JP2002099433A - 演算処理システム及び演算処理制御方法、タスク管理システム及びタスク管理方法、並びに記憶媒体 - Google Patents

演算処理システム及び演算処理制御方法、タスク管理システム及びタスク管理方法、並びに記憶媒体

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JP2002099433A
JP2002099433A JP2000287883A JP2000287883A JP2002099433A JP 2002099433 A JP2002099433 A JP 2002099433A JP 2000287883 A JP2000287883 A JP 2000287883A JP 2000287883 A JP2000287883 A JP 2000287883A JP 2002099433 A JP2002099433 A JP 2002099433A
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JP2000287883A
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English (en)
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Atsushi Togawa
敦之 戸川
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Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D10/00—Energy efficient computing, e.g. low power processors, power management or thermal management

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アプリケーションのリアルタイム要求に応え
つつプロセッサによる電力消費を削減することができる
マルチプロセッサ構成システムを提供する。 【解決手段】 動作周波数と電源電圧をオペレーティン
グ・システムの制御により動的に変化させることができ
るプロセッサを複数備えたマルチプロセッサ構成システ
ムにおいて、各プロセッサ毎に、起動された各タスクを
遅滞なく処理するために必要な動作周波数を適応的に変
化させるとともに、時々刻々と切り替わる動作周波数に
応じて最適な電源電圧を決定していくことで、各プロセ
ッサ並びにシステム全体の消費電力を低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１以上のタスクを
同時に実行するタイプのプロセッサに関する電力削減技
術に係り、特に、異なる周期で動作する１以上のタスク
を実行するプロセッサに関する電力削減技術に関する。
【０００２】更に詳しくは、本発明は、次の周期の開始
までに実行を完了させる必要がある周期リアルタイム・
タスクとかかる制約のない非リアルタイム・タスクを並
行して実行するタイプのプロセッサに関する電力削減技
術に係り、特に、マルチプロセッサ構成を採用すること
により周期リアルタイム・タスク並びに非リアルタイム
・タスク処理時におけるシステム全体の電力消費を削減
する電力削減技術に関する。
【０００３】
【従来の技術】昨今のＬＳＩ（Large Scale Integratio
n）技術における革新的な進歩とも相俟って、各種の情
報処理機器や情報通信機器が開発され、市販されるよう
になってきた。この種の機器では、ＣＰＵ（Central Pr
ocessing Unit）やその他のプロセッサが所定のプログ
ラム・コードを実行することによりさまざまの処理サー
ビスを提供するようになっている。
【０００４】他方において、情報機器に関する消費電力
の削減が最重要課題の１つとされている。これは、バッ
テリ駆動式の情報機器においてはバッテリ持続時間の延
長に関わる問題だからである。また、商用電源で無尽蔵
に駆動することができる情報機器においても、資源有限
という社会生態学的な観点から省電力化が推奨されてい
る。
【０００５】情報機器内では、そのメイン・コントロー
ラであるプロセッサの消費電力は、機器全体のそれに占
める割合は高い。言い換えれば、プロセッサの省電力化
は情報機器自体の省電力化にもつながる。一般には、プ
ロセッサは、動作周波数の増大に従って演算速度が向上
する一方で、消費電力が増大する傾向にある。
【０００６】例えば、特開平１１−１９４８４９号公報
には、消費電力を無用に増加させることなく所定の処理
時間に所定の処理動作を完了することができ、タスクの
処理容量が変化する場合でも設定作業が簡単となるデー
タ処理方法及び装置について開示している。
【０００７】同公報に開示されたデータ処理装置では、
マイクロコンピュータが各種の処理動作を実行する場合
の処理容量と処理時間を容量記憶手段と時間記憶手段と
に登録しておき、マイクロコンピュータが各種の処理動
作を実行する場合に対応する処理容量及び処理時間を選
出し、処理容量を処理時間で除算してマイクロコンピュ
ータの処理速度を算出して基準クロックの周波数を可変
としている。マイクロコンピュータの処理速度を処理容
量と処理時間に対応して可変するので、所定の処理動作
を所定の処理時間に確実に完了することができるととも
に、基準クロックの周波数を最適値に設定できるので、
データ処理装置における消費電力の無用な増加も防止で
きる。
【０００８】しかしながら、同公報に開示されるデータ
処理方法及び装置では、プロセッサの動作クロック周波
数を変更するだけで消費電力の削減を図るものである。
言い換えれば、動作クロック周波数の削減によって、単
位時間あたりの消費電力は低下するものの、各処理を完
了させるための所要時間が長くなり、この結果、総電力
量を削減する効果はあまり高くない。すなわち、プロセ
ッサがアイドリング状態にあるときの消費電力量の範囲
を越えず、効果として不充分である。
【０００９】また、同公報に開示されるデータ処理方法
及び装置は、各処理の処理タイミングがあらかじめ定ま
っており、且つ、各処理を中断することなく順次処理す
ることによってすべての処理を時間内に完了させること
が可能なことを前提とするものである。このため、ある
処理の実行を中断して、より緊急度が高い処理（例えば
リアルタイム処理）を行わせる必要があるシステムに対
しては適用することができない。
【００１０】また、特開２０００−１２２７４７号公報
には、デジタル信号演算処理部にクロックを供給するク
ロック発生部を設けて、このクロック発生部からデジタ
ル信号演算処理部へ供給するクロック周波数を、デジタ
ル信号演算処理部での演算処理量に基づいて制御するこ
とによって消費電力を低減する制御装置及び方法につい
て開示されている。
【００１１】しかしながら、同公報に開示される制御装
置及び方法では、演算部の動作クロック周波数を変更す
るだけで消費電力の削減を図るものである。言い換えれ
ば、動作クロック周波数の削減によって、単位時間あた
りの消費電力は低下するものの、各処理を完了させるた
めの所要時間が長くなり、この結果、電力量の削減効果
は、演算部がアイドリング状態にあるときの消費電力量
の範囲を越えず、効果として不充分である。
【００１２】また、同公報に開示される制御装置及び方
法では、アイドリング時間が占める割合から動作周波数
を算出するようになっている。ところが、異なる周期で
動作するタスクが多数実行されるようなマルチタスク環
境下では、アイドリング時間が占める割合を計算するこ
とはできない。
【００１３】また、Takanori Okuma, Tohru Ishihara,
Hiroto Yasuura共著の論文"Real-Time Task Scheduling
for a Variable Voltage Processor"（IEEE 12th Inte
rnational Symposium on System Synthesis, November
1999）において提案されるＳＳ及びＳＤなるスケジュー
リング手法では、システムの稼動前に、タスクの実行開
始時間が判っていることを前提としている。これは、タ
スクの追加や削除が行われる度に再度スケジューリング
を行う必要があることを意味する。さらに、このスケジ
ューリング処理は、各周期タスクの周期の最小公倍数を
周期とするスケジューリングを計算することによって行
わなければならない。それらの周期の最小公倍数が充分
に小さくない場合、タスクの追加や削除の効率が悪化す
