本发明涉及到一种数据处理系统，特别是涉及一种容错处理机。 当把执行愈来愈多需要高可靠性的临界任务赋予给处理器件时，就增加了对该处理器的容错需要。容错设计的一个目标就是通过使某个系统能够在限定错误数量的情况下去执行其预期的功能来改善其可靠性。
在数据处理系统中，通过在硬件、软件、信息和/或计算中的冗余已经实现了容错。一个容错策略被认为包括下述一个或多个成份。它包括：掩蔽（一般误差的动态校正）;封锁（避免跨规定边界的误差传播）;误差检测（故障迹象的检测）;诊断（识别与所检测的误差相关的故障模式）;修复/结构变换（通过将其旁路来排除或取代发生故障的成份或机制）和系统恢复（将该系统校正到可以继续工作的状态）。
一个现有的流水线中央处理系统在系统的每块电路板上都包括有一个或多个在与其相关的流水级呈现异常情况时用以进行检测的异常事件（UEV）检测电路。所谓异常情况是指就其通常所执行的功能而论，由某一级所执行的功能是没有意义的。这种检测器电路能够检测出异常情况状态，诸如假设某个异常的设备状态就所施加的输入信号而言是无意义地，即发送或接收一个不正常的命令序列，不正常的命令序列试图执行一个与以前所执行的操作互不相容的操作或试图到一个与正常操作互不相容的固件控制存贮单元进行存取。处理器的接口板包括一些特殊的寄存器电路，用于存贮属于提供给系统总线的最后一个实际地址的系统总线地址信息以及属于最后一个封锁存贮器操作的地址。如果不管是由于什么原因在流水线级中出现了故障，那么实际地址寄存器的地址内容就指向软件、最后的实际地址或与存取该系统总线相连的处理器所使用的I/O通道号。有关上述的进一步信息，可以参考由乔治、A、布朗（George，A.Borlow）等人的专利申请，其发明名称为“用于多处理机系统的流水线处理单元的恢复方法和装置”。
当上述处理器被用于这种异常情况的检测时，它被提供在系统总线的接口级并且不直接起处理器的作用。即，UEV指示通常被存贮在存贮器的一个区域，用以执行后面的诊断分析以确定故障成份。另外，在系统级上，不需要高速的检测装置。特别重要的是，该装置仅仅能够检测由该处理器发送给系统总线的错误的命令序列。
因此，本发明的一个主要目的就是提供一种装置，它能够监视高性能微机的协议。
本发明上述目的和优点是通过耦合到一个高性能微机总线接口上的本发明一个最佳实施例的监控装置实现的。该监控装置包括一个状态设备，用于接收多个总线协议控制信号和确定微机协议序列是否已被彻底完成。当一个正确协议序列被遵循或在一个予先设定的时间周期内没有结束时，该监控装置将产生适当的准备好响应信号，该信号避免微机中止操作。这就使得微机能进行进一步的处理，诸如采取必要措施以引起一个请求误差处理的非屏蔽中断。
详细地讲，该监控装置包括一种定时器电路，其中一个用于监控由微机发送给外部系统的命令，而另一个用于监控由该微机发出的在诸如读/写内部寄存器的局部总线上执行内部操作的命令或者用于执行局部存贮器的操作。
除了上述以外，本发明的监控装置还包括一个输出地址寄存器，该存贮器耦合到微机地址和命令线上，并耦合到状态设备上。在每个微机总线操作周期内，状态设备向该寄存器加载。当检测到协议误差或另外一种产生非屏蔽中断（NMI）的误差情况时，状态设备禁止进一步向地址寄存器加载，借此，当产生误差时获取由微机发出的恰当的地址和命令。
本发明上述的其它的目的及优点通过下面结合附图的详述可得到更好的理解。
图1示出了一个多处理机系统和方框图，该系统包括有本发明的监控装置。
图2详细示出了图1中的处理单元，该处理单元中包括了本发明的监控单元。
图3详细示出了本发明的监控装置。
图4示出了包括于图2所示处理单元中的微机方框图。
图5是一个表示了图4所示微机使用的总线协议的状态图。
图6是一个用于表示本发明监控装置工作的附图。
