JP2007334538A - プログラマブルデバイス制御装置、プログラマブル論理回路装置及びプログラマブルデバイスの制御方法 - Google Patents

プログラマブルデバイス制御装置、プログラマブル論理回路装置及びプログラマブルデバイスの制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】プログラマブルデバイスへの回路のコンフィギュレーションを、より効果的に制御することができるプログラマブルデバイス制御装置を提供する。
【解決手段】FPGA制御装置20は、コンフィギュレーション制御部22と、回路選択部24と、CPU12からFPGA16に関する設定情報を入力する第1の入力IF26と、FPGA16からの出力を入力する第2の入力IF28とを有する。回路選択部24は、少なくとも第1の入力IF26に入力された設定情報に基づいて、メモリ14に記憶されている複数のFPGA回路情報から回路を選択する。コンフィギュレーション制御部22は、回路選択部24により選択された回路情報に基づいて、メモリ14に記憶されている回路情報データを読み出し、FPGA16に当該回路情報をコンフィギュレーションする。
【選択図】図3

Description

本発明は、プログラマブルデバイスのコンフィギュレーションを制御するプログラマブルデバイス制御装置に関する。
従来よりデジタル回路装置の回路を構成する部品として、FPGA(Field Programable Gate Array)やPLD(Programable Logic Device)などのプログラマブルデバイスが使用されている。これらのデバイスは、論理回路を記述する回路情報を読み込ませる(コンフィギュレーションする)ことにより、内部の動作を自由に変更されうるデバイスである。
特許文献1では、プログラマブルロジックから出力される基本トリガ信号の回数や組み合わせにより、プログラマブルロジックをコンフィギュレーションする回路を選択してセルフコンフィギュレーションを実施する装置が開示されている。これにより、特許文献1に開示された装置では、システム簡略化とコストダウンが図られている。
しかしながら、特許文献1に開示された手法は、基本トリガの組み合わせやその回数など、プログラマブルデバイスの状態でしか回路情報を選択することができない。このため、この手法では、複雑な処理回路を組み合わせることが困難である。また、ソフトウェアと同期することが困難である。
特開2000−101421
本発明は、上述した背景からなされたものであり、プログラマブルデバイスへの回路のコンフィギュレーションを、より効果的に制御することができるプログラマブルデバイス制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力する第1の入力手段と、プログラマブルデバイスからの出力を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段に入力された設定情報と、前記第2の入力手段に入力されたプログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、当該プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する制御手段とを有する。
好適には、前記制御手段は、前記第1の入力手段に入力された設定情報に基づいて、複数の回路から回路を選択する。
好適には、前記第1の入力手段及び前記第2の入力手段は、入力された情報を保持する。
好適には、前記第1の入力手段及び前記第2の入力手段は、複数のビットを含むビット列を保持する。
好適には、前記第2の入力手段は、プログラマブルデバイスに設定された回路を保持する。
好適には、前記第2の入力手段は、プログラマブルデバイスの動作状況をさらに保持する。
好適には、前記制御手段は、前記第2の入力手段により、プログラマブルデバイスが動作している旨が保持されている場合、プログラマブルデバイスへの回路の設定を待機する。
また、好適には、前記制御手段は、前記第2の入力手段により保持されている回路と、前記第1の入力手段により入力された設定情報の回路とが同一であるか否かを判定する。
また、好適には、前記制御手段は、前記第2の入力手段により保持されている回路と、前記第1の入力手段により入力された設定情報の回路とが同一である場合、前記第1の入力手段により入力された当該回路に関する設定情報を破棄する。
また、本発明に係るプログラマブル論理回路装置は、プログラマブルデバイスとプログラマブルデバイス制御装置とを有するプログラマブル論理回路装置であって、前記プログラマブルデバイス制御装置は、前記プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力する第1の入力手段と、前記プログラマブルデバイスからの出力を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段に入力された設定情報と、前記第2の入力手段に入力された前記プログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、前記プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する制御手段とを有する。
さらに、本発明に係るプログラマブルデバイスの制御方法は、プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力し、プログラマブルデバイスからの出力を入力し、前記入力された設定情報と、前記入力されたプログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、当該プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する。
