特開 2024-172798 半導体集積回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024172798

(43)【公開日】2024-12-12

(54)【発明の名称】半導体集積回路

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/28 20060101AFI20241205BHJP

   G06F 11/22 20060101ALI20241205BHJP

   H01L 21/822 20060101ALI20241205BHJP

【ＦＩ】

G01R31/28 V

G06F11/22 673F

H01L27/04 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023090769

(22)【出願日】2023-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001933

【氏名又は名称】弁理士法人 佐野特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒土 勇二

【テーマコード（参考）】

2G132

5B048

5F038

【Ｆターム（参考）】

2G132AA01

2G132AB02

2G132AC03

2G132AD06

2G132AK13

2G132AL11

5B048AA05

5B048CC02

5F038DT08

5F038EZ20

(57)【要約】

【課題】故障検出率を高くしつつ、回路規模の増大を抑制することが可能となる半導体集積回路を提供する。
【解決手段】半導体集積回路（１０１）は、バスコントローラ（１Ａ）を有するＣＰＵ（１）と、前記バスコントローラから出力されるデータ出力を保持するように構成されるデータ保持回路（４）と、前記データ保持回路に保持された期待値データと、前記バスコントローラまたは周辺回路（２）から出力される比較対象データと、を比較するように構成される比較回路（５Ａ）と、前記周辺回路から入力される入力データと、前記比較部から出力される比較結果と、のうち１つを選択して前記バスコントローラに入力させるように構成される選択回路（６）と、を備え、前記ＣＰＵは、ソフトウェアを実行することで故障検出を行うように構成される。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バスコントローラを有するＣＰＵと、
前記バスコントローラから出力されるデータ出力を保持するように構成されるデータ保持回路と、
前記データ保持回路に保持された期待値データと、前記バスコントローラまたは周辺回路から出力される比較対象データと、を比較するように構成される比較回路と、
前記周辺回路から入力される入力データと、前記比較部から出力される比較結果と、のうち１つを選択して前記バスコントローラに入力させるように構成される選択回路と、
を備え、
前記ＣＰＵは、ソフトウェアを実行することで故障検出を行うように構成される、半導体集積回路。

【請求項2】

前記比較回路は、アドレスを示す前記期待値データと、前記バスコントローラから出力されるアドレス出力としての前記比較対象データと、を比較する、請求項１に記載の半導体集積回路。

【請求項3】

前記データ保持回路の個数をＮとして、前記データ出力のビット数×Ｎ≧前記アドレス出力のビット数であり、Ｎは２以上の整数である、請求項２に記載の半導体集積回路。

【請求項4】

前記バスコントローラは、読み出し／書き込みを指定する制御出力を出力するように構成され、
前記比較回路は、アドレスおよび前記制御出力を示す前記期待値データと、前記バスコントローラから出力されるアドレス出力および前記制御出力としての前記比較対象データと、を比較する、請求項１に記載の半導体集積回路。

【請求項5】

前記データ保持回路の個数をＮとして、前記データ出力のビット数×Ｎ≧前記アドレス出力のビット数＋前記制御出力のビット数である、請求項４に記載の半導体集積回路。

【請求項6】

前記比較回路は、書き込み対象データとしての前記期待値データと、前記周辺回路から読み出したデータとしての前記比較対象データと、を比較する、請求項１に記載の半導体集積回路。

【請求項7】

前記選択回路は、前記入力データおよび前記比較結果に加え、前記データ保持回路により保持された制御データのうち１つを選択して前記バスコントローラに入力させる、請求項１に記載の半導体集積回路。

【請求項8】

車載用ＩＣである、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の半導体集積回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、半導体集積回路に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、半導体集積回路には、故障検出機能を有するものがある（例えば特許文献１）。例えば、車載用の機能安全規格であるＩＳＯ２６２６２では、半導体集積回路において故障が発生した場合に、一定の時間以内かつ一定の確率以上で故障を検出することが必要とされる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－５０９２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記のような半導体集積回路においては、故障検出率を高くしつつ、回路規模の増大を抑制することが要望されている。

【0005】

上記状況に鑑み、本開示は、故障検出率を高くしつつ、回路規模の増大を抑制することが可能となる半導体集積回路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】