图1示出了一个多处理机系统10，该系统包括多个中央处理单元10-2至10-6和同等处理器12-2和12-4，它们都被耦合到系统总线16和主存贮器或系统存贮器14上。如图所示，每一个处理器都包括一个总线接口区，它能使某个单元以命令、中断、数据或响应/状态的形式将需要的信息传递给系统总线16上的另一个单元或从该另一单元接收所需的信息。在最隹实施例中，系统总线16同步操作，并使用一个分离总线周期协议，该协议通过在一个单元正在等待主存贮器提供数据以响应该单元提出的较早请求的时间周期内允许其它单元的总线周期的方法来提供较高的性能，有关这种总线接口和操作的进一步信息，可参考美国专利3997896。
参见图1，可以看到每个同等处理器12-2和12-4包括一个微机12-20、一个局部存贮器12-30和接口总线，如图示，接口总线被耦合到模块12-40的总线接口电路上。微机12-20和局部存贮器12-30通过一个局部处理器总线12-25耦合到一起。微机12-20是一个高性能32位处理器，它工作的时钟速度高达33MHZ，在该最隹实施例中，它相当于Intel 80486芯片。Intel芯片80486包括一个微机、一个浮点运算协同处理器、一个存贮器超高速缓冲控制器和一个8KRAM超高速缓冲单元。主要的处理功能是由微机完成的，而诸如浮点运算的附加处理功能是由算术协同处理器来执行的。内部的超高速缓冲单元提供所需处理数据的快速存取。在本最隹实施例中，同等处理器12-2和12-4在UNIX操作系统的控制下进行工作。
在图1中，处理器10-2和10-6作主处理器使用。在最隹实施例中，每个处理器都是采用Bull DPS 6000系统的形式，该系统在BUII.HVS专家操作系统控制下工作。在图1所示系统中，每个处理器都被配置得可以独立工作，并且可以对诸如输入/输出单元，主存贮器或类似的所有系统资源进行存取。
图2较详细地示出了图1所示的处理器12-2。在最隹实施例中，如图所示，除了模块12-22的时钟发生电路以外，微机12-20、局部存贮器12-30和相关的状态设备12-200及12-300、控制电路一起也被配置在一个单一的子插件板上。模块12-22的时钟发生器电路产生一个唯一的33MHZ单一频率时钟信号CLKREF，该信号除了对构成处理器12-2的所有其它电路以外，还对微机12-20提供主定时和内部操作频率。系统和总线接口电路12-24、输入和输出寄存器和状态设备12-80及12-66包含在主插件板上。这两块插件板构成了一个完整的处理器。
详细地讲，微机12-2和局部存贮器12-30被一起耦合到局部总线12-25的地址、数据和命令/控制处理器总线上，如图所示。模块12-24的电路用作接口电路，它把控制信号施加给内部耦合到总线状态设备12-200的微机总线接口。通过产生一个适当的总线协议作为一个由外部状态设备（XSM）12-66所产生的控制信号的功能，状态设备12-200被用于控制对局部总线12-25的微机存取。正如这里所解释的，XSM12-66控制局部存贮器12-30的存取以响应来自系统总线16的外部请求。
如图示，响应由未示出的时钟逻辑电路所产生的使能信号CYCREQ，从系统总线16所接收的外部请求被装入接收数据、地址和命令寄存器12-42至12-46。地址和命令信号由模块12-52和12-54的地址和命令转换成适当的形式并被存贮在模块12-62和12-64的两组排除寄存器的可用寄存器中。如所示，模块12-62的寄存器共同通过三态电路连接到一个输出总线（X总线）上。此后，响应使能信号EADQTP，所存贮的地址和命令信号通过模块12-72和12-74的驱动电路被加到处理器总线上。
与装入寄存器12-42的外部请求相关的任何数据被模块12-50的可编程阵列逻辑（PALs）重新排列为所需要的形式并被存贮在模块12-60的多个寄存器中一个适当的寄存器中，上述多个寄存器通过三态电路被共同连接到一个输出总线（Q总线）上。该数据字的不同字节被从称为系统总线的大endian格式转换成微机12-20所使用的小endian格式。这是由通过适当地重新组合连接器端子联接方式所构成的模块12-70的字节转换电路所实现的。