本発明のプログラマブルデバイス制御装置によれば、プログラマブルデバイスへの回路のコンフィギュレーションを、より効果的に制御することができる。
まず、本発明の理解を容易にするために、本発明の背景と概要を説明する。
図1は、FPGA等のプログラマブルデバイスのコンフィギュレーション方法を説明する図であって、図1(A)は、専用メモリ内に記憶されている回路情報を、装置の電源オン時にFPGAにコンフィギュレーションする方法を例示し、図1(B)は、メモリに格納されているプログラマブルデバイスの回路情報を、装置内に記憶されているソフトウェアを実行するプロセッサ(CPU)により、FPGAにコンフィギュレーションする方法を例示する。
図1(A)に例示される構成では、FPGAの状態は、ボード内のCPU(不図示)により管理される。FPGAのコンフィギュレーションが可能になった場合、コンフィギュレーションは、専用ハードウェア(HW)により実行される。CPUは、コンフィギュレーションを開始する場合、FPGAの動作状態を常に監視する必要があるので、CPUの処理効率が低下する問題がある。
図1(B)に例示される構成では、CPUがFPGAのコンフィギュレーションを実行するので、CPUは、コンフィギュレーションを実行している間、他の処理を実行できない。このため、CPUの処理効率が低下する問題がある。
そこで、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、プログラマブルデバイスの状態と、CPUからの指示とを考慮して、プログラマブルデバイスにコンフィギュレーションされる回路の選択し、コンフィギュレーションを実行する。これにより、プログラマブルデバイス制御装置が、プログラマブルデバイスへの回路のコンフィギュレーションを制御するので、CPUの処理効率の低下を防ぐことができる。また、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、複数の回路から所定の回路を柔軟に選択することができる。
次に、本発明の実施形態に係るプログラマブル論理回路装置10を説明する。
図2は、本発明の実施形態に係るプログラマブル論理回路装置10の構成を示すブロック図である。
図2に示すように、プログラマブル論理回路装置10は、CPU12と、メモリ14と、FPGA16と、CPUバス等のバス18を介してCPU12に接続されたFPGA制御装置20とを有する。
CPU12は、これらの構成要素を制御する。特に、CPU12は、FPGA制御装置20を介して、FPGA16のコンフィギュレーションを制御する。メモリ14は、FPGA16へコンフィギュレーションされる複数の回路を予め記憶している。メモリ14は、RAM等の揮発性半導体メモリであってもよいし、ROM等の不揮発性半導体メモリであってもよい。また、メモリ14は、両者の要素を兼ね備えたフラッシュメモリであってもよい。
FPGA16は、FPGA制御装置20から出力される回路情報を受け付けて、当該回路に基づいて動作するプログラマブルデバイスである。FPGA16は、当該FPGA16の状態等の情報を、FPGA制御装置20に対して出力する。
FPGA制御装置20は、CPU12からFPGA16に関する設定情報を入力し、FPGA16からの出力を入力し、当該入力された設定情報とFPGA16からの出力とに基づいて、当該FPGA16に設定する回路を制御する。FPGA制御装置20は、CPU12から入力された設定情報に基づいて、メモリ14に記憶されている複数の回路から回路を選択し、当該選択した回路をFPGA16に読み込ませる。このようにして、FPGA制御装置20は、プログラマブルデバイス制御装置を構成する。
図3は、FPGA制御装置20の詳細な機能構成を示すブロック図である。
図3に示すように、FPGA制御装置20は、コンフィギュレーション制御部22、回路選択部24、第1の入力インターフェイス(IF)26及び第2の入力IF28を有する。
FPGA制御装置20において、第1の入力IF26は、CPU12からFPGA16に関する設定情報を入力する。具体的には、第1の入力IF26は、選択すべき回路に関する情報及びコンフィギュレーション開始指示を入力する。第2の入力IF28は、FPGA16からの出力を入力する。具体的には、第2の入力IF28は、FPGA16がコンフィギュレーション中であるか否かを示す情報、FPGA16に設定されている回路に関する情報、及びFPGA16が動作しているか否かを示す情報を入力する。
第1の入力IF26及び第2の入力IF28は、例えばレジスタにより実現され、入力された情報を保持する。第1の入力IF26及び第2の入力IF28は、プログラマブル論理回路装置10あるいはFPGA制御装置20に含まれる図示しないクロックに基づいて入力信号をサンプリングして保持する。
回路選択部24は、第1の入力IF26に入力された設定情報に基づいて、メモリ14に記憶されている複数のFPGA回路情報から回路を選択する。回路選択部24は、第2の入力IF28に入力された情報にさらに基づいて回路を選択してもよい。コンフィギュレーション制御部22は、回路選択部24により選択された回路情報に基づいて、メモリ14に記憶されている回路情報データを読み出し、FPGA16に当該回路情報をコンフィギュレーションする。このようにして、回路選択部24及びコンフィギュレーション制御部22は、第1の入力IF26に入力された設定情報と、第2の入力IF28に入力されたFPGA16からの出力とに基づいて、当該FPGA16に設定する回路を制御する制御手段を構成する。