【0006】

例えば、本開示の一態様に係る半導体集積回路は、
バスコントローラを有するＣＰＵと、
前記バスコントローラから出力されるデータ出力を保持するように構成されるデータ保持回路と、
前記データ保持回路に保持された期待値データと、前記バスコントローラまたは周辺回路から出力される比較対象データと、を比較するように構成される比較回路と、
前記周辺回路から入力される入力データと、前記比較部から出力される比較結果と、のうち１つを選択して前記バスコントローラに入力させるように構成される選択回路と、
を備え、
前記ＣＰＵは、ソフトウェアを実行することで故障検出を行うように構成される。

【発明の効果】

【0007】

本開示の例示的な半導体集積回路によれば、故障検出率を高くしつつ、回路規模の増大を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、比較例に係る半導体集積回路の構成を示す図である。

【図2】図２は、第１実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す図である。

【図3】図３は、第２実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す図である。

【図4】図４は、第３実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す図である。

【図5】図５は、第４実施形態に係る半導体集積回路の構成を示す図である。

【図6】図６は、本開示に係る半導体集積回路を適用するアプリケーションの一構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本開示の例示的な実施形態について、図面を参照して説明する。

【0010】

＜１．比較例＞
ここでは、本開示の実施形態について説明する前に、対比するための比較例について説明する。比較例について説明することで、解決すべき課題がより明らかになる。

【0011】

図１は、比較例に係る半導体集積回路１０の構成を示す図である。半導体集積回路１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１と、周辺回路２と、バス３と、を備える。半導体集積回路１０は、例えばマイコンとして構成される。

【0012】

ＣＰＵ１は、図示しないプログラムメモリに格納されるプログラムを実行することで、各種演算を実行する。すなわち、ＣＰＵ１は、ソフトウェア処理を行うことができる。ＣＰＵ１は、バスコントローラ１Ａを有する。ＣＰＵ１は、バスコントローラ１Ａを介して周辺回路２に対してデータの書き込み（ライト）あるいは読み出し（リード）を行う。

【0013】

バスコントローラ１Ａと周辺回路２の間は、バス３により接続される。周辺回路２は、メモリ、入出力回路（Ｉ／Ｏ）などである。入出力回路は、半導体集積回路１０外部の外部装置に接続される。

【0014】

バス３は、アドレスバス３１と、コントロールバス３２と、データバス３３と、を含む。

【0015】

アドレスバス３１は、周辺回路２におけるアドレスを指定するための信号線である。周辺回路２に対する書き込みあるいは読み出しを行うためにアドレスを指定する必要がある。

【0016】

コントロールバス３２は、アドレスバスで指定されたアドレスに対して、読み出しを行うのか、書き込みを行うのかを指定するための信号線である。

【0017】

データバス３３は、ＣＰＵ１と周辺回路２との間でデータをやり取りするための信号線である。やり取りされるデータは、演算のための数値、演算結果、あるいは外部装置からの入力信号、外部装置への出力信号などである。

【0018】

バスコントローラ１Ａからアドレスバス３１を介してアドレス出力があり、バスコントローラ１Ａからコントロールバス３２を介して書き込みを示す制御出力があった場合、バスコントローラ１Ａからデータバス３３を介して出力されたデータ出力は、周辺回路２において指定されたアドレスに書き込まれる。

【0019】

バスコントローラ１Ａからアドレスバス３１を介してアドレス出力があり、バスコントローラ１Ａからコントロールバス３２を介して読み出しを示す制御出力があった場合、周辺回路２における指定されたアドレスから読み出されたデータは、データ入力としてデータバス３３を介してバスコントローラ１Ａに入力される。

【0020】

このようなＣＰＵ１を有する半導体集積回路１０における故障検出方法としては、ＣＰＵ１がソフトウェアを実行することで故障検出を行う方法がある。しかしながら、ソフトウェアによる故障検出を行うときの課題として、ＣＰＵ１内部のバスコントローラ１Ａの検出率を高くすることが困難であることが挙げられる。