る。
【００１４】また、この論文で提案されているＤＤスケ
ジューリング手法は、周期スレッドのように、タスクが
特定のパターンで起動されることを考慮したスケジュー
リングを行っていない。このため、消費電力の削減効果
は不充分である。
【００１５】また、Yann-Hang Lee, C. M. Krishna共著
の論文"Voltage-Clock Scaling forLow Energy Consump
tion in Real-time Embedded Systems"（IEEE Sixth In
ternational Conference on Real-Time Computing Syst
ems and Applications, December 1999）において提案
されている"Task based static schedulinig"なる手法
は、タスクを静的優先度法でスケジューリングすること
を前提としている。ところが、静的優先度スケジューリ
ング法は最早デッドライン優先度スケジューリングに比
べてスケジューリング能力が劣っていることで知られて
おり、電力削減の効果として不充分である。
【００１６】情報機器内のメイン・コントローラである
プロセッサの消費電力は、機器全体のそれに占める割合
は高いので（前述）、従来は、消費電力の削減のため
に、システムに組み込むプロセッサ数を可能な限り減少
させることが、当該技術分野における常識とされてき
た。
【００１７】一般には、プロセッサは、動作周波数の増
大に従って演算速度が向上する一方で、消費電力が増大
する傾向にある（前述）。また、プロセッサの動作周波
数とともにその電源電圧（言い換えれば消費電力）をつ
り上げていかなければならない。（但し、実際には、Ｌ
ＳＩ製造プロセスの微細化によって電源電圧の上限が制
限されているので、電圧を上げることによって周波数を
上げることは行われない。）
【００１８】例えば、プロセッサの動作周波数を２分の
１に低下させた場合、その消費電力は４分の１まで低下
することが知られている。このことは、同じ処理量のタ
スクを、単一のプロセッサによって実行するよりも、２
分の１の動作周波数で駆動する２個のプロセッサに処理
を分散させた方が、処理時間が同じでしかも消費電力が
２分の１になるということを意味する。
【００１９】すなわち、複数のプロセッサに処理負荷を
分散させた方がシステム全体の消費電力を削減すること
ができる可能性があるが、これは消費電力の削減のため
にプロセッサ数を可能な限り減少させるという従来から
踏襲されてきた装置設計手法に合致しない結論に陥って
しまう。
【００２０】プロセッサの動作周波数と電源電圧を動的
制御により変化させることが可能なマルチプロセッサ構
成のシステムであれば、各プロセッサに関して起動され
た各タスクを遅滞なく処理するために必要な動作周波数
を適応的に変化させるとともに、時々刻々と切り替わる
動作周波数に応じて最適な電源電圧を決定していくこと
で、各プロセッサ毎の消費電力を低減してシステム全体
としても省電力化を達成することが可能と思料される
が、このようなことを実現した従来技術は見当たらな
い。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、異な
る周期で動作する１以上のタスクを実行する複数のプロ
セッサを備えたマルチプロセッサ構成システムのため
の、優れた電力削減技術を提供することにある。
【００２２】本発明の更なる目的は、次の周期の開始ま
でに実行を完了させる必要がある周期リアルタイムタス
クとかかる制約のない非リアルタイムタスクを並行して
実行するタイプのプロセッサを複数備えたマルチプロセ
ッサ構成システムのための、優れた電力削減技術を提供
することにある。
【００２３】本発明の更なる目的は、アプリケーション
のリアルタイム要求に応えつつプロセッサによる電力消
費を削減することができる、マルチプロセッサ構成シス
テムのための優れた電力削減技術を提供することにあ
る。
【００２４】本発明の更なる目的は、動作周波数と電源
電圧を動的に制御することができるプロセッサを複数備
えたマルチプロセッサ構成システムにおいて、各プロセ
ッサ毎に、起動された各タスクを遅滞なく処理するため
に必要な動作周波数を適応的に変化させるとともに、時
々刻々と切り替わる動作周波数に応じて最適な電源電圧
を決定していくことで、各プロセッサ並びにシステム全
体の消費電力を低減することができる、優れた電力削減
技術を提供することにある。
【００２５】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明は、上記
課題を参酌してなされたものであり、その第１の側面
は、次の周期の開始までに実行を完了させる必要がある
周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の制約がない
非リアルタイム・タスクを並行して実行可能なプロセッ
サを複数個含んだ演算処理システム又は演算処理制御方
法であって、各プロセッサ毎に、稼動中の各時点におい
て、各周期リアルタイム・タスクに課せられた要求を満
たすために充分な動作周波数を算出する動作周波数算出
手段又はステップと、各プロセッサ毎に、前記動作周波
数算出手段又はステップによる算出結果に基づく動作周
波数クロックを該プロセッサに供給するプロセッサ・ク
ロック生成手段又はステップと、各プロセッサ毎に、前
記動作周波数算定手段又はステップにより算出された動
作周波数で該プロセッサを駆動させるために充分な電源
電圧を算出する電源電圧算出手段又はステップと、各プ
ロセッサ毎に、前記電源電圧算出手段又はステップによ
る算出結果に基づく電源電圧を該プロセッサに供給する
プロセッサ電源供給手段又はステップと、を具備するこ
とを特徴とする演算処理システム又は演算処理制御方法
である。
【００２６】但し、ここで言う「システム」とは、複数
の装置（又は特定の機能を実現する機能モジュール）が
論理的に集合した物のことを言い、各装置や機能モジュ
ールが単一の筐体内にあるか否かは特に問わない。
【００２７】プロセッサが実行するタスクの管理や、タ
スク実行に必要なプロセッサの動作周波数の算出は、例
えば、オペレーティング・システムの機能として実装す
ることができる。
【００２８】本発明の第１の側面に係る演算処理システ
ム及び演算処理制御方法によれば、各プロセッサ毎に、
起動された周期リアルタイム・タスク並びに非リアルタ
イム・タスクを遅滞なく処理するために必要なプロセッ
サの動作周波数を適応的に変化させるとともに、時々刻
々と切り替わる動作周波数に応じて最適なプロセッサ用
電源電圧を決定していくことで、各プロセッサ毎の消費
電力を低減することができる。
【００２９】本発明の第１の側面に係る演算処理システ
ム及び演算処理制御方法は、各プロセッサの稼動中の各
時点において、与えられたタスクのうちいずれを実行す
べきかを選択して実行するタスク選択・実行手段又はス
テップをさらに備えることができる。より具体的には、
各プロセッサにおいて、実行可能な周期リアルタイム・
タスクのリストの先頭からタスクを取り出し、該リスト
が空の場合には、実行可能な非リアルタイム・タスクの
リストの先頭からタスクを取り出すようにすれば、各々
のプロセッサは、周期リアルタイム・タスクに課された
要求を満たしながら各タスクをその要求通りに実行する
ことができる。
【００３０】また、各プロセッサの稼動中の各時点にお
いて、実行すべきタスクがなくなったことに応答して、
前記プロセッサを稼動率が低下したスリープ状態に移行
させるスリープ遷移手段又はステップをさらに備えるこ
とで、未処理タスクがなくなったプロセッサをスリープ
状態に遷移させることで、システム全体の消費電力を最
大限に節約することができる。
【００３１】また、本発明の第１の側面に係る演算処理
システム及び演算処理制御方法は、各周期リアルタイム
・タスクに課せられた、次の周期の開始時間、周期、一
周期あたりの処理負荷などの情報を、タスク実行前に記
録するタスク情報記録手段又はステップと、前記タスク
情報記録手段又はステップにより記録された情報を参照
して、電源電圧と動作周波数が前記プロセッサの限界を
越えず、及び／又は、既登録の周期リアルタイム・タス
クに課せられた要求が満たされるように、新たな周期リ
アルタイム・タスクの登録を制限するタスク登録制御手
段又はステップと、を各プロセッサ毎にさらに備えるよ
うにしてもよい。
【００３２】また、各プロセッサ毎に、非リアルタイム
・タスクが存在しないときに前記動作周波数算出手段又
はステップによって算出された動作周波数が所定の下限
