FI113708B

FI113708B - Menetelmä ja laite suoritettavien ohjelmien tallentamiseksi ja käyttämiseksi

Info

Publication number: FI113708B
Application number: FI973826A
Authority: FI
Inventors: Rauno Maekinen
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 1997-09-29
Filing date: 1997-09-29
Publication date: 2004-05-31
Also published as: EP0905613A2; US6237080B1; DE69807612T2; FI973826A0; DE69807612D1; EP0905613B1; EP0905613A3; JPH11175348A; FI973826A

Description

113708

Menetelmä ja laite suoritettavien ohjelmien tallentamiseksi ja käyttämiseksi -Förfarande och anordning för att lagra och använda utförda program

Esillä oleva keksintö koskee suoritettavia ohjelmia ja erityisesti menetelmää ja 5 laitetta suoritettavien ohjelmien tallentamiseksi ja käyttämiseksi.

Useimpien nykyaikaisten elektronisten laitteiden sydämessä on mikroprosessori tai keskuskäsittely-yksikkö, joka toimii ohjelmiston käskyjoukon mukaisesti, jotka käskyt yhdessä muodostavat suoritettavan ohjelman. Käskyt on tallennettu digitaaliseen muistiin, joka voi olla mikroprosessorin sisäinen tai, kuten useimmissa tapauk-10 sissa, se on liitetty mikroprosessoriin ulkoisesti. Käskyjoukko määrittelee yleisesti mikroprosessorin perussyöttö- ja tulostusjärjestelmän (basic input/output system eli BIOS) yhdessä laiteajurien, kirjastojen ja käyttösovellusten kanssa.

Mikroprosessorin perustoiminnan määrittelevät ohjelmistokäskyt on tallennettu tavallisesti pysyvään lukumuistiin (ROM). Viime aikoihin asti etusijalle asetettu 15 valinta käskyjen tallentamiseksi oli UV-valolla pyyhittävä uudelleenohjelmoitava lukumuisti. Aivan viime aikoina käskyjen tallentamiseksi varsinkin sulautetuissa laitteissa (esim. matkapuhelimissa, henkilökohtaisissa tietureissa jne.) on etusijalle asetettu flash-ROM. Flash-ROM on sekä pysyvä että sähköisesti pyyhittävä ja sitä käytetään suureksi osaksi sen vuoksi, että se voidaan ohjelmoida flash-ROM:n sisäl-20 tävän PCB.n tai valmiin laitteen kokoonpanon jälkeen. Lisäetuna on se, että flash-, : ROM:iin tallennettu käsky on mahdollista päivittää myöhemmin.

• ,; ; Tavanomaiseen ROM:iin verrattuna flash-ROM pysyy kalliina. Tämän vuoksi yksit- s » * ; ·* täisissä tuotteissa käytetyn flash-ROM.n määrää halutaan vähentää. Lisäksi flash- t * *’ '* ROM:n avaaminen on suhteellisen hidasta, mikä alentaa merkittävästi elektronisten v : 25 laitteiden suorituskykyä.

: ·. *. Tavanomaiset tietokonearkkitehtuurit ovat riippuvaisia laajan käskyjoukon (complex ’ · · ’, instruction set computer eli CISC) arkkitehtuurista. Tämä hyödyntää suurta käsky- määrää (esim. 1000), jotka määrittelevät hyvin täsmällisiä tehtäviä. Käskyt ovat eri-v *‘ pituisia ja tietokoneen keskuskäsittely-yksikkö CPU dekoodaa ne ennen suoritta- 30 mistä. Japanilaisessa tarkastamattomassa patenttijulkaisussa nro 55-131848 kuva-. : taan tiedonkäsittely-yksikköä, joka käsittää keskuskäsittely-yksikön, päämuisti- • ’ yksikön ja ulkoisen muistiyksikön. Kompressoitu ohjelma tallennetaan ulkoiseen muistiyksikköön, ja ennen käsittelytoimenpiteiden aloittamista, kompressoitu ohjelma luetaan ulkoisesta muistista lohkoina ja dekompressoidaan. Dekompressoitu 2 113708 ressointisuhde on kuitenkin suhteellisen alhainen eikä JP-131848:n ilmaisemia tietoja uskota käytetyn laajalti.

Esillä oleva keksintö lähtee siitä toteamuksesta, että supistetun käskyjoukon tietokoneiden (reduced instruction set computers eli RISC) uusi sukupolvi käyttää hyvin 5 supistettua käskyjoukkoa. Lisäksi RISC-arkkitehtuureilla on yleisesti kiinteän pituinen käskykoko, joka sallii dekoodauslaitteistologiikan käytön.

