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技術 メモリ故障診断装置、メモリ故障診断方法

出願人 株式会社東芝
発明者 中谷博司大西直哉天木智鮫田芳富登古誠
出願日 2012年9月28日 (8年2ヶ月経過) 出願番号 2012-218788
公開日 2014年4月21日 (6年8ヶ月経過) 公開番号 2014-071770
状態 特許登録済
技術分野 半導体メモリの信頼性技術 記憶装置の信頼性向上技術
主要キーワード 組み合わせ領域 診断サイクル 中止タイミング 診断シーケンス 総組み合わせ テストパ 診断範囲 読み書き対象
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図面 (12)

課題

予め設定される制御周期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリ故障診断が最小時間で行え、診断対象領域のメモリ全ての故障診断時間が最小となるようにしたメモリ故障診断装置、メモリ故障診断方法を提供する。

解決手段

メモリの領域は、診断領域41と、非診断領域42と、を備え、診断領域は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域に分割され、更に、夫々のRow領域は、夫々が重ならない複数のCell領域に分割され、メモリ故障診断方法は、Row領域内の1のCell領域の全ての組み合わせのCell領域間について診断するRow領域内診断ステップと、診断領域内の1組のRow領域の全ての組み合わせのRow領域間について診断するRow領域間診断ステップと、の2階層での診断とし、Row領域サイズは、Row領域内診断時間とRow領域間診断時間とが等しくなるようなサイズとしたことを特徴とする。

概要

背景

例えば、高い安全性を求められるプラントなどの安全計装システムにおいては、システ
ムを制御する制御装置メモリに対する故障診断が要求される。

安全計装システムは、年単位の長期間、再起動無しの連続稼働が求められるので、メモ
リに対する故障診断は、システム起動時だけでなく、稼働中においても行う必要がある

一般に、故障診断の対象となるメモリの故障には、1つのメモリセルリードライト
(Read/Write)エラーの他に、あるメモリセルをRead/Writeしたときに他のメモリセルの
値が変化するカップリングフォルトがある。

このカップリングフォルトの故障診断アルゴリズムには、Walkpath(Walking Bitとも
言う)やGALPATがある。

Walkpathは、診断対象の全メモリ領域に渡って、1ビットまたは複数ビットの着目メモ
セルの値をON/OFFしながら、残りのメモリ領域の値が正しいか否かを試験する方法であ
る。

この方法は全メモリ領域のカップリングフォルトの検出が可能であるが、メモリの書き
込み読み出し(Read/Write)回数がメモリサイズの2乗に比例するため、診断対象のメモ
リ容量が大きくなると故障診断時間が加速度的に増大する問題がある。

この問題に対して、メモリ故障診断に要する処理時間を短縮する手法として、メモリの
故障診断領域を階層的に設定して、メモリアクセス回数を減らす手法がある(例えば、特
許文献1参照)。

概要

予め設定される制御周期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリの故障診断が最小時間で行え、診断対象領域のメモリ全ての故障診断時間が最小となるようにしたメモリ故障診断装置、メモリ故障診断方法を提供する。メモリの領域は、診断領域41と、非診断領域42と、を備え、診断領域は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域に分割され、更に、夫々のRow領域は、夫々が重ならない複数のCell領域に分割され、メモリ故障診断方法は、Row領域内の1のCell領域の全ての組み合わせのCell領域間について診断するRow領域内診断ステップと、診断領域内の1組のRow領域の全ての組み合わせのRow領域間について診断するRow領域間診断ステップと、の2階層での診断とし、Row領域サイズは、Row領域内診断時間とRow領域間診断時間とが等しくなるようなサイズとしたことを特徴とする。

目的

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、予め設定される制御周
期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリの故障診断が最小時間で行え
、診断対象領域のメモリ全ての故障診断時間が最小となるようにしたメモリ故障診断装置
、メモリ故障診断方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

予め設定される制御周期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリ故障診断するメモリ故障診断方法であって、前記メモリの領域は、予め設定される診断対象となる診断領域と、前記アプリケーション及び前記メモリ故障診断で使用しない診断対象以外の非診断領域と、を備え、前記診断領域は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域に分割され、更に、夫々の前記Row領域は、夫々が重ならない複数のCell領域に分割され、前記Cell領域は前記メモリのデータバス幅サイズ、バイトサイズ及びワードサイズ、及び、バイトサイズ及びワードサイズの整数倍のいずれかのサイズで構成し、前記Row領域サイズは、前記Cell領域サイズの整数倍以上で、且つ、前記診断領域の1/2以下で、且つ、前記Row領域内診断時間と前記Row領域間診断時間とが等しくなるようなサイズに設定し、前記メモリ故障診断方法は、前記Row領域内の1組の前記Cell領域の全ての組み合わせについて診断するRow領域内診断ステップと、前記診断領域内の1組の前記Row領域の全ての組み合わせについて診断するRow領域間診断ステップと、を備え、前記Row領域内診断ステップは、前記制御周期でのアプリケーションの実行が終了したタイミングで、予め設定される1組の前記Cell領域のデータを前記非診断領域に待避させるステップと、1組の前記Cell領域について、同じビット位置のパターンが互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当該Cell領域のデータを読み出して、1組の当該Cell領域の値を比較してこの値が期待値であるか否かを判定するステップと、比較の結果が期待値である場合、当該1組Cell領域に前記退避領域退避させたデータを書き戻すステップと、比較の結果が期待値で無い場合、当該1組のCell領域が「故障」と判定するステップと、とから構成され、前記Row領域間診断ステップは、前記制御周期でのアプリケーションの実行が終了したタイミングで、且つ、予め設定される前記Row領域の1組のデータを前記非診断領域に待避させるステップと、1組の前記Row領域について、同じビット位置のパターンが互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当該Row領域のデータを読み出し、1組の当該Row領域の値を比較してこの値が期待値であるか否かを判定するステップと、比較の結果が期待値である場合、当該1組のRow領域に前記退避領域に退避させたデータを書き戻すステップと、比較の結果が期待値で無い場合、当該1組のRow領域が「故障」と判定するステップと、とから構成されることを特徴とするメモリ故障診断方法。