模块12-80的处理器状态设备（PSM）控制由微机12-20所起动的事件或请求的传送和处理。如图示，由微机12-20所产生的指示在系统总线16上的一个操作的命令被加到模块12-82的微机至总线命令发生器上，随后，该发生器产生适当的系统总线命令。除了适当的地址和数据以外，该总线命令也被装入一个处理器命令寄存器12-84。如图2所示，地址和数据分别通过一个地址总线和Q数据总线被装入寄存器12-86和12-88。这一切都是为响应由控制信号的PSM状态设备12-80所产生的使能装载信号PTDTLD而作出的，上述控制信号是作为发生器12-82和模块12-90的系统总线响应电路的输入信号而施加的。
此外，PSM12-80处理由微机12-20所启动的内部I/O请求，用于读/写连接到Q总线上的多个内部寄存器12-68中不同的每一个。这些寄存器包括通道地址寄存器（CAR）和实际地址寄存器（PAR）。CAR寄存器用于存贮作为在正常I/O操作期间I/O命令的一部分传送给系统总线16的通道号信息，PAR寄存器用于存贮事件地址信息。附录中包含了有关这些寄存器的进一步信息。
图3以方框图的形式示出了本发明的监控电路12-250，如图所示，监控电路12-250包括一个串联的不可屏蔽中断汇流电路（NMI）（模块12-250a），模块12-250b的状态设备电路和模块12-250c的操作定时器电路。NMI电路12-250a响应相应于信号ILLACC-、DBPDE+、PRTUAR+和MBOTOR+的所测误差状态，产生不可屏蔽中断信号NMI。该信号被加到微机12-20和模块12-250b的状态设备电路上以作为输入信号，这些电路通过在微机12-20发出命令期间从中所接受的BLAST来监视总线协议信号RDY。它通过一系列状态定序并产生所需的控制信号以用于确定协议进行顺利并处于所需的时间周期之内。
如图示，状态电路12-250b产生外部请求选择信号EXTREQT和操作超时（time out）使能信号OPTMEN，后者作为输入信号施加给模块12-250c的定时器电路。这些电路提供两个定时间隔，一个间隔用于监视内部请求（即32时钟间隔），另一个用于监视外部请求（即250毫秒）。
此外，模块12-250b的状态电路还产生一个实际地址寄存器装载信号PARLD，该信号使来自局部总线12-25的地址和命令上的信号通过图2所示的Q总线被装入PAR寄存器12-251。
另外，状态设备电路12-250b还产生一个延迟的字符组准备好信号DHBRDY（即延迟一个时钟的信号BRDY），该信号作为一个内部输入被加给状态设备电路12-250b。用于产生图3各不同信号的方程列于附录中。
图4详细地示出了微机12-20和不同的接口信号。接口被分成两部分，这两部分表明与Intel 80486芯片的实际电路无必要相关性的不同功能，地址总线和总线控制线包含了大部分线。地址线是双向的，用以适应超高速缓冲总线探听（Snooping）能力。超高速缓冲控制部分包括6个引线，用以控制微机的内部超高速缓冲。超高速缓冲使能（KEN）输入最常用于存贮器不能被高速缓冲的不适用区域。
地址保持（AHOLD）和外部地址选通（EADS）输入允许一个外部设备向微机12-20提供一个地址。若该地址和微机内部高速缓冲中的地址一致，则相关的数据被标记作无效。清仓（FLUSH）超高速缓冲输入被用于通知微机：它的超高速缓冲的所有内容都是无效的。页面通写（Write-tnrough）（PWT）和页面高速缓冲失效（cache-disable）（PCD）输出端子反映了置于内部页面项或页面字典项寄存器中的页面标志位的状态。它们表示软件已被作用到逻辑存贮页的超高速缓冲控制。
