰ抵抗４１２によってＰｕｌｌＵＰされるが、各ＦＲＵの内部バスはバスマスタ２０以外の部位（例えば各ＦＲＵ及びバスマスタ２０が接続される、いわゆるバックプレーンなど）に設置されたＰｕｌｌＵＰ抵抗によってＰｕｌｌＵＰされてもよい。そのような場合、バスマスタ２０のインタフェース部４１０は、ＰｕｌｌＵＰ抵抗４１２と内部バス４１４との接続・分離を行うＳＷＢ（図示省略）を有し、このＳＷＢが、バスマスタ２０の診断の際に、ＦＲＵのＳＷＢ３１３と同様に使用される。
【００６６】
以上のように、本発明の実施形態によれば、Ｉ２ＣバスのクロックであるＳＣＬ信号よりも高速な監視クロックによってＳＣＬ信号とＳＤＡ信号の電位を監視することで障害検出速度を向上すると共に、装置を構成する各機器内部に診断用のＰｕｌｌＵＰ抵抗を具備し、各機器にて障害検出時にはバスから分離して診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗を接続して各機器内部で並列に診断を実行することで迅速な故障部位切り分けを可能とする。故障していない機器を再度バスに接続し、故障が確定した機器はバスから分離した状態を維持することによって、正常な機器間の通信への影響が回避される。さらに、故障が確定した機器が正常なバスからバスマスタへ故障通知メッセージを送信し、修理交換を促すことによって、迅速な修理（保守交換）の実行が可能になる。このように、システム障害からの復旧時間が短縮される結果、故障に対するシステム全体のＲＡＳを向上し、障害時の故障部位調査及び保守交換に要する作業時間（保守コスト）を軽減することができる。
【００６７】
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。例えば、上記の実施形態ではＩ２Ｃバスが使用されるが、本発明は、Ｉ２Ｃバスに限らず、複数の機器が信号線を共有するバスを介して接続する場合に適用することができる。
【００６８】
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６９】
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によってハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによってソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｄｒｉｖｅ）等の記憶デバイス、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。
【００７０】
また、制御線及び情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線及び情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０    Ｉ２Ｃバスの送受信機能部
１１    Ｉ２Ｃバスの信号受信用バッファ
１２    Ｉ２Ｃバスの信号送信用バッファ
２０    バスマスタ
２１    ＦＲＵ
２２    ＦＲＵ
２３    バスＡ
２４    バスＢ
２５    ＦＲＵ内部ＭＣＵ
２６    バスマスタ内部ＭＣＵ
３０１  ＦＲＵの受信機能
３０２  ＦＲＵの送信機能
３０３  ＦＲＵの制御機能
３１０  バスＡとのＩＦ機能部
３１１  分離・接続用スイッチ
３１２  ＦＲＵ内部診断用ＰｕｌｌＵＰ抵抗
３１３  分離・接続用スイッチ
３１４  内部監視部
３１５  ＦＲＵ内部バス
３２０  バスＢとのＩＦ機能部
４０１  バスマスタの受信機能
４０２  バスマスタの送信機能
４０３  バスマスタの制御機能
４１０  バスＡとのＩＦ機能部
４１１  分離・接続用スイッチ
４１２  ＰｕｌｌＵＰ抵抗
４１３  内部監視部
４１４  バスマスタ内部バス
４２０  バスＢとのＩＦ機能部
５０    監視用クロック
５１    正常時のＳＣＬ信号例
５２    正常時のＳＤＡ信号例
５３    異常時のＳＤＡ信号例
５４    異常時のＳＣＬ信号例
５５    ＳＣＬ信号の異常区間を示す
５６    ＳＤＡ信号の診断パターン例
５７    ＳＣＬ信号の診断パターン例
【図１】
2017010202.tif 000003
【図２】
2017010202.tif 000004
【図３】
2017010202.tif 000005
【図４】
2017010202.tif 000006
【図５】
2017010202.tif 000007
【図６】
2017010202.tif 000008
【図７】
2017010202.tif 000009
【図８】
2017010202.tif 000010
【図９】
2017010202.tif 000011