JP2000305919A - マルチプロセッサシステムとその同期方法、振動試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同期処理専用の特別なハードウェアや不可分
命令の使用なしで、マルチプロセッサシステムのプロセ
ッサ間同期を実現する。 【解決手段】 共有メモリ上に各プロセッサ対応の同期
フラグ及びチェックフラグを設け、並列処理開始時には
これらの全フラグをクリアしておく。各プロセッサの同
期処理では、まず自プロセッサ対応の同期フラグをセッ
トしたのち全同期フラグがセットされるのを待ち、セッ
トされると次に自プロセッサ対応のチェックフラグをセ
ットしたのち全チェックフラグがセットされるのを待
ち、セットされると次に自プロセッサ対応の同期フラグ
をクリアしたのち全同期フラグがクリアされるのを待
ち、クリアされると自プロセッサ対応のチェックフラグ
をクリアして同期処理を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共有メモリを備え
たマルチプロセッサシステムとその同期方法、およびこ
れを用いた振動試験装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マルチプロセッサシステムを用いて、目
的とする処理を複数のプロセッサで分担して並列処理す
れば、その処理を高速に実行できる。例えば特開平５−
１０８４６号に開示されている技術を用いれば、部分構
造の試験と数値モデルの解析とを結合することにより、
大規模な構造物や数値モデル化が困難な部分を含む構造
でも、部分モデルを用いた実験により全体構造を実験し
たのと同等な実験条件を実現することができるが、数値
モデルが大規模になった場合、解析時間が増大する。こ
のような場合には、マルチプロセッサシステムの利用が
有効である。

【０００３】このような並列処理を実行するときには、
一般にプロセッサ間の同期処理が必要である。このため
の従来技術としては、同期監視のための専用のプロセッ
サを設けたもの、同期監視のための専用線を各プロセッ
サに設けたものがあるが、前者では同期監視用プロセッ
サと同期制御線等のハードウェアを設ける必要があり、
後者では、同期要求線、同期検出線、同期制御回路等の
ハードウェアを設ける必要がある。また、別の従来技術
として、ソフトウェアによって同期処理を行う従来技術
もあるが、複数の命令を不可分で行う不可分命令を実行
できる特別なハードウェアを必要としたり、複雑な制御
が必要で同期処理時間が長かったりした。さらに、例え
ば、特開平９−３０５５４６号に開示された従来技術が
あるが、この技術では、同期先プロセッサが、同期元プ
ロセッサを待つことはできるが、同期元プロセッサは同
期先プロセッサを待つことができない。

【０００４】これらの従来技術に対して、専用のハード
ウェアを用いず、また不可分命令も用いないで、ソフト
処理で同期をとるようにした技術が特開平２−１０５９
６１号に開示されている。この技術では、各プロセッサ
に同期用レジスタを設け、そのレジスタは全てのプロセ
ッサに対応するフラグを持っている。そして各プロセッ
サが分担して処理を行う１つのフェーズの開始時に各プ
ロセッサはそのレジスタの全フラグを「０」にリセット
しておく。各プロセッサは、当該フェーズにおける処理
を終わると自プロセッサ内の同期用レジスタの自プロセ
ッサ対応のフラグを「１」にセットするとともに、通信
手段を介して他プロセッサの全てに処理終了を通知し、
これを受けた各プロセッサは、割り込み処理により自プ
ロセッサ内のレジスタの通知元プロセッサ対応フラグを
「１」にセットする。そして各プロセッサは、自分の当
該フェーズの処理が終わっていれば、いずれかのフラグ
を「１」としたときに、全てのフラグが「１」となって
いるかのチェックを行い、すべて「１」となっていれば
次のフェーズの処理に移行する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記した特開平２−１
０５９６１号に開示され技術によると、専用ハードウェ
アを設置したり、不可分命令の利用なしに、経済的でか
つ単純なソフト処理によりプロセッサ間の同期をとるこ
とができる。しかし、この技術には以下に述べる問題点
がある。今、簡単のため２個のプロセッサＰＥ１、ＰＥ
２が図７に示したように、フェーズｊ−１で処理Ａ１、
Ａ２をそれぞれ実行して同期をとり（Ｓｙｎｃ１）、次
いでフェーズｊで処理Ｂ１、Ｂ２をそれぞれ実行して同
期をとり（Ｓｙｎｃ２）、さらにフェーズｊ＋１で処理
Ｃ１、Ｃ２をそれぞれ実行して終了するようプログラム
されているとする。