【0021】

バスコントローラ１Ａの故障検出を行うときに、アドレスバス３１におけるアドレス出力によってアドレスを指定し、データバス３３におけるデータ出力により周辺回路２にデータを書き込み、書き込んだデータを読み出して確認することで、バスコントローラ１Ａのアドレス出力およびデータ出力に関する故障を検出することが可能である。しかしながら、周辺回路２がメモリである場合、メモリ容量が少なく、メモリにおけるアドレス範囲が指定可能なアドレス範囲の一部である場合がある。この場合、メモリにおけるアドレス範囲以外のアドレスについては読み書きすることができず、アドレス出力およびデータ出力の可観測性が低下する。

【0022】

また、周辺回路２が入出力回路などの場合に、周辺回路２に書き込みはできるが、読み出しができない場合がある。このような場合、データが正常に書き込めたかを確認できないため、アドレス出力およびデータ出力の可観測性が低下する。

【0023】

また、読み出しはできるが書き込みができない周辺回路２の場合、データ入力の可制御性が低下する。

【0024】

このように、アドレス出力およびデータ出力は可制御性は高いが、可観測性が低い。一方、データ入力は可観測性は高いが、可制御性が低い。これにより、ソフトウェアによるバスコントローラ１Ａの故障検出率の向上が困難となっている。

【0025】

ここで、バスコントローラ１Ａの故障検出率を改善するため、故障検出をハードウェアによって行う方法がある。しかしながら、このような方法では、回路規模の増大につながる。回路規模の増大はコストへ影響するため、回路規模の増大は抑制することが望ましい。

【0026】

＜２．第１実施形態＞
以下、上記課題を解決すべく実施される本開示に係る実施形態について説明する。本実施形態は、ＣＰＵを含む半導体集積回路において、バスコントローラの故障検出をＣＰＵによるソフトウェア実行により行うときに、追加するハードウェアの回路規模をなるべく抑えつつ、故障検出率を高めることを目的とする。

【0027】

図２は、第１実施形態に係る半導体集積回路１０１の構成を示す図である。半導体集積回路１０１の比較例（図１）との相違点は、ハードウェアとしてデータ保持回路４、制御回路５、および選択回路６を追加していることである。

【0028】

データ保持回路４は、データバス３３におけるデータ出力を保持する回路である。具体的には、データ保持回路４は、期待値のアドレスを示すデータ出力を保持する。制御回路５は、比較回路５Ａを有する。比較回路５Ａは、データ保持回路４により保持されたデータと、アドレスバス３１におけるアドレス出力とを比較する。データ保持回路４がデータ出力を保持するタイミングは、制御回路５により制御される。なお、本実施形態では、データ出力のビット数とアドレス出力のビット数は等しい（例えば１６ビットの同一ビット数）。

【0029】

選択回路６には、比較回路５Ａの比較結果、データ保持回路４により保持されたデータ、および周辺回路２からのデータが入力可能である。選択回路６は、入力されたデータから１つを選択してデータ入力としてバスコントローラ１Ａに入力させる。選択回路６の選択は、制御回路５によって制御される。なお、上記比較結果は、比較回路５Ａに入力されるデータが一致するか否かを示すデータである。

【0030】

ＣＰＵ１のソフトウェア実行によりバスコントローラ１Ａの故障検出を行う場合、バスコントローラ１Ａからのデータ出力をデータ保持回路４により保持し、保持された期待値としてのアドレスを示すデータと、バスコントローラ１Ａからのアドレス出力とを比較回路５Ａにより比較する。比較回路５Ａによる比較結果が選択回路６により選択され、当該比較結果がデータ入力としてバスコントローラ１Ａへ入力される。ＣＰＵ１は、入力された比較結果に基づいてバスコントローラ１Ａに故障が発生しているかを判定できる。これにより、指定可能なアドレス範囲で期待値のアドレスを変更しつつ比較回路５Ａにより比較を行うことができ、アドレス出力およびデータ出力の可観測性を向上させることができる。

【0031】

また、ＣＰＵ１のソフトウェア実行によりバスコントローラ１Ａの故障検出を行う場合、バスコントローラ１Ａからのデータ出力をデータ保持回路４により保持し、保持されたデータ（制御データ）を選択回路６により選択してデータ入力としてバスコントローラ１Ａへ入力させる。ＣＰＵ１は、データ出力したデータと、データ入力により入力されたデータとを比較することで、バスコントローラ１Ａに故障が発生しているかを判定できる。これにより、制御データを変更しつつ故障判定を行うことができ、データ入力の可制御性を向上させることができる。

