JP2007233608A - 割込み制御装置及び割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。 - Google Patents

Abstract

【課題】要求された割込みが１つである場合にもマルチプロセッサが割込みをシングルプロセッサよりも効率的に処理することができ、マルチプロセッサによる処理効率をいっそう高めることができる割込み制御装置を提供する。
【解決手段】複数の単位プロセッサを備えるマルチプロセッサ４の外部割込み処理を制御する割込みコントローラ１を、割込み要求を受付ける割込み検出部２０３、割込み検出部２０３によって受付けられた割込み要求を複数の割込みベクタに分割し、分割割込み処理をマルチプロセッサ４が備える複数の単位プロセッサに割当てて実行させる割込みコントローラ制御部２０４、割込み対応テーブル２０２、割込み先プロセッサ選択制御部２０６、プロセッサ状態管理部２０７によって構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、割込み制御装置及び割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに係り、特にマルチタイプのプロセッサの割込みを制御する割込み制御装置及び割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。

現在、プロセッサに外部モジュール等の機器を接続し、外部モジュールがプロセッサに割込みを要求して動作する構成が普及している。このような装置として、例えば、携帯電話が挙げられる。携帯電話は、プロセッサに操作キーや通信モジュール、カメラといった複数のモジュールを接続して構成される。各モジュールは、ユーザによって操作された場合にプロセッサに割込みを要求する。

また、このような装置では、近年の装置の高性能化、高速化に伴い、プロセッサにマルチプロセッサが適用されることも多い。マルチプロセッサは、複数のプロセッサで構成されるプロセッサであって、複数のモジュールの割込みを複数のプロセッサで受付けて並列に処理することができる。
マルチプロセッサで並行に割込み処理をする構成の従来技術として、例えば、特許文献１が挙げられる。特許文献１に記載された発明は、種類が同一の複数の割込みを複数のプロセッサで並列に処理し、装置の性能を高めるものである。
特開平８−３６４９８号公報

しかしながら、複数のモジュールが接続されている場合にあっても、１つのモジュールだけがマルチプロセッサに割込み処理を要求する場合も多い。また、マルチプロセッサは、処理の高速化、高効率化のために使用されるプロセッサであって、特に複数のモジュールによる割込みに備えて設けられるものではない。このため、マルチプロセッサに１つのモジュールが接続される場合もある。

特許文献１の発明は、上記した場合、シングルプロセッサと同様に、１つの割込み要求をマルチプロセッサのいずれかのプロセッサだけが処理することになる。このため、マルチプロセッサを採用したにも関わらず、割込み処理の効率を高めることができず、マルチプロセッサの資源を充分に生かすことができないという不具合がある。
本発明は、割込み要求が１つである場合にもマルチプロセッサが割込みをシングルプロセッサよりも効率的に処理することができ、マルチプロセッサによる処理効率をいっそう高めることができる割込み制御装置及び割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することを目的とする。

以上の課題を解決するため、本発明の割込み制御装置は、複数の単位プロセッサを備えるマルチプロセッサに対して外部から要求された割込み要求を制御する割込み制御装置であって、割込み要求を受付ける割込み受付手段と、前記割込み受付手段によって受付られた割込み要求を設定された情報に従い分割して複数の前記単位プロセッサに割当てて実行させる処理割当手段と、を備えることを特徴とする。

このような発明によれば、割込み要求を受付け、分割割り込み処理を複数の単位プロセッサに割当てて実行させることができる。
したがって、本発明は、１つの割込み処理を分割して複数の単位プロセッサで並列に実行することができる。このような本発明は、要求された割込み処理が１つである場合にもマルチプロセッサが割込みをシングルプロセッサよりも効率的に処理することができ、マルチプロセッサによる処理効率をいっそう高めることができる割込み制御装置を提供することができる。