总线控制部分包括13个端子，用于控制属于微机总线控制状态设备的处理器总线。总线请求（BREQ）输出信号表明微机需要地址/数据总线。即使是在一个有效但不完整的周期内，补偿（back off）输入（BOFF）也能使得一个外部设备取得对所有地址/数据总线的控制。微机使用伪时钟输出信号（PLOCK）来表示一个事件的执行需要一个总线周期以上才能完成。而总线锁定信号（LOCK）被用于指示一个读改写操作，在该操作中，没有其它的系统元件在现行操作完成以前能够检查正在被修改的项目。微机将不允许在另外的总线主导装置能够完成总线控制的地方发生总线保持请求（HOLD）。即微机将不产生相应于总线保持请求的保持应答信号（HLDA）。
存贮器/输入一指出（M/IO），数据控制（D/C）和写/读（W/R）信号用于定义被启动的总线周期的类型。地址状态输出信号（ADS）指出什么时候这些总线周期定义信号和地址信号是有效的。非字符组准备好的输入信号（RDY）表明现行总线周期已经完成。字符组准备好输入信号（BRDY）和字符组最后信号（BLAST）被用于执行字符组传送操作。
字符组准备好信号表明现行周期已经完成，且在除非出现BLAST信号的情况下，在一个时钟周期内系统将继续数据传送。BLAST信号规定字符组传输已经完成。
非屏蔽中断请求信号指示什么时候产生外部非屏蔽中断。为了在一个特定的时钟周期内进行适当的检测，NMI信号必须在电平上升以前至少保持几个时钟周期的低电平状态。
有关使用这些信号的进一步信息，可参考Intel 1989年11月出版物，卷号为240440-002，名称“1486微机”。
参考图1至图3，下面还将参照图5和图6来叙述本发明的监控装置的操作。
图5示出了微机总线状态，设备12-200在对总线12-25进行同步存取以向外部和内部资源发出命令过程中的全部操作（即：局部存贮器读/写操作和系统总线存贮器I/O操作）。
详细地讲，图5示出了微机总线状态设备12-200在对总线12-25进行同步存取以实现存贮器读/写操作和I/O操作过程中的所有操作。如所述，该状态设备跟随微机的操作，在本最隹实施例中，是跟随Inttl 486微机的操作。如从图5中看到的，状态设备12-200处于空闲状态（T1）并且保持该状态直到在没有保持（！HOLD）和补偿（！BOFF）前提下从该微机接收一个内部请求。当发生这种情况时，它定序到状态T1，该状态相应于总线周期的第一个时钟周期。在该状态中，有效的地址和状态被驱动，并产生地址选通ADS。
在没有补偿情况下，状态设备12-200如图所示定序到状态T2。当处于这种状态时，第二和随后的总线周期被执行。在每一个这样的周期内，在写操作或读操作情况下，数据线被驱动，准备好（RDY）和字符组准备好（BRDY）线的状态被取样。当发出补偿（BOFF）时，总线周期失灵，状态设备12-200定序到状态Tb。当处于这种状态时，设备12-200执行故障总线周期的第二和随后的时钟周期。如图5所示，状态设备12-200将保持在状态Tb直到保持（！HOLD）和补偿（！BOFF）不再存在。在这段时间内，状态设备12-200通过定序到状态T1b重申总线周期。当处于这种状态时，设备12-200执行重新开始的总线周期的第一个时钟周期。当在状态T1时，它除了要产生一个地址选通（ADS）外，还要驱动有效的地址和状态线。
如从图5看到的，状态设备12-200定序在状态T2去完成该操作。还可以看到，缓冲（BOFF）以同样的方式影响从状态T1到状态Tb的定序，在图5所示情况下，状态设备12-200在具有另一请求时，从状态T2定序到状态T1，而在没有一个请求时返回到状态Ti。