請求項2

前記Row領域のサイズは、予め設定される前記Row領域内診断の許容診断時間から、下記、(数1)で与えられることを特徴とする請求項1に記載のメモリ故障診断方法。

請求項3

前記Row領域のサイズ範囲は、下記(数2)で与えられることを特徴とする請求項1に記載のメモリ故障診断方法。

請求項4

前記Row領域のサイズは、前記メモリの物理アドレスにおける行アドレス幅サイズで設定されることを特徴とする請求項1記載のメモリ故障診断方法。

請求項5

前記Row領域のサイズは、前記メモリの物理アドレスにける各行アドレスについて、列方向には先頭のCell領域の1個分のみを当該Row領域とし、前記Row領域間診断は、行方向のアクセスを(Row領域サイズ/Cell領域サイズ)数分、削減するようにした請求項1に記載のメモリ故障診断方法。

請求項6

前記合間時間は、アプリケーションの実行時間が固定ならば固定値として設定し、当該アプリケーションの実行時間が可変の場合には、アプリケーションが終了する毎に求め、さらに、前記Row 領域内診断時及び前記Row領域間診断時には、前記4種の組み合わせのパターンデータの診断サイクルにおいて、その1つの組み合わせパターンデータでの診断が終了する毎に残りの合間時間を求め、残合間時間が予め定める診断時間以下となった場合には、次の組み合わせでの診断を一次中断してその診断シーケンス番号を記憶し、次の制御周期では、前記アプリケーションが終了した時点で、次の診断シーケンス番号から診断を開始するようにした請求項1に記載のメモリ故障診断方法。

請求項7

予め設定される制御周期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリの故障を診断するメモリ故障診断装置において、前記メモリの領域は、予め設定される診断対象となる診断領域と、前記アプリケーション及び前記メモリ診断で使用しない診断対象以外の非診断領域と、を備え、前記診断領域は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域に分割し、更に、夫々の前記Row領域は、夫々が重ならない複数のCell領域に分割し、前記Cell領域は前記メモリのデータバス幅サイズ、バイトサイズ、ワードサイズ、バイトサイズ及びワードサイズの整数倍のサイズのいずれかのサイズで構成し、前記Row領域サイズは、前記Cell領域サイズの整数倍以上で、且つ、前記診断領域の1/2以下で、且つ、前記Row領域内診断時間と前記Row領域間診断時間とが等しくなるようなサイズに設定し、前記メモリ故障診断装置は、前記Row領域内の1組の前記Cell領域の全ての組み合わせについて診断するRow領域内診断手段と、前記診断領域内の1組の前記Row領域の全ての組み合わせについて診断するRow領域間診断手段と、を備え、前記Row領域内診断手段は、前記制御周期でのアプリケーションの実行が終了したタイミングで、予め設定される1組の前記Cell領域のデータを前記非診断領域に待避させ、初期化した1組の前記Cell領域について、同じビット位置のパターンが互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当該Cell領域のデータを読み出して、1組の当該Cell領域の値を比較してこの値が期待値であるか否かを判定し、比較の結果が期待値である場合、当該1組Cell領域に前記退避領域に退避させたデータを書き戻し、比較の結果が期待値で無い場合、当該1組のCell領域が「故障」と判定し、前記Row領域間診断手段は、前記制御周期でのアプリケーションの実行が終了したタイミングで、且つ、予め設定される前記Row領域の1組のデータを前記非診断領域に待避させ、1組の前記Row領域について、同じビット位置のパターンが互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当該Row領域のデータを読み出し、1組の当該Row領域の値を比較してこの値が期待値であるか否かを判定し、比較の結果が期待値である場合、当該1組のRow領域に前記退避領域に退避させたデータを書き戻し、比較の結果が期待値で無い場合、当該1組のRow領域が「故障」と判定する、ようにしたことを特徴とするメモリ故障診断装置。

請求項8

前記Row領域のサイズは、予め設定される前記Row領域内診断の許容診断時間から、下記、(数3)で与えられることを特徴とする請求項7に記載のメモリ故障診断装置。

請求項9

前記Row領域のサイズ範囲は、下記(数4)で与えられることを特徴とする請求項7に記載のメモリ故障診断装置。

請求項10

前記Row領域のサイズは、前記メモリの物理アドレスにおける行アドレスの幅サイズで設定されることを特徴とする請求項1記載のメモリ故障診断装置。

請求項11

前記Row領域のサイズは、前記メモリの物理アドレスにける各行アドレスについて、列方向には先頭のCell領域の1個分のみを当該Row領域とし、前記Row領域間診断は、行方向のアクセスを(Row領域サイズ/Cell領域サイズ)数分、削減するようにした請求項7に記載のメモリ故障診断装置。