また、本発明の割込み制御装置は、前記割込み受付手段において受付けられた割込み要求に対応する分割割込み処理の少なくとも一部が前記単位プロセッサで実行できない場合、前記処理割当手段は、各分割割込み処理を予め設定された優先順位にしたがう順番で前記単位プロセッサに割当てることを特徴とする。
このような発明によれば、割込み要求に対応する分割割込み処理の少なくとも一部が単位プロセッサに割当てられない場合であっても各分割割込み処理を予め設定された優先順位にしたがう順番で単位プロセッサに割当てることができる。このため、優先順位の高い処理から順次単位プロセッサで並行に実行してマルチプロセッサの処理効率を高めることができる。

また、本発明の割込み制御装置は、前記処理割当手段が、分割割込み処理の優先順位に関する情報を記録したテーブルを有することを特徴とする。
このような発明によれば、分割割込み処理の優先順位に関する情報を比較的簡易な構成でありながら参照しやすい形で分割割込み処理の優先順位に関する情報を保持しておくことができる。

また、本発明の割込み制御装置は、前記処理割当手段が、前記単位プロセッサと前記単位プロセッサの各々に割当てられる分割割込み処理との対応関係に関する情報を記録するテーブルを有することを特徴とする。
このような発明によれば、単位プロセッサと単位プロセッサの各々に割当てられる分割割込み処理との対応関係を予め保存しておくことができる。このため、割込み要求が発生したとき速やかにかつ簡易に分割割込み処理を割当てるのに適正な単位プロセッサを選択することができる。

また、本発明の割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムは、複数の単位プロセッサを備えるマルチプロセッサの割込み処理を制御する割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、割込み要求を受付ける割込み受付ステップと、前記割込み受付手ステップにおいて受付られた割込み要求を設定された情報に従い分割して複数の前記単位プロセッサに割当てて実行させる処理割当ステップと、を含むことを特徴とする割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。

このような発明によれば、割込み要求受付け、分割割込み処理を複数の単位プロセッサに割当てて実行させることができる。
したがって、本発明は、１つの割込み処理を分割して複数の単位プロセッサで並列に実行し、マルチプロセッサによる処理効率をいっそう高めることができる割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することができる。

以下、図を参照して本発明に係る割込み制御装置及び割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムの実施の形態を説明する。
図１は、本発明の割込み制御装置とマルチプロセッサとを接続して構成されるマルチプロセッサシステムを示した図である。マルチプロセッサ４は、複数の単位プロセッサ４ａ〜４ｄで構成されるプロセッサであって、各単位プロセッサ４ａ〜４ｄが並列に動作して処理を実行することができる。

マルチプロセッサ４は、メモリ３、割込みコントローラ２、複数の周辺モジュール１と直接、間接的に接続されている。周辺モジュール１の各々は、プロセッサ４に対して割込みを要求する。なお、本実施形態では、割込み処理の少なくとも一部が予め分割されていて、分割された割込み処理の各々を以降分割割込み処理と記す。割込み処理の分割は、プログラムの作成時にツールあるいはプログラマによって行われる。

周辺モジュール１による割込み要求は、先ず割込みコントローラ２によって受付けられる。割込みコントローラ２は、１つのモジュールだけから割込み要求がなされた場合であっても、分割割込み処理を複数の単位プロセッサに割当てることによって割込み処理の処理効率を高めることができる。

図２は、図１に示した割込みコントローラ２を詳細に示した図である。割込みコントローラ２は、複数の単位プロセッサ４ａ〜４ｄを備えるマルチプロセッサ４の割込み処理を制御する割込み制御装置である。そして、マルチプロセッサ４に対して外部である周辺モジュール１から要求された割込み要求を受付ける割込み検出部２０３と、受付けられた割込み要求を複数の単位プロセッサ４ａ〜４ｄに割当てて実行させる割込みコントローラ制御部２０４、割込み先プロセッサ選択制御部２０６、プロセッサ状態管理部２０７、割込み通知部２０５を備えている。