图6是一个状态图，它表示了图3所示状态设备电路12-250的定序状态。如图所示，状态设备电路12-250b开始处于空闲状态，并且保持该状态只要微机12-20不产生一个地址选通信号！ADS。微机只要一产生地址选通信号ADS并且没有保持应答缓冲或系统总线清除信号（即：！HOTLDA、QBBOFF、！MBMCLR）出现，状态设备电路12-250b就定序到状态1，在没有系统总线清除信号MBMCLR的情况下，状态设备电路从状态2定序到4，以响应连续的时钟信号REFCLK。在状态3期间，状态设备电路12-250b产生PAR装载信号PARLD，该信号用于将微机12-20在当前总线操作周期内所发出的地址和命令装入PAR寄存器12-251。
当在状态4时，状态设备电路12-250b产生一个操作定时器信号OPTMEN+，该信号被施加到模块12-250c的定时器电路上。这就使得该定时器电路能够启动用于外部请求的250毫秒间隔或用于内部请求的32时钟间隔，来自PSM状态设备12-80的信号MBREQT的状态规定了是哪一种类型的请求，若信号MBREQT是二进制值“1”，就选择250毫秒间隔，若上述信号为二进制值“0”，则选择32时钟间隔。
如果定时器电路超过了所选择的间隔，那么它将产生一个系统总线操作超时信号MBOTOR，该信号被加到NMI汇流电路12-250a。这就导致产生一个信号NMI，该信号使得状态设备电路12-250b产生一个超时信号MBTZCK，后者又发送给状态设备12-80，从而导致产生一个准备好信号QBRDY。信号NMI同时还禁止产生装载信号PARLD+。
信号QBRDY除了将状态设备电路12-250b重新置位到空闲状态以外，还要清零微机总线状态设备。当在没有其它的地址选通信号（！ADS）或保持应答（！HLDA）或缓冲（！BOFF）情况下产生清除信号（BLAST）时，就要遵循这条通路。
在没有缓冲或保持应答（即、！HLDA或！BOFF）的情况下（这表明局部存贮器12-30已经向微机12-20发出了准备好信号以指示总线协议进行顺利）。状态电路12-250b在一个准备好（RDY）信号出现也返回到空闲状态，当状态电路12-250b返回到空闲状态时，就使得操作定时器信号QPTMEN+的复位禁止模块12-250c的定时器电路。
如从图6所看到的如果在有清除信号时产生内部信号DHBRDY并且在没有保持应答或补偿（即！HLDAA或！BOFF）的情况下产生另一个地址选通，那么，状态设备电路12-250b将定序到状态5，然后返回到状态2。这个定序保证除在背对背（back to back）总线周期情况下该定时器电路被禁止外，还能向PAR寄存器装入有效信息（提供从地址选通信号产生时开始的三个时钟周期）。
除了上述以外，监控装置还为存贮器提供导致其它类型非屏蔽误差条件的地址和命令。这包括发生其地址不包括在局部存贮器12-30范围以内的非法存贮器存取（即：信号ILLACC），以及对数据总线奇偶误差的检测（即：信号DBPDE）或对系统总线不能获得资源的检测（即：信号PTRUAR）。产生这些信号中的任何一个信号都导致产生一个向微机12-20传送的信号NMI。
上述展示了本发明的监控装置是如何仅增加了少量电路就能检测由微机12-20引入给局部存贮器12-30或系统总线16的总线协议定序的不正确结束的。
本专业以内的技术人员可以理解，可以在不脱离本发明技术的情况下作出许多变化。如：本发明可以和不同类型的协议和命令一起使用。另外，当本最隹实施例利用不同的PAL电路去执行某些功能时，在某些例子中，这些功能可以被相互结合在一起并使用一个单一的电路来执行它。另外，本发明也不受限于任何特殊类型的电路。
附录
符号的叙述：
（其中：＃＝OR：（或：）：！＝非;&＝与）
1.状态设备PAL电路12-250b
模块XCM 58
端子说明：
（输入）
REFLCK 端子1;“基准时钟
HOTRDY 端子2;“来自DB的准备好信号
HOTBRDY 端子3;“来自DB的字符组准备好信号
