JP2012053817A - マルチプロセッサシステムと制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】共有バスのアクセス調停待ち時間により、プログラム実行時間が長くなる。
【解決手段】複数のプロセッサと、共有バスに接続される共有メモリと、前記共有バスに接続される複数の内部バスと、複数のプロセッサに対応した固有メモリと、前記共有メモリ上にある例外ベクタと例外処理プログラムを前記固有メモリに取得させるベクタ取得部と、前記複数のプロセッサの処理実行時に発生する、前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムに対するアクセスを検知した場合、前記共有メモリではなく前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムにアクセスする制御を行うベクタ制御部と、を有するマルチプロセッサシステム。
【選択図】図1

Description

本発明は、マルチプロセッサシステムと制御方法に関する。
近年、半導体集積回路において実装されるシステム(製品)の機能が複雑化してきている。このため、プロセッサが1つでは実行効率が低下するため、複数のプロセッサを実装した半導体集積回路(マルチプロセッサ)を採用するシステムが増加してきている。その流れの中で、マルチプロセッサにおいて、リソースとしてのメモリを共有化することによる処理の効率化を図っている。このため、プロセッサ毎のアクセス競合を可能な限り減らし、全体の実行効率を上げることが求められている。
図6に、従来技術のマルチプロセッサシステムMP1のブロック構成を示す。図6に示すように、マルチプロセッサシステムMP1は、プロセッサ1a、1bと、ベクタレジスタ2a、2bと、ベクタ制御部3a、3bと、バスバッファ4a、4bと、ローカルバス5a、5bと、割り込み制御部10と、共有バスアービタ11と、共有メモリ12と、IO制御部13と、共有バス14とを有する。
ベクタレジスタ2a、2bは、それぞれプロセッサ1a、1bに対応して設けられるレジスタである。
ベクタ制御部3a、3bは、それぞれローカルバス5a、5bとベクタレジスタ2a、2bを接続する。
バスバッファ4a、4bは、それぞれプロセッサ1a、1b及びベクタ制御部3a、3bを共有バス14に接続する。
共有バスアービタ11は、バスバッファ4a、4bに接続され、プロセッサ1a、1bからの共有バスアクセス要求を調停する。
割り込み制御部10は、プロセッサ1a、1bの割り込みを制御する。
共有メモリ12は、共有バス14に接続される。
IO制御部13は、マルチプロセッサシステムMP1の外部との入出力を制御する。外部からの割込み要求があった場合、割込み信号IRQ0を出力する。
共有メモリ12は、プロセッサ1a、1bのメモリ空間にアドレス割付されており、プロセッサ1a、1bから全領域をアクセス可能な構成になっている。プロセッサ1a、1bから共有メモリ12へのアクセス要求は、バスバッファ4a、4bを経由して共有バスアービタ11に入力され、アクセス許可応答が得られるとバスバッファ4a、4bがローカルバス5a、5bを共有バス14に接続されることで行われる。共有バスアービタ11は、プロセッサ1aと、プロセッサ1bとからの共有メモリ12、IO制御部13等へのアクセス要求の調停を行う。そして、共有バスアービタ11は、プロセッサ1a、1bからのアクセス要求に応じて、所定の優先順位に従って選択したプロセッサに対して共有バス14への使用許可を与える。
共有メモリ12のアドレス割付けは、プロセッサ1aから見た場合も、プロセッサ1bから見た場合も同一の割付けがされている。図7に、この共有メモリ12のアドレスマップの一例を示す。図7に示すように、アドレス0000番地から000C番地は、プロセッサ1a、1bのベクタ領域に割当てられており、プロセッサ1a、1bの割り込み処理プログラムの先頭アドレス(割り込みベクタ)を格納する領域である。これは、プロセッサ1a、1bがベクタ割込み方式を採用した汎用のマイクロプロセッサを使用するので、メモリ固定アドレス領域が予め割込みベクタ領域として決められているためである。
プロセッサ1a、1bは、外部割込みとして、IRQ、NMIが割込み制御部10から入力される。IRQ割込みは、IO制御部13からの割込み信号IRQ0と、その他のIO制御部(不図示)からの割込み信号IRQ1、IRQ2がある。これらの割込み信号IRQ0〜IRQ2は、割込み制御部10を経由してプロセッサ1a、1bへの割込みIRQとなる。NMI割込みは、SW入力(不図示)などの外部からのNMI要求信号が、割込み制御部10を経由してプロセッサ1a、1bへの割込み要求NMIとなる。