請求項12

前記合間時間は、アプリケーションの実行時間が固定ならば固定値として設定し、当該アプリケーションの実行時間が可変の場合には、アプリケーションが終了する毎に求め、さらに、前記Row 領域内診断時及び前記Row領域間診断時には、前記4種の組み合わせのパターンデータの診断サイクルにおいて、その1つの組み合わせパターンデータでの診断が終了する毎に残りの合間時間を求め、残合間時間が予め定める診断時間以下となった場合には、次の組み合わせでの診断を一次中断してその診断シーケンス番号を記憶し、次の制御周期では、前記アプリケーションが終了した時点で、次の診断シーケンス番号から診断を開始するようにした請求項1に記載のメモリ故障診断方法。

技術分野

0001

本発明の実施形態は、メモリ故障診断装置、メモリ故障診断方法に関する。

背景技術

0002

例えば、高い安全性を求められるプラントなどの安全計装システムにおいては、システ
ムを制御する制御装置メモリに対する故障診断が要求される。

0003

安全計装システムは、年単位の長期間、再起動無しの連続稼働が求められるので、メモ
リに対する故障診断は、システム起動時だけでなく、稼働中においても行う必要がある

0004

一般に、故障診断の対象となるメモリの故障には、1つのメモリセルリードライト
(Read/Write)エラーの他に、あるメモリセルをRead/Writeしたときに他のメモリセルの
値が変化するカップリングフォルトがある。

0005

このカップリングフォルトの故障診断アルゴリズムには、Walkpath(Walking Bitとも
言う)やGALPATがある。

0006

Walkpathは、診断対象の全メモリ領域に渡って、1ビットまたは複数ビットの着目メモ
セルの値をON/OFFしながら、残りのメモリ領域の値が正しいか否かを試験する方法であ
る。

0007

この方法は全メモリ領域のカップリングフォルトの検出が可能であるが、メモリの書き
込み読み出し(Read/Write)回数がメモリサイズの2乗に比例するため、診断対象のメモ
リ容量が大きくなると故障診断時間が加速度的に増大する問題がある。

0008

この問題に対して、メモリ故障診断に要する処理時間を短縮する手法として、メモリの
故障診断領域を階層的に設定して、メモリアクセス回数を減らす手法がある(例えば、特
許文献1参照)。

先行技術

0009

特許第4312818号公報

発明が解決しようとする課題

0010

上述した特許文献1の方法の場合には、メモリ故障診断中に、診断対象領域以外のメモ
リに対する書き込みを禁止する排他処理を行う必要があるメモリ領域が広いため、排他
理時間が長くなる問題がある。

0011

即ち、このメモリ診断は、Walkpathによる診断手法で、1つのメモリセルに書き込み、
残りの全領域への影響を確認する手法を取っている。このため、残りの全領域への影響を
確認する処理が終了するまでは、当該領域への書き込みアクセスを禁止する排他処理が必
要となる。

0012

しかし、例えば、安全計装システムでは、制御周期内でアプリケーション処理を実行後
の合間時間を使用してメモリの故障診断をする必要があるため、診断対象領域のメモリサ
イズが大きい場合、このメモリ診断のためのアクセス禁止時間が合間時間より長くなり、
制御周期の複数サイクルに渡って、診断対象領域に対する書き込みを禁止する恐れが出て
くる。

0013

そのため、アプリケーション処理に関する命令及びデータを、予め定めるメモリの退避
領域にコピーし、アプリケーション処理は、退避領域を使用して実行するようにしている

0014

さらに、メモリ退避領域へのコピーにも時間を要するため、コピーの間は制御を中断
るなど、アプリケーション処理の動作を阻害する問題がある。

0015

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、予め設定される制御周
期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリの故障診断が最小時間で行え
、診断対象領域のメモリ全ての故障診断時間が最小となるようにしたメモリ故障診断装置
、メモリ故障診断方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0016

上記目的を達成するために、本実施形態のメモリ故障診断方法は、予め設定される制御
周期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリの故障を診断するメモリ故
診断方法であって、前記メモリの領域は、予め設定される診断対象となる診断領域と、
前記アプリケーション及び前記メモリ故障診断で使用しない診断対象以外の非診断領域と
、を備え、前記診断領域は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域に分割され、更に、
夫々の前記Row領域は、夫々が重ならない複数のCell領域に分割され、前記Cell領域は前
記メモリのデータバス幅サイズ、バイトサイズ及びワードサイズ、及び、バイトサイズ及
びワードサイズの整数倍のいずれかのサイズで構成し、前記Row領域サイズは、前記Cell
領域サイズの整数倍以上で、且つ、前記診断領域の1/2以下で、且つ、前記Row領域内
診断時間と前記Row領域間診断時間とが等しくなるようなサイズに設定し、前記メモリ故
障診断方法は、前記Row領域内の1組の前記Cell領域の全ての組み合わせについて診断す
るRow領域内診断ステップと、前記診断領域内の1組の前記Row領域の全ての組み合わせに
ついて診断するRow領域間診断ステップと、を備え、前記Row領域内診断ステップは、前記
制御周期でのアプリケーションの実行が終了したタイミングで、予め設定される1組の前
記Cell領域のデータを前記非診断領域に待避させるステップと、1組の前記Cell領域につ
いて、同じビット位置のパターンが互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで
生成し、書き込む毎に当該Cell領域のデータを読み出して、1組の当該Cell領域の値を比
較してこの値が期待値であるか否かを判定するステップと、比較の結果が期待値である場
合、当該1組Cell領域に前記退避領域に退避させたデータを書き戻すステップと、比較の
結果が期待値で無い場合、当該1組のCell領域が「故障」と判定するステップと、とから
構成され、前記Row領域間診断ステップは、前記制御周期でのアプリケーションの実行が
終了したタイミングで、且つ、予め設定される前記Row領域の1組のデータを前記非診断
領域に待避させるステップと、1組の前記Row領域について、同じビット位置のパターン
が互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当該Row領
域のデータを読み出し、1組の当該Row領域の値を比較してこの値が期待値であるか否か
を判定するステップと、比較の結果が期待値である場合、当該1組のRow領域に前記退避
領域に退避させたデータを書き戻すステップと、比較の結果が期待値で無い場合、当該1
組のRow領域が「故障」と判定するステップと、とから構成されることを特徴とする。