値を下回ったことに応答して、あるいは、前記電源電圧
算出手段又はステップによって算出された電源電圧が所
定の下限値を下回ったことに応答して、該プロセッサの
動作周波数を該下限値に設定する下限値設定手段又はス
テップをさらに備えるようにしてもよい。
【００３３】このような場合、下限値に設定することに
よりプロセッサに生まれる余剰時間に非リアルタイム・
タスクを実行することにより、周期リアルタイム・タス
クが次の周期の開始以前に実行を完了することを保証し
つつ、非リアルタイム・タスクの実行によって消費され
る電力量を削減することができる。
【００３４】また、本発明の第２の側面は、次の周期の
開始までに実行を完了させる必要がある周期リアルタイ
ム・タスクと実行完了時刻の制約がない非リアルタイム
・タスクを並行して実行可能な複数個のプロセッサのタ
スクを管理するタスク管理システム又は方法であって、
各プロセッサ毎に、各周期リアルタイム・タスクに課せ
られた、次の周期の開始時間、周期、一周期あたりの処
理負荷などの情報を、タスク実行前に記録するタスク情
報記録手段又はステップと、各プロセッサ毎に、該プロ
セッサに課された処理負荷に応じて該プロセッサの電源
電圧と動作周波数を設定する動作設定手段又はステップ
と、各プロセッサ毎に、前記タスク情報記録手段により
記録された情報を参照して、電源電圧と動作周波数が該
プロセッサの限界を越えず、及び／又は、既登録の周期
リアルタイム・タスクに課せられた要求が満たされるよ
うに、新たな周期リアルタイム・タスクの登録を制限す
るタスク登録制御手段又はステップと、を具備すること
を特徴とするタスク管理システム又は方法である。
【００３５】本発明の第２の側面に係るタスク管理シス
テム又は方法によれば、電源電圧と動作周波数が前記プ
ロセッサの限界を越えず、且つ、既登録の周期リアルタ
イム・タスクに課せられた要求が満たされるように、各
プロセッサにおける新たな周期リアルタイム・タスクの
登録を制限することができる。
【００３６】また、非リアルタイム・タスクが存在しな
いときに前記動作周波数算出手段又はステップによって
算出された動作周波数が所定の下限値を下回ったことに
応答して、プロセッサの動作周波数及び／又は電源電圧
を該下限値に設定する下限値設定手段又はステップを各
プロセッサ毎にさらに備えるようにしてもよい。
【００３７】このような場合、各プロセッサでは、下限
値に設定することによりプロセッサに生まれる余剰時間
に非リアルタイム・タスクを実行することにより、周期
リアルタイム・タスクが次の周期の開始以前に実行を完
了することを保証しながら、非リアルタイム・タスクの
実行によって消費される電力量を削減することができ
る。
【００３８】また、本発明の第３の側面は、次の周期の
開始までに実行を完了させる必要がある周期リアルタイ
ム・タスクと実行完了時刻の制約がない非リアルタイム
・タスクを並行して実行可能な複数個のプロセッサによ
る演算処理の制御をコンピュータ・システム上で実行す
るように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコン
ピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であっ
て、前記コンピュータ・ソフトウェアは、各プロセッサ
毎に、稼動中の各時点において、各周期リアルタイム・
タスクに課せられた要求を満たすために充分な動作周波
数を算出する動作周波数算出ステップと、各プロセッサ
毎に、前記動作周波数算出ステップによる算出結果に基
づく動作周波数クロックを該プロセッサに供給するプロ
セッサ・クロック生成ステップと、各プロセッサ毎に、
前記動作周波数算定ステップにより算出された動作周波
数で該プロセッサを駆動させるために充分な電源電圧を
算出する電源電圧算出ステップと、各プロセッサ毎に、
前記電源電圧算出ステップによる算出結果に基づく電源
電圧を該プロセッサに供給するプロセッサ電源供給ステ
ップと、を具備することを特徴とする記憶媒体である。
【００３９】また、本発明の第４の側面は、次の周期の
開始までに実行を完了させる必要がある周期リアルタイ
ム・タスクと実行完了時刻の制約がない非リアルタイム
・タスクを並行して実行可能な複数個のプロセッサにお
けるタスクの管理をコンピュータ・システム上で実行す
るように記述されたコンピュータ・ソフトウェアをコン
ピュータ可読形式で物理的に格納した記憶媒体であっ
て、前記コンピュータ・ソフトウェアは、各プロセッサ
毎に、各周期リアルタイム・タスクに課せられた、次の
周期の開始時間、周期、一周期あたりの処理負荷などの
情報を、タスク実行前に記録するタスク情報記録ステッ
プと、各プロセッサ毎に、該プロセッサに課された処理
負荷に応じて該プロセッサの電源電圧と動作周波数を設
定する動作設定ステップと、各プロセッサ毎に、前記タ
スク情報記録ステップにより記録された情報を参照し
て、電源電圧と動作周波数が該プロセッサの限界を越え
ず、及び／又は、既登録の周期リアルタイム・タスクに
課せられた要求が満たされるように、新たな周期リアル
タイム・タスクの登録を制限するタスク登録制御ステッ
プと、を具備することを特徴とする記憶媒体である。
【００４０】本発明の第３及び第４の各側面に係る記憶
媒体は、例えば、様々なプログラム・コードを実行可能
な汎用性のコンピュータ・システムに対して、コンピュ
ータ・ソフトウェアをコンピュータ可読な形式で物理的
に提供する媒体である。このような媒体は、例えば、Ｃ
Ｄ（Compact Disc）やＦＤ（Floppy Disc）、ＭＯ（Mag
neto-Optical disc）などの着脱自在で可搬性の記憶媒
体である。あるいは、ネットワーク（ネットワークは無
線、有線の区別を問わない）などの伝送媒体などを経由
してコンピュータ・ソフトウェアを特定のコンピュータ
・システムにコンピュータ可読形式で提供することも技
術的に可能である。
【００４１】このような記憶媒体は、コンピュータ・シ
ステム上で所定のコンピュータ・ソフトウェアの機能を
実現するための、コンピュータ・ソフトウェアと記憶媒
体との構造上又は機能上の協働的関係を定義したもので
ある。換言すれば、本発明の第３及び第６の各側面に係
る記憶媒体を介して所定のコンピュータ・ソフトウェア
をコンピュータ・システムにインストールすることによ
って、コンピュータ・システム上では協働的作用が発揮
され、本発明の第１及び第２の各側面に係る演算処理シ
ステム及び演算処理制御方法、タスク管理システム及び
タスク管理方法と同様の作用効果を得ることができる。
【００４２】本発明のさらに他の目的、特徴や利点は、
後述する本発明の実施例や添付する図面に基づくより詳
細な説明によって明らかになるであろう。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施例を詳解する。
【００４４】１．システム構成 図１には、本発明の実施に供されるマルチプロセッサ構
成の演算処理システム１０のハードウェア構成を模式的
に示している。同図に示すように、演算処理システム１
０は、プロセッサ１１−Ａ及び１１−Ｂと、ＲＡＭ（Ra
ndom Access Memory）１２と、ＲＯＭ（Read Only Memo
ry）１３と、周辺デバイス１４と、タイマ１５とを含ん
でいる。同図に示す演算処理システム１０は、プロセッ
サ１１は２個しか装備していないが、３個以上のプロセ
ッサを備えるマルチプロセッサ構成であっても、同様に
本発明の効果を奏することを理解されたい。
【００４５】プロセッサ１１−Ａ及び１１−Ｂは、演算
処理システム１０のメイン・コントローラであり、それ
ぞれオペレーティング・システム（ＯＳ）の制御下で、
各種のプログラム・コードを実行するようになってい
る。
【００４６】オペレーティング・システムがプログラム
実行を管理・制御する単位は、一般に「タスク」と呼ば
れる。本実施例に係るプロセッサ１１−Ａ及び１１−Ｂ
は、異なる周期で動作する複数のタスクを同時に実行す
るマルチタスク機構を備えているものとする。タスクに
は、次の周期の開始までに実行を完了させる必要がある
「周期リアルタイム・タスク」と、このような実行完了
時間に制約がない「非リアルタイム・タスク」とに大別
することができる。
【００４７】プロセッサ１１−Ａ及び１１−Ｂは、バス
１６によって他の機器類（後述）と相互接続されてい
る。バス１６上の各機器にはそれぞれ固有のメモリ・ア
ドレス又はＩ／Ｏアドレスが付与されており、プロセッ
サ１１−Ａ及び１１−Ｂはこれらアドレスによって特定
の機器へのアクセスが可能となっている。バス１６は、
アドレス・バス、データ・バス、コントロール・バスな