更には、内部割込みとしてメモリ保護違反や、ハードウェア異常などを通知するためのハードウェア例外、プログラムにより任意に割込みを発生させるためのソフト割り込みがある。そして上述したNMI、IRQと合わせて4種類の割込みが存在する。そのため、ベクタ領域は、上記4種類の割込みに対応できるように4種類のエントリーから構成される。
アドレスA番地以降は、各割り込み処理プログラムの領域である。プロセッサ1aと、プロセッサ1bとで、共通の処理を行う場合には共通部に割り込み処理プログラムが置かれる。また、プロセッサ1aと、プロセッサ1bとでそれぞれ異なる処理を行う場合には、プロセッサ1a、プロセッサ1bのそれぞれの個別の領域に割り込み処理プログラムが置かれる。この従来技術では、共通部にはハードウェア例外処理プログラムとNMI処理プログラムが置かれ、各プロセッサ個別の領域にはIRQ処理プログラムとソフト割込み処理プログラムが置かれている。
ベクタレジスタ2aは、ベクタ制御部3aの制御により、プロセッサ1aが共有メモリ12のベクタ領域にセットしたベクタを格納する。ベクタレジスタ2bは、ベクタ制御部3bの制御により、プロセッサ1bが共有メモリ12のベクタ領域にセットしたベクタを格納する。
特開平11−272632号公報
しかし、上述した従来技術では、プログラムが共有メモリに配置されるため、それぞれのプロセッサがプログラムを実行する際に共有バスのアクセス調停対象となるため、アクセス調停待ち時間が生じてしまう。このため、実行するプログラムの実行時間が長くなるという問題が発生する。
本発明の一態様は、複数のプロセッサと、共有バスに接続される共有メモリに、前記複数のプロセッサが例外処理を行う例外処理プログラムと、前記例外処理プログラムに対応した例外ベクタが実装されるマルチプロセッサであって、前記共有バスと前記複数のプロセッサとの間をそれぞれ接続する複数の内部バスと、前記複数のプロセッサのそれぞれに対応した複数の固有メモリと、前記内部バスのそれぞれに接続され、前記例外ベクタと前記例外処理プログラムを前記共有メモリから前記固有メモリに対して取得させるベクタ取得部と、前記プロセッサの処理実行時に発生する、そのプロセッサに対応した前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムに対するアクセスを検知した場合、前記共有メモリではなくそのプロセッサに対応した前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムにアクセスする制御を行うベクタ制御部と、を有するマルチプロセッサシステムである。
本発明の他の態様は、複数のプロセッサと、共有バスに接続される共有メモリに、前記複数のプロセッサが例外処理を行う例外処理プログラムと、前記例外処理プログラムに対応した例外ベクタが実装されるマルチプロセッサシステムの制御方法であって、前記マルチプロセッサシステムが、前記複数のプロセッサのそれぞれに固有の固有メモリを有し、前記マルチプロセッサのシステムリセットの解除後、前記共有メモリから前記例外ベクタを前記固有メモリが取得するステップと、設定信号で指定された前記例外ベクタに対応する前記例外処理プログラムを選択するステップと、前記選択された前記例外処理プログラムを前記共有メモリから前記固有メモリが取得するステップと、前記固有メモリが前記例外処理プログラムを前記共有メモリから取得完了した場合、前記複数のプロセッサのリセットを解除するステップと、を有するマルチプロセッサシステムの制御方法である。
本発明にかかるマルチプロセッサシステムは、特定のプログラムをプロセッサ固有のメモリからフェッチでき、その場合には共有メモリアクセスのアクセス調停が発生することが無く、共有バスへのアクセス調停待ち時間を削減することが可能となる。
本発明にかかるマルチプロセッサシステムは、実行するプログラムの実行時間を短縮することが可能である。
実施の形態にかかるマルチプロセッサシステムのブロック構成である。 実施の形態にかかる固有メモリの構成である。 実施の形態にかかる共有メモリのメモリマップの一例である。 実施の形態にかかるマルチプロセッサシステムの動作フローチャートである。 実施の形態にかかる共有メモリと固有メモリとの対応関係を示す図である。 従来のマルチプロセッサシステムのブロック構成である。 従来のマルチプロセッサシステムの共有メモリのメモリマップとベクタレジスタ
発明の実施の形態