HOTADS 端子4;“来自DB的地址选通信号
MBMCLR 端子5;“主插件主清除脉冲
！HOTHLDA 端子6;“来自DB的保持应答
！QBRDY 端子7;“来自主插件的准备好信号
！QBBOFF 端子8;“来自主插件的补偿信号
MBT2CK 端子9;“系统定时2时钟
DBBLAST 端子10;“来自DB的最后字符组
！MBREQT 端子11;“系统请求
！OUTENA 端子13;“输出使能（逻辑O）
MBNMI 端子14;“系统非屏蔽中断
（输出）
！PARLOAD 端子15;
EXTREQT 端子16;“外部请求
Q0端子19;
Q1端子20;
Q2端子17;
OPTMEN 端子21;“操作超时使能
DHBRDY 端子18;“来自DB的延迟字符组准备好
方程：
状态设备状态定义
IDLE（空闲）＝＾B011;
STAE-1（状态1）＝＾B010;
STATE-2（状态2）＝＾B100;
STATE-3（状态3）＝＾B100;
STAEA-4（状态4）＝＾B111;
STATE-5（状态5）＝＾B110;
STATE-6（状态6）＝＾B001;
STATE-7（状态7）＝＾B000;
OPTMOUT＝[Q2、Q1、Q0];
状态设备状态定义结束。
方程式
PARLOAD＝!MBNMI &（OPTMOUT＝STATE-3）;
DHBRDY：＝HOTBRDY &！HOTHLDA &！QBBOFF;
EXTREQT：＝MBREQT;
OPTMEN：＝（OPTMOUT＝STATE-4）;
状态设备方程式：
STATE-DIAGRAM OPTMOUT;
STATE IDLE（状态空闲）;
若HOTADS & ！HOTHLDA & ！QBBOFF & ！MBMCLR，则处于状态1;否则处于空闲状态
状态-1状态：
若是 ！MBMCLR 则处于状态-2;否则处于空闲状态;
状态-2状态：
若是 ！MBMCLR 则处于状态-3，否则处于空闲状态;
状态-3状态：
若是 ！MBMCLR 则处于状态-4，否则处于空闲状态;
状态-4状态：
若 QBRDY＃MBMCLR＃（HOTRDY&！HOTHLDA&！QBBOFF）＃（DHBRDY & DBBLAST&！MBMCLR&（！HOTADS＃HOTHLDA＃QBBOFF））则：空闲
否则
若 DHBRDY&DBBLAST&HOTADS&！HOTHLDA&！QBBOFF&！MBMCLR
则处于状态-5;否则处于状态-4;
状态-5状态：
若是 MBMCLR 则是空闲，否则为状态-2;
状态-6状态：
转向状态-7;
状态-7状态：转向空闲;
Ⅱ寄存器
a.实际地址寄存器（PAR）
实际地址寄存器（PAR）记录由微机12-20所产生的每个事件的地址。当信号NMI起作用时，该寄存器停止记录，而当通过读出该伴随寄存器的内容而对NMI信号作出应答时，该寄存器再次开始记录。通过读通道地址寄存器，微机12-20的NMI处理程序软件可以确定非法事件控制引线M/O、D/C和W/R的状态。响应PAR读操作而返回的数据是按字节调动的且两个最高有效位是被反相的。读PAR以响应功能代码值60。
b.通道地址寄存器（CAR）
通道地址寄存器在发出一系列I/O命令以前被预先装入了软件，它是一个16位的寄存器，用于以位码元0-9的形式存贮一个I/O通道号，该通道号被传送给系统总线16以指示微机的I/O目的地址在I/O操作时发出INW/OUTW命令。此外，位码元12-10存贮由微机12-20所发出的每个事件的M/IO，D/C和W/R引线的状态。响应功能代码值40读CAR寄存器，而响应功能代码值41对该CAR寄存器写入。
在依据所展示和叙述的本发明最隹形式的措施和规定的情况下，可以作出某些变动而不脱离本发明和独立权利要求的精神，并且在某些情况下，本发明的某些特性可以被用于获得某些益处而不需要相应地使用其它特性。