どを含む共通信号伝送路である。
【００４８】ＲＡＭ１２は、書き込み可能なメモリであ
り、プロセッサ１１において実行されるプログラム・コ
ードをロードしたり、実行プログラムの作業データを一
時格納するために使用される。プログラム・コードに
は、例えば、ＢＩＯＳ（BasicInput/Output System：基
本入出力システム）、周辺機器をハードウェア操作する
ためのデバイス・ドライバ、オペレーティング・システ
ム、アプリケーションなどが挙げられる。
【００４９】ＲＯＭ１３は、所定のコードやデータを恒
久的に記憶するための不揮発メモリであり、例えば、Ｂ
ＩＯＳや始動時の自己診断プログラム（Power On Self
Test：ＰＯＳＴ）などを格納している。
【００５０】周辺デバイス１４には、ディスプレイやプ
リンタのようなユーザ出力装置、キーボードやマウスの
ようなユーザ入力装置、ハード・ディスクやその他のメ
ディア・ドライブからなる外部記憶装置、ネットワーク
・インターフェース・カードのような通信装置が含まれ
る。
【００５１】タイマ１５は、タイマ信号を所定周期で発
生させる装置である。タイマ１５にも割り込みレベルが
割り当てられており、プロセッサ１１に対して周期的な
割り込みを発生するようになっている。（但し、周期の
異なる複数の周期リアルタイム・タスクが存在する場
合、タイマ信号は周期的な割り込みにはならない。）
【００５２】上述したようなシステム１０の各コンポー
ネントには、電源装置１７からの電力が電源供給線１８
を介して供給される。電源装置１７は、例えばバッテリ
や商用ＡＣ電源で構成されるが、ＡＣ／ＤＣアダプタや
ＤＣ／ＤＣコンバータによって一定の電源電圧を供給す
ることができる。
【００５３】図示の例では、プロセッサ１１−Ａに対し
ては、専用のＤＣ／ＤＣ変換器２１−Ａが配設されてい
る。プロセッサ１１−Ａは、オペレーティング・システ
ムの制御下で、プロセッサ用ＤＣ／ＤＣ変換器２１−Ａ
からの供給電圧を設定する機構を備えている。
【００５４】また、プロセッサ１１−Ａは、プロセッサ
・クロック生成器２２が発生する動作クロックを入力し
て、その動作周波数に同期的に駆動する。一般には、動
作周波数の増大により、プロセッサ１１−Ａの処理速度
は向上するとともに消費電力も増大する。例えば、プロ
セッサ１１−Ａの動作周波数を２分の１に低下させると
その消費電力は４分の１になる。本実施例では、プロセ
ッサ１１−Ａは、オペレーティング・システムの制御下
で、プロセッサ・クロック生成器２２−Ａが生成するク
ロックの動作周波数を設定する機構を備えている。
【００５５】また、図１に示すように、他方のプロセッ
サ１１−Ｂに対しても、同様に、プロセッサ用ＤＣ／Ｄ
Ｃ変換器２１−Ｂ並びにプロセッサ・クロック生成器２
２−Ｂが装備されており、プロセッサ１１−Ｂはオペレ
ーティング・システムの制御下で自身への電源電圧やク
ロックの動作周波数を設定することができるようになっ
ている。
【００５６】なお、プロセッサ１１に対する電源電圧と
動作周波数の双方をプロセッサ用ＤＣ／ＤＣ変換器２１
とプロセッサ・クロック生成器２２の各々によって動的
に制御する必要は必ずしもなく、いずれか一方の動作に
よっても本発明の効果を実現することができる。言い換
えれば、オペレーティング・システムは、プロセッサ１
１の電源電圧と動作周波数の双方を動的制御するのでは
なく、いずれか一方のみを制御する場合であっても本発
明の効果を実現することができる。また、電源電圧と動
作周波数のいずれか一方のみを演算処理により設定し、
他方はその設定に自動的に追従するように構成してもよ
い（例えば、プロセッサ１１の周波数をオペレーティン
グ・システムが設定することによって、その周波数で動
作するために必要な最小の電源電圧が自動的にプロセッ
サ１１に供給されるように構成してもよい）。また、複
数のプロセッサのうち一部に対してのみ電源電圧と動作
周波数の動的制御を行うようにしても、同様に本発明の
効果を奏することを理解されたい。
【００５７】２．アプリケーションに対するインターフ
ェース 演算処理システム１０上における演算処理は、各プロセ
ッサ１１がオペレーティング・システムの制御下でアプ
リケーション・タスクを実行するという形式で実現され
る（前述）。オペレーティング・システムとは、システ
ム１０のハードウェア及びソフトウェアを総合的に管理
するための基本ソフトウェアのことであり、アプリケー
ションに対しては、オペレーティング・システムの基本
機能を呼び出す（コールする）ためのインターフェー
ス、すなわちＡＰＩ（ApplicationProgramming Interfa
ce）を提供している。
【００５８】オペレーティング・システムがアプリケー
ションの実行を管理・制御する単位は「タスク」と呼ば
れ、タスクには、次の周期の開始までに実行を完了させ
る必要がある「周期リアルタイム・タスク」と、このよ
うな実行完了時間に制約がない「非リアルタイム・タス
ク」とに大別される（前述）。
【００５９】周期リアルタイム・タスクとは、ある周期
で定期的に起動されるタスクである。但し、各リアルタ
イム・タスクの周期は区々である。図２には、複数の周
期リアルタイム・タスクが異なる周期で同時に実行され
ている様子を模式的に図解している。
【００６０】周期リアルタイム・タスクは、各起動毎
に、あらかじめアプリケーション・プログラムによって
設定されたプロセッサ使用量を越えない範囲で実行が行
われる。ここで言う「プロセッサ使用量」とは、プロセ
ッサの動作周波数が最大値に固定された条件下で、一周
期の実行を完了させるために必要な時間のことを意味す
る。
【００６１】本実施例に係るオペレーティング・システ
ムは、周期リアルタイム・タスクの実行が次の周期が開
始する以前に完了するように動作周波数の制御とタスク
実行順序の制御を行うようになっている。
【００６２】また、非リアルタイム・タスクとは、その
実行完了時間に対する制約がないタスクである。
【００６３】本実施例に係るオペレーティング・システ
ムは、アプリケーション・プログラムに対して、「周期
リアルタイム・タスクの登録」、「周期リアルタイム・
タスクの周期的実行」、「周期リアルタイム・タスクの
登録解除」、「非リアルタイム・タスクの実行開始」、
「非リアルタイム・タスクの実行完了」、「動作周波数
の下限値の設定」というインターフェースを提供してい
る。
【００６４】（１）周期リアルタイム・タスクの登録 アプリケーション・プログラムは、このインターフェー
スを利用する際に、以下の各情報をオペレーティング・
システムに与える。 タスクの起動周期：タスクが起動される周期である。 タスクの一周期あたりの処理負荷：処理負荷の表現方法
として様々なものを挙げることができる。例えば、プロ
セッサが最大動作周波数でこのタスクを実行し続けると
きに、一周期の処理に要する計算時間で表現することも
可能である。 タスクの実行に必要なその他の情報：例えば、タスクの
実行開始アドレスやスタック領域の位置などを与えるこ
とが挙げられる。但し、この情報は、動作周波数や電源
電圧の制御やタスク実行順序の制御には本質的なもので
はない。
【００６５】オペレーティング・システムは、これらの
情報を基に、既に登録された周期リアルタイム・タスク
の要求を満たしつつ、新たに周期リアルタイム・タスク
の実行がさらに可能か否かを判断する。実行不可能と判
断したときには、アプリケーション・プログラムに対し
てその旨を通知するとともに、タスクの登録を行わな
い。他方、実行可能と判断したときには、タスクの登録
を行う。
【００６６】（２）周期リアルタイム・タスクの周期的
実行 上述のインターフェース「周期リアルタイム・タスクの
登録」によって登録に成功した周期リアルタイム・タス
クは、このインターフェースの呼び出しによって周期的
な起動を開始することができる。アプリケーション・プ
ログラムは、このインターフェースを利用する際に、タ
スクを特定できる値をオペレーティング・システムに与
える。
【００６７】なお、このインターフェースを省略して、
タスクの登録成功と同時に起動を開始するように実装す
ることも可能である。また、指定された時間から周期的
な起動を始めることを要求するためのインターフェース
を用意することによっても実装可能である。
【００６８】（３）周期リアルタイム・タスクの登録解
除 アプリケーション・プログラムは、このインターフェー
スを利用する際に、タスクを特定できる値をオペレーテ
ィング・システムに与える。
【００６９】（４）非リアルタイム・タスクの実行開始 このインターフェースの呼び出しによって、指定された
タスクは実行可能状態となる。アプリケーション・プロ