Esillä olevan keksinnön erään ensimmäisen muodon mukaisessa menetelmässä laitteen käyttämiseksi, jossa laitteessa on keskuskäsittely-yksikkö (CPU) ja lukumuisti (ROM), luetaan joukko kompressoituja käskyjä ROM:sta CPU:hun, 10 dekompressoidaan kompressoidut käskyt CPU: ssa ja tämän jälkeen käytetään laitetta dekompressoitujen käskyjen mukaisesti, jossa menetelmässä edelleen tuotetaan yksi tai useampia kompressoituja vaihto- tai lisäkäskyjä CPU:ssa ja kirjoitetaan kompressoitu käsky (kompressoidut käskyt) ROM:iin.

Esillä oleva keksintö mahdollistaa huomattavan säästön keskuskäsittely-yksikölle 15 tallennettavien RISC-käskyjen tallentamiseksi tarvittavan ROM-muistin määrässä. Koska eri mahdollisten RISC-käskyjen joukko on suhteellisen pieni (esim. noin 250) käskyjen kokonaismäärään (esim. noin 1000 000) verrattuna, käskyjä yleensä toistetaan useita kertoja, ja tämän vuoksi kompressointiaste, joka voidaan saavuttaa, on korkea. Vaikka lisä-RAM:a voidaan tarvita, voidaan saavuttaa merkittävä kustannus-20 säästö, kun kallis ROM korvataan halvalla RAM: 11a. Lisäksi voidaan lyhentää valmistusaikoja, koska ROM-muistiin tarvitsee kirjoittaa ainoastaan suhteellisen • lyhyt ohjelma pitkän kompressoimattoman ohjelman sijasta.

v. Esillä olevan keksinnön yllä mainittu muoto mahdollistaa tallennettujen ' kompressoitujen käskyjen muuttamisen dynaamisella tavalla. Tämä voi esimerkiksi *,,. 25 sallia käyttäjän konfiguroida tietokonetta erityistarpeidensa mukaan.

Menetelmä käsittää edullisesti vaiheen, jossa luetaan joukko käskyjä ROM:sta :' ·': CPU.hun, jotka käskyt määrittelevät ohjelman mainitun vaihto- tai lisäkäskyn (mai- nittujen vaihto- tai lisäkäskyjen) kompressoimiseksi. Vielä edullisemmin käskyt, , ·. jotka määrittelevät kompressointiohjelman, muodostavat osan mainitusta kompres- '; ‘ ’ 30 soitujen käskyjen joukosta.

,. ( Keksinnön yllä mainitun muodon mukaisessa menetelmässä kirjoitetaan edullisesti • » dekompressoitu käskyjoukko hakumuistiin (random access memory eli RAM).

’ : Tämän jälkeen CPU lukee dekompressoidut käskyt RAM.sta. On huomattava, että RAM tarjoaa tyypillisesti suuret hakunopeudet verrattuna hitaaseen (esim. flash) 113706 3 ROM-muistiin, mikä nostaa merkittävästi järjestelmän suorituskykyä. Tässä tapauksessa suurentunut nopeus tarjoaa myös alennetun virrankulutuksen verrattuna järjestelmiin, jotka käyttävät hidasta ROM-muistia ja joissa virtaa kulutetaan silloinkin, kun järjestelmä odottaa pääsyä ROM:iin.

5 Esillä olevan keksinnön erään toisen muodon mukainen laite käsittää keskus-käsittely-yksikön (CPU), lukumuistin (ROM) ja joukon ROM:iin tallennettuja kompressoituja käskyjä, joka CPU on järjestetty käytössä lukemaan kompressoidut käskyt ROM:sta, dekompressoimaan kompressoidut käskyt ja tämän jälkeen käyttämään laitetta dekompressoitujen käskyjen mukaisesti, joka laite on edelleen 10 järjestetty käytössä kompressoimaan vaihto- tai lisäkäskyjä ja kirjoittamaan nämä kompressoidut käskyt ROM:iin.

Mainittu ROM-muisti on edullisesti flash-ROM-muisti.

Laite käsittää edullisesti hakumuistin, joka on käytössä jäljestetty tallentamaan käskyt sen jälkeen, kun CPU on dekompressoinut ne.

15 Keksinnön yllä mainitun toisen muodon mukainen laite voi hyödyllisesti olla sisällytetty matkaviestinlaitteisiin, kuten matkapuhelimiin ja yhdistettyihin matkapuhelin/henkilökohtaisiin tietureihin.