0017

上記目的を達成するために、本実施形態のメモリ故障診断装置は、予め設定される制御
周期内のアプリケーション実行後の合間時間を使用してメモリの故障を診断するメモリ故
診断装置において、前記メモリの領域は、予め設定される診断対象となる診断領域と、
前記アプリケーション及び前記メモリ診断で使用しない診断対象以外の非診断領域と、を
備え、前記診断領域は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域に分割し、更に、夫々の
前記Row領域は、夫々が重ならない複数のCell領域に分割し、前記Cell領域は前記メモリ
のデータバス幅サイズ、バイトサイズ、ワードサイズ、バイトサイズ及びワードサイズの
整数倍のサイズのいずれかのサイズで構成し、前記Row領域サイズは、前記Cell領域サイ
ズの整数倍以上で、且つ、前記診断領域の1/2以下で、且つ、前記Row領域内診断時間
と前記Row領域間診断時間とが等しくなるようなサイズに設定し、前記メモリ故障診断装
置は、前記Row領域内の1組の前記Cell領域の全ての組み合わせについて診断するRow領域
内診断手段と、前記診断領域内の1組の前記Row領域の全ての組み合わせについて診断す
るRow領域間診断手段と、を備え、前記Row領域内診断手段は、前記制御周期でのアプリケ
ションの実行が終了したタイミングで、予め設定される1組の前記Cell領域のデータを
前記非診断領域に待避させ、初期化した1組の前記Cell領域について、同じビット位置の
パターンが互いに反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当
該Cell領域のデータを読み出して、1組の当該Cell領域の値を比較してこの値が期待値で
あるか否かを判定し、比較の結果が期待値である場合、当該1組Cell領域に前記退避領域
に退避させたデータを書き戻し、比較の結果が期待値で無い場合、当該1組のCell領域が
「故障」と判定し、前記Row領域間診断手段は、前記制御周期でのアプリケーションの実
行が終了したタイミングで、且つ、予め設定される前記Row領域の1組のデータを前記非
診断領域に待避させ、1組の前記Row領域について、同じビット位置のパターンが互いに
反転の関係となる組み合わせ4種を書き込んで生成し、書き込む毎に当該Row領域のデー
タを読み出し、1組の当該Row領域の値を比較してこの値が期待値であるか否かを判定し
、比較の結果が期待値である場合、当該1組のRow領域に前記退避領域に退避させたデー
タを書き戻し、比較の結果が期待値で無い場合、当該1組のRow領域が「故障」と判定す
る、ようにしたことを特徴とする。

図面の簡単な説明

0018

第1の実施形態の制御装置のブロック図。
第1の実施形態の制御装置のその他構成のブロック図。
アプリケーション処理とメモリ診断処理タイミングチャート
アプリケーション処理とメモリ診断処理のフローチャート
メモリの構成図の例
第1の実施形態のRow領域内診断領域の設定とその動作を説明する図。
第1の実施形態のRow領域間診断領域の設定とその動作を説明する図。
第1の実施形態のメモリ診断動作を説明する図。
第1の実施形態のメモリ診断の中断処理動作を説明する図。
テストパターンの例を説明する図。
第2の実施形態のRow領域間診断領域の設定とその動作を説明する図。

実施例

0019

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態のメモリ故障
断装置は、アプリケーションを実行するCPUと、CPUが実行するプログラムやデータ
を記憶するメモリを備えているものであれば良く、アプリケーションが実行する制御対象
はいずれでも良い。

0020

(第1の実施形態)
図1図10を参照して、第1の実施形態について説明する。図1及び図2は、第1の
実施形態を説明するブロック構成図である。メモリ故障診断装置10は、CPU20と、
メモリ40と、を備え、CPU20とメモリ40とは、CPU外部バス50で接続されて
いる。

0021

CPU20は、アプリケーションを実行するアプリケーションソフトウェア(以後、ア
プリケーションと言う)、及びメモリ40の故障を診断するメモリ故障診断ソフトウェア
(以後、メモリ故障診断と言う)を備えるソフトウェアを記憶するメモリ21を備える。

0022

また、メモリ40は、予め設定されるメモリ故障の診断対象となる診断領域41と診断
対象の対象とならない、診断対象領域41の故障診断のための一時退避記憶領域となる非
診断領域42とを備える。

0023

メモリ故障診断装置10は、図示しないCPUコア内部メモリを備え、CPUコアと
内部メモリとがCPU内部バスで接続される構成でも良い。

0024

また、メモリ故障診断装置10は、図1のようにCPU20とメモリ40とがCPU外
バス50で直接接続された構成でも良いし、図2のようにCPU20とメモリ40とが
メモリインタフェース部30を介して接続される構成でも良い。

0025

また、図2の構成のCPU20は、ソフトウェア21を備える構成に替えて、FPGA
(Field-Programmable Gate Array)で構成され、アプリケーションとメモリ故障診断と
をFPGAで実行するする構成であっても良い。