グラムは、このインターフェースを利用する際に、タス
クの実行開始アドレスやスタック領域の位置、さらに非
リアルタイム・タスク間の実行優先順位などの情報を、
オペレーティング・システムに与える。
【００７０】（５）非リアルタイム・タスクの実行完了 このインターフェースを呼び出すことによって、指定さ
れたタスクは以後実行されなくなる。但し、上述の「非
リアルタイム・タスクの実行開始」インターフェースの
呼び出しによって、再度実行を開始することができるよ
うに実装することも可能である。
【００７１】（６）動作周波数の下限値の設定 オペレーティング・システムによって設定される動作周
波数が、ある閾値以下に低下しないように設定するため
のインターフェースである。オペレーティング・システ
ムは、通常、周期リアルタイム・タスクを適切に実行す
るのに充分な必要最低限の動作周波数でプロセッサを動
作させようとする。このため、非リアルタイム・タスク
の実行に費やされるプロセッサ時間が不充分となること
がある。このような場合には、この閾値を大きく設定す
ることによって、非リアルタイム・タスクを実行するだ
けの余地を与えることができる。
【００７２】３．オペレーティング・システムの実装 本実施例に係るオぺレーティング・システムは、各タス
ク毎に、以下の変数を保持している。但し、各変数の添
え字ｉはタスクを識別するために与えられるタスク番号
であるとする。
【００７３】ｅi：次の周期の開始時間 ｐi：周期 ｃi：一周期あたりの処理負荷
【００７４】さらに、本実施例に係るオペレーティング
・システムは以下の変数を保持している。
【００７５】ｒp：現在、ｐ番目のプロセッサｐに登録
されている周期リアルタイム・タスクの処理負荷を周期
で割った値の合計値である。すなわち、プロセッサｐの
使用率に相当し、０から１．０の値をとる。ｒpが１．
０未満の値であれば、プロセッサｐにおいてさらに周期
リアルタイム・タスクを実行可能な状態である。ｒ
pは、プロセッサｐにおいて周期リアルタイム・タスク
を登録するときに更新される値である。
【００７６】ｌp：現在、ｐ番目のプロセッサｐに登録
されており、且つ、起動要求が発行された周期リアルタ
イム・タスクの処理負荷を周期で割った値の合計値であ
る。すなわち、プロセッサｐの使用率に相当し、０から
１．０の値をとる。ｌpは、プロセッサｐにおいて周期
リアルタイム・タスクを起動するときに逐次更新される
値である。
【００７７】ｆmin,p：ｐ番目のプロセッサｐについて
の、アプリケーション・プログラムによって設定された
動作周波数の下限値である。
【００７８】Ｒr,p：ｐ番目のプロセッサｐについて
の、実行可能な周期リアルタイム・タスクのリストであ
る。このリストは、ある周期において起動された後に、
いまだその周期の実行を完了しておらず、且つ、様々な
イベントの発生を待っていない状態にあるすべての周期
リアルタイム・タスクで構成される。このリスト中で
は、各タスクは、そのｅi（次の周期の開始時間）の値
が小さいものから順に並べられている。
【００７９】Ｒb,p：ｐ番目のプロセッサｐについて
の、実行可能な非リアルタイム・タスクのリストであ
る。このリストは、タスクが起動された後に、いまだ実
行を完了しておらず、且つ、様々なイベントの発生を待
っていない状態にあるすべての非リアルタイム・タスク
で構成される。このリスト中のタスクの順序は任意でよ
いが（例えば先入れ先出し（ＦＩＦＯ）方式でもよ
い）、非リアルタイム・タスクに実行優先順位を設定す
るような場合には、その優先順位に応じた順序で並べる
ようにしてもよい。
【００８０】図３には、本実施例に係るオぺレーティン
グ・システムの機能構成を、特にタスク管理機能に着目
して図解している。
【００８１】図示の通り、各プロセッサ１１−Ａ，１１
−Ｂ上で動作するそれぞれのオペレーティング・システ
ムは、スケジューラとタイマ・マネージャを含んでい
る。
【００８２】タイマ・マネージャは、タイマ１５から供
給されるタイマ信号に従ってプロセッサ１１をタイマ管
理する機能モジュールである。タイマ・マネージャは、
要求された各タスクを所定の順序（例えば、実行開始時
刻に従った順序）で保持する待ち行列（queue）であ
る。待ち行列中の各タスクは、タスク識別子と実行開始
時刻（release time）を含んでいる。
【００８３】図示の例では、プロセッサ１１−Ａ側にお
けるタイマ・マネージャ内の待ち行列には、タスク１０
をリリース時刻８０で要求する要求１と、タスク１１を
リリース時刻９５で要求する要求２が格納されている。
【００８４】スケジューラは、起動された各タスクのス
ケジュール管理を行う機能モジュールであり、実行可能
なリアルタイム・タスクのリストＲrと、実行可能な非
リアルタイム・タスクのリストＲbを含んでいる。ま
た、スケジューラは、周期リアルタイム・タスクの処理
負荷を周期で割った値の合計値ｒ並びにｌを管理してい
る（ｒは周期リアルタイム・タスク登録時の値であり、
ｌは周期リアルタイム・タスク起動要求時の値であ
る）。
【００８５】図示の例では、リストＲrには、タスク
１、タスク３、タスク４、タスク２の順序で周期リアル
タイム・タスクが登録されている。また、リストＲbに
は、タスク６、タスク８、タスク７、タスク５の順序で
非リアルタイム・タスクが登録されている。また、処理
負荷を周期で割った値の合計値ｒ及びｌはともに８０％
を示し、プロセッサがさらに周期リアルタイム・タスク
を実行可能な状態であることを示している。
【００８６】タイマ・マネージャは、スケジューラに対
して、タスクの起動すなわちリリースを通知する。ま
た、スケジューラは、タイマ・マネージャに対して、タ
スク番号とタスク起動時刻を通知する。
【００８７】アプリケーション・プログラムは、オペレ
ーティング・システム内のスケジューラに対して、周期
リアルタイムタスクの登録（ｐi，ｃiの通知を伴う）、
周期リアルタイム・タスクの起動・登録削除、非リアル
タイム・タスクの登録並びに登録削除などの要求を、上
述した各インターフェースによって受け付けるようにな
っている。
【００８８】また、プロセッサ１１−Ａ及び１１−Ｂで
動作するオペレーティング・システムの間では、各変数
を参照し合う通信手段を備えている。
【００８９】４．オペレーティング・システムによるタ
スク制御 続いて、上述したオペレーティング・システムの各イン
ターフェースを実装したプログラムによる処理動作につ
いて説明する。
【００９０】図４には、周期リアルタイム・タスクを登
録するインターフェースにおいて実現される処理手順を
フローチャートの形式で示している。以下、このフロー
チャートに従って周期リアルタイム・タスクの登録処理
について説明する。
【００９１】まず、各プロセッサに問い合わせて、周期
リアルタイム・タスクの処理負荷を周期で割った値の合
計値ｒpが最小となるプロセッサｐを探索する（ステッ
プＳ１）。
【００９２】そして、プロセッサｐにおいて、タスク登
録判定処理を実行する（ステップＳ２）。
【００９３】ステップＳ２におけるタスク登録判定処理
は、別途定義済みの処理ルーチンであり、その詳細な処
理手順は図５においてフローチャートの形式で示してい
る。以下、図５を参照しながら周期リアルタイム・タス
クの登録判定処理について説明する。
【００９４】まず、登録判定の対象となる周期リアルタ
イム・タスクにタスク番号ｉを付与するとともに、登録
判定の対象となるプロセッサをｐとする（ステップＳ１
１）。
【００９５】そして、登録判定の対象となるタスクｉを
含めて、現在オペレーティング・システムに登録されて
いる周期リアルタイム・タスクの処理負荷を周期で割っ
た値の合計値ｒp（＝ｃi／ｐi＋ｒp）を試算してみて、
これが１未満か否かをチェックする（ステップＳ１
２）。
【００９６】プロセッサｐの処理負荷に相当する合計値
ｒpが１を越える場合には、もはやシステム１０は周期
リアルタイム・タスクｉを実行することができない状態
なので、登録失敗とする。
【００９７】他方、試算した合計値ｒpが１未満である
場合には、システム１０はさらにタスクｉを追加して実
行することができる状態なので、ｒpの値を更新して
（ステップＳ１３）、登録成功とする。
【００９８】図６には、周期リアルタイム・タスクを登
録解除するインターフェースにおいて実現される処理手
順をフローチャートの形式で示している。以下、このフ
ローチャートに従って、周期リアルタイム・タスクの登
録解除処理について説明する。
【００９９】まず、周期リアルタイム・タスクの登録解
除要求を受け取ったプロセッサｐは、該タスクが自分に
割り当てられたものか否かを、スケジューラ又は待ち行
