JP2000512097A

JP2000512097A - 現場においてプログラム可能なプロセッサ

Info

Publication number: JP2000512097A
Application number: JP10500333A
Authority: JP
Inventors: デューハースト，アンドリュー; ワーク，ゴードン
Original assignee: シストリックスリミテッド
Priority date: 1996-06-07
Filing date: 1997-06-06
Publication date: 2000-09-12
Also published as: DE69711457D1; KR20000016431A; EP0976059A1; DE69711457T2; WO1997046948A1; GB9611994D0; US6449708B2; AU3038897A; EP0976059B1; EP1229453A2; US20020019925A1

Abstract

(57)【要約】現場においてプログラム可能なプロセッサは、データパケット上の固定された算術機能の実行に適応する規則的な演算要素の配列を備える。演算要素は、これに近接して展開する信号コンダクタの配列によって相互接続される。演算要素を近接する信号コンダクタに選択的に接続して演算要素同士を相互接続するためのスイッチング手段を設ける。所要の演算要素間相互接続を示すプログラムデータを蓄積し、蓄積されたプログラムデータに基づいてスイッチング手段を制御し所要の演算要素間相互接続を達成する。相互接続された演算要素間においてデータパケットを伝送する。

Description

【発明の詳細な説明】現場においてプログラム可能なプロセッサこの発明は現場においてプログラム可能なプロセッサに係り、特にアナログ機能を書き換えることが可能なプロセッサに関する。近年、超小型電子産業において、製作時にその機能が決定される「カスタム」または「セミカスタム」集積回路から、機能が集積回路の組み立て時ではなく、最終ユーザにより使用直前に「現場で」決定される、現場においてプログラム可能な部品への変化が広範囲へ広がりつつある。現場においてプログラム可能なゲートアレー（ＦＰＧＡ）は、デジタル機能の実行において広範囲に使用され、低費用の非反復設計と、速い設計期間（ＦＰＧＡの配置配線は典型的に数分でなし得る）、製品仕様サイクルの後半において容易に修正できるため低リスクとなる等の利点を提供する。既成の手法を使用してコスト的利点を多量生産においてのみ使用される。しかしながら、アナログ回路の使用にはＦＰＧＡ同等の適したものが無い。ハンス・クラインによる「ＥＰＡＣ構造：現場においてプログラム可能なアナログアレーのための専門セル手法」（１９９６年２月のＡＣＭＦＰＧＡ‘９６会議議事録）は、限られたフィルタ機能とを実行できるプログラム可能な素子について述べている。しかしながら、これにおいては、全てのフィルタが予め設計されており、いかなる設計の自由度もユーザには提供されず、ユーザは要求に最も適したフィルタを選択するだけである。Ａ．ブラットとＩ．マクベスは、「現場用プログラム可能アナログアレーの設計と実行」（１９９６年２月のＡＣＭＦＰＧＡ‘９６会議議事録）においてプログラム可能な配列について記述している。各セルは、オペアンプ（ＯＰＡＭＰ）、複合プログラム可能なキャパシタ、ならびにキャパシタを接続するスイッチ配列を含み、これによって所要の機能を実行する。典型的なシリコンチップ組み立て品において精密かつ確実な絶対値のキャパシタと抵抗を製作するのは難しいため、「スイッチド・キャパシタ・フィルタ設計」として知られる技術が開発され、ジョン・ワイリー・アンド・サンズ社により１９８６年に出版されたＲ．グレゴリアンとＧ．Ｃ．テムズの「アナログＭＯＳ集積回路」に記述されている。この技術において、信頼性のあるフィルタ仕様は、キャパシタ比と「サンプリング」クロックによる周波数の正確な制御により達成される。この技術は、プログラム可能な柔軟性を提供するが、このように製作された素子の使用に際しては、依然として本質的な問題がある。第一に、組立工程における渦流と欠陥のために、確実に製造し得るキャパシタの最小サイズがある。合理的な周波数応答とプログラム範囲を提供するために、キャパシタは最小サイズの数倍の大きさで組み立てられなければならず（２５６倍大きいと言われる）、故に大きな面積のシリコンが必要とされ、コストが増大する。さらにオペアンプは論理回路と比較して大きな面積のシリコンを必要とする。第二に、渦流に対応する上記寸法は、その範囲を縮小するが、問題を克服はしない。例えば、様々なトランジスタ特性のためにシリコンの連続生産の間、実際のオペアンプ動作には可変の＋／−１０ｍＶの入力差オフセットが発生し得る。アナログ回路設計は、オペアンプの電圧オフセットの大きさに敏感であり、そして多くの場合、ユーザが未知の量を設計するのは不可能である。既成のアナログ電子設計では、オペアンプのオフセットに敏感な回路の部分でユーザがポテンショメータを使用して手作業でオフセットを調整するために、オペアンプ集積回路に余剰ピンが提供されるのが通常である。このことは１０から２０のオペアンプ素子をもつ現場のプログラム可能アナログ配列では明らかに現実的でない。第三に、最終ユーザは、プログラムされた回路の性質を正確に決定するための精密なシュミレーションモデルを必要とする。