割込み対応テーブル２０２は、単位プロセッサ４ａ〜４ｄと、単位プロセッサ４ａ〜４ｄの各々に割当てられる分割割込み処理との対応関係を含む情報を記録するテーブルである。本実施形態の割込み対応テーブル２０２は、単位プロセッサ４ａ〜４ｄと分割割込み処理との対応関係ばかりでなく、割当てられる分割割込み処理の個数も割込み対応テーブル２０２に記録されている。

プロセッサ状態管理部２０７は、各単位プロセッサ４ａ〜４ｄの割込みの可、不可等の判断をする。割込み先プロセッサ選択制御部２０６は、割込み対応テーブル２０２、プロセッサ状態管理部２０７が有する情報を参照して単位プロセッサ４ａ〜４ｄのいずれに分割割込み処理を割当てるかを決定する。割込み通知部２０５は、分割割込み処理が割当てられた単位プロセッサに割込み要求が発生したことを通知する。

以上述べた構成において、割込み検出部２０３は割込み受付手段として機能する。また、割込みコントローラ制御部２０４は、割込みコントローラ制御部２０４、割込み先プロセッサ選択制御部２０６、プロセッサ状態管理部２０７及び割込み通知部２０５が処理割当手段として機能する。
また、割込みコントローラ２は、割込み検出部２０３において受付けられた割込み要求に対応する分割割込み処理の少なくとも一部がマルチプロセッサ４に割当てられない場合、各分割割込み処理を予め設定された優先順位にしたがう順番で単位プロセッサ４ａ〜４ｄに割当てている。

すなわち、割込みコントローラ制御部２０４は、分割割込み処理が複数発生した、あるいは割込みを指示すべき単位プロセッサが割込み禁止の状態にある等の理由によって単位プロセッサ４ａ〜４ｄに割当てることができない場合、割当てることができない分割割込み処理を保留状態にする。このため、割込みコントローラ２は、保留となった分割割込み処理及び分割割込み処理の優先順位を記録しておく保留中割込みテーブル２０１を備えている。

以上述べた構成は、以下のように動作する。すなわち、周辺モジュール１に含まれる複数のモジュール（周辺モジュールＡ、Ｂ、Ｃ…とする）のうちのいずれかがプロセッサ４に割込みを要求する場合、周辺モジュールは、割込みコントローラ２に対して割込み要求をする。割込み要求は、割込み検出部２０３によって受付けられ、要求された割込みに対応する分割割込み処理が各単位プロセッサに割当てられる。

割込みコントローラ制御部２０４による分割割込み処理の割当は、割込み対応テーブル２０２を参照して行われる。図３は、割込み対応テーブル２０２を説明するための図であって、図３（ａ）は割込み対応テーブル２０２に記録される情報を示している。また、（ｂ）は、（ａ）に示した情報を具体的に示した図である。割込み対応テーブルは、割込み要求と分割割込み処理の割込みベクタ番号の対応を示すものである。

図３（ｂ）は、各分割割込み処理のために起動される分割割込み処理のマルチプロセッサ４から見たオフセットアドレスを縦に記し、横にはテーブルのインデックスとして０〜３の４つの数字を記す。インデックスの０、１、２、３は、分割割込み処理の優先順位を表している。つまり、各単位プロセッサに分割割込み処理を割当てる場合、インデックス０に記されている分割割込み処理から優先的に単位プロセッサに割当てられる。

例えば、図３（ｂ）に示した割込み対応テーブルによれば、周辺モジュールＡによる割込みでは２つの分割割込み処理が設定され、単位プロセッサのうちいずれか２つが分割割込み処理を起動することを表している。このように、分割割込み処理の単位プロセッサに対する割当ては、割込みの発生時に動的に決定される。
また、１番目のベクタ番号、２番目のベクタ番号等に記入された数字は、図３（ａ）の表中に記した１番目の割込みベクタ番号、２番目の割込みベクタ番号の具体的な値である。この例において、割込みベクタ番号が０であるということは、対応する分割割込み処理が存在しない、すなわち単位プロセッサに対する割込み要求を行わないことを示している。