図4は、メモリ14に記憶されている回路情報を例示する図である。
図4に例示するように、メモリ14には、回路1、回路2を構成する回路2−1並びに回路2−2、回路3及び回路4が予め記憶されている。これらの回路は、コンフィギュレーション制御部22により参照されて、FPGA16に設定される。
ここで、回路2に関する情報は、回路2−1及び回路2−2に分割されて記憶されている。このように、メモリ14には、1つの回路を構成する複数の小規模な回路が記憶されてもよい。回路選択部24は、第1の入力IF26及び第2の入力IF28から、これらの小規模な回路を設定する旨を情報を読み出してもよい。また、コンフィギュレーション制御部22は、当該小規模な回路を読み出してFPGA16に設定してもよい。これにより、コンフィギュレーション制御部22が読み出す回路データ量、FPGA16にコンフィギュレーションされるされる回路量が、削減されることができる。
図5は、第1の入力IF26及び第2の入力IF28に保持される情報を示す図である。
図5(A)に示すように、第1の入力IF26は、例えばビット0〜ビット15の16ビットからなるビット列を有する。第1の入力IF26において、ビット0は、FPGA16へのコンフィギュレーションの開始指示を保持する。例えば、ビット0が「1」である場合、コンフィギュレーション開始が指示されており、ビット0が「0」である場合、コンフィギュレーション開始は指示されていない。
第1の入力IF26において、ビット1〜ビット15は、FPGA16に設定される回路情報等の動作モードを保持する。よって、回路選択部24は、ビット1〜ビット15に保持されているビット列を参照して、CPU12により指示された回路情報を識別する。例えば、ビット1が「1」である場合、回路選択部24は、メモリ14に記憶されている回路1を選択する。このようにして、第1の入力IF26は、回路情報等の動作モード及びコンフィギュレーション開始指示の有無を保持する。
図5(B)に示すように、第2の入力IF28は、例えばビット0〜ビット15の16ビットからなるビット列を有する。第2の入力IF28において、ビット0は、FPGA16のコンフィギュレーションが完了した旨を保持する。例えば、ビット0が「1」である位場合、FPGA16はコンフィギュレーションが完了した状態であり、ビット0が「0」である場合、FPGA16はコンフィギュレーションが未完了である状態である。
第2の入力IF28において、ビット1〜ビット15は、FPGA16に設定されている回路情報等の動作モード、及びFPGA16が動作しているか否か等の動作状態を保持する。例えば、ビット1〜ビット15のうちのいずれかのビットが「1」である場合にはFPGA16が動作中であり、当該ビットが「0」である場合にはFPGA16は動作していない。よって、回路選択部24は、ビット1〜ビット15に保持されているビット列を参照して、FPGA16の状態等を識別する。このようにして、第2の入力IF28は、FPGA16の状態等及びコンフィギュレーションの完了状況を保持する。
なお、第1の入力IF26は、複数のレジスタからなってもよい。この場合、第1の入力IF26は、複数のレジスタにより、CPU12からの複数の指示情報を保持し、FIFO(First-In First-Out)方式のデバイスとして動作する。
これにより、回路選択部24は、第1の入力IF26に保持されている複数の指示情報に基づいて、順に、FPGA16に設定される回路を選択するので、CPU12は、コンフィギュレーションの指示情報をFPGA制御装置20に対して出力しておけば、FPGA16がコンフィギュレーションに要する時間を待つ処理、及びFPGA16の動作状況を確認する処理から開放される。したがって、CPU12のビジー時間及びウェイト時間が削減され、処理効率が向上することができる。
第2の入力IF28は、FPGA16によるコンフィギュレーションが完了したか否かだけを保持してもよい。この場合、第2の入力IF28は、ビット0の1ビットだけからなる。また、第2の入力IF28は、第1の入力IF26と同様にして、複数のレジスタからなってもよい。
次に、本発明の実施形態に係るプログラマブル論理回路装置10におけるFPGA16の制御動作を説明する。
図6は、本発明に係るプログラマブル論理回路装置10の全体動作(S10)を示すフローチャートである。
図6に示すように、プログラマブル論理回路装置10は、電源をオンにされると、ステップ100(S100)において、FPGA制御装置20の回路選択部24は、メモリ14に記憶されている複数の回路のうち、予め決められている回路(例えば、回路1)を選択する。
ステップ102(S102)において、FPGA制御装置20のコンフィギュレーション制御部22は、回路選択部24により選択された回路をメモリ14から読み出して、FPGA16にコンフィギュレーションする。
ステップ104(S104)において、回路選択部24は、第2の入力IF28のビット0を確認し、FPGA16のコンフィギュレーションが完了したか否かを判定する。第2の入力IF28のビット0が「0」である場合、回路選択部24は、コンフィギュレーションが完了していないと判定し、S104の処理に戻る。
第2の入力IF28のビット0が「1」である場合、回路選択部24は、コンフィギュレーションが完了したと判定する。この場合、回路選択部24は、第2の入力IF28のビット0を「1」から「0」にリセットする。さらに、回路選択部24は、第1の入力IF26のビット0を「1」から「0」にリセットし、CPU12に対して、コンフィギュレーションが完了した旨を出力する。その後、回路選択部24は、S106の処理に進む。このコンフィギュレーションにより、FPGA16は、回路1として動作する。