Jotta keksintö voitaisiin ymmärtää paremmin ja osoittaaksemme, kuinka se voidaan toteuttaa käytännössä, viittaamme esimerkinomaisesti oheisiin piirustuksiin, joissa: • 20 kuvan 1 lohkokaavio esittää yksinkertaisen tietokoneen arkkitehtuuria; ; *, kuva 2 esittää kuvan 1 tietokoneen muistikarttaa ennen tietokoneen käynnistystä, ' jossa muisti tallentaa joukon käskyjä esillä olevan keksinnön erään *... ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesti; kuva 3 esittää kuvan 2 muistikarttaa tietokoneen käynnistyksen jälkeen; ja * ♦ * 25 kuva 4 esittää kuvan 1 tietokoneen muistikarttaa ennen tietokoneen käynnistystä, ; jossa muisti tallentaa joukon käskyjä esillä olevan keksinnön erään toisen v,: suoritusmuodon mukaisesti.

‘ ·' Kuva 1 havainnollistaa hyvin yksinkertaistettua lohkokaaviota tietokoneesta. Tieto- kone käsittää RISC:iin perustuvan mikroprosessorin 1, jossa on sisäinen RAM-väli-\ : 30 muisti 5. Mikroprosessori 1 voi olla esimerkiksi ARM9TDMI (kehittyneiden RISC- koneiden englantilainen tuotemerkki) -mikroprosessori, joka on liitetty rinnakkais- 4 113708 väylään 2. Väylään 2 on liitetty myös RAM-muisti 3 (esim. SDRAM) ja flash-ROM -muisti 4. ”ARM System Architecture”, Steven Furber, Addison Wesley, ISBN 0-201-40352-8 antaa yksityiskohtaisen kuvauksen ARM TM -järjestelmän arkkitehtuurista ja RISCistä. RISC:n eräs ominaisuus on kuitenkin se, että se käyttää koodia, 5 joka yleensä sisältää muutamia operandeja, joita toistetaan moneen kertaan. Lisäksi nämä operandit ja rekisteri-/osoitetunnisteet ovat yleensä kiinteän pituisia.

Flash-ROM:a 4 käytetään tallentamaan joukko RISC-käskyjä, jotka määrittelevät mikroprosessorin perussyöttö- ja tulostusjärjestelmän (BIOS) sekä laiteajurit, kirjastot ja käyttösovellukset. Käskyt ovat kompressoidussa muodossa, ja ne on 10 aiemmin kompressoitu käyttämällä Pkzip-kompressointiohjelmaa. Kompressoidut käskyt vievät huomattavasti vähemmän flash-ROM -tilaa kuin vastaavat kompressoimattomat käskyt veisivät, esim. XA -1/5 muistitilasta. Tällainen korkea kompres-sointisuhde johtuu RISC-käskyjen erityisestä rakenteesta.

Jotta mikroprosessorin 1 on mahdollista dekompressoida tallennetut kompressoidut 15 käskyt, flash-ROM 4 tallentaa lisäksi joukon käskyjä kompressoimattomassa muodossa, jotka määrittelevät Pkzip-dekompressointiohjelman. Kuva 2 esittää ROM:n 4 muistikarttaa ennen tietokoneen käynnistystä, jossa osan muistitilasta vie kompressoidut käskyt 6 ja osan vie kompressoimattomat Pkzip-käskyt 7. Kuvassa 2 ROM 4 esitetään liitettynä mikroprosessoriin 1, samoin kuin RAM 3, joka jää tässä vai-20 heessa tyhjäksi.

•

Tietokonetta käynnistettäessä mikroprosessori 1 ohjataan laitteistologiikalla luke-maan dekompressoidun käskyjoukon 7 ensimmäinen käsky RO Mistä 4. Tämän :,v jälkeen dekompressoitu joukko ohjaa mikroprosessorin lukemaan ja dekompres- soimaan kompressoidun käskyjoukon 6. Laajennettu käskyjoukko 6’ tallennetaan 25 sitten RAM:iin 3, kuten kuvassa 3 on esitetty. Viimeinen toimenpide, jonka joukko dekompressoituja käskyjä suorittaa, on saada mikroprosessori 1 siirtymään ensimmäiseen käskyyn dekompressoidussa koodissa. Tämän jälkeen tietokonetta käyte-: ·, ·, tään dekompressoitujen käskyjen 6’ mukaisesti.

:: On ilmeistä, että tietokoneen käyttöjärjestelmää voidaan muuttaa menemällä suoraan 30 flash-ROM:iin 5 pyyhkimään pois ja/tai uudelleenkirjoittamaan sinne tallennetut . · · , kompressoidut käskyt 6. Joissakin olosuhteissa voi kuitenkin olla toivottavaa, että loppukäyttäjä pystyy muuttamaan kompressoidut käskyt 6 tai jopa, että tietokone ‘itse pystyy ’dynaamisesti’ muuttamaan käskyjä. Tässä tarkoituksessa Pkzip-komp-:. ‘' i ressointimenetelmä voidaan myös tallentaa flash-ROM:iin 4.