例えば、周辺モジュールＡから割込みコントローラ２に対して割込み要求がされた場合、割込みコントローラ制御部２０４は、割込み対応テーブル２０２を参照して周辺モジュールＡ用の割込みベクタ番号を取得する。図示した例では、周辺モジュールＡには２つの割込みベクタ番号が設定されていて、ベクタ番号１がベクタ番号２よりも優先的に単位プロセッサに割当てられることが分かる。

また、例えば、周辺モジュールＢから割込みコントローラ２に対して割込み要求がされた場合、割込みコントローラ制御部２０４は、割込み対応テーブル２０２を参照して周辺モジュールＢ用の割込みベクタ番号を取得する。図示した例では、周辺モジュールＢには４つの割込みベクタ番号が設定されていて、ベクタ番号４、ベクタ番号５、ベクタ番号６、ベクタ番号７の優先順位で単位プロセッサに割当てられることが分かる。

なお、本実施形態では、プロセッサ状態管理部２０７が単位プロセッサ４ａ〜４ｄの状態を管理していて、単位プロセッサが分割割込み処理を処理できない状態にあることを検出することができる。このような場合、割り当てられなかった分割割込み処理は保留中割込みテーブル２０１に記録される。

図４（ａ）、（ｂ）は、保留中割込みテーブル２０１を例示するための図である。図４（ａ）は、保留中割込みテーブル２０１が保留中の分割割込み処理の有無を示すフラグ、割込みを要求した周辺モジュール（割込み発生源）、何番目の分割割込み処理まで割り当て済みであるかの情報を持っていることを示す。

図４（ｂ）は、（ａ）に示した保留中割込みテーブル２０１に記録される情報を具体的に示した図である。（ｂ）によれば、周辺モジュールＣ、周辺モジュールＡのフラグが有効であることによって周辺モジュールＣ、周辺モジュールＡが要求した割込みに対応する分割割込み処理が保留されていることが分かる。さらに、保留された周辺モジュールＣの分割割込み処理は図３のＣｏｕｎｔ１に対応し、周辺モジュールＡの割込み要求は図３のＣｏｕｎｔ０に対応する。したがって、保留された分割割込み処理は周辺モジュールＣが割込み対応テーブルのインデックス１以降の分割割込み処理と周辺モジュールＡが割込み対応テーブルのインデックス０以降すなわちすべての分割割込み処理であることが分かる。

このように、保留中割込みテーブル２０１には、分割割込み処理をインデックスで記録してもよい。また、分割割込み処理の単位で記録しておくものであってもよい。
以上述べたように、本実施形態は、周辺モジュールＡ、Ｂ等が要求した割込み要求を複数の単位プロセッサに割当てることができる。このため、１つの割込み処理を複数の単位プロセッサで並列に処理し、マルチプロセッサ４の割込みの処理効率を高めることができる。

図５は、本実施形態が１つの割込み処理を並列に実行することによって得られる効果を説明するための図である。図５（ａ）は、本実施形態の並列処理を説明するための図であって、（ｂ）は、本実施形態の構成と比較するために従来の構成で行われる処理を説明するための図である。なお、図５に示した例は、通信処理を割込み処理によって実行するものであって、通信処理が受信済みパケット処理と次送信パケット処理とに予め分割されている。

なお、受信済みパケット処理とは、受信したパケットを読み出してエラーをチェックし、受信データを処理するものである。また、次送信パケット処理は、受信パケットに対する応答の確認や次に送信すべきデータを設定する処理である。
本実施形態によれば、図５（ａ）に示したように、プロセッサ４ａ（図中プロセッサ０）とプロセッサ４ｂ（図中プロセッサ１）とにおいて同時に分割割込み処理の起動処理Ｘが実行される。そして、プロセッサ４ａが受信済みパケット処理を実行し、略同時にプロセッサ４ｂが送信済みパケット処理を並列に実行する。プロセッサ４ａ、プロセッサ４ｂは、各々に割当られた分割割込処理が完了すると、復帰処理Ｙを実行して割込みハンドラから復帰する。