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。この実施の形態は、本発明をマルチプロセッサシステムに適用したものである。図1に本実施の形態にかかるマルチプロセッサシステム100のブロック構成を示す。
図1に示すように、マルチプロセッサシステム100は、プロセッサ1a、1bと、ローカルバス5a、5bと、ベクタ取得部6a、6bと、固有メモリ7a、7bと、ベクタ取得制御部15と、ベクタ制御部3a、3bと、バスバッファ4a、4bと、割り込み制御部10と、共有バスアービタ11と、共有メモリ12と、IO制御部13と、共有バス14とを有する。
プロセッサ1a、1bは、それぞれとローカルバス5a、5bと個別に接続されている。ベクタ取得制御部15が出力するリセット信号RESETがアクティブ状態の場合リセット状態となり、リセット信号RESETが非アクティブ状態となった場合、リセット状態が解除される。
固有メモリ7a、7bは、それぞれプロセッサ1a、1bに対応して設けられている。また、それぞれベクタ制御部3a、3bと接続される。図2に示すように、共有メモリ7a、7bは、それぞれ2つの記憶領域(ベクタ領域121、例外処理領域122)を有する。
共有メモリ12は、共有バス14に接続される。共有メモリ12には、ROMやHDD等の記憶装置から読み出した情報が所定のアドレスに配置される。図3に、この共有メモリ12のアドレスマップの一例を示す。図3に示すように、アドレス0000番地から所定の番地にかけて、例外ベクタ領域111が割り当てられている。この例外ベクタ領域11の各所定のアドレスに書き込まれる情報として、例外ベクタテーブル118がある。また、各例外ベクタテーブル118には、インデックスである例外ベクタ番号117が割り振られる。
例外ベクタ番号117には、例えば「0」〜「4」が割り当てられる。また、例外ベクタテーブル118には、上記例外ベクタ番号117のそれぞれに対応した、割込み要求に応じた例外処理プログラムの先頭アドレス(割り込み例外ベクタ)が書き込まれる。
例えば、「0」の例外ベクタ番号117に対応した例外ベクタテーブル118にはリセット例外処理プログラムの配置アドレス(A000)、「1」の例外ベクタ番号117に対応した例外ベクタテーブル118にはソフト割り込み例外処理プログラムの配置アドレス(B000)、「2」の例外ベクタ番号117に対応した例外ベクタテーブル118には割込み要求例外0プログラムの配置アドレス(C000)、「3」の例外ベクタ番号117に対応した例外ベクタテーブル118には割込み要求例外1プログラムの配置アドレス(D000)、「4」の例外ベクタ番号117に対応した例外ベクタテーブル118には割込み要求例外2プログラムの配置アドレス(F000)が書き込まれる。
また、先頭アドレスA000からリセット例外処理プログラム112、先頭アドレスB000からソフト割り込み例外処理プログラム113、先頭アドレスC000から割込み要求例外0プログラム114、先頭アドレスD000から割込み要求例外1プログラム115、先頭アドレスF000から割込み要求例外2プログラム116が配置される。
ベクタ取得制御部15は、プロセッサ1a、1bに共有して設けられている。また、ベクタ取得制御部15は、マルチプロセッサ100の外部から入力されるシステムリセット信号SYS_RESETと、ベクタ取得部6a、6bそれぞれからベクタ取得完了通知信号FINISHa、FINISHbを入力し、それらに応じて上述したリセット信号RESETを非アクティブ状態からアクティブ状態とする。
ベクタ取得部6a、6bは、それぞれプロセッサ1a、1bに対応して設けられている。また、それぞれローカルバス5a、5bと接続されている。ベクタ取得部6a、6bは、それぞれマルチプロセッサ100の外部から入力されるシステムリセット信号SYS_RESETに応じて起動する。起動後、共有メモリ12の例外ベクタ領域111に配置された例外ベクタテーブル118を各プロセッサの固有メモリ7a、7bのベクタ領域121へコピーする。
更に、入力した例外ベクタ番号設定信号NUMBERa、NUMBERbで指定された例外ベクタ番号117に対応した例外処理プログラムの先頭アドレス、つまり例外ベクタテーブル118が有するアドレスを選択する。そして、その先頭アドレスにある例外処理プログラムを各プロセッサの固有メモリ7a、7bの例外処理領域122へコピーし、そのコピーした例外処理プログラムのアドレス情報とサイズを例外処理プログラム取得情報INFOa、INFObとしてベクタ制御部3a、3bに出力する。