0026

また、メモリ40の内部は、診断領域41と非診断領域42に分割されるが、両領域は
同一の物理メモリ上に配置されても、または、診断領域41と非診断領域42が別の物理
メモリで構成されていても構わない。

0027

次に、このメモリ故障診断装置10の動作の概要について、図3及び図4を参照して説
明する。図3は、CPU20が実行する予め定められる制御周期Tiと、制御周期Ti内で
実行されるアプリケーション処理時間taiと、メモリ故障診断が可能な合間時間tdiの
実行タイミングを示す。

0028

合間時間tdiは、アプリケーション処理taiのばらつきを考慮して、予めメモリ故障診断
使用可能な許容診断時間Tavが定められる。

0029

また、詳細を後述するメモリ故障診断の対象となるメモリ40は、予め設定される診断
対象となる診断領域41と、メモリ故障診断で使用しない診断対象以外の非診断領域42
と、を備える。

0030

そして、図4に示すように、CPU20は、アプリケーション処理s1と、メモリ故障
診断処理s2〜s4とを繰り返し実行する。メモリ故障診断処理は、診断領域41のある
領域を非診断領域に一時退避させるData Store(s2)、当該領域について予め定めるパ
ターンデータ書き込み読み出して期待値のデータであるか否かをチェックするRead/Write
check(s3)、及び一時退避させたある診断領域のデータを書き戻すData restore(s
4)とから成る。

0031

そして、このメモリ故障診断処理は複数回の制御周期Tiに跨って繰り返し実行される

0032

次に、メモリ40の構成について図5を参照して説明する。メモリ40は、データの書
き込み読み出しが可能な揮発性メモリで、ランダムアクセスメモリ(RAM)で構成される
が、1つのトランジスタで構成されリフレッシュチャージが必要なDynamic RAM(DRAM
や、数個のトランジスタで構成される高速アクセスが可能なStatic RAM(SRAM)が使用さ
れる。

0033

これに対して、CPU20に備えるソフトウェア21を記憶するメモリとしては、不揮
発性のRead Only Memory(ROM)が使用される。

0034

一般的なRAMの構成は、図5に示すように、CPU20のアドレスバス501に接続さ
れるアドレスレジスタ401、メモリアレイ404の各メモリセル404iのロウアド
ス(Row address)、コラムアドレス(Column address)に対して、1つのメモリセル4
04iに対するアクセスを指定するロウデコーダ(Row Decoder)402とコラムデコー
ダ(Column decoder)403とを備える。

0035

各ロウ(Row)はワード線、各コラム(Column)はビット線と呼ばれ、メモリセルは、
ワード線とビット線の交点の1つをアドレスと考え、夫々の物理アドレス論理アドレス
とを対応することにより、ロウデコーダ402、コラムデコーダ403で指定されたアド
レスにアクセスすることが出来る。

0036

メモリ40の故障は、これらの構成各部の故障が含まれるが、メモリセル404iの故
障には、アドレス線データ線が接近して配置されること、及び多数のメモリセルが接近
して配置されるために発生するカップリングフォルト(Coupling fault)の他に、縮退
障及びパターン依存故障と呼ばれる故障も含まれる。

0037

このようなカップリングフォルトを含むメモリ40故障は、あるメモリセルの内容によ
って、あるいは、あるメモリセルの内容が変化することによって、別のメモリセルの内容
が変化するので、GALPATと称する診断アルゴリズムを適用することで診断が可能である。

0038

即ち、診断対象とする1組の一方のメモリセルに0(または1)を書き込んだ後、他方
の同じビットデータの位置のメモリセルの内容を0→1(または1→0)に変化させ、そ
の後一方の内容を読み出し、1組のメモリセルの値を期待値と比較することで診断する。

0039

次に、このようなGALPATによる診断アルゴリズムに基づく、メモリ40の診断領域41
設定方法について、図6図7を参照して説明する。図6図7は、診断領域41がn
行k列のメモリアレイを図示している。

0040

診断領域41は、夫々の領域が重ならない複数のRow領域41−iに分割され、更に、
夫々のRow領域41−iは、夫々が重ならない複数のCell領域41−ijに分割される。

0041

また、Cell領域41−ijは、メモリのデータバス幅サイズ、バイトサイズ及びワード
サイズ、及び、バイトサイズ及びワードサイズの整数倍のサイズのいずれかのサイズで構
成される。即ち、Cell領域41−ijは、複数ビットのメモリセルで構成される。

0042

また、Row領域41−iのサイズは、Cell領域41−ijのサイズの整数倍以上で、且
つ、診断領域41の1/2以下のサイズ範囲で設定される。

0043

本実施形態のメモリ故障診断方法は、Row領域41−i内の1組のCell領域41の組み
合わせ全てについて診断するRow領域内診断と、診断領域41内の1組のRow領域41の組
み合わせ全てについて診断するRow領域間診断と、の2階層の診断で構成される。

0044

図6には、1組のCell領域41として、例えば、その一組としてCell領域41−13と
Cell領域41−1kとを図示し、図7には、その一組として、Row領域41−1とRow領域
41−n−1とを図示している。

0045

次に、Row領域内診断について説明する。Row領域内診断では、1組のCell領域に対して
予め定めるテストパターンを書き込み読み出しして1組の値が期待値であるか否かを比較
して判定する。