ステップ106(S106)において、回路選択部24は、FPGA16の回路が動作中であるか否かを判定する。FPGA16の回路が動作中である場合、第2の入力IF28がその旨を保持している。FPGA16の回路が動作中ではない場合、第2の入力IF28は、FPGA16からFPGA16が動作していない旨の出力を受け付けて、その旨を保持している。回路選択部24は、FPGA16の回路が動作中である場合にはS106の処理に戻り、そうでない場合にはS108(S108)の処理に進む。
このように、回路選択部24は、FPGA16が動作している旨が第2の入力IF28により保持されている場合、FPGA16への回路のコンフィギュレーションを待機する。このため、FPGA16の回路が動作中である場合、次のコンフィギュレーション処理が実行されることが防止される。CPU12が、コンフィギュレーションの指示をFPGA制御装置20に対して出力し、FPGA制御装置20の第1の入力IF26がその旨を保持しているとしても、FPGA16の回路の動作が終了しない限り、コンフィギュレーション処理は実行されない。これにより、FPGA16の動作不具合が防止されることができる。なお、FPGA16が動作している間のコンフィギュレーションを許可する場合、S106の処理は省略されてもよい。
ステップ108(S108)において、回路選択部24は、第1の入力IF26により保持されている内容を読み出す。
ステップ110(S110)において、回路選択部24は、第1の入力IF26が、CPU12の指示によりFPGA16のコンフィギュレーションを開始する旨を保持しているか否かを判定する。より具体的には、回路選択部24は、第1の入力IF26のビット0が「1」であるか「0」であるかを判定する。回路選択部24は、コンフィギュレーション開始の指示がある場合(即ち、ビット0が「1」である場合)、S112の処理に進み、コンフィギュレーションの開始の指示がない場合(即ち、ビット0が「0」である場合)、S108の処理に戻る。
ステップ112(S112)において、回路選択部24は、第1の入力IF26のビット1〜ビット15に保持されている内容に基づいて、メモリ14に記憶されている回路を選択する。ここで、回路選択部24は、第2の入力IF28のビット1〜ビット15に保持されている内容にさらに基づいて回路を選択してもよい。
ステップ114(S114)において、回路選択部24は、当該選択された回路(即ち、第1の入力IF26により入力された設定情報の回路)と、前回のコンフィギュレーションにおいて選択された回路(例えば、第2の入力IF28により保持されているFPGA16から出力された回路情報)とが同一か否かを判定する。これらの回路が同一である場合、回路選択部24はS108の処理に戻る。即ち、回路選択部24は、第2の入力IF28により保持されている回路と、第1の入力IF26により入力された設定情報の回路とが同一である場合、第1の入力IF26により入力された当該回路に関する設定情報を破棄する。これらの回路が同一でない場合、S102の処理に戻って当該選択された回路のコンフィギュレーションが実行される。これにより、冗長なコンフィギュレーション処理が回避されることができる。
以上説明したように、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力する第1の入力手段と、プログラマブルデバイスからの出力を入力する第2の入力手段と、前記第1の入力手段に入力された設定情報と、前記第2の入力手段に入力されたプログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、当該プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する制御手段とを有する。これにより、プログラマブルデバイスへの回路のコンフィギュレーションを、より効果的に制御することができる。特に、プログラマブルデバイス制御装置は、CPUからの指示と、プログラマブルデバイスの動作状況との組み合わせに基づいてコンフィギュレーションを制御するので、CPUにより動作されるソフトウェア及びプログラマブルデバイスの双方に都合のよい状況で、コンフィギュレーションを実行することができる。
また、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、CPUからの少なくとも1つの要求を保持し、所定の契機でプログラマブルデバイスのコンフィギュレーションを実施することができる。これにより、CPUは、プログラマブルデバイスの動作状況やコンフィギュレーション状況などを確認する必要がなくなるので、CPUの処理効率が向上されることができる。
また、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、前回実施したコンフィギュレーション回路情報を記憶しておくので、同じ回路のコンフィギュレーーション実施を防ぐことができる。これにより、コンフィギュレーション時間の削減が可能になり、CPUのソフトウェア処理における待ち時間などが大幅に削減されることができる。
また、本発明に係るプログラマブルデバイス制御装置は、CPUによるソフトウェア処理に基づいてコンフィギュレーションの制御を実行するので、より複雑な回路コンフィギュレーションの組み合わせを容易に実行できる。このため、1つのコンフィギュレーション用回路が、より小規模で実現されることができる。また、このような小規模の回路が、必要に応じてコンフィギュレーションされるので、より大規模な回路と同等の回路がコンフィギュレーションされてプログラマブルデバイス上で動作することができる。これにより、プログラマブルデバイスに要求される回路量の削減が可能になり、プログラマブルデバイスの大幅なコストダウンが可能となる。