また更に、上記コピーが完了したらベクタ取得完了通知信号FINISHa、FINISHbをベクタ取得制御部15に出力する。
ベクタ制御部3a、3bは、それぞれプロセッサ1a、1bに対応して設けられている。また、それぞれローカルバス5a、5bと接続される。また、それぞれ固有メモリ7a、7bと接続される。上述したベクタ取得部6a、6bの機能に応じた固有メモリ7a、7bへの各情報の書き込みも本ベクタ制御部3a、3bを経由して行われる。
更に、ベクタ制御部3a、3bは、それぞれプロセッサ1a、1bが上述した固有メモリ7a、7bが取得した例外処理プログラムへのアクセスを行うのを検知した場合に、共有メモリ12に配置されている例外処理プログラムにアクセスするのではなく、固有メモリ7a、7bの例外処理領域122に配置されている例外処理プログラムにアクセスする制御を行う。なお、ベクタ制御部3a、3bが上述したプロセッサ1a、1bの例外処理プログラムへのアクセス検知は、例外処理プログラム取得情報INFOa、INFObを基にして判断する。
また、プロセッサ1a、1bが共有メモリ12の例外処理プログラムにアクセスするのを防ぐため、固有メモリ7a、7bへアクセスを行う場合には、共有バスアクセス抑制信号INHIBITa、INHIBITbをバスバッファ4a、4bへ出力する。
バスバッファ4a、4bは、それぞれプロセッサ1a、1bに対応して設けられている。また、バスバッファ4a、4bは、ローカルバス5a、5bに接続されているプロセッサ1a、1b、ベクタ取得部6a、6b、ベクタ制御部3a、3bを、共有バス14に接続する。バスバッファ4a、4bは、共有バスアクセス抑制信号INHIBITa、INHIBITbに応じて、プロセッサ1a、1bが共有メモリ12にアクセスするのを防ぐ。
共有バスアービタ11は、バスバッファ4a、4bに接続され、プロセッサ1a、1bからの共有バスアクセス要求を調停する。
割り込み制御部10は、プロセッサ1a、1bの割り込みを制御する。
IO制御部13は、マルチプロセッサシステム100の外部との入出力を制御する。外部からの割込み要求があった場合、割込み要求信号を割り込み制御部10へ出力する。IO制御部13は、複数存在してもよい。そして、この場合、複数のIO制御部13がそれぞれ割込み要求信号を割り込み制御部10へ出力する。また、NMI割込み要求としてNMI要求信号を入力してもよい。これら割込み要求信号、NMI要求信号が割込み制御部10を経由してプロセッサ1a、1bへの割込み要求IRQ、NMIとなる。
図4にマルチプロセッサシステム100の制御動作を説明するフローチャートを示す。図4を用いて、マルチプロセッサシステム100の動作を説明する。また、図5にこの制御動作における共有メモリ12と固有メモリ7a、7bとの対応関係を表す模式図を示す。
最初にベクタ取得制御部15及びベクタ取得部6a、6bは、マルチプロセッサ100の外部から入力されるシステムリセット信号SYS_RESETにより起動される(ステップS100)。なお、この起動時では、プロセッサリセット信号RESETはアクティブ状態である。このため、プロセッサ1a、1bは、この時点では、それぞれリセット状態となっている。
次に、ベクタ取得部6a、6bは、システムリセット信号SYS_RESETによるシステムリセット解除を受けて、図5に示すように共有メモリ12の例外ベクタ領域111に配置された例外ベクタテーブル118を各プロセッサの固有メモリ7a、7bのベクタ領域121へコピーする(ステップS101)。
次に、ベクタ取得部6a、6bは、例外ベクタ番号設定信号NUMBERa、NUMBERbで指定された例外ベクタ番号117に対応する例外処理プログラムの配置アドレスを選択する(ステップS102)。
次に、ステップS102にて選択された例外処理プログラムの配置アドレスを使用し、共有メモリ12に配置された例外処理プログラム112〜116から対応する例外ベクタ番号117の例外処理プログラムを図5に示すように各プロセッサの固有メモリ7a、7bの例外処理領域122へコピーする(ステップS103)。
次に、ベクタ取得部6a、6bは、取得した例外処理プログラムのアドレス情報とサイズを例外処理プログラム取得情報INFOa、INFObとしてベクタ制御部3a、3bへ送出すると共に、ベクタ取得完了通知信号FINISHa、FINISHbによりベクタ取得制御部15へベクタ取得の完了を通知する(ステップS104)。
ベクタ取得制御部15は、ベクタ取得部6a、6bから通知されるベクタ取得の完了を全て検知した時点でプロセッサリセット信号RESETによりプロセッサ1a、1bのリセットを解除する(ステップS105)。そして、プロセッサ1a、1bが起動する(ステップS106)。