0046

テストパターンは、図10に示すように、1組の領域の対応する位置のビットデータに
ついて、そのパターンが互いに反転の関係にあればどんな組み合わせでもかまわない。例
えば、図10(b)に示すように、Cell領域iの4ビットのテストパターンがオール0で
、反転テストパターンがオール1の組み合わせや、図10(c)に示すように、テストパ
ターンが55hで、このパターンの反転テストパターンがAAhの組み合わせなどの4種の組み
合わせが用いられる。

0047

Row領域内診断では、1つのRow領域内で取り得る全ての1組のCell領域の組み合わせに
対して、メモリ故障診断処理が実施される。この診断により、各Cell領域単位でのメモリ
故障に加え、1つのRow領域内におけるCell領域単位でのカップリングフォルトを含むメ
モリ故障の全パターンが検出可能である。

0048

また、Row領域内診断は、診断領域41の全てのRow領域41−iに対して、それぞれ実
施される。これにより、診断領域41中のメモリセル404i全てについて、メモリ故障
が検出でき、また各Rowの領域内におけるCell領域41−ij単位でのカップリングフォ
ルトを含むメモリ故障の全パターンが検出可能である。

0049

次に、Row領域間診断について説明する。Row領域間診断では、1組のRow領域に対して
予め定めるテストパターンを書き込み読み出しして1組の値が期待値であるか否かを比較
して判定する。

0050

テストパターンは、Row領域内診断と同様に、図10(b)、または(c)に示すよう
に、1組の領域の対応する位置のビットデータについて、そのパターンが互いに反転の関
係にあればどんな組み合わせでもかまわない。例えば、図10(b)に示すように、Cell
領域iの4ビットのテストパターンがオール0で、反転テストパターンがオール1の組み
合わせや、図10(c)に示すように、テストパターンが55hで、このパターンの反転テ
ストパターンがAAhの組み合わせなどの4種の組み合わせが用いられる。

0051

Row領域間診断では、1つの診断領域内41で取り得る全ての1組のRow領域の組み合わ
せに対して、メモリ故障診断処理が実施される。この診断により、各Row領域単位でのメ
モリ故障に加え、診断領域41内におけるRow領域単位でのカップリングフォルトを含む
メモリ故障の全パターンが検出可能である。

0052

また、Row領域間診断は、診断領域41の全てのRow領域41−iに対して、それぞれ実
施される。これにより、診断領域41中の全メモリセル404iについて、メモリ故障が
検出でき、また、診断領域41内におけるRow領域41−i単位でのカップリングフォル
トを含むメモリ故障の全パターンが検出可能である。

0053

次に、このRow領域内診断とRow領域間診断の診断処理動作について図8を参照して説明
する。図8は、テストパターンの4種の組み合わせの内、図10(a)に示すように、そ
の領域をA、B,C,・・・と記述し、その領域の状態を代表する1ビットをテストパタ
ーンとして記述して説明したものである。

0054

図8において、先ず、1組のCell領域A、Cell領域Bが指定されると、この領域のデータ
が、非診断領域42に退避処理される(Data Store)。

0055

次に、1組のCell領域A、Cell領域B に0を書き込む(W0)。そして、次に、Cell領域
Aのみを(0→)1を書き込み(W1)、書き込んだ結果について、夫々の領域のデータを
読み出し(Cell領域A −R1、Cell領域B R0)、読み出した1組の領域の値を求め期待値
と比較して、読み出した値が正しいか否かを判定する。不一致の場合、この組み合わせの
領域は「故障」と判定される。一致した場合には、次のデータの書き込みに移る。

0056

次のデータは、Cell領域Bに(0→)1を書き込む(W1)。そして、1組のCell領域の
データを読み出し(Cell領域A −R1、Cell領域B R1)、読み出した1組の領域の値を求
め期待値と比較して、読み出した値が正しいか否かを判定する。不一致の場合、この組み
合わせの領域は「故障」と判定される。一致した場合には、次のデータの書き込みに移る

0057

次のデータは、Cell領域Aに(1→)0を書き込む(W0)。そして、1組のCell領域の
データを読み出し(Cell領域A −R0、Cell領域B R1)、読み出した1組の領域の値を求
め期待値と比較して、読み出した値が正しいか否かを判定する。不一致の場合、この組み
合わせの領域は「故障」と判定される。一致した場合には、次のデータの書き込みに移る

0058

次のデータは、Cell領域Bに(1→)0を書き込む(W0)。そして、1組のCell領域の
データを読み出し(Cell領域A −R0、Cell領域B R0)、読み出した1組の領域の値を求
め期待値と比較して、読み出した値が正しいか否かを判定する。不一致の場合、この組み
合わせの領域は「故障」と判定される。一致した場合には、1組のCell領域A、Cell領域B
に退避領域に記憶したデータを書き戻す(Data Restore)。

0059

以上説明したように、2つの領域間の1つの診断サイクルでは、Date Store処理、4種
テストデータの組み合わせに対するRead/Write check処理、Date Restore処理の3種の
処理が実行され、以後同様にして、最後の組み合わせ領域までこの診断サイクルが実行さ
れる。

0060

Row領域間診断は、Row領域内診断と領域サイズが異なる以外は、動作は同様であるので
その詳細を省略する。また、Row領域間診断とRow領域内診断とは、診断の順番、組み合わ
せはいずれでも良い。

0061

本実施形態では、1つの診断サイクルで非診断領域42に退避させる領域は、1組のCe
ll領域、または、1組のRow領域に限定しているので、図4に記載したメモリ故障診断処
理(Data StoreからDate Restoreまで1つの診断サイクル)を1制御周期Ti内に収めるこ
とが可能となる。