電圧オフセッド寄生「ポール」、有限利得の帯域幅製品等、既知の要因によって生じるオペアンプの非理想的な動作のために、シュミレーションモデルは一般的に複雑なものとなる。詳細なシュミレーションツール無しでは同じ設計をしても異なる条件のもとで全く違った動作をする可能性がある。最後に、エンドユーザは、このタイプの現場においてプログラム可能なアナログ配列を使用するためにアナログ設計、技術の比較的高い理解を要求する。デジタル信号処理素子は、演算要素の配列を持つことで知られる。各演算要素は、データの−部上の操作を実行し、結果を他の素子に伝達し、場合によって他の素子からのデータ出力と結合して、別の操作を実行する。そのような演算要素配列は、アディソン・ウェスレイ・リーディング・マサチューセッツにおいて１９８０年に出版されたミード・Ｃ・コンウェイの「ＶＬＳＩシステムの紹介」（Ｐ．２７１〜２７９）に記載されている。演算要素の配列間の結合は固定されている。これらの配列は同期すなわち、入力データは１つのシステムクロックパルスでタイミングをとり、結果出力は次のクロックパルスをとっている。本発明の目的は、前述の難点を除去し軽減し、信号処理と線形および非線形のアナログ機能の書き換えに必要な算術に基づいた機能を実行し得るプログラム可能なプロセッサを提供するである。本発明によると、データパケット上の固定された機能の実行に適応する規則的な演算要素の配列と、演算要素に近接して展開する信号コンダクタの配列と、演算要素を近接する信号コンダクタに選択的に接続して演算要素同士を相互接続するためのスイッチング手段と、所要の演算要素間相互接続を示すプログラムデータを蓄積する手段と、蓄積されたプログラムデータに基づいてスイッチング手段を制御し所要の演算要素間相互接続を達成する手段と、各演算要素内の数値データを記録する手段と、相互接続された演算要素間においてデータパケットを同期的に伝送する手段とを備える現場においてプログラム可能なプロセッサを提供する。「固定機能」という語句は、少なくとも静的な算術機能を含み、これにより、一度演算要素を定義およびプログラムすると、演算要素が専用の算術的機能を実行することを意味する。これはプロセッサが後に再びプログラムする可能性を削減するものではない。演算要素へ近接して延在する別の信号コンダクタの配列を設け、この別の配列は演算要素間において機能制御データを伝達するよう構成すれば好適である。機能制御データは演算要素または演算要素の組合せによって生成される。好適には、機能制御データによって制御される機能はリセット、セッド作動許可または信号データの修正である。データのパケットは、直列形式で演算要素間を同期して伝達すれば好適である。各演算要素の固定機能は、乗算または加算とすることが好適である。好適には、少なくとも一つの乗算機能を持つ演算要素がシフトおよび加算操作を使用する。このことは、パケットの全ビットの受信までに受信パケットの演算を初期化することを可能にする。演算要素は同等な素子グループの配列内に配置し、各グループは異なる機能の演算要素を内包する。同等な各グループは、加算機能を備える一つの演算要素と、乗算機能を備える三つの演算要素とから構成することができる。好適には、演算要素は遅延手段を備え、演算要素の出力のデータは、完全なパケットデータの伝送にかかる時間分だけ遅延した入力データの複製となる。好適には、追加的な信号コンダクタ配列と、外部制御データ源または目的との間における制御データの伝達手段を設ける。記録された数値データを直列形式に変換する手段を設け、これを演算要素内で使用することができる。好適には、データパケットは制御フラグを含む。好適には、データパケットは制御データビットを含み、演算要素間で伝送されるデータパケットはこのデータの伝送元である演算要素内における算術操作の結果として生じるエラーを表示する制御フラグを含み、さらに少なくともいくつかの演算要素によって受信されるデータ内のエラーを修正する手段を備える。演算要素は、固定小数点演算を使用して算術操作を実行し、制御データによって示されるエラーは、正および／または負のオーバフローである。局所的に発生したエラーの処理方法を内包する乗算処理要素を設ける。好適な実施例においては、信号コンダクタに接続されたアナログ・デジタル変換器ならびにデジタル・アナログ変換器を設け、演算用に伝送する入力アナログ信号のデジタル変換を可能にするとともに、演算要素によって生成されたデジタル信号のアナログ出力への変換を可能にする。本発明の第二の面において、一定配列の演算要素と素子に近接して広がる信号コンダクタの配列と素子と相互接続するために、近接の信号コンダクタと選択的にスイッチする手段と、要求される素子の相互接続を表すプログラムデータを蓄積する手段と、要求される演算要素の相互接続を達成するため、蓄積されたプログラムデータに従ってスイッチングする手段を制御する手段と、相互接続された素子間のデータパケットを送信する手段と、続いて素子と一つの素子の出力に出現するエラーの取り扱いの手段を含む現場でプログラム可能なプロセッサが提案される。次に本発明の典型的な実施例につき、添付図面を参照しながら以下に説明する。ここで：図１は、本発明の現場においてプログラム可能なプロセッサを含むアナログのプログラム可能なユニット構造の概略ブロック線図；図２は、図１で示した現場においてプログラム可能なプロセッサの概略ブロック線図；図３ないし６は、演算要素のプログラム可能な相互接続ネットワークを示す概略図；図７ないし９は、近接した演算要素間の直接的な局部接続を示す概略図；図１０は、本発明の演算要素の細部を示す概略ブロック線図；図１１は、乗算処理要素の概略ブロック線図；図１２は、図１１に示された乗算処理要素の詳細なブロック線図；図１３は、乗算処理要素の一部の乗算ユニットを示す詳細なブロック線図；図１４は、図１２の乗算処理要素の一部を形成するエラーフラグレジスタの論理線図；図１５は、図１２の乗算処理要素の一部を形成するエラー処理装置のブロック線図；図１６は、アキュムレータ演算要素の概略ブロック線図；図１７は、図１６のアキュムレータ演算要素の細部を示す回路図；図１８は、図１６と図１７のアキュムレータ演算要素の一部を形成する加算器ユニットの論理線図；図１９は、図１８の加算ユニットの一部を形成する直列加算器を示す回路図；図２０は、図１６と図１７のアキュムレータ演算要素の一部を形成する比較器を示す論理回路図；図２１は、図１６と図１７のアキュムレータ演算要素の一部を形成する整流器の回路線図；図２２は、本発明のパケットデータの内容を示す説明図；図２３は、図１１と図１２の乗算処理要素のタイミング線図；図２４は、図１６と図１７のアキュムレータ演算要素のタイミング線図；図２５ないし図２７は、エラー処理技術の例を示す説明図である。図を参照すると、図１は、本発明の現場においてプログラム可能なプロセッサ２と結合するアナログのプログラム可能な配列１を示す。プロセッサ２は、後述のプログラム可能な１００セルによる核となる配列３を含む。プログラム可能な配列１は、各プログラム可能な方向で８個のデータポート４（四つはアナログ用、四つはデジタル用）を持つ。アナログからデジタルとデジタルからアナログへのコンバータ５は、入力アナログ信号をデジタルで演算し、結果出力をアナログ形式にするために設ける。各コンバータ５は、典型的に１０ビットの精度で６０ＭＳ／ｓの変換比を備える。核となる配列３は、配列インタフェース６を介してポート４に接続され、これは核配列３とポート４との間において双方向ビット直列データならびに制御信号結合を提供する。入出力配列６はビット直列形式でデータを処理し、必要に応じて、直列−並列変換は並列データ通信として提供される。核となる配列３は、プログラム可能なロジックを含む制御ユニット７と、外部のプログラミングシステムとのインタフェースに対する制御ロジックと、クロック８とを備える。核となる配列３内において、全てのデータ移動をタイミング信号が制御する。図２は、核となる配列３の構造を示す。これは、固定化されプログラム可能なビット直列接続（図２には示されない）の結合を通して相互接続された演算セル９の配列を含む。各演算セル９は、乗算（乗算セルで）か加算（加算セルで）いずれか固定された算術関数を実行するよう形成されている。配列演算セル９は、図２に示された３個の乗算セル（Ｍ１、Ｍ２およびＭ３）と１個のアキュムレータセル（Ａ１）の各集団からなり、参照番号１０で示される４つ（２ｘ２）の集団に配置される。乗算器Ｍとアキュムレータ演算セルＡの各集団内の比は、典型的な設計要求を満足するように選択され、目的とする応用に依存して変更する。集団１０は、核となる配列３内の最も小さい反復可能な構成ブロックであり、その中でセル９間の特別な直接結合を含む。核となる配列３内の各セル９は、マルチプレクサによって選択的に付勢されるとともに、プログラム可能な相互接続ネットワークを介して近接する演算セル９の出力または他セル９の出力に直接接続される入力を備える。各演算セル９は、さらに、近接する演算セル９の入力マルチプレクサと接続されるとともに、出力マルチプレクサを介してプログラム可能な相互接続ネットワークに接続される出力を備えている。プログラム可能な接続と、直接の局所的な接続の２つの方法と、より遠い距離にあるプログラム可能な相互接続ネットワークは、要求される複雑な関数が実行され得るように、演算セル９が相互接続されることを可能にする。そのようなプログラム可能な相互接続ネットワークが２つあり、第１はデータ信号であり、第２は制御信号である。この２つは全く独立であり、演算セル９内で間接的な場合を除き、互いに影響しない。これらのプログラム可能な相互接続は核となる配列３の境界へ拡大し、ここで配列インタフェース６は核となる配列３の入力と出力の接続を形成する。各プログラム可能な相互接続ネットワークは双方向である。データ信号相互接続ネットワーク内において、信号は、マルチプレクサを介して、プログラム可能なバス配線ＶＢ１−ＶＢ４およびＨＰ１−ＨＰ４へ３状態出力で信号が付加され、またはここから出力される。４本の接続は、全てのセル９上を、図３に示されるように垂直に、ならびに図４に示されるように水平に双方向に配線される。セル９の接続のパターンは２個のセル毎に繰り返される。セル９間、または配列インタフェース６とセル９の間において、対角線またはくの字形の接続を形成するために、水平と垂直の配線に加わることを可能にする相互接続ネットワークが含まれている。図５に示されるように、単一線は、全セル９において垂直ならびに水平の双方向に配線される。これらの線に交接し得るプログラム可能なスイッチ１１は、配列３内の特定のセル９に存在する。水平な配線は、インタフェース配列６と接続する。全てのセル９は、水平配線ＨＸから入力し垂直配線ＶＸへ出力する。図５の水平配線ＨＸ上に示される小さい矢印１２は、セル９での配線から入力を示す。乗算セルＭは、アキュムレータセルＡまたは外部の信号源から核となる配列３へ向かう制御信号、または両方の組合せを受信する。２つの制御信号は、新しい制御信号を発生するためのアキュムレータセルＡの論理関数を通して結合される。これらの制御信号は、図６に示されるプログラム可能なデジタル制御相互接続ネットワークを通じて経路を定められる。ネットワークは、全セル９を結ぶ複数の水平制御バス配線ＨＤ２とＨＤ１またはＨＤ３とＨＤ４、およびその他の全てのセル９を結ぶ垂直制御バス配線ＶＤ１とＶＤ２から構成される。セル９間の双方向接続１３は、常に水平方向制御バス配線ＨＤから形成され、一方、垂直バス配線ＶＤと水平と垂直バス配線ＨＤ、ＶＤの間のプログラム可能なスイッチ１４は、対角線ならびにくの字形配線が可能である。図６に示される黒塗りのひし形１５は、セル９への入力を表現している。図７ないし図９には、直接的な局部接続ネットワークが示されている。図７に示される局所的乗算器とアキュムレータセルＭ，Ａの配列において、各アキュムレータセルＡはＺ１からＺ７の接続を使用して他のセル９と直接の接続を受信可能である。この接続の配置は、全アキュムレータに共通であり、信号が乗算器ＭからアキュムレータＡへ伝送されることが可能であり、一方でアキュムレータセルＡを直列に接続することも可能である。アキュムレータセルＡの出力は、＃ＡＯＵＴで示し、乗算器セルの出力は＃ＭＯＵＴで示す。乗算器セルＭ間の直接的局部接続Ｄ１からＤ７は、各セルの相対位置に依存する。直接的局部接続配置の２つの代替例が図８および図９に示されている。核となる配列３の全セル９は、図１０に示される基本構造を有する。セル９は、機能ブロックｆで固定機能を実行し、ここで機能とは乗算または累算である。構成記憶ＣＳは、入力マルチプレクサＩＭＵＸ［１：Ｎ］を通していずれの信号がセルに配線され、出力マルチプレクサＯＭＵＸ［１：Ｎ］を通していずれの信号がセルから配線されるかを決定するプログラミングデータを保持する。構成記憶ＣＳは、また、係数ＣＯＥＦ［０：Ｗ］とセル内の非線形関数を設定する。制御バス＃ＣＢの信号がマルチプレクサＣＭＵＸを介してセルへ伝送されて元のプログラミングより優先され、システムの状態に基づいてセルの動作を制御する。これは、より複雑な適応関数の実行を可能にする。配列のデータ相互接続ネットワークからのセルに信号データは分配され、これは全てのセル上に配線されたプログラム可能な相互接続ネットワーク＃ＰＢからのバス配線、ならびに直接的な局部接続のネットワークからのバス配線ＤＩ＃，ＤＯ＃を含む。入力マルチプレクサＩＭＵＸは、機能ブロックｆを通過する入力信号＃ＩＮ［１：Ｎ］を選択する。機能ブロックｆは、出力マルチプレクサＯＭＵＸ［１：Ｎ］を介してプログラム可能な相互接続ネットワーク＃ＰＤへ選択的に、および／または直接局所的な接続＃ＤＤを使用して直接他のセルへデータ信号＃ＯＵＴ［１：Ｎ］を出力する。図１１は、乗算セルのための機能ブロックｆの内容を示す。セルは、主としていくつかの信号源からのデータで並列機能を提供する乗算ユニットＸと、遅延ブロックＺ^-1とからなる。遅延ブロックＺ^-1は、１サンプル周期により伝送された全てのデータを遅延させる。これら２つの機能により提供されるデータは、同一あるいは異なる信号源からのものとなり得る。入力マルチプレクサＩＭＵＸへの入力は、データプログラム可能な相互接続の水平あるいは垂直なバス配線＃ＨＰ、＃ＶＰ、あるいは直接的な局部相互接続バス＃Ｄから選択的に取り入れることができる。演算結果のデータ表示には、エラー検出ユニットＥＤＵの出力＃ＭＯＵＴと共に乗算結果も含まれる。制御データは、プログラム可能な相互接続ネットワークの制御データバス配線＃ＨＤから制御マルチプレクサＣＭＵＸを介して配分され、機能ブロックｆの操作を外部から制御することを可能にする。図１２を参照して、入力するビット直列データＣＯＥＦＡは、乗算ユニットＭ１の入力の１つに付加され、１６ビット係数レジスタＣＯＥＦＲＥＧから伝送され別の入力上に存在するデータＣＯＥＦＢと乗算される。正または負のオーバフロー検出器ＥＲ２により検出されたいずれかのエラーを含む結果は、エラー処理ブロックＥＲＨへ伝送される。これは、結果（正にしろ負にしろ）が量的に大き過ぎデータパケットのサイズにより表現し得ない際にエラーフラグを設定することを意味する。エラー処理ブロックＥＲＨの出力は、並列転送により結果レジスタＲＥＳＵＬＴＲＥＧへ伝送される。この結果は、直列出力＃ＭＯＵＴを介してシフトされる。エラー処理ブロックＥＲＨは、さらに、信号データが乗算セルＭより転送すると同時に前述のアキュムレータＡの操作からエラーフラグ（負のオーバフローはＡＵであり正のオーバフローはＡＯ）を受信する。これらのエラーフラグは、２ビットフラグレジスタＥＲ１経由で伝送される。遅延ブロックＺ^-1は、データパケット内のビットの状態と同じ数の１６ビット遅延シフトレジスタＺ１ＲＥＧを含む。これは、この間を通過する信号データに対して遅延のサンプル周期を提供する。遅延ブロックＺ^-1は、さらに別の目的を有し；仮に乗算セルＭで１データの流れがビット直列の入力であり、もう一方が単一のワードである必要がある２つのデータでＡｘＢの関数を実行するならば、遅延ブロックＺ^-1は、ワードを並列ワードに変換するのに使用される。これは、さらに、固定小数点形式の直列データワードを係数固定小数点形式に調整する。この単一ワードは、さもなければ、乗算器セルＭの構成の一部としてプログラムされる係数レジスタＣＯＥＦＲＥＧによって提供される。乗算セルの２つの機能を使って以下の操作が実行される：Ｉ．入力データに定数を乗算する。 II．２データ流を共に乗算する。 III．定数の出力（設定）。 IV．１サンプル周期の入力データ遅延。すべての関数はリセット可能であり、遅延関数（IV）は、相関する他の関数と平行して実行可能である。乗算ユニットＭ１は、図１３により詳細に示されている。この構造は標準的な構成であり、従来のシフトならびに加算構成を含む。入力ビット直列データ＃ＣＯＥＦＡは、直列入力ワード内の各ビットに対する入力係数＃ＣＯＥＦＢへの加算／減算／無操作と転送関数を提供する加算器ＡＤＤ１を制御する。その結果は、配列内のセル間における全ての直列データ伝送で使用される固定小数点数値表示に再形成される。乗算器の二次の関数、すなわちセット、動作許可と定数出力は、デジタル制御バス配線＃ＨＤおよび／またはプログラムデータから選択された入力によって制御される。定数の出力は、係数＃ＣＯＥＦＢを出力へ伝送するマルチプレクサＭＸ１とＭＸ２を使用して支持される。乗算器で生成されるエラーは、図１４で詳細が示されるように、正／負のオーバフロー検出器ＥＲ２で検出される。入力係数と直列データの数値の符号をともなった乗算処理において実行される最後の加算からの結果は、図示されたような単純な論理回路を介して結合される。係数の符号は係数のＭＳＢであり、信号＃ＣＯＥＦＢで示される。入力データの符号はＭＳＢまたは、データワードに付けられた最後のビットであり信号＃ＳＤで示される。これらの信号は、繰り上がり＃ＭＣと乗算器の出力＃ＭＲのＭＳＢと共に、負のオーバフロー＃ＭＵ又は正のオーバフロー＃ＭＯ条件を表す出力を作成するために結合される。数値エラーが検出される時はいつも正しい応答が生成されなければならない。これは図１５において詳細に示されるエラー処理ブロックＥＲＨの機能である。乗算の正または負のオーバフロー＃ＭＯ，＃ＭＵが検出された場合、最大の正あるいは負の値がそれぞれエラー処理ＥＲＨの出力に適用され；アキュムレータエラー＃ＡＯ，＃ＡＵが前のステージで検出された場合、これが乗算器に応用された値として乗算エラーより優先されることは明らかに誤りである。アキュムレータの正のオーバフロー＃ＡＯが検出された場合、これを反映して出力は正されるべきであり、＃ＣＯＥＦＡの最大値を仮定した結果が計算される。これは、アキュムレータに対するデータワード内のデータビット数によりシフトされた入力係数＃ＣＯＥＦＢへ近似させることが可能である。この近似からのいかなるエラー結果も特に大きなデータワードにとって小さいものあり、クリッピングが生じてもシステムの実行に対して影響を及ぼさない。アキュムレータの負のオーバフロー＃ＡＵエラーが発生した場合、正値の二つの補足に対して出力が設定される。エラー処理の出力は、２つのエラーフラグ、リセットと結果に付加するフラグと共に並列転送により結果レジスタＲＥＳＵＬＴＲＥＧ（図１２参照）へ伝送される。このデータフレームは直列出力＃ＭＯＵＴを通して出力される。信号のクリッピングが良く理解されている場所では、本来の固定小数点構成数値オーバフローの制御は、アナログ回路の動作の近似して書き換えられることが理解される。乗算セルは、乗算セル自体および／または信号通路より早くアキュムレータセルで実行される計算の結果として、計算のエラー結果に対するエラー訂正方法を供給する。アキュムレータセルで発生するエラーは、訂正されずにデータフレームの最後で２つのフラグの設定によって示される。これら２つのフラグは負のオーバフローフラグと正のオーバフローフラグである。信号データは乗算処理要素によって伝送されるため、これら２つのフラグはエラーフラグレジスタＥＲ１へ伝送される。アキュムレータセルの概略は、図１６により示される。構成記憶ＣＳ２の制御下において、データは、直接局所的接続ネットワークならびにプログラム可能な相互接続から入力マルチプレクサＩＡ１−ＩＡ８によって選択的に供給され、演算データは出力マルチプレクサＯＡ１，ＯＡ２を介してセルから出力され、この出力マルチプレクサは、データバス配線ならびに制御バスにそれぞれデータを提供する。アキュムレータセルＡは、選択されたデータ信号が累算される加算ユニットＡＣＣ１と、累算結果を他の値に対してテストし配列内の他のいずれかの部分で使用する条件制御信号を提供するための比較器ＣＭＰとを備える。このセルは、また整流のような非線形の機能も提供する。図１６に示される実施例において、整流器ＲＥＣＴは加算ユニットＡＣＣ１の出力に接続される。加算ユニットＡＣＣ１と整流器ＲＥＣＴの出力は、正あるいは負のオーバフローエラーのフラグをエラー検出ユニットＥＤＵ２へ供給する。入力が選択的に加算ユニットＡＣＣ１から排除されることが可能なように、各マルチプレクサは数値ゼロを選択可能な入力を有する。図１７は、アキュムレータセルのさらに詳細なブロック線図である。マルチプレクサＩＡ７とＩＡ８を通して供給されるデータ入力＃ＡＩＮ７，＃ＡＩＮ８は、セルの比較制御機能を使用して信号を供給する。別の入力＃ＡＩＮ１−＃ＡＩＮ８は、加算ユニットＡＣＣ１から供給され、累算の結果は正／負オーバフロー検出ブロックへ伝送される。入力の直列累算の間、オーバフロ一検出は加算ユニット（直列加算）へ繰り上げされ、計算の最後において正と負のオーバフローフラグ＃ＡＯ，＃ＡＵは、データをセルの＃ＡＯＵＴへ出力する前にデータパケットを追加する。累算の和は、整流ブロックＲＥＣＴ経由でエラー検出に伝送され、累算の結果は出力される前に整流される。加算ユニットＡＣＣ１の出力は比較器ブロックＣＭＰに伝送され、これはレジスタＣＯＭＰＲＥＧが保持していた定数＃ＣＯＥＦＦＡあるいは代替信号源＃ＡＩＮ７と比較される。比較の結果は（小なり、大なりあるいは、等しいとしてプログラム可能な）、制御ロジックを用いて外部信号＃ＣＭＩＮと結合され、配列内の他の演算セルを制御する信号を形成する。結果である結合された信号は、出力マルチプレクサＯＡ２を通して制御バス配線に供給される。図１８に詳細に示された６個の信号入力＃ＡＩＮ１ないし＃ＡＩＮ６を有する加算ユニットは、図１９にその１つが示されており、２入力の直列アドレスの複数から構成される。ビット直列入力（図１９のＡとＢ）は、ビット直列の和＃Ｓを求めるために加算される。この加算器の構造は、代替入力信号＃ＡＩを選択するための代替選択制御信号＃ＡＳを使用して同期化し、セットすることもリセットすることも可能である。代替入力信号の値が、加算器をセットするかリセットするかを決定する。加算ユニットの直列出力のＭＳＢは、アキュムレータ演算（＃Ａと＃Ｂ）の最終累算のＭＳＢならびにエラーフラグを生成する繰り上げフラグ＃ＣＦと結合される。負と正のオーバフローフラグＡＵ、ＡＯは、データパケットを構成するためにマルチプレクサＯＡ１を介して出力データワードに付加される。この回路のタイミングとこのデータパケットの形式は図２４に示されている。比較器ブロックＣＭＰ論理回路は、図２０に詳細が示され既知の設計である。入力＃ＣＡ、＃ＣＢは加算ユニットの出力データとマルチプレクサＭＡの出力に接続され、一つの反転入力ならびにフリップフロッププリセットを備えるビット直列加算器に伝送して減算を実行する。乗算器ＭＡは、比較レジスタＣＯＭＰＲＥＧによって供給される定数ＣＯＥＦＦＡまたは代替入力信号＃ＡＩＮ７から入力＃ＣＢを選択することを可能にする。定数ＣＯＥＦＦＡはプログラム中設定されるが、直列の値を継続的に出力する動作の間、レジスタＣＯＭＰＲＥＧの周囲を恒常的に循環する。構成記録で定義される信号＃Ｍ［３７］と＃Ｍ［３８］の制御下において、比較器は、大なり、小なり、あるいは等しいの比較の実行が可能である。比較器のタイミングの推移は、図２４に示されている。整流ブロックＲＥＣＴは、図２１で詳細に示されている。加算ユニットの出力は、シフトレジスタＲＥＣＴＲＥＧに供給され、これによってデータパケットをーサンプル周期分遅延させる。フリップフロップＦ１は入力ワードの符号ビットを取り込む。符号ビットと遅延ワードと制御信号＃Ｍ［３９］は、直列の半加算器を備える既知のロジック回路を介して提供され、直列出力＃ＲＯＵＴが入力直列ワードと同じ大きさであるが符号が常に正であることを保持するために遅延ワードを負にする。アキュムレータ演算セルは、プロセッサ構造が種々の範囲の動作を支持できるよう多数の関数を提供する。アキュムレータ関数は：Ｉ．６個までの信号を累算する。 II．＞、＜、＝について信号同士、または信号と定数を比較する。 III．アキュムレータ出力を整流する。 IV．比較、外部制御信号、ならびに制御信号から生成された他のアキュムレータ演算セルに基づいて乗算処理セルに対する制御データを生成する。プロセッサ配列はセル同士で同期して転送されるビット直列データに基づいて動作する。データワード長は数学的操作の精度を定義する。この例においては、３０ビットのデータワードが使用されている。配列のセル間で伝送される情報は、信号データパケットと呼ばれる。これは二つの制御ビットを連結したデータワードである。制御ビットはデータワードの最後に伝送され、数学的操作から生じる正または負のオーバフロー条件を伝送するフラグとして使用される。このデータは、後続するセル内で使用することができ、データを制御または修正することを可能にする。図２２には、データパケットの構造が示されている。まず、データワードのＬＳＢが、ＭＳＢに続くエラーフラグとして伝送される。核となる配列は、固定小数点処理配列である。この概念における小数点は、全てのセルにわたって一致しているとすれば、重要なものではない。この特殊な実施例において、プロセッサは３０ビットの数値精度を有する３２ビットのデータフレームを使用する。乗算器セルが使用する係数は１６ビットのデータ幅を有する。セル間の全てのデータ伝送は、一標本周期、もしくはデータパケットにわたって実施される。伝送がビット直列で実施される場合、これはＮクロックにわたって実施され、ここでＮはシステムデータワード内のビット数である。この操作に対して、データワードは３２ビットであり、３０のデータ要素および２つの制御要素からなる。データは、正または負のオーバフローフラグである最後の２ビットのフレームを有する最低重要ビット（ＬＳＢ）である。この伝送方式は、高位のビットが計算されている間に低位のビットを次のセルに伝送することを意味する。通常この方式に伴う問題は、計算が終了し後続のセルで処理結果が得られるまで正および負のオーバフローが検出されないことである。しかしながら、本発明の構成によれば、この問題が解決される。配列内の全てのデータ伝送はデータフレームに対して同期化され、乗算器およびアキュムレータ内のデータ伝送の例はそれぞれ図２３および図２４に示されている。全ての制御信号は、第一クロックによって提供される。図２３より、信号＃ＬＤＲＥＳがエラー処理ブロックＥＲＨと乗算結果レジスタとの間のデータ伝送の同期化を開始させる。この信号の重要性は、全てのエラー修正方法が実行され、乗算処理要素の出力をデータ標本周期に同期化させることである。異なった算術演算シーケンスに対するエラー処理方式の例が図２５ないし図２７に示されている。図２５に示された第一の例において、まず２つのデータパケットがアキュムレータセルによって処理され、乗算器セル内においてその結果に定数が乗算される。続いて、乗算器の出力データが遅延され、配列インタフェースを介して核配列から出力される。アキュムレータセル内においてエラーが発生した場合、データパケット内に適正なエラーフラグが設定され、乗算器がこのデータパケットを受信すると、エラーフラグレジスタＥＲ内にエラーフラグがロードされ適正な方式で処理される。遅延ユニットならびに配列インタフェースはデータパケットの内容に影響を及ぼさない。図２６において、データは遅延される前に二つのアキュムレータによって連続的に処理され、その後乗算器セルによって処理される。第一のアキュムレータにおいてエラーが検出されると、適正なフラグが設定され、データパケット出力内で第二のアキュムレータに伝送される。第二のアキュムレータセル処理がエラーの状態で結果を算出する場合、適正なフラグが設定され、さもないと先の処理からのエラーフラグが出力データパケットに対して増加される。データが乗算器に到達すると適正な方式でエラーが処理されフラグはリセットされる。図２７に示された構成において、二つのデータパケットが共に乗算され、結果はアキュムレータセル内の異なったデータ流に加算される。結果として生じる出力データパケットは、配列インタフェースを介して核配列外へ伝送される前に遅延される。いずれかの入力データパケット内でデータフラグが設定されると、乗算器がエラーを処理し、アキュムレータへ伝送される出力データパケット内のフラグをリセットする。アキュムレータの処理がエラー状態で結果を算出すると、適正なエラーフラグが設定され、これは配列インタフェースへの出力データパケットの一部においてこれらのフラグが増加され、ここでエラー状態が処理され、エラーフラグがリセットされる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項【提出日】平成１０年６月１２日（１９９８．６．１２）【補正内容】補正請求の範囲１．データパケット上の固定された機能の実行に適応する規則的な演算要素の配列と、演算要素に近接して展開する信号コンダクタの配列と、演算要素を近接する信号コンダクタに選択的に接続して演算要素同士を相互接続するためのスイッチング手段と、所要の演算要素間相互接続を示すプログラムデータを蓄積する手段と、蓄積されたプログラムデータに基づいてスイッチング手段を制御し所要の演算要素間相互接続を達成する手段と、各演算要素内の数値データを記録する手段と、相互接続された演算要素間においてデータパケットを同期的に伝送する手段とからなる現場においてプログラム可能なプロセッサであり、ひとたびプロセッサをプログラムすると演算要素間の相互接続は固定して維持され、データパケットは演算要素間において直列形式で同期的に伝送することを特徴とするプロセッサ。２．演算要素へ近接して延在する別の信号コンダクタの配列を設け、この別の配列は演算要素間において機能制御データを伝達するよう構成する請求項１記載のプロセッサ。３．機能制御データは演算要素によってまたは演算要素の組合せによって生成する請求項２記載のプロセッサ。４．機能制御データによって制御される機能はリセット、セット、作動許可または信号データの修正である請求項２または３記載のプロセッサ。５．各演算要素の機能は乗算または加算である請求項１ないし４のいずれかに記載のプロセッサ。６．少なくとも一つの乗算機能を持つ演算要素が同期シフトおよび加算操作を使用する請求項５記載のプロセッサ。７．演算要素は同等な素子グループの配列内に配置し、各グループは異なる機能の演算要素を内包する請求項１ないし６のいずれかに記載のプロセッサ。８．同等な各グループは加算機能を備える一つの演算要素と乗算機能を備える三つの演算要素とから構成する請求項７記載のプロセッサ。９．演算要素は遅延手段を備え、演算要素の出力のデータは完全なパケットデータの伝送にかかる時間分だけ遅延した入力データの複製となる請求項１ないし８のいずれかに記載のプロセッサ。１０．追加的な信号コンダクタ配列と外部制御データ源または目的との間における制御データの伝達手段を設ける請求項１ないし９のいずれかに記載のプロセッサ。１１．記録された数値データを直列形式に変換する手段を設け、これを演算要素内で使用する請求項１ないし１０のいずれかに記載のプロセッサ。１２．データパケットは制御フラグを含む請求項１ないし１１のいずれかに記載のプロセッサ。１３．データパケットは制御データビットを含み、演算要素間で伝送されるデータパケットはこのデータの伝送元である演算要素内における算術操作の結果として生じるエラーを表示する制御フラグを含み、少なくともいくつかの演算要素によって受信されるデータ内のエラーを修正する手段を備える請求項１２記載のプロセッサ。１４．演算要素は固定小数点演算を使用して算術操作を実行し、制御データによって示されるエラーは正および／または負のオーバフローである請求項１３記載のプロセッサ。１５．局所的に発生したエラーの処理方法を内包する乗算処理要素を備える請求項１３または１４記載のプロセッサ。１６．信号コンダクタに接続されたアナログ・デジタル変換器ならびにデジタル・アナログ変換器を設け、演算用に伝送する入力アナログ信号のデジタル変換を可能にするとともに、演算要素によって生成されたデジタル信号のアナログ出力への変換を可能にする請求項１ないし１５のいずれかに記載のプロセッサ。１７．規則的な演算要素の配列と、この要素に近接して展開する信号コンダクタの配列と、要素を近接する信号コンダクタに選択的に接続して要素を相互接続するためのスイッチング手段と、所要の要素間相互接続を示すプログラムデータを蓄積する手段と、蓄積されたプログラムデータに基づいてスイッチング手段を制御し所要の演算要素間相互接続を達成する手段と、相互接続された要素間においてデータパケットを伝送する手段と、一つの要素の出力内において発生したエラーを後続する要素内において処理する手段とからなる現場においてプログラム可能なプロセッサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＧＨ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ (72)発明者ワーク，ゴードンイギリス国、ダブリューエイ５２エスエクス、チェシャー、ウォーリントン、グレートサンキー、ノーベッククロース 119

Claims

【特許請求の範囲】１．データパケット上の固定された機能の実行に適応する規則的な演算要素の配列と、演算要素に近接して展開する信号コンダクタの配列と、演算要素を近接する信号コンダクタに選択的に接続して演算要素同士を相互接続するためのスイッチング手段と、所要の演算要素間相互接続を示すプログラムデータを蓄積する手段と、蓄積されたプログラムデータに基づいてスイッチング手段を制御し所要の演算要素間相互接続を達成する手段と、各演算要素内の数値データを記録する手段と、相互接続された演算要素間においてデータパケットを同期的に伝送する手段とからなる現場においてプログラム可能なプロセッサ。２．演算要素へ近接して延在する別の信号コンダクタの配列を設け、この別の配列は演算要素間において機能制御データを伝達するよう構成する請求項１記載のプロセッサ。３．機能制御データは演算要素によってまたは演算要素の組合せによって生成する請求項２記載のプロセッサ。４．機能制御データによって制御される機能はリセット、セット、作動許可または信号データの修正である請求項２または３記載のプロセッサ。５．データパケットは演算要素間において直列形式で同期的に伝達する請求項１ないし４のいずれかに記載のプロセッサ。６．各演算要素の機能は乗算または加算である請求項１ないし５のいずれかに記載のプロセッサ。７．少なくとも一つの乗算機能を持つ演算要素が同期シフトおよび加算操作を使用する請求項６記載のプロセッサ。８．演算要素は同等な素子グループの配列内に配置し、各グループは異なる機能の演算要素を内包する請求項１ないし７のいずれかに記載のプロセッサ。９．同等な各グループは加算機能を備える一つの演算要素と乗算機能を備える三つの演算要素とから構成する請求項８記載のプロセッサ。１０．演算要素は遅延手段を備え、演算要素の出力のデータは完全なパケットデータの伝送にかかる時間分だけ遅延した入力データの複製となる請求項１ないし９のいずれかに記載のプロセッサ。１１．追加的な信号コンダクタ配列と外部制御データ源または目的との間における制御データの伝達手段を設ける請求項１ないし１０のいずれかに記載のプロセッサ。１２．記録された数値データを直列形式に変換する手段を設け、これを演算要素内で使用する請求項１ないし１１のいずれかに記載のプロセッサ。１３．データパケットは制御フラグを含む請求項１ないし１２のいずれかに記載のプロセッサ。１４．データパケットは制御データビットを含み、演算要素間で伝送されるデータパケットはこのデータの伝送元である演算要素内における算術操作の結果として生じるエラーを表示する制御フラグを含み、少なくともいくつかの演算要素によって受信されるデータ内のエラーを修正する手段を備える請求項１３記載のプロセッサ。１５．演算要素は固定小数点演算を使用して算術操作を実行し、制御データによって示されるエラーは正および／または負のオーバフローである請求項１４記載のプロセッサ。１６．局所的に発生したエラーの処理方法を内包する乗算処理要素を備える請求項１４または１５記載のプロセッサ。１７．信号コンダクタに接続されたアナログ・デジタル変換器ならびにデジタル・アナログ変換器を設け、演算用に伝送する入力アナログ信号のデジタル変換を可能にするとともに、演算要素によって生成されたデジタル信号のアナログ出力への変換を可能にする請求項１ないし１６のいずれかに記載のプロセッサ。１８．規則的な演算要素の配列と、この要素に近接して展開する信号コンダクタの配列と、要素を近接する信号コンダクタに選択的に接続して要素を相互接続するためのスイッチング手段と、所要の要素間相互接続を示すプログラムデータを蓄積する手段と、蓄積されたプログラムデータに基づいてスイッチング手段を制御し所要の演算要素間相互接続を達成する手段と、相互接続された要素間においてデータパケットを伝送する手段と、一つの要素の出力内において発生したエラーを後続する要素内において処理する手段とからなる現場においてプログラム可能なプロセッサ。１９．添付図面を参照して前述において本質的に説明した現場においてプログラム可能なプロセッサ。