一方、図５（ｂ）に示した従来の構成では、プロセッサ４ａに受信済みパケット処理と次送信パケット処理とが割込み要求される。プロセッサ４ａは、割込み発生によって起動処理Ｘを実行し、受信済みパケット処理をする。そして、受信済みパケット処理の終了後、続いて次送信パケット処理を実行し、復帰処理Ｙをして割込み処理から抜ける。
このような従来の構成は、（ａ）に示した本実施形態に比べて次送信パケット処理の終了タイミングが遅れて割込み処理の完了が遅くなることが明らかである。また、単位プロセッサ４ａが割込み処理をする間、他の単位プロセッサは停止状態であったとしても割込みに関与しない。このため、従来の構成は、マルチプロセッサを採用したにも関わらず単位プロセッサを割込みに有効に利用することができず、本実施形態よりも処理効率が低いものといえる。

図６は、以上述べた本実施形態の割込み制御装置が実行する割込み制御方法をコンピュータ実行させるためのプログラムを示したフローチャートである。なお、図示したフローチャートは、割込みコントローラ２によって実行される。
割込みコントローラ制御部２０４は、先ず、いずれかの周辺モジュールによって割込みが要求されたか否かを割込み検出部２０３によって検出する（Ｓ６０１）。割込みが検出されない場合（Ｓ６０１：Ｎｏ）、割込みコントローラ制御部２０４は、保留中割込みテーブル２０１を参照して保留中の割込みがあるか否か判断する（Ｓ６０２）。

保留中割込みがある場合（Ｓ６０２：Ｙｅｓ）、割込みコントローラ制御部２０４は、後述するように、最優先割込みの情報を参照する（Ｓ６０６）。保留中の割込みがない場合（Ｓ６０２：Ｎｏ）、処理を終了する。
ステップＳ６０１の判断において、割込みが検出された場合（Ｓ６０１：Ｙｅｓ）、割込みソート処理を実行する（Ｓ６０５）。割込みソート処理とは、各単位プロセッサに対して要求された割込みの優先度や要求順序によって最終的な割込みの処理順序を決定する処理をいう。なお、発生した順番の通りに割込みを要求する場合、割込みソート処理は不要である。

次に、割込みコントローラ制御部２０４は、ソートされた割込み処理のうち最初に処理すべき割込み処理の情報（割込みを要求した周辺モジュールを特定する等の情報）を参照する（Ｓ６０６）。そして、割込み対応テーブル２０２を参照して起動すべき分割割込み処理のアドレス等を取得し（Ｓ６０７）、割込みを発生させるか否か判断する（Ｓ６０８）。判断の結果、割込みを発生させない場合（Ｓ６０８：Ｎｏ）、割込み要求が発生したことを示す記録をクリアし（Ｓ６０３）、再び保留中の割込みがあるか否か判断する（Ｓ６０２）。

割込みを発生させる場合（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、分割割込処理を割当てるべき単位プロセッサを選択する（Ｓ６０９）。そして、割込み先の単位プロセッサが割り込み可能な状態であるか否か判断する（Ｓ６１０）。この判断は、例えば、プロセッサ状態管理部２０７によって取得されたプロセッサの割込みの可、不可の情報等を参照することによって行われる。

ステップＳ６１０の判断において、単位プロセッサに割込みできない場合（Ｓ６１０：Ｎｏ）、割込みできなかった割込み処理の割込み先を保留中割込みテーブル２０１のＣｏｕｎｔに記録する（Ｓ６０４）。
また、ステップＳ６１０において、割込み先の単位プロセッサが割込み可能な状態であると判断された場合（Ｓ６１０：Ｙｅｓ）、割込み先の単位プロセッサに割込みを発生する（Ｓ６１１）。この際、割込みの発生が記録される（Ｓ６１２）。

また、本実施形態は、以上述べた構成に限定されるものではない。例えば、本実施形態は、割込み制御装置を独立した単位プロセッサを複数備えるマルチプロセッサと接続した構成について説明した。しかし、本実施形態の割込み制御装置は、このようなマルチプロセッサばかりでなく、複数の単位プロセッサが演算部を共有してより密に結合するマルチプロセッサ（マルチスレッドプロセッサ）についても適用することができる。