列で確認する（ステップＳ２１）。
【０１００】タスクがプロセッサｐ自身のものである場
合には、登録削除すべき周期リアルタイム・タスクにタ
スク番号ｉを付与する（ステップＳ２２）。
【０１０１】次いで、現在オペレーティング・システム
に登録されている周期リアルタイム・タスクの処理負荷
を周期で割った値の合計値ｒp、並びに、現在オペレー
ティング・システムに登録され且つ起動要求が発行され
た周期リアルタイム・タスクの処理負荷を周期で割った
値の合計値ｌpの値から、登録削除を行う周期リアルタ
イムタスクｉの分ｃi／ｐiを取り除く（ステップＳ２
３，Ｓ２４）。
【０１０２】また、登録削除を行う周期リアルタイム・
タスクｉが既にスケジューラ内の実行可能リアルタイム
・タスクのリストＲr,p中に登録されている場合には、
タスクｉをリストＲr,pから削除する（ステップＳ２
５）。
【０１０３】そして、別途定義された再スケジューリン
グ処理を行うことで（ステップＳ２６）、本処理ルーチ
ン全体を終了する。再スケジューリング処理については
後に詳解する。
【０１０４】他方、プロセッサｐ自身のものではない場
合には、他のプロセッサへ登録解除要求を転送して（ス
テップＳ２７）、該要求の処理完了を待って（ステップ
Ｓ２８）、本処理ルーチン全体を終了する。
【０１０５】図７には、周期リアルタイム・タスクを起
動開始するインターフェースにおいて実現される処理手
順をフローチャートの形式で示している。以下、このフ
ローチャートに従って、ｐ番目のプロセッサｐにおいて
周期リアルタイム・タスクの起動開始処理について説明
する。
【０１０６】まず、起動開始すべき周期リアルタイム・
タスクにタスク番号ｉを付与し（ステップＳ３１）、現
在オペレーティング・システムに登録され且つ起動要求
が発行された周期リアルタイム・タスクの処理負荷を周
期で割った値に合計値ｌpにタスクｉの分ｃi／ｐiを加
算する（ステップＳ３２）。
【０１０７】次いで、現在オペレーティング・システム
に登録され且つ起動要求が発行された周期リアルタイム
・タスクの処理負荷を周期で割った値に合計値ｌpと、
アプリケーション・プログラムによって設定された動作
周波数の下限値ｆmin,pのうち、大きい値を変数ｆに設
定する（ステップＳ３３）。
【０１０８】そして、プロセッサｐの動作周波数をｆに
設定するとともに、プロセッサｐに供給する電源電圧を
周波数ｆで動作可能な最小の電圧に設定する（ステップ
Ｓ３４）。プロセッサｐの動作周波数や電源電圧の変更
は、プロセッサ・クロック生成器２２並びにプロセッサ
用ＤＣ／ＤＣ変換器２１の各々に指示値を送信すること
によって行われる（前述）。
【０１０９】プロセッサｐに課された処理負荷から求ま
る動作周波数がアプリケーション・プログラムによって
設定された動作周波数の下限値ｆminを下回る場合に
は、下限値ｆmin,pを動作周波数として設定することに
より、プロセッサｐに生まれる余剰時間を利用して非リ
アルタイム・タスクを実行することができる。この結
果、周期リアルタイム・タスクが次の周期の開始以前に
実行を完了することを保証しつつ、非リアルタイム・タ
スクの実行によって消費される電力量を削減することが
できる。
【０１１０】次いで、現在時刻にタスクｉが持つ周期ｐ
iを加算した値を次の周期の開始時刻ｅiに代入して（ス
テップＳ３５）、時刻ｅiにタスクｉが起動するように
タイマ１５を設定する（ステップＳ３６）。
【０１１１】次いで、スケジューラ内の実行可能リアル
タイム・タスクのリストＲr,p中にタスクｉを追加登録
する（ステップＳ３７）。
【０１１２】そして、別途定義された再スケジューリン
グ処理を行うことで（ステップＳ３８）、本処理ルーチ
ン全体を終了する。再スケジューリング処理については
後に詳解する。
【０１１３】図８には、プロセッサｐにおいて周期リア
ルタイム・タスクを起動するタイマの設定時刻に達した
ときにおける処理手順をフローチャートの形式で示して
いる。以下、このフローチャートに従って、周期リアル
タイム・タスクに指定された時刻に達したときの処理に
ついて説明する。
【０１１４】まず、起動すべき周期リアルタイム・タス
クにタスク番号ｉを付与する（ステップＳ４１）。
【０１１５】次いで、現在時刻にタスクｉが持つ周期ｐ
iを加算した値を次の周期の開始時刻ｅiに代入して（ス
テップＳ４２）、時刻ｅiにタスクｉが起動するように
タイマ１５を設定する（ステップＳ４３）。
【０１１６】次いで、プロセッサｐにおけるスケジュー
ラ内の実行可能リアルタイム・タスクのリストＲr,p中
にタスクｉを追加登録する（ステップＳ４４）。
【０１１７】そして、別途定義された再スケジューリン
グ処理を行うことで（ステップＳ４５）、本処理ルーチ
ン全体を終了する。再スケジューリング処理については
後に詳解する。
【０１１８】図９には、プロセッサｐにおいて非リアル
タイム・タスクを登録するインターフェースにおいて実
現される処理手順をフローチャートの形式で示してい
る。以下、このフローチャートに従って非リアルタイム
・タスクの登録処理について説明する。
【０１１９】まず、新規登録する非リアルタイム・タス
クにタスク番号ｉを付与する（ステップＳ５１）。そし
て、このタスクｉを、プロセッサｐにおけるスケジュー
ラ内の実行可能な非リアルタイム・タスクのリストＲ
b,pに追加登録する（ステップＳ５２）。
【０１２０】そして、別途定義された再スケジューリン
グ処理を行うことで（ステップＳ５３）、本処理ルーチ
ン全体を終了する。再スケジューリング処理については
後に詳解する。
【０１２１】図１０には、プロセッサｐにおいて非リア
ルタイム・タスクを登録削除するインターフェースにお
いて実現される処理手順をフローチャートの形式で示し
ている。以下、このフローチャートに従って、非リアル
タイム・タスクの登録削除処理について説明する。
【０１２２】まず、登録削除する非リアルタイム・タス
クにタスク番号ｉを付与する（ステップＳ６１）。
【０１２３】このタスクｉが、プロセッサｐのスケジュ
ーラ内の実行可能非リアルタイム・タスクのリストＲ
b,pに既に登録されている場合には、該リストＲb,p中か
ら削除する（ステップＳ６２）。
【０１２４】そして、別途定義された再スケジューリン
グ処理を行うことで（ステップＳ６３）、本処理ルーチ
ン全体を終了する。再スケジューリング処理については
後に詳解する。
【０１２５】図１１には、プロセッサｐにおいて周期リ
アルタイム・タスクの登録削除時、起動開始時、非リア
ルタイムタスクの登録時、登録削除時の各々の処理ルー
チン内で行われる再スケジューリング処理の手順をフロ
ーチャートの形式で示している。以下、このフローチャ
ートを参照しながら、再スケジューリング処理について
説明する。
【０１２６】まず、プロセッサｐにおけるスケジューラ
内の実行可能周期リアルタイム・タスクのリストＲr,p
が空か否かをチェックする（ステップＳ７１）。
【０１２７】リストＲr,pが空でなければ、該リストＲ
r,p中の先頭の周期リアルタイム・タスクにタスク番号
ｉを付与して（ステップＳ７４）、タスクｉに制御を移
し（ステップＳ７６）、本処理ルーチン全体を終了す
る。
【０１２８】リストＲr,pが空の場合、さらに、プロセ
ッサｐにおけるスケジューラ内の実行可能非リアルタイ
ム・タスクのリストＲb,pが空か否かをチェックする
（ステップＳ７２）。
【０１２９】リストＲb,pが空でなければ、該リストＲ
b,p中の先頭の非リアルタイム・タスクにタスク番号ｉ
を付与して（ステップＳ７５）、タスクｉに制御を移し
（ステップＳ７６）、本処理ルーチン全体を終了する。
【０１３０】スケジューラ内のリストＲr,p及びリスト
Ｒb,pのいずれも空である場合には、現在プロセッサｐ
が実行すべきタスクがないことになるので、プロセッサ
ｐをスリープ状態に移行させ（ステップＳ７３）、次の
タスクが発生するまでプロセッサｐを待機せしめる。
【０１３１】なお、ここで言うスリープ状態とは、プロ
セッサ１１の活動を低下させて省電力化を図る動作モー
ドのことを指す。但し、スリープ状態の定義については
本発明の要旨とは直接関連しないので、ここでは敢えて
説明しない。
【０１３２】［追補］以上、特定の実施例を参照しなが
ら、本発明について詳解してきた。しかしながら、本発
明の要旨を逸脱しない範囲で当業者が該実施例の修正や
代用を成し得ることは自明である。
【０１３３】本明細書で紹介した実施の形態では、周期
リアルタイム・タスクはタイマで起動されるものとした
が、本発明の要旨は必ずしもこれに限定されない。最小
起動間隔が指定の周期を下回らない範囲で、自由な時刻
に周期リアルタイム・タスクを起動するようにしてもよ