5 113706

Muistivaatimusten vähentämiseksi vastaavat Pkzip-käskyt voidaan tallentaa kompressoidussa muodossa 8, kuten kuvassa 4 on havainnollistettu. Käynnistyksen aikana mikroprosessori 1 lukee kompressoidut Pkzip-käskyt 8 flash-ROM:sta 4, dekompressoi ja tallentaa ne RAM:iin 3 dekompressoituina käskyinä 8’ yhdessä 5 dekompressoitujen käskyjen 6’ kanssa (kuva 4). Vaihtoehtoisesti kompressoidut Pkzip-käskyt 8 voidaan vain lukea flash-ROM:sta 4 ja tämän jälkeen dekompres-soida ne, kun on esitetty erityinen pyyntö muuttaa kompressoituja käskyjä 6,8. Kummassakin tapauksessa mikroprosessori 1 käyttää dekompressoitua Pkzip-mene-telmää kompressoidakseen muutetun version käskyistä 6’,8’ ja kirjoittaa kompres-10 soidut käskyt flash-ROM:n vastaaviin alueisiin.

On huomattava, että kompressointisuhde maksimoituu, kun koko käskyjoukko 6,8 kompressoidaan yhtenä ainoana ’yksikkönä’. On kuitenkin myös mahdollista kompressoida käskyt pienempinä alayksiköinä, jolloin ainoastaan ne yksiköt, jotka on muutettu, on tarpeen kompressoida ja kirjoittaa flash-ROM:iin 4.

15 Alan ammattimiehelle on ilmeistä, että yllä kuvattuihin suoritusmuotoihin voidaan tehdä muita muunnelmia poikkeamatta esillä olevan keksinnön piiristä. Voidaan esimerkiksi käyttää muita kompressointialgoritmeja kuin Pkzip, mukaan lukien Gzip-9, Zoo-a ja Arj-a. Kompressointimenetelmiä voidaan myös optimoida ARM (tuotemerkki) -prosessoreille.

t 1 » 1 t f i ·

Claims

6 113706

1. Menetelmä laitteen käyttämiseksi, jossa laitteessa on keskuskäsittely-yksikkö (CPU) ja lukumuisti (ROM), jossa menetelmässä luetaan joukko kompressoituja käskyjä ROMrsta CPU.hun, dekompressoidaan kompressoidut käskyt CPU:ssa ja 5 tämän jälkeen käytetään laitetta dekompressoitujen käskyjen mukaisesti, tunnettu siitä, että menetelmässä edelleen tuotetaan yksi tai useampia kompressoituja vaihto-tai lisäkäskyjä CPU:ssa ja kirjoitetaan kompressoitu käsky (kompressoidut käskyt) ROMiiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, joka käsittää vaiheen, jossa 10 luetaan joukko käskyjä ROM:sta CPUrhun, jotka käskyt määrittelevät ohjelman mainitun vaihto- tai lisäkäskyn (mainittujen vaihto- tai lisäkäskyjen) kompres-soimiseksi.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, jossa käskyt, jotka määrittelevät kompressointiohjelman, muodostavat osan mainitusta kompressoitujen käskyjen 15 joukosta.

4. Mikä tahansa edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa muodostetaan dekompressoidun käskyjoukon käyttöjärjestelmä.

5. Minkä tahansa edellä esitetyn patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, jossa kirjoitetaan dekompressoitu käskyjoukko hakumuistiin (RAM) ja tämän 20 jälkeen CPU lukee dekompressoidut käskyt RAM:sta. ·* : 6. Laite, joka käsittää keskuskäsittely-yksikön (CPU,1), lukumuistin (ROM, 4) : ‘ ; ja joukon kompressoituja käskyjä (6, 8), jotka on tallennettu ROM:iin (4), joka CPU (1) on järjestetty käytössä lukemaan kompressoidut käskyt (6, 8) ROM:sta (4), , ; . dekompressoimaan kompressoidut käskyt (6, 8) ja tämän jälkeen käyttämään laitetta 25 dekompressoitujen käskyjen (6’, 8’) mukaisesti, tunnettu siitä, että laite on edelleen .. . järjestetty käytössä kompressoimaan vaihto- tai lisäkäskyjä ja kirjoittamaan nämä I » ‘; kompressoidut käskyt ROM:iin. < ·

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, jossa mainittu muisti (4) on flash-ROM -muisti. "; 30 8. Jonkin patenttivaatimuksen 6-7 mukainen laite, joka käsittää hakumuistin ; (RAM, 3), joka on käytössä järjestetty tallentamaan käskyt CPU:n (1) dekompres- soinnin jälkeen. 7 113708

9. Jokin patenttivaatimuksen 6-8 mukainen laite, jossa CPU on sovitettu muodostamaan dekompressoidun käskyjoukon käyttöjärjestelmä.

10. Matkaviestinlaite, joka käsittää jonkin patenttivaatimuksen 6-9 mukaisen laitteen.

5 Patentkrav