0062

また、アプリケーションの実行時間が固定の場合は、合間時間tdiは、固定値として設
定することが出来るが、合間時間tdiが可変で、1制御周期Ti内に収まらないことが想定
される場合には、合間時間tdiは、アプリケーションが終了するごとに求める。

0063

さらに、Row 領域内診断及びRow領域間診断時には、診断サイクルで1つの組み合わせ
パターン(データ)での診断が終了する毎に残合間時間を求め、残合間時間が予め定める
診断時間以下となった場合には、次の組み合わせでの診断を一次中断してその診断シーケ
ンス番号を記憶し、次の制御周期Tiでは、アプリケーションが終了した時点で、次の診断
シーケンス番号から診断を開始するようにすることも可能である。

0064

この場合の診断の中止タイミングは、図9の矢印に示すRestore&Store enableに示す
、診断サイクルの3箇所の読み出しタイミングで可能である。即ち、WriteしたデータをR
eadし、期待値との比較処理を終了した後、メモリ故障診断処理を中断し、一次退避させ
たこの領域のデータを非診断領域42からRestoreしてアプリケーションを再開する。

0065

そしてアプリケーション終了後の次の制御周期Tiでの合間時間tdiにおいて、中断後の
診断シーケンス番号からデータをWriteして、診断サイクルを開始する。

0066

また、本実施形態では、メモリ故障診断処理中はアプリケーション処理は一切動作しな
いため、診断領域41側でアプリケーション処理を実行する必要がない。

0067

次に、メモリ故障診断装置10としての診断時間を最小とするためのRow領域41−i
サイズは、Cell領域41−ijサイズの設定方法について説明する。

0068

単に、アプリケーション処理に要するプログラム、及びデータを全て非診断領域にコピ
ーして、非診断領域でアプリケーションを実行する仕組みでは、メモリ故障診断の1つの
診断サイクルに関わるメモリ領域を小さくすることが可能だが、代償としてメモリ診断の
組み合わせ数が膨大になる欠点がある。

0069

この欠点を防ぐために本実施形態では、診断領域41をRow領域とCell領域の2階層に
分割した診断処理としている。

0070

本実施形態では、Row領域のサイズ範囲は、Cell領域のサイズの整数倍で、その範囲は
、Cell領域サイズ×2≦Row領域サイズ≦診断領域サイズ×1/2と定められるが、1組のCel
l領域の組み合わせ数は、Row領域サイズの2乗に比例する。

0071

このため、Row領域のサイズが大きくなると、Cell領域の組み合わせ数が増大し、Row領
域内診断の処理時間が増大し、制御周期内の合間時間内にData StoreとData Restoreの処
理を終了させる事が難しくなる。

0072

一方、Row領域間診断の1組のRow領域の組み合わせ数は、Row領域サイズの2乗に反比
例関係にあるので、Row領域サイズを小さくするほど、診断領域41内でのRow領域数が増
える事により、Row領域間診断の組み合わせ数が急増し、Row領域間診断の総処理時間が拡
大する関係にある。

0073

以下、メモリ故障診断時間を最小とするための、Row領域間診断時間、Row領域内診断時
間と、診断領域サイズ、Row領域サイズ、Cell領域サイズの関係を求める。

0074

Row領域間診断時間TBrowは、図8を参照して、下記式で求められる。
TBrow =(A)・(B)・(C)・(D)
ここで、(A)、(B)、(C)、(D)下記で定義される値で、
(A)・・・図8のRow領域間1診断サイクル(Data Store〜Data Restore)当たりのRead
/Write回数、
(B)・・・1組のRow領域間の総組み合わせ数、
(C)・・・1つのRow領域でのメモリアクセス回数、
(D)・・・1回のメモリアクセス時間=1/クロック数
ここで、(B)は、m=診断領域サイズ/Row領域サイズとすると、
(B)=m・(m−1)/2となる。

0075

また、(C)は、(C)=(Row領域サイズ/Cell領域サイズ)・Cell領域当たりのアク
セスサイクル数、で示される。

0076

ここで、mが十分大きな値の場合には、m2/2と近似できるので、Row領域間診断時
間Trowは、下記(数1)で求められる。

0077

同様に、Row領域内診断時間TIrowは、下記式で求められる。
TIrow =(A)・(B)・(C)・(D)・(E)
ここで、(A)、(B)、(C)、(D),(E)下記で定義される値で、
(A)・・・図8のRow領域内1診断サイクル(Data Store〜Data Restore)当たりのRead
/Write回数、
(B)・・・1組のCell領域の総組み合わせ数、
(C)・・・1つのCell領域でのメモリアクセス回数
(D)・・・1回のメモリアクセス時間=1/クロック数、
(E)・・・診断領域中のRow領域数
ここで、(B)は、n=Row領域サイズ/Cell領域サイズとすると、
(B)=n・(n−1)/2、となる。

0078

また、(C)は、(C)=(Row領域サイズ/Cell領域サイズ)・Cell領域当たりのアク
セスサイクル数、で示される。

0079

ここで、nが十分大きな値の場合には、n2/2と近似できるので、
Row領域内診断時間TIrowは、下記(数2)で求められる。

0080

ここで、Row領域内診断時間TIrow(総所要時間)を、メモリ故障診断処理に費やす事の
出来る許容診断時間Tavの目安とする場合、Row領域サイズ、Cell領域サイズ、診断領域サ
イズ、許容診断時間の間には、下記(数式3)の関係が成り立つ。