【0032】

なお、通常動作時には、周辺回路２からのデータが選択回路６により選択されてデータ入力としてバスコントローラ１Ａへ入力させる。

【0033】

＜３．第２実施形態＞
図３は、第２実施形態に係る半導体集積回路１０２の構成を示す図である。半導体集積回路１０２の第１実施形態（図２）との相違点は、データ保持回路４を複数設けていることである。

【0034】

データ保持回路４の個数をＮとして、データ出力のビット数×Ｎ≧アドレス出力のビット数としている。例えば、データ出力のビット数＝１６ビット、アドレス出力のビット数＝６４ビットの場合、Ｎ＝４である。

【0035】

本実施形態であれば、データ出力のビット数とアドレス出力のビット数が異なる場合でも、データ保持回路４のそれぞれがデータ出力を順次保持することで、すべてのデータ保持回路４により保持されたデータを期待値のアドレスとして、アドレス出力と比較回路５Ａにより比較することが可能となる。

【0036】

＜４．第３実施形態＞
図４は、第３実施形態に係る半導体集積回路１０３の構成を示す図である。半導体集積回路１０３の第２実施形態（図３）との相違点は、コントロールバス３２における制御出力を比較回路５Ａに入力させることである。

【0037】

本実施形態では、データ保持回路４は、期待値のアドレスに加えて期待値の制御出力を示すデータ出力を保持する。保持されたデータは、アドレスバス３１におけるアドレス出力およびコントロールバス３２における制御出力と比較回路５Ａにより比較される。

【0038】

データ保持回路４の個数をＮとして、データ出力のビット数×Ｎ≧アドレス出力のビット数＋制御出力のビット数としている。例えば、データ出力のビット数＝１６ビット、アドレス出力のビット数＝４８ビット、制御出力のビット数＝１６ビットの場合、Ｎ＝４である。なお、ビット数によっては、Ｎ＝１となる場合もある。

【0039】

このような本実施形態によれば、制御出力の可観測性を向上させることができる。

【0040】

＜５．第４実施形態＞
図５は、第４実施形態に係る半導体集積回路１０４の構成を示す図である。半導体集積回路１０４の第１実施形態（図２）との相違点は、比較回路５Ａに周辺回路２からのデータ入力が入力されることである。また、選択回路６には、周辺回路２からのデータ入力および比較回路５Ａの比較結果が入力される。

【0041】

本実施形態では、ＣＰＵ１がソフトウェア実行により故障検出を行う場合に、バスコントローラ１Ａは、アドレス出力によりアドレスを指定するとともに制御出力により書き込みを指定し、書き込むデータをデータ出力として周辺回路２に出力する。このとき、データ保持回路４は、データ出力を保持する。そして、バスコントローラ１Ａは、アドレス出力によりアドレスを指定するとともに制御出力により読み出しを指定する。これにより、先に書き込まれたデータが周辺回路２から読み出される。読み出されたデータは、比較回路５Ａに入力される。比較回路５Ａは、データ保持回路４により保持されたデータと、上記で読み出されたデータとを比較する。選択回路６は、比較回路５Ａの比較結果を選択してデータ入力としてバスコントローラ１Ａに入力させる。

【0042】

このような構成により、ハードウェアの追加を抑制しつつ、周辺回路２の故障検出率を向上させることができる。

【0043】

＜６．車載用ＩＣ（集積回路）＞
図６は、本開示に係る半導体集積回路を適用するアプリケーションの一構成例を示す図である。図６に示す半導体集積回路１０Ｘは、車両に搭載される車載用ＩＣである。

【0044】

半導体集積回路１０Ｘは、ＣＰＵ１と、入出力回路２１，２２と、を有する。入出力回路２１，２２は、周辺回路２の一例である。入出力回路２１には、ＬＥＤ（発光ダイオード）ドライバ７１、モータドライバ８１、およびスイッチモニタ９１が接続される。ＬＥＤドライバ７１は、半導体集積回路１０Ｘからの指令を受けて、ＬＥＤ７２の発光駆動を制御する。モータドライバ８１は、半導体集積回路１０Ｘからの指令を受けてモータ８２の回転駆動を制御する。スイッチモニタ９１は、スイッチ９２の開閉状態を監視して半導体集積回路１０Ｘに検出結果を通知する。