本実施形態の割込み制御装置をマルチスレッドプロセッサに適用する場合、図６に示したステップＳ６０７とステップＳ６０８との間にステップＳ６１３の処理を挿入する。このような処理は、マルチスレッドプロセッサが複数の単位プロセッサの間で演算処理部を共用することから要求されるものである。
すなわち、ステップＳ６１３の処理は、割込みコントローラ制御部２０４が、図７に示す割込みベクタテーブルを読み出して各単位プロセッサに割当てられる割込みベクタを読み出す。

図７に示した割込みベクタテーブルは、割込み処理のプロセッサから見たオフセットアドレスと、処理に使用される割込みハンドラの保存先、割込みハンドラにおいて各単位プロセッサに割当てられる割込みベクタ（Ｖｅｃ０、Ｖｅｃ１等）の保存先を記録するテーブルである。ベクタテーブル中、単位プロセッサに割当てられない割込みベクタの保存先には、０×ｆｆｆｆｆｆｆｆといった存在しないアドレスが記録されている。

以上述べた本実施形態の割込み制御装置は、１つの割込み処理を複数の単位プロセッサで並列に実行することができる。このため、要求された割込み処理が１つである場合にもマルチプロセッサが割込みをシングルプロセッサよりも効率的に処理することができ、マルチプロセッサによる処理効率をいっそう高めることができる。

本発明の一実施形態の割込み制御装置とマルチプロセッサとを接続して構成されるマルチプロセッサシステムを示した図である。 図１に示した割込みコントローラを詳細に示した図である。 図１に示した割込み対応テーブルを説明するための図である。 図１に示した保留中割込みテーブルを例示するための図である。 本実施形態が１つの割込み処理を並列に実行することによって得られる効果を説明するための図である。 本実施形態の割込み制御装置が実行する割込み制御方法をコンピュータ実行させるためのプログラムを示したフローチャートである。 本発明の一実施形態のベクタテーブルを説明するための図である。

符号の説明

１ 周辺モジュール、２ 割込みコントローラ、３ メモリ、４ マルチプロセッサ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ 単位プロセッサ、２０１ 保留中割込みテーブル、２０２ 割込み対応テーブル、２０３ 割込み検出部、２０４ 割込みコントローラ制御部、２０５ 割込み通知部、２０６ 割込み先プロセッサ選択制御部、２０７ プロセッサ状態管理部

Claims (5)

1. 複数の単位プロセッサを備えるマルチプロセッサに対して外部から要求された割込み処理を制御する割込み制御装置であって、
   割込み要求を受付ける割込み受付手段と、
   前記割込み受付手段によって受付られた割込み要求を設定された情報に従い分割して複数の前記単位プロセッサに割当てて実行させる処理割当手段と、
   を備えることを特徴とする割込み制御装置。
2. 前記割込み受付手段において受付けられた割込み要求に対応する分割割込み処理の少なくとも一部が前記単位プロセッサで実行できない場合、前記処理割当手段は、各分割割込み処理を予め設定された優先順位にしたがう順番で前記単位プロセッサに割当てることを特徴とする請求項１に記載の割込み制御装置。
3. 前記処理割当手段は、分割割込み処理の優先順位に関する情報を記録したテーブルを有することを特徴とする請求項１または２に記載の割込み制御装置。
4. 前記処理割当手段は、前記単位プロセッサと前記単位プロセッサの各々に割当てられる分割割込み処理との対応関係に関する情報を記録するテーブルを有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の割込み制御装置。
5. 複数の単位プロセッサを備えるマルチプロセッサの割込み処理を制御する割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
   割込み要求を受付ける割込み受付ステップと、
   前記割込み受付手段によって受付られた割込み要求を設定された情報に従い分割して複数の前記単位プロセッサに割当てて実行させる処理割当ステップと、
   を含むことを特徴とする割込み制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。