FPGA等のプログラマブルデバイスのコンフィギュレーション方法を説明する図であって、図1(A)は、専用メモリ内に記憶されている回路情報を、装置の電源オン時にFPGAにコンフィギュレーションする方法を例示し、図1(B)は、メモリに格納されているプログラマブルデバイスの回路情報を、装置内に記憶されているソフトウェアを実行するプロセッサ(CPU)により、FPGAにコンフィギュレーションする方法を例示する。 本発明の実施形態に係るプログラマブル論理回路装置10の構成を示すブロック図である。 FPGA制御装置20の詳細な機能構成を示すブロック図である。 メモリ14に記憶されている回路情報を例示する図である。 第1の入力IF26及び第2の入力IF28に保持される情報を示す図である。 本発明に係るプログラマブル論理回路装置10の全体動作(S10)を示すフローチャートである。
符号の説明
10 プログラマブル論理回路装置
12 CPU
14 メモリ
16 FPGA
18 バス
20 FPGA制御装置
22 コンフィギュレーション制御部
24 回路選択部
26 第1の入力IF
28 第2の入力IF

Claims (11)

  1. プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力する第1の入力手段と、
    プログラマブルデバイスからの出力を入力する第2の入力手段と、
    前記第1の入力手段に入力された設定情報と、前記第2の入力手段に入力されたプログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、当該プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する制御手段と
    を有するプログラマブルデバイス制御装置。
  2. 前記制御手段は、前記第1の入力手段に入力された設定情報に基づいて、複数の回路から回路を選択する
    請求項1に記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  3. 前記第1の入力手段及び前記第2の入力手段は、入力された情報を保持する
    請求項1又は2に記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  4. 前記第1の入力手段及び前記第2の入力手段は、複数のビットを含むビット列を保持する
    請求項3に記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  5. 前記第2の入力手段は、プログラマブルデバイスに設定された回路を保持する
    請求項3又は4に記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  6. 前記第2の入力手段は、プログラマブルデバイスの動作状況をさらに保持する
    請求項3乃至5のいずれかに記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  7. 前記制御手段は、前記第2の入力手段により、プログラマブルデバイスが動作している旨が保持されている場合、プログラマブルデバイスへの回路の設定を待機する
    請求項6に記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  8. 前記制御手段は、前記第2の入力手段により保持されている回路と、前記第1の入力手段により入力された設定情報の回路とが同一であるか否かを判定する
    請求項5乃至7のいずれかに記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  9. 前記制御手段は、前記第2の入力手段により保持されている回路と、前記第1の入力手段により入力された設定情報の回路とが同一である場合、前記第1の入力手段により入力された当該回路に関する設定情報を破棄する
    請求項8に記載のプログラマブルデバイス制御装置。
  10. プログラマブルデバイスとプログラマブルデバイス制御装置とを有するプログラマブル論理回路装置であって、
    前記プログラマブルデバイス制御装置は、
    前記プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力する第1の入力手段と、
    前記プログラマブルデバイスからの出力を入力する第2の入力手段と、
    前記第1の入力手段に入力された設定情報と、前記第2の入力手段に入力された前記プログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、前記プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する制御手段と
    を有するプログラマブル論理回路装置。
  11. プログラマブルデバイスに関する設定情報を入力し、
    プログラマブルデバイスからの出力を入力し、
    前記入力された設定情報と、前記入力されたプログラマブルデバイスからの出力とに基づいて、当該プログラマブルデバイスに設定する回路を制御する
    プログラマブルデバイスの制御方法。
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JP2008052750A (ja) * 2005-04-12 2008-03-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd プロセッサ

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