0081

即ち、Row領域サイズが、(数3)を満たす事で、Row領域内診断時間TIrowは、許容診
断時間Tavを下回る事が出来る。

0082

尚、本実施形態のように診断領域を階層化しないで、Row領域内診断のみで全診断領域
のメモリ故障診断をする手法の場合には、診断時間は、下記(数4)の様になる。

0083

したがって、(数1)、(数2)と、(数4)とを比較すると、従来のメモリ故障診断
手法では、Row領域間診断時間TBrowの(Row領域サイズ/Cell領域サイズ)倍、また、Row
領域内診断時間TIrowの(診断領域サイズ/Row領域サイズ)倍の処理時間がかかる事が分
かる。

0084

一方、本実施形態のメモリ診断時間は、Row領域間診断時間TBrowとRow領域内診断時間T
Irowとのの合計時間となる。(数1)、(数2)に示す通り、Row領域間診断時間TBrowは
Row領域サイズと反比例関係にあり、Row領域内診断時間TIrowは、Row領域サイズと比例関
係にある。このため、メモリ診断時間が最小となるのは、Row領域間診断時間TBrow=Row
領域内診断時間TIrowとなる場合である。

0085

この関係を満たすRow領域サイズは、(数1)、(数2)から、下記、(数5)のが求
められる。

0086

一般に、メモリサイズは2の倍数により表現されるので、(数5)が2の倍数にならな
い場合、(数5)の値に最も近い、Row領域の取り得る最善の値は、(数5)のRow領域サ
イズの1/2倍から2倍の間に、必ず存在する。

0087

したがって、本実施形態のメモリ診断時間を最小とするRow領域サイズは、一般に、下
記(数6)で表現される。

0088

また、Row領域サイズの決定法として、(数式3)や(数式6)式の手法でなく、メモ
リの物理的(ハードウェア)構成に従った構成とする事も可能である。

0089

具体的には、Row領域のサイズを、図5に示したような、物理メモリにおける行アドレ
スで区別されるメモリサイズと一致させる構成が可能である。

0090

DRAM内部では、図5に示したようにメモリセルは、行(Row)・列(Column)の格子
に配列されている。DRAMの外部回路がメモリ空間を読み書きする際には、読み書き対象
アドレスで指定する。アドレス情報はDRAM内部で行アドレス列アドレスに分割される。
アドレス領域におけるDRAMのカップリングフォルトは、その構造上、行アドレス同士、列
アドレス同士の方がより発生し易い特性を持つ。

0091

このため、例えば、図5の列(Column)アドレスが0ビット〜7ビット目で表現され、行
アドレスが8ビット〜18ビット目で表現されるメモリ素子においては、Row領域サイズを25
6バイト(=28)とする事で、Row領域内診断を列アドレスの組み合わせ操作で行い、Row
領域間診断を行アドレスの組み合わせ操作で行う事が出来る。

0092

したがって、本実施形態に拠れば、メモリ故障診断装置において、診断領域をRow領域
とCell領域に分割し、Row領域内診断とRow領域間診断との2階層でメモリ故障診断を行う
事で、メモリ故障診断の1サイクルを定周期アプリケーション処理の制御周期内の合間時
間に収める事が出来る。

0093

また、退避領域でのアプリケーション処理の実行が不要になりアプリケーション処理が
容易となるとともに、1組の診断領域を退避領域へコピーする時間も合間時間に収まるよ
うにすることが出来るので、アプリケーション処理の実行を阻害しないメモリ故障診断装
置を提供することが出来る。

0094

(第2の実施形態)
次に、本発明に係るメモリ故障検出装置の第2の実施形態について図11を参照して説
明する。第2の実施形態の各部について第1の実施形態と同一の部分は同じ符号を付し、
その説明を省略する。

0095

第2の実施形態が第1の実施形態と異なる点は、Row領域のサイズは、第1の実施形態
では、メモリの列方向には列幅全体を領域としていたが、第2の実施形態では、メモリの
物理アドレスにおける各行アドレスについて、列方向には先頭のCell領域の1個分のみを
領域とし、Row領域間診断は、行方向のアクセスをRow領域サイズ/Cell領域サイズ数分
、削減するようにしたことにある。

0096

本実施例では、Row領域間診断におけるRead/Write診断の診断範囲縮小する。しかし
、診断領域41の診断は、Row領域内診断において実施されるため、メモリの特定アドレ
スに対する故障は、第1の実施形態と同様に検出可能である。

0097

また、Row領域内診断において診断されないRow領域間を跨るカップリングフォルトにつ
いては、例えば、故障発生源がアドレス線である場合には、Row領域間診断によりRow領域
を跨ったCell領域同士で、Read/Write診断を行っているので、アドレス領域でのカップ
リングフォルトを検出する事が可能である。

0098

以上説明したように、本実施形態によれば、予め設定される制御周期内のアプリケーシ
ョン実行後の合間時間を使用してメモリの故障診断が最小時間で行え、診断対象領域のメ
モリ全ての故障診断時間が最小となるようにしたメモリ故障診断装置、メモリ故障診断方
法を提供することを目的とする。

0099

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる

0100

10制御装置
20 CPU
21プログラムメモリメモリ
アプリケーションプログラム
診断プログラム
30メモリインタフェース部
40データメモリ
41診断領域
42 非診断領域
50外部バス
401アドレスレジスタ
402 Row Decoder
403 Column Decoder
404メモリアレイ
404iメモリセル
501 アドレスバス

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