ここで、従来技術のマルチプロセッサシステムMP1では、プログラムが共有メモリに配置されるため、それぞれのプロセッサがプログラムを実行する際に共有バスのアクセス調停対象となり、アクセス調停待ち時間が生じてしまっていた。このため、実行するプログラムの実行時間が長くなるという課題があった。
しかし、本実施の形態のマルチプロセッサシステム100では、特定のプログラムをプロセッサ1a、1bのそれぞれに対応する固有メモリ7a、7bからフェッチでき、共有メモリ12へアクセスする必要がなくなり、上記従来技術での課題の原因となっていたアクセス調停の待ち時間が発生しない。このため、従来技術での課題であった実行するプログラムの実行時間が長くなる問題を解決することができ、実行するプログラムの実行時間を短縮することが可能となる。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものでなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記実施例では、プロセッサが2つの場合を想定しているが、更に複数のプロセッサを有するマルチプロセッサシステムであってもよい。なお、その場合、プロセッサ数に応じた構成が必要であることは言うまでもない。
100 マルチプロセッサシステム
1a、1b プロセッサ
3a、3b ベクタ制御部
4a、4b バスバッファ
5a、5b ローカルバス
6a、6b ベクタ取得部
7a、7b 固有メモリ
10 割り込み制御部
11 共有バスアービタ
12 共有メモリ
13 IO制御部
14 共有バス
15 ベクタ取得制御部

Claims (5)

  1. 複数のプロセッサと、
    共有バスに接続される共有メモリに、前記複数のプロセッサが例外処理を行う例外処理プログラムと、前記例外処理プログラムに対応した例外ベクタが実装されるマルチプロセッサであって、
    前記共有バスと前記複数のプロセッサとの間をそれぞれ接続する複数の内部バスと、
    前記複数のプロセッサのそれぞれに対応した複数の固有メモリと、
    前記内部バスのそれぞれに接続され、前記例外ベクタと前記例外処理プログラムを前記共有メモリから前記固有メモリに対して取得させるベクタ取得部と、
    前記プロセッサの処理実行時に発生する、そのプロセッサに対応した前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムに対するアクセスを検知した場合、前記共有メモリではなくそのプロセッサに対応した前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムにアクセスする制御を行うベクタ制御部と、を有する
    マルチプロセッサシステム。
  2. 当該マルチプロセッサシステムのシステムリセットの解除後、前記複数の固有メモリが前記共有メモリから、前記例外ベクタと前記例外処理プログラムを取得完了した場合に、前記複数のプロセッサのリセットを解除するベクタ取得制御部を更に有する
    請求項1に記載のマルチプロセッサシステム。
  3. 前記ベクタ取得部は、外部から入力される選択信号に応じた前記例外ベクタに対応する前記例外処理プログラムを前記共有メモリから前記固有メモリに対して取得させる
    請求項1または請求項2に記載のマルチプロセッサシステムシステム。
  4. 前記複数の内部バスと前記共有バスとの間にそれぞれ配置される複数のバスバッファを更に有し、
    それぞれ前記複数のバスバッファは、前記ベクタ制御部が前記プロセッサの処理実行時に発生する、そのプロセッサに対応した前記固有メモリが取得した前記例外ベクタもしくは前記例外処理プログラムに対するアクセスを検知した場合に出力するバスアクセス抑制信号に応じて前記内部バスと前記共有バスとの接続を遮断する
    請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のマルチプロセッサシステム。
  5. 複数のプロセッサと、
    共有バスに接続される共有メモリに、前記複数のプロセッサが例外処理を行う例外処理プログラムと、前記例外処理プログラムに対応した例外ベクタが実装されるマルチプロセッサシステムの制御方法であって、
    前記マルチプロセッサシステムが、前記複数のプロセッサのそれぞれに対応した固有メモリを有し、
    前記マルチプロセッサシステムのシステムリセットの解除後、前記共有メモリから前記