い。例えば、ディスプレイ装置を備えた演算処理システ
ムにおいて、垂直帰線期間割り込み信号が発生したとき
に、タスクを起動することが考えられる。また、ネット
ワークからのパケット到着時に周期リアルタイム・タス
クを起動することも可能である。
【０１３４】要するに、例示という形態で本発明を開示
してきたのであり、限定的に解釈されるべきではない。
本発明の要旨を判断するためには、冒頭に記載した特許
請求の範囲の欄を参酌すべきである。
【０１３５】
【発明の効果】以上詳記したように、本発明によれば、
異なる周期で動作する１以上のタスクを実行する複数の
プロセッサを備えたマルチプロセッサ構成システムのた
めの、優れた電力削減技術を提供することができる。
【０１３６】また、本発明によれば、次の周期の開始ま
でに実行を完了させる必要がある周期リアルタイムタス
クとかかる制約のない非リアルタイムタスクを並行して
実行するタイプのプロセッサを複数備えたマルチプロセ
ッサ構成システムのための、優れた電力削減技術を提供
することができる。
【０１３７】また、本発明によれば、アプリケーション
のリアルタイム要求に応えつつプロセッサによる電力消
費を削減することができる、マルチプロセッサ構成シス
テムのための優れた電力削減技術を提供することができ
る。
【０１３８】また、本発明によれば、動作周波数と電源
電圧を動的に制御することができるプロセッサを複数備
えたマルチプロセッサ構成システムにおいて、各プロセ
ッサ毎に、起動された各タスクを遅滞なく処理するため
に必要な動作周波数を適応的に変化させるとともに、時
々刻々と切り替わる動作周波数に応じて最適な電源電圧
を決定していくことで、各プロセッサ並びにシステム全
体の消費電力を低減することができる、優れた電力削減
技術を提供することができる。
【０１３９】また、本発明に係るマルチプロセッサ構成
システムを利用した場合、単一のプロセッサにより同じ
処理量のタスクを実行する場合に比し、消費電力を削減
することができる。
【０１４０】また、本発明によれば、プロセッサの動作
周波数や電源電圧の変更頻度を低く抑えながら、各々の
プロセッサによる電力消費を削減することができる。
【０１４１】周期リアルタイム・タスクは次の周期の開
始以前に処理を完了するタスクである。処理を完了すべ
き時間すなわちデッドラインを自由に設定可能なように
システムを拡張することも考えられるが、本発明では敢
えてこのように処理完了時間に制限を課すことによっ
て、タスクの登録や登録削除時に動作周波数を変化させ
るだけで充分に高い電力削減効果を得ることができる。
【０１４２】したがって、プロセッサの電源電圧や動作
周波数を変化させるために比較的長い時間を要するハー
ドウェアに対しても、本発明を適用することができる。
【０１４３】例えば、あるタスクｉについて、デッドラ
インを次の周期の開始時間よりも前に設定することがシ
ステム構築上どうしても必要になった場合に、タスク起
動タイマの時刻設定を除く、変数ｐiに対するすべての
参照をデッドラインに対する参照へと置き換えるだけで
よい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に供されるマルチプロセッサ構成
の演算処理システム１０のハードウェア構成を模式的に
示した図である。
【図２】複数の周期リアルタイム・タスクが異なる周期
で同時に実行されている様子を模式的に示した図であ
る。
【図３】本実施例に係るオぺレーティング・システムの
機能構成を模式的に示したブロック図である。
【図４】周期リアルタイム・タスクを登録するインター
フェースにおいて実現される処理手順を示したフローチ
ャートである。
【図５】プロセッサｐにおける周期リアルタイム・タス
クの登録判定処理の手順を示したフローチャートであ
る。
【図６】周期リアルタイム・タスクを登録解除するイン
ターフェースにおいて実現される処理手順を示したフロ
ーチャートである。
【図７】周期リアルタイム・タスクを起動開始するイン
ターフェースにおいて実現される処理手順を示したフロ
ーチャートである。
【図８】周期リアルタイム・タスクを起動するタイマの
設定時刻に達したときにおける処理手順を示したフロー
チャートである。
【図９】非リアルタイム・タスクを登録するインターフ
ェースにおいて実現される処理手順を示したフローチャ
ートである。
【図１０】非リアルタイム・タスクを登録削除するイン
ターフェースにおいて実現される処理手順を示したフロ
ーチャートである。
【図１１】プロセッサｐにおいて周期リアルタイム・タ
スクの登録削除時、起動開始時、非リアルタイムタスク
の登録時、登録削除時に行う再スケジューリング処理の
手順を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１０…演算処理システム １１…プロセッサ １２…ＲＡＭ １３…ＲＯＭ １４…周辺デバイス １５…タイマ １６…システム・バス １７…電源装置 １８…電源供給線 ２１…プロセッサ用ＤＣ／ＤＣ変換器 ２２…プロセッサ・クロック生成器

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】次の周期の開始までに実行を完了させる必
    要がある周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の制
    約がない非リアルタイム・タスクを並行して実行可能な
    プロセッサを複数個含んだ演算処理システムであって、 各プロセッサ毎に、稼動中の各時点において、各周期リ
    アルタイム・タスクに課せられた要求を満たすために充
    分な動作周波数を算出する動作周波数算出手段と、 各プロセッサ毎に、前記動作周波数算出手段による算出
    結果に基づく動作周波数クロックを該プロセッサに供給
    するプロセッサ・クロック生成手段と、 各プロセッサ毎に、前記動作周波数算定手段により算出
    された動作周波数で該プロセッサを駆動させるために充
    分な電源電圧を算出する電源電圧算出手段と、 各プロセッサ毎に、前記電源電圧算出手段による算出結
    果に基づく電源電圧を該プロセッサに供給するプロセッ
    サ電源供給手段と、を具備することを特徴とする演算処
    理システム。
  2. 【請求項２】各プロセッサの稼動中の各時点において、
    与えられたタスクのうちいずれを実行すべきかを選択し
    て実行するタスク選択・実行手段をさらに備えることを
    特徴とする請求項１に記載の演算処理システム。
  3. 【請求項３】各プロセッサの稼動中の各時点において、
    実行すべきタスクがなくなったことに応答して、該プロ
    セッサを稼動率が低下したスリープ状態に移行させるス
    リープ遷移手段をさらに備えることを特徴とする請求項
    １に記載の演算処理システム。
  4. 【請求項４】各周期リアルタイム・タスクに課せられ
    た、次の周期の開始時間、周期、一周期あたりの処理負
    荷などの情報を、タスク実行前に記録するタスク情報記
    録手段と、 前記タスク情報記録手段により記録された情報を参照し
    て、電源電圧と動作周波数が前記プロセッサの限界を越
    えず、及び／又は、既登録の周期リアルタイム・タスク
    に課せられた要求が満たされるように、新たな周期リア
    ルタイム・タスクの登録を制限するタスク登録制御手段
    と、を各プロセッサ毎にさらに備えることを特徴とする
    請求項１に記載の演算処理システム。
  5. 【請求項５】各プロセッサ毎に、非リアルタイム・タス
    クが存在しないときに前記動作周波数算出手段によって
    算出された動作周波数及び／又は前記電源電圧算出手段
    によって算出された電源電圧が所定の下限値を下回った
    ことに応答して、該プロセッサの動作周波数及び／又は
    電源電圧を該下限値に設定する下限値設定手段をさらに
    備えることを特徴とする請求項１に記載の演算処理シス
    テム。
  6. 【請求項６】次の周期の開始までに実行を完了させる必
    要がある周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の制
    約がない非リアルタイム・タスクを並行して実行可能な
    複数個のプロセッサによる演算処理を制御する演算処理
    制御方法であって、 各プロセッサ毎に、稼動中の各時点において、各周期リ
    アルタイム・タスクに課せられた要求を満たすために充
    分な動作周波数を算出する動作周波数算出ステップと、 各プロセッサ毎に、前記動作周波数算出ステップによる