【0045】

入出力回路２２は、任意の車載ネットワーク（ＬＩＮ［local interconnect network］、ＣＸＰＩ［clock extension peripheral interface］、ＣＡＮ［controller area network］など）に接続される。

【0046】

先述した各種実施形態の半導体集積回路を車載用ＩＣに適用することで、例えば、車載用の電子部品の安全性要求レベルであるＡＳＩＬ（Automotive Safety Integrity Level）などの基準を満たすようにしつつ、ハードウェアの増加を抑制することができる。

【0047】

＜７．その他＞
なお、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。すなわち、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。

【0048】

＜８．付記＞
以上のように、本開示の一態様に係る半導体集積回路（１０１）は、
バスコントローラ（１Ａ）を有するＣＰＵ（１）と、
前記バスコントローラから出力されるデータ出力を保持するように構成されるデータ保持回路（４）と、
前記データ保持回路に保持された期待値データと、前記バスコントローラまたは周辺回路（２）から出力される比較対象データと、を比較するように構成される比較回路（５Ａ）と、
前記周辺回路から入力される入力データと、前記比較部から出力される比較結果と、のうち１つを選択して前記バスコントローラに入力させるように構成される選択回路（６）と、
を備え、
前記ＣＰＵは、ソフトウェアを実行することで故障検出を行うように構成される（第１の構成）。

【0049】

また、上記第１の構成において、前記比較回路（５Ａ）は、アドレスを示す前記期待値データと、前記バスコントローラから出力されるアドレス出力としての前記比較対象データと、を比較する構成としてもよい（第２の構成）。

【0050】

また、上記第２の構成において、前記データ保持回路（４）の個数をＮとして、前記データ出力のビット数×Ｎ≧前記アドレス出力のビット数であり、Ｎは２以上の整数である構成としてもよい（第３の構成）。

【0051】

また、上記第１の構成において、前記バスコントローラ（１Ａ）は、読み出し／書き込みを指定する制御出力を出力するように構成され、
前記比較回路（５Ａ）は、アドレスおよび前記制御出力を示す前記期待値データと、前記バスコントローラから出力されるアドレス出力および前記制御出力としての前記比較対象データと、を比較する構成としてもよい（第４の構成）。

【0052】

また、上記第４の構成において、前記データ保持回路（４）の個数をＮとして、前記データ出力のビット数×Ｎ≧前記アドレス出力のビット数＋前記制御出力のビット数である構成としてもよい（第５の構成）。

【0053】

また、上記第１の構成において、前記比較回路（５Ａ）は、書き込み対象データとしての前記期待値データと、前記周辺回路（２）から読み出したデータとしての前記比較対象データと、を比較する構成としてもよい（第６の構成）。

【0054】

また、上記第１から第６のいずれかの構成において、前記選択回路（６）は、前記入力データおよび前記比較結果に加え、前記データ保持回路（４）により保持された制御データのうち１つを選択して前記バスコントローラ（１Ａ）に入力させる構成としてもよい（第７の構成）。

【0055】

また、上記第１から第７のいずれかの半導体集積回路は、車載用ＩＣであることとしてもよい（第８の構成）。

【産業上の利用可能性】

【0056】

本開示は、例えば、車載用ＩＣなどに利用できる。

【符号の説明】

【0057】

１ ＣＰＵ
１Ａ バスコントローラ
２ 周辺回路
３ バス
４ データ保持回路
５ 制御回路
５Ａ 比較回路
６ 選択回路
１０ 半導体集積回路
１０Ｘ 半導体集積回路
２１，２２ 入出力回路
３１ アドレスバス
３２ コントロールバス
３３ データバス
７１ ＬＥＤドライバ
７２ ＬＥＤ
８１ モータドライバ
８２ モータ
９１ スイッチモニタ
９２ スイッチ
１０１～１０４ 半導体集積回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】