【０００６】図８はこのときの各プロセッサの動作例を
示すタイムチャートで、時刻ｔ0からプロセッサＰＥ
１、ＰＥ２がそれぞれフェーズｊ−１の処理Ａ１、Ａ２
を開始したとすると、このときプロセッサＰＥ１の同期
用レジスタのフラグ（ｆ11、ｆ12）は（０、０）であ
り、プロセッサＰＥ２の同期用レジスタのフラグ（ｆ2
1、ｆ22）は（０、０）である。但しｆ11、ｆ21はプロ
セッサＰＥ１対応のフラグであり、ｆ12、ｆ22はプロセ
ッサＰＥ２対応のフラグとする。時間が経過して時刻ｔ
1にプロセッサＰＥ１での処理Ａ１が終了したとする
と、その後はプロセッサＰＥ１は終了通知の送信とフラ
グｆ11を「１」とする更新処理を行い、続いてフラグチ
ェックを行うＳｙｎｃ１動作に入る。一方、終了通知を
受けたプロセッサＰＥ２ではフラグｆ21を「１」とする
割り込み処理とフラグチェックを行う。各プロセッサの
フラグ更新が時刻ｔ2に終わったとすると（これは必ず
しも２つのプロセッサで同一時刻とは限らないが、ここ
ではほぼ同じと見て１つの時刻としている。以下同
様）、この後に続くフラグチェックではどちらのレジス
タも（１、０）なのでプロセッサＰＥ１はフラグチェッ
クを続け、プロセッサＰＥ２では処理Ａ２を継続する。
さらに時間が経過して時刻ｔ3にプロセッサＰＥ２の処
理Ａ２が終了したとすると、先程と同様にして各プロセ
ッサのフラグｆ12、ｆ22の更新処理が行われ、これが時
刻ｔ4に完了し、いずれの同期用レジスタも（１、１）
となったとする。この後、時刻ｔ5にプロセッサＰＥ１
がフラグチェックを終わってフェーズｊの処理Ｂ１を開
始し（このときプロセッサＰＥ１のフラグ（ｆ11、ｆ1
2）は（０、０）にリセット）、時刻ｔ6にその処理Ｂ１
を終了して時刻ｔ7には自分のフラグｆ11を「１」にセ
ットしたとする。一方、プロセッサＰＥ２は、自分のフ
ラグ（ｆ21、ｆ22）が時刻ｔ4に（１、１）となってい
るので、続くフラグチェックでこれを検出すれば、処理
Ｂ２を開始できるが、何らかの理由でこのチェック動作
が遅れ、その動作が前記の時刻ｔ7よりも後の時刻ｔ8に
完了したとする。そして自分の同期用レジスタのフラグ
（ｆ21、ｆ22）を（０、０）にリセットし（時刻ｔ
9）、処理Ｂ２を開始し、これを時刻ｔ9に終わったとす
ると、その少し後の時刻ｔ10には（ｆ21、ｆ22）が
（０、１）となり、処理Ｂ２の終了に伴いプロセッサＰ
Ｅ１の方でも（ｆ11、ｆ12）＝（１、１）となる。これ
によってプロセッサＰＥ１はフェーズｊ＋１の処理Ｃ１
を実行し、終了する。ここで処理Ｂ１終了後の時刻ｔ
7、処理Ｂ２終了後の時刻ｔ10においては、本来両プロ
セッサのもつフラグが一致している必要があるのに、異
なった値を持っている。これは、時刻ｔ4以降のプロセ
ットＰＥ２におけるチェック動作ＣＨが遅れ、その間に
プロセッサＰＥ１が処理Ｂ１を終了してしまった結果で
ある。このため、プロセッサＰＥ２は時刻ｔ10以降、Ｓ
ｙｎｃ２の同期処理でフラグ（ｆ21、ｆ22）を調べる
が、ｆ21は「０」のままで「１」になることはないの
で、いつまで待っても処理Ｃ２に入れないことになる。

【０００７】また、特開平２−１０５９６１号に開示さ
れた技術では、１つのプロセッサが処理を終了して終了
通知を行ったとき、他の各プロセッサは自分の分担する
処理の実行中であっても、またフラグチェックを繰り返
している同期待ちのときでも、割り込み処理により、終
了通知を自分の同期用レジスタに反映させる必要があ
り、その分だけ同期のためのオーバーヘッドが増大す
る。

【０００８】本発明の目的は、共有メモリを備えたマル
チプロセッサシステムにおいて、同期処理専用の特別な
ハードウェアが不要で、不可分命令を実行できる特別な
ハードウェアが不要な、簡単なソフト処理で確実に相互
の同期がとれるようにしたマルチプロセッサシステムと
その同期方法を提供することにあり、またその同期方法
を具備した振動試験装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも２
個のプロセッサと、これらプロセッサのいずれからもア
クセス可能な共有記憶装置とを具備するマルチプロセッ
サシステムにおいて、前記共有記憶装置にプロセッサ毎
に対応する同期フラグ及びチェックフラグを設け、並列
処理開始時に少なくともその並列処理に参加する参加プ
ロセッサに対応する前記同期フラグおよびチェックフラ
グのすべてをクリアする初期化手段を備えるとともに、
前記参加プロセッサの各々は、同期処理を開始すると自
プロセッサ対応の同期フラグをセットしたのち前記参加
プロセッサ対応の同期フラグがすべてセットされている
かを検出するための第１の手段と、この手段により前記
参加プロセッサ対応の同期フラグがすべてセットされて
いることが検出されると、自プロセッサ対応のチェック
フラグをセットしたのち前記参加プロセッサ対応のチェ
ックフラグがすべてセットされているかを検出するため
の第２の手段と、この手段により前記参加プロセッサ対
応のチェックフラグがすべてセットされていることが検
出されると自プロセッサ対応の同期フラグをクリアした
のち前記参加プロセッサ対応の同期フラグがすべてクリ
アされているかを検出するための第３の手段と、この手
段により前記参加プロセッサ対応の同期フラグがすべて
クリアされていることが検出されると自プロセッサ対応
のチェックフラグをクリアして自プロセッサの同期処理
を終了する第４の手段とを備えたことを特徴とするマル
チプロセッサシステムを開示する。

【００１０】更に本発明は、少なくとも２個のプロセッ
サと、これらプロセッサのいずれからもアクセス可能な
共有記憶装置とを具備するマルチプロセッサシステムの
同期方法において、前記共有記憶装置にプロセッサ毎に
対応する同期フラグ及びチェックフラグを設けるととも
に、並列処理の開始時には少なくともその並列処理に参
加するプロセッサに対応する前記同期フラグ及びチェッ
クフラグをすべてクリアしておき、前記参加プロセッサ
の各々は、同期処理を開始すると自プロセッサ対応の同
期フラグをセットしたのち前記参加プロセッサ対応の同
期フラグがすべてセットされるのを待ち、前記参加プロ
セッサ対応の同期フラグがすべてセットされると自プロ
セッサ対応のチェックフラグをセットしたのち前記参加
プロセッサ対応のチェックフラグがすべてセットされる
のを待ち、前記参加プロセッサ対応のチェックフラグが
すべてセットされると自プロセッサ対応の同期フラグを
クリアしたのち前記参加プロセッサ対応の同期フラグが
すべてクリアされるのを待ち、前記参加プロセッサ対応
の同期フラグがすべてクリアされると自プロセッサ対応
のチェックフラグをクリアして同期処理を終了するよう
にしたことを特徴とするマルチプロセッサシステムの同
期方法を開示する。

【００１１】更に本発明は、部分的な実システムとして
の供試体と、この供試体を加振するための加振手段と、
少なくともこの手段により加振されたときの供試体から
の反力を入力として、試験体の供試体を除く部分の挙動
を数値モデルを用いて算出し、前記加振手段への加振指
令値を出力する計算手段とから構成された振動試験装置
において、前記計算手段を前記マルチプロセッサシステ
ムで構成したことを特徴とする振動試験装置を開示す
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を詳細
に説明する。図２は、共有メモリを備えたマルチプロセ
ッサシステムの構成例を示したもので、ｎ個のプロセッ
サユニットＰ１〜Ｐｎがバス２１に接続されており、各
プロセッサユニットＰ１〜Ｐｎはそれぞれローカルメモ
リ２１１〜２ｎ１、プロセッサ２１２〜２ｎ２、キャッ
シュメモリ２１３〜２ｎ３を備えている。各プロセッサ
Ｐ１〜Ｐｎは、共有メモリ２２を共有しており、バス２
１を介して共有メモリ２２にアクセス可能である。

【００１３】本発明のマルチプロセッサシステムでは、
今図２のｎ個のプロセッサユニットＰ１〜Ｐｎが並列処
理を実行する同期チームを構成しているとしたとき、こ
れら同期チームに属する各プロセッサユニットＰj（ｊ
＝１〜ｎ）に対応して同期フラグＳＦj（ｊ＝１〜ｎ）
とチェックフラグＣＦj（ｊ＝１〜ｎ）を共有メモリ２
２上に用意する。そして、並列処理の開始時には、１つ
のプロセッサユニットが図３に示した手順に従い、これ
らのフラグを全て初期化する。即ち、ｎ個の同期フラグ
ＳＦj（ｊ＝１〜ｎ）およびｎ個のチェックフラグＣＦj
（ｊ＝１〜ｎ）の全てをクリアしておく。

【００１４】並列処理を開始すると、例えば図７に示し
たようなプログラムの場合、各同期処理（Ｓｙｎｃ１；
２）が行われるが、この同期処理は、本発明のマルチプ
ロセッサシステムでは、図１に示す手順で実行される。
この図１の処理は、各プロセッサで同期処理時に実行さ
れる。但しここでは、簡単のため図２のローカルメモ
リ、キャッシュメモリはないものとして説明する。この
場合、“プロセッサユニット”と“プロセッサ”は同義
語として扱う。まず、同期チーム中のプロセッサｋが同
期処理を開始すると、そのプロセッサｋに対応する同期
フラグＳＦkをセットする（ステップ１０１）。次にプ
ロセッサｋは、同期チームに参加した全プロセッサに対
応する同期フラグＳＦj、ｊ＝１〜ｎの全てがセットさ
れているかを判定し（ステップ１０２）、全てがセット
されていないときは、別の処理Ｓ１を行った後にこの判
定を繰り返し、全ての同期フラグＳＦj、ｊ＝１〜ｎが
セットされていれば次に自プロセッサｋに対応するチェ
ックフラグＣＦkをセットする（ステップ１０３）。次
に、プロセッサｋは、同期チームに参加した全プロセッ
サに対応するチェックフラグＣＦj、ｊ＝１〜ｎがセッ
トされているかを判定し（ステップ１０４）、全てがセ
ットされていないときは、別の処理Ｓ２を行った後にこ
の判定を繰り返し、全てのチェックフラグＣＦj、ｊ＝
１〜ｎがセットされていれば自プロセッサｋに対応する
同期フラグＳＦkをクリアする（ステップ１０５）。さ
らにプロセッサｋは、同期チームに参加した全プロセッ
サに対応する同期フラグがクリアされているかを判定し
（ステップ１０６）、全てがクリアされていないとき
は、別の処理Ｓ３を行った後にこの判定を繰り返し、全
ての同期フラグＳＦj、ｊ＝１〜ｎがクリアされていれ
ば自プロセッサｋに対応するチェックフラグＣＦkをク
リアし（ステップ１０７）、同期処理を終了する。

【００１５】以上の図１の同期処理において、別の処理
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、プロセッサのノーオペレーション
命令の実行でもよいし、共有メモリ２２以外へのアクセ
スを行う処理でもよい。また、別の処理Ｓ１〜Ｓ３を行
わなくても良い。また、同期チーム情報の設定は、同期
処理に先立ち、所定のメモリエリアに同期チーム情報を
設定しておき、これを上記同期処理中で参照するように
してもよいし、上記同期処理を関数化して、同期チーム
情報を引数としてこの関数に与えるようにしてもよい。

【００１６】以上に説明した図１の同期処理によると、
図８の例で説明したような、あるプロセッサによる全同
期フラグのセット状態確認が何らかの理由で遅れたとき
でも、そのプロセッサ対応のチェックフラグがリセット
のままであるから、他のプロセッサは次のフェーズの処
理へ進むことはない。従って全同期フラグがセットか、
のチェック遅れがあっても図８のような不一致が生じる
ことはない。また、どれかのプロセッサによる全チェッ
クフラグのセット状態のチェック遅れがあっても、その
ときは当該プロセッサ対応の同期フラグがクリアされて
おらず、やはり他プロセッサが次の処理フェーズへ進む
こともない。こうして常に全ての同期フラグがリセット
された状態で、どのプロセッサの次フェーズ処理も開始
されるので、確実な同期をとることができる。むろん本
発明の同期方法では、専用のハードウェアや不可分命令
を実行できる特別なハードウェアは不要で、ソフト処理
も単純なものである。また、どのプロセッサも他プロセ
ッサの同フェーズの処理を待つことができるのはいうま
でもない。さらに、あるフェーズの処理中にあるプロセ
ッサの処理が終わったとき、他プロセッサへの終了通知
による割り込み発生もないから、処理効率がよい。

【００１７】なお、以上では図２の各プロセッサユニッ
トに設けられたローカルメモリ及びキャッシュメモリは
ないものとしたが、ローカルメモリを設ければプロセッ
サ２１２〜２ｎ２の間で共有する必要のないデータはロ
ーカルメモリ上に配置できる。そうすると各プロセッサ
の共有メモリに対するアクセスする回数を減らすことが
でき、従って共有メモリに対するアクセス競合を減らす
ことができるため、同期処理時間を短くできる効果があ
る。また、共有メモリ２２のキャッシングを行うキャッ
シュメモリを各プロセッサユニット内に設けたときは、
各プロセッサはそれぞれそのプロセッサユニット内のキ
ャッシュメモリにアクセスすることにより、共有メモリ
内の情報を参照することができる。この場合もプロセッ
サのバス２１を経由した共有メモリ２２へのアクセス回
数を減らすことができ、従って共有メモリに対するアク
セス競合を減らすことができるため、同期処理時間を短
くできる効果がある。

【００１８】図４は、本発明を適用したマルチプロセッ
サシステムの別の構成例を示したもので、バス４１に接
続されたプロセッサユニットＰ′１〜Ｐ′ｎの各々は、
それぞれプロセッサ４１２〜４ｎ２、ローカルメモリ４
１１〜４ｎ１、及び共有メモリ４１３〜４ｎ３を備えて
いる。ここで、共有メモリ４１３〜４ｎ３はマルチリー
ドメモリ（ブロードキャストメモリ）である。即ち、共
有メモリ４１３〜４ｎ３の各々のアドレスは共通であ
り、ある共有メモリに書き込みが生じたときは、そのデ
ータはバス４１を介して全ての共有メモリの同一アドレ
スに書き込まれる。また、共有メモリからの読み出しに
関しては、各プロセッサはそれが属するプロセッサユニ
ット内の共有メモリから読み出しを行うため、各プロセ
ッサはバス４１を介さずに、共有メモリからデータの読
み出しを行うことができる。即ち、読み出し競合がな
い。このため、このシステムで図１の同期処理を実行す
れば、同期フラグ、チェックフラグのチェックを行うと
きに共有メモリに対する読み出しアクセス競合をなくす
ことができるため、同期処理時間を短くできる効果があ
る。

【００１９】次に、本発明の同期方法を適用したマルチ
プロセッサシステムを用いて構成された振動試験装置に
ついて述べる。図５はその構成例を示しており、実験対
象は実供試体部５０１と数値モデル部とに分けられてい
る。数値モデル部は本発明のマルチプロセッサシステム
５０２で構成され、ここで算出された加振機指令値がＤ
／Ａ変換器５０３を介して加振機システム５０４に印加
され、ロードセル５０５を介して実供試体部へ数値モデ
ル部からの加振力が加えられる。この加振力に対する実
供試体部５０１からの反力はＡ／Ｄ変換されてマルチプ
ロセッサシステムへ、また外力としての地震波データ５
０６もマルチプロセッサシステム５０２へ入力される。

【００２０】この振動試験装置における数値モデル部、
即ちマルチプロセッサシステムで実行すべき計算は以下
のようである。まず地震力による外力ベクトルを
｛ｐ｝、実供試体部５０１から数値モデル部に加わる反
力ベクトルを｛ｑ｝とし、数値モデル部の質量マトリク
スを〈Ｍ〉、減衰マトリクスを〈Ｃ〉、剛性マトリクス
を〈Ｋ〉、変位ベクトルを｛ｘ｝としたとき、数値モデ
ル部の運動方程式は、

【数１】 と表される。ここで文中では大文字を〈 〉で囲んだ量
がマトリクスを、小文字を｛ ｝で囲んだ量はベクトル
を表し、数式中では表示を簡略化するため、大文字の太
字でマトリクスを表し、小文字の太字でベクトルを表す
ものとする。これは以下でも同様である。（数１）を例
えば中央差分法を用いて解けば、

【数２】 と表すことができる。ここで、添え字のｉは現時刻ｉに
おける値であることを示し、ｉ−１は時刻ｉ−Δｔでの
値、ｉ＋１は時刻ｉ＋Δｔでの値であることを示す。Δ
ｔは微小時間である。

【００２１】ここで、マルチプロセッサシステム５０２
は３個のプロセッサＰ１〜Ｐ３から成り立っているとし
て、これらにより（数２）を並列処理するように変形す
る。このために各ベクトル、マトリクスを（数３）〜
（数９）のように３つの部分に分け、それらに添字０、
１、２を付して表す。

【数３】

【数４】

【数５】

【数６】

【数７】

【数８】

【数９】 そうすると（数２）は

【数１０】 とかける。ここでさらに

【数１１】 とおけば（数１０）は

【数１２】 あるいは

【数１３】 となる。また、加振機への指令値ベクトル｛ｘr｝は、
〈Ｘ0〉を出力マトリクスとして、

【数１４】 により計算できる。

【００２２】以上の計算をプロセッサシステム（以下、
単にプロセッサという）Ｐ１〜Ｐ３により実行するとき
の図５の処理Ａ１〜Ｃ３の例を表１に示す。

【表１】 即ち、プロセッサＰ１が図３に示したフラグの初期化処
理を行い（ステップＳ１０１）、マルチプロセッサを構
成する他のプロセッサＰ２、Ｐ３を起動する（ステップ
Ｓ１０２）。続いてプロセッサＰ１は、表１の処理Ａ
１、即ち地震波データ５０６をもとに地震力による外力
ベクトル｛ｐ｝を算出し、それをマルチプロセッサシス
テム５０２内の共有メモリ（図５には図示していない）
へ書き込み、さらにロードセル５０５から得た反力をＡ
／Ｄ変換器５０７によりＡ／Ｄ変換したデータを基に、
実供試体部５０１から数値モデル部に加わる反力ベクト
ル｛ｑ｝を計算し、共有メモリへ書き込む（ステップＳ
１０３）。この共有メモリは、前述したように各プロセ
ッサから自由にアクセス可能であるとする。以上の処理
Ａ１が終わると、プロセッサＰ１は同期処理（ステップ
Ｓ１０４）へ入る。なお、ここで用いる地震波データは
マルチプロセッサシステム内に記憶したデジタルまたは
アナログのデータであってもよいし、図５のようにマル
チプロセッサシステムの外部から取り込んだデジタルま
たはアナログのデータであってもよい。

【００２３】一方、プロセッサＰ２、Ｐ３では、起動さ
れると処理Ａ２、Ａ３としては何もせず（ステップＳ２
０１、Ｓ３０１）、すぐに同期処理（ステップＳ２０
２、Ｓ３０２）へ入る。こうしてプロセッサＰ１〜Ｐ３
の間の同期処理（ステップＳ１０４、Ｓ２０２、Ｓ３０
２）が本発明の方法に従って行われ、同期がとれると各
プロセッサＰ１〜Ｐ３は表１の処理Ｂ１〜Ｂ３（ステッ
プＳ１０５、Ｓ２０３、Ｓ３０３）をそれぞれ実行す
る。この表１の処理Ｂ１〜Ｂ３は（数１１）で与えられ
るベクトル｛ｙ｝i+1の各成分｛ｙ0｝i+1、｛ｙ1｝i+
1、｛ｙ2｝i+1をそれぞれ計算するもので、これらは
（数１１）からわかるように、定数マトリクス〈Ｍ〉、
〈Ｃ〉、〈Ｋ〉、現時点及びΔｔ前の時点の値として求
められた変位ベクトル｛ｘ｝i、｛ｘ｝i-1、処理Ａ１で
算出され、共有メモリに書き込まれたベクトル｛ｐ｝
i、｛ｑ｝i を用いて３個のプロセッサＰ１〜Ｐ３によ
り並列に算出され、共有メモリへ書き込まれる。

【００２４】処理Ｂ１〜Ｂ３の処理がすべて終わったこ
とが、本発明の方法による同期処理ステップＳ１０６、
Ｓ２０４、Ｓ３０４で確認されると、プロセッサＰ１は
表１の処理Ｃ１（ステップＳ１０７）を実行する。これ
は（数１２）によりΔｔ後の変位ベクトル｛ｘ｝i+1を
定数マトリクス〈Ｒ〉と処理Ｂ１〜Ｂ３で求めたベクト
ル｛ｙ｝i+1から算出する演算と、この演算結果と出力
マトリクス〈Ｘ0〉を用いて（数１４）により加振機指
令値｛ｘr｝i+1を算出し、図５のＤ／Ａ変換器５０３へ
出力する処理である。一方、他のプロセッサＰ２、Ｐ３
では処理Ｃ２、Ｃ３としては表１のように何もしない。
こうしてＤ／Ａ変換器５０３を介してアナログ指令値に
変換された加振機指令値は加振機システム５０４に印加
され、実供試体部５０１を加振する。

【００２５】プロセッサＰ１では、前記処理Ｃ１が終了
すると、（数２）の差分方程式の繰り返し演算を終了す
るか、即ち所望の時刻までのモデル計算が終わったかの
判定を行い、その結果の終了／未終了を他プロセッサへ
通知するとともに、未終了のときはステップＳ１０３の
処理Ａ１へ戻って次の時刻の演算を開始し、終了のとき
は、処理終了する（ステップＳ１０８）。プロセッサＰ
２、Ｐ３では、処理Ｃ２、Ｃ３の後、プロセッサＰ１か
ら処理の終了／未終了の通知を待ち（ステップＳ２０
６、Ｓ３０６）、未終了が通知されているときはそれぞ
れステップＳ２０１、Ｓ３０１の処理Ａ２、Ａ３へ戻っ
て次の時刻の演算を開始し、終了が通知されているとき
は処理を終了する。

【００２６】以上説明したように、図５のマルチプロセ
ッサシステムに表１の処理Ａ１〜Ｃ３を割り当てると、
ベクトル｛ｙ｝i+1の計算を複数のプロセッサで並列に
処理できるため、１つのプロセッサで計算した場合に比
べ、計算処理時間を短縮することができ、数値モデルが
大規模になった場合でも、計算時間の増大を抑え、大規
模な実験対象を精度良く振動試験できる効果がある。

【００２７】図６は、図５のマルチプロセッサシステム
の別の構成例で、処理Ａ１〜Ｄ３の内容は表２に示され
ている。

【表２】 このマルチプロセッサシステムでは、処理Ｃ１〜Ｃ３の
あとに同期処理ステップＳ１０９、Ｓ２０７、Ｓ３０７
を実行し、その後に処理Ｄ１〜Ｄ３を追加している点
と、処理Ａ２、Ａ３、Ｂ２、Ｂ３、Ｃ１〜Ｃ３の内容が
表２のように異なっている以外は、図５、表１のシステ
ムと同様である。相違点を説明すると、まず処理Ａ２、
Ａ３では、表１のようにＮＯＰではなく、ベクトル｛ｙ
1｝i+1、｛ｙ2｝i+1の計算に用いる（数１１）の内で、
ベクトル｛ｐ｝i、｛ｑ｝iを含まない部分を算出し、処
理Ｂ２、Ｂ３でこの結果と残りの｛ｐ｝i、｛ｑ｝iを含
む部分とを合わせた計算を行っている。また、表１では
｛ｘ｝i+1をすべて処理Ｃ１で算出していたが、表２で
はこれを３つに分けた（数１３）に従ってプロセッサＰ
１〜Ｐ３で処理Ｃ１〜Ｃ３で分担して並列処理し、その
後同期処理を行う（ステップＳ１０９、Ｓ２０７、Ｓ３
０７）。そして処理Ｃ１〜Ｃ３が終了して｛ｘ｝i+1が
求まると、プロセッサＰ１の処理Ｄ１で加振機指令値
｛ｘr｝i+1を算出して出力している（ステップＳ１１
０）。このとき他のプロセッサＰ２、Ｐ３の処理Ｄ２、
Ｄ３はＮＯＰである（ステップＳ２０８、Ｓ２０９）。
この図６及び表１の構成例では、図５及び表１の場合よ
りも並列処理を多く行っているから、計算時間のさらな
る短縮がはかれる。

【００２８】なお、図５、図６において、外力ベクトル
｛ｐ｝は地震力とは限らず、所定の入力加速度による加
振力としてもよい。このとき、地震波加速度以外の入力
加速度に対して、振動実験を行える効果がある。また、
加振機指令値｛ｘr｝i+1を算出するに際し、加振機シス
テム５０４の遅れを補償するようにしてもよい。このよ
うにすれば、精度の高い実験が可能になる。また、プロ
セッサを３台使用した場合について説明したが、プロセ
ッサ数が２または４以上の場合であっても、上記と同様
に実施可能であり、プロセッサの数を増やすにつれ、数
値モデルが大規模になった場合の計算時間の増大を抑え
る効果が増え、大規模な実験対象を精度良く振動試験で
きる。

【００２９】さらに、図５、図６の構成例では、一般に
計算の時間単位Δｔは実際の振動における時間の単位と
は一致せず、その関係はプロセッサの処理速度に依存す
る。しかし、プロセッサの処理速度が実時間での振動よ
りも短い時間でシミュレートできる速度である場合に
は、図５、図６で図示を省略している入出力時刻管理手
段を付加し、これによって１つの加振機指令値が出力さ
れるごとに次の計算を開始する処理Ａ１〜Ａ３の開始時
刻を管理するようにすれば、実時間での振動実験が可能
となる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、同期処理専用の特別な
ハードウェアや不可分命令を実行できる特別なハードウ
ェアが不要で同期処理のための複雑な制御も不要で、さ
らに複数のプロセッサが互いを待つことのできるマルチ
プロセッサシステムを実現することができる。また、こ
のマルチプロセッサシステムを用いることにより、数値
モデルが大規模になった場合でも、マルチプロセッサを
用いた並列処理により、解析時間の増大を抑え、大規模
な実験対象でも精度良く振動試験を行える振動試験装置
を提供できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になるプロセッサ間の同期処理方法の例
を示したフローチャートである。

【図２】共有メモリを備えたマルチプロセッサシステム
の例である。

【図３】本発明の同期処理のためのフラグ初期化処理の
フローチャートである。

【図４】共有メモリを備えたマルチプロセッサシステム
の別の例である。

【図５】本発明になる振動試験装置の構成例を示す図で
ある。

【図６】本発明になる振動試験装置の別の構成例を示す
図である。

【図７】並列処理の同期問題を説明するプログラム例で
ある。

【図８】図７のプログラム例で生じうる従来技術の問題
点を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

２２、４１３、４ｎ３ 共有メモリ １０１ 同期フラグセット処理 １０２ 全同期フラグセット状態検出処理 １０３ チェックフラグセット処理 １０４ 全チェックフラグセット状態検出処理 １０５ 同期フラグクリア処理 １０６ 全同期フラグクリア状態検出処理 １０７ チェックフラグクリア処理 ５０２、６０２ マルチプロセッサシステム Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐｎ プロセッサユニット Ｐ１′、Ｐｎ′ プロセッサユニット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池 勝久 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社日 立製作所機械研究所内 Ｆターム(参考） 5B045 AA00 CC07 DD12 HH06

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも２個のプロセッサと、これら
   プロセッサのいずれからもアクセス可能な共有記憶装置
   とを具備するマルチプロセッサシステムにおいて、 前記共有記憶装置にプロセッサ毎に対応する同期フラグ
   及びチェックフラグを設け、並列処理開始時に少なくと
   もその並列処理に参加する参加プロセッサに対応する前
   記同期フラグおよびチェックフラグのすべてをクリアす
   る初期化手段を備えるとともに、 前記参加プロセッサの各々は、同期処理を開始すると自
   プロセッサ対応の同期フラグをセットしたのち前記参加
   プロセッサ対応の同期フラグがすべてセットされている
   かを検出するための第１の手段と、この手段により前記
   参加プロセッサ対応の同期フラグがすべてセットされて
   いることが検出されると、自プロセッサ対応のチェック
   フラグをセットしたのち前記参加プロセッサ対応のチェ
   ックフラグがすべてセットされているかを検出するため
   の第２の手段と、この手段により前記参加プロセッサ対
   応のチェックフラグがすべてセットされていることが検
   出されると自プロセッサ対応の同期フラグをクリアした
   のち前記参加プロセッサ対応の同期フラグがすべてクリ
   アされているかを検出するための第３の手段と、この手
   段により前記参加プロセッサ対応の同期フラグがすべて
   クリアされていることが検出されると自プロセッサ対応
   のチェックフラグをクリアして自プロセッサの同期処理
   を終了する第４の手段とを備えたことを特徴とするマル
   チプロセッサシステム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のマルチプロセッサシス
   テムにおいて、前記各プロセッサに前記共有メモリの情
   報をキャッシングするキャッシュメモリを具備したこと
   を特徴とするマルチプロセッサシステム。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のマルチプロセッサシス
   テムにおいて、前記共有メモリは、各プロセッサ毎に具
   備されたブロードキャスト型共有メモリであることを特
   徴とするマルチプロセッサシステム。
4. 【請求項４】 少なくとも２個のプロセッサと、これら
   プロセッサのいずれからもアクセス可能な共有記憶装置
   とを具備するマルチプロセッサシステムの同期方法にお
   いて、 前記共有記憶装置にプロセッサ毎に対応する同期フラグ
   及びチェックフラグを設けるとともに、並列処理の開始
   時には少なくともその並列処理に参加するプロセッサに
   対応する前記同期フラグ及びチェックフラグをすべてク
   リアしておき、 前記参加プロセッサの各々は、同期処理を開始すると自
   プロセッサ対応の同期フラグをセットしたのち前記参加
   プロセッサ対応の同期フラグがすべてセットされるのを
   待ち、前記参加プロセッサ対応の同期フラグがすべてセ
   ットされると自プロセッサ対応のチェックフラグをセッ
   トしたのち前記参加プロセッサ対応のチェックフラグが
   すべてセットされるのを待ち、前記参加プロセッサ対応
   のチェックフラグがすべてセットされると自プロセッサ
   対応の同期フラグをクリアしたのち前記参加プロセッサ
   対応の同期フラグがすべてクリアされるのを待ち、前記
   参加プロセッサ対応の同期フラグがすべてクリアされる
   と自プロセッサ対応のチェックフラグをクリアして同期
   処理を終了するようにしたことを特徴とするマルチプロ
   セッサシステムの同期方法。
5. 【請求項５】 部分的な実システムとしての供試体と、
   この供試体を加振するための加振手段と、少なくともこ
   の手段により加振されたときの供試体からの反力を入力
   として、試験体の供試体を除く部分の挙動を数値モデル
   を用いて算出し、前記加振手段への加振指令値を出力す
   る計算手段とから構成された振動試験装置において、 前記計算手段を請求項１乃至３の内の１つに記載のマル
   チプロセッサシステムで構成したことを特徴とする振動
   試験装置。