    算出結果に基づく動作周波数クロックを該プロセッサに
    供給するプロセッサ・クロック生成ステップと、 各プロセッサ毎に、前記動作周波数算定ステップにより
    算出された動作周波数で該プロセッサを駆動させるため
    に充分な電源電圧を算出する電源電圧算出ステップと、 各プロセッサ毎に、前記電源電圧算出ステップによる算
    出結果に基づく電源電圧を該プロセッサに供給するプロ
    セッサ電源供給ステップと、を具備することを特徴とす
    る演算処理制御方法。
  7. 【請求項７】各プロセッサの稼動中の各時点において、
    与えられたタスクのうちいずれを実行すべきかを選択し
    て実行するタスク選択・実行ステップをさらに備えるこ
    とを特徴とする請求項６に記載の演算処理制御方法。
  8. 【請求項８】各プロセッサの稼動中の各時点において、
    実行すべきタスクがなくなったことに応答して、該プロ
    セッサを稼動率が低下したスリープ状態に移行させるス
    リープ遷移ステップをさらに備えることを特徴とする請
    求項６に記載の演算処理制御方法。
  9. 【請求項９】各周期リアルタイム・タスクに課せられ
    た、次の周期の開始時間、周期、一周期あたりの処理負
    荷などの情報を、タスク実行前に記録するタスク情報記
    録ステップと、 前記タスク情報記録ステップにより記録された情報を参
    照して、電源電圧と動作周波数が前記プロセッサの限界
    を越えず、及び／又は、既登録の周期リアルタイム・タ
    スクに課せられた要求が満たされるように、新たな周期
    リアルタイム・タスクの登録を制限するタスク登録制御
    ステップと、を各プロセッサ毎にさらに備えることを特
    徴とする請求項６に記載の演算処理制御方法。
  10. 【請求項１０】各プロセッサ毎に、非リアルタイム・タ
    スクが存在しないときに前記動作周波数算出ステップに
    よって算出された動作周波数及び／又は前記電源電圧算
    出ステップによって算出された電源電圧が所定の下限値
    を下回ったことに応答して、前記プロセッサの動作周波
    数及び／又は電源電圧を該下限値に設定する下限値設定
    ステップをさらに備えることを特徴とする請求項６に記
    載の演算処理制御方法。
  11. 【請求項１１】次の周期の開始までに実行を完了させる
    必要がある周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の
    制約がない非リアルタイム・タスクを並行して実行可能
    な複数個のプロセッサのタスクを管理するタスク管理シ
    ステムであって、 各プロセッサ毎に、各周期リアルタイム・タスクに課せ
    られた、次の周期の開始時間、周期、一周期あたりの処
    理負荷などの情報を、タスク実行前に記録するタスク情
    報記録手段と、 各プロセッサ毎に、該プロセッサに課された処理負荷に
    応じて該プロセッサの電源電圧と動作周波数を設定する
    動作設定手段と、 各プロセッサ毎に、前記タスク情報記録手段により記録
    された情報を参照して、電源電圧と動作周波数が該プロ
    セッサの限界を越えず、及び／又は、既登録の周期リア
    ルタイム・タスクに課せられた要求が満たされるよう
    に、新たな周期リアルタイム・タスクの登録を制限する
    タスク登録制御手段と、を具備することを特徴とするタ
    スク管理システム。
  12. 【請求項１２】非リアルタイム・タスクが存在しないと
    きに前記動作周波数算出手段によって算出された動作周
    波数が所定の下限値を下回ったことに応答して、プロセ
    ッサの動作周波数及び／又は電源電圧を該下限値に設定
    する下限値設定手段を各プロセッサ毎にさらに備えるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載のタスク管理システ
    ム。
  13. 【請求項１３】次の周期の開始までに実行を完了させる
    必要がある周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の
    制約がない非リアルタイム・タスクを並行して実行可能
    な複数個のプロセッサのタスクを管理するタスク管理方
    法であって、 各プロセッサ毎に、各周期リアルタイム・タスクに課せ
    られた、次の周期の開始時間、周期、一周期あたりの処
    理負荷などの情報を、タスク実行前に記録するタスク情
    報記録ステップと、 各プロセッサ毎に、該プロセッサに課された処理負荷に
    応じて該プロセッサの電源電圧と動作周波数を設定する
    動作設定ステップと、 各プロセッサ毎に、前記タスク情報記録ステップにより
    記録された情報を参照して、電源電圧と動作周波数が該
    プロセッサの限界を越えず、及び／又は、既登録の周期
    リアルタイム・タスクに課せられた要求が満たされるよ
    うに、新たな周期リアルタイム・タスクの登録を制限す
    るタスク登録制御ステップと、を具備することを特徴と
    するタスク管理方法。
  14. 【請求項１４】非リアルタイム・タスクが存在しないと
    きに前記動作周波数算出ステップによって算出された動
    作周波数が所定の下限値を下回ったことに応答して、プ
    ロセッサの動作周波数及び／又は電源電圧を該下限値に
    設定する下限値設定ステップを各プロセッサ毎にさらに
    備えることを特徴とする請求項１３に記載のタスク管理
    方法。
  15. 【請求項１５】次の周期の開始までに実行を完了させる
    必要がある周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の
    制約がない非リアルタイム・タスクを並行して実行可能
    な複数個のプロセッサによる演算処理の制御をコンピュ
    ータ・システム上で実行するように記述されたコンピュ
    ータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に
    格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフト
    ウェアは、 各プロセッサ毎に、稼動中の各時点において、各周期リ
    アルタイム・タスクに課せられた要求を満たすために充
    分な動作周波数を算出する動作周波数算出ステップと、 各プロセッサ毎に、前記動作周波数算出ステップによる
    算出結果に基づく動作周波数クロックを該プロセッサに
    供給するプロセッサ・クロック生成ステップと、 各プロセッサ毎に、前記動作周波数算定ステップにより
    算出された動作周波数で該プロセッサを駆動させるため
    に充分な電源電圧を算出する電源電圧算出ステップと、 各プロセッサ毎に、前記電源電圧算出ステップによる算
    出結果に基づく電源電圧を該プロセッサに供給するプロ
    セッサ電源供給ステップと、を具備することを特徴とす
    る記憶媒体。
  16. 【請求項１６】次の周期の開始までに実行を完了させる
    必要がある周期リアルタイム・タスクと実行完了時刻の
    制約がない非リアルタイム・タスクを並行して実行可能
    な複数個のプロセッサにおけるタスクの管理をコンピュ
    ータ・システム上で実行するように記述されたコンピュ
    ータ・ソフトウェアをコンピュータ可読形式で物理的に
    格納した記憶媒体であって、前記コンピュータ・ソフト
    ウェアは、 各プロセッサ毎に、各周期リアルタイム・タスクに課せ
    られた、次の周期の開始時間、周期、一周期あたりの処
    理負荷などの情報を、タスク実行前に記録するタスク情
    報記録ステップと、 各プロセッサ毎に、該プロセッサに課された処理負荷に
    応じて該プロセッサの電源電圧と動作周波数を設定する
    動作設定ステップと、 各プロセッサ毎に、前記タスク情報記録ステップにより
    記録された情報を参照して、電源電圧と動作周波数が該
    プロセッサの限界を越えず、及び／又は、既登録の周期
    リアルタイム・タスクに課せられた要求が満たされるよ
    うに、新たな周期リアルタイム・タスクの登録を制限す
    るタスク登録制御ステップと、を具備することを特徴と
    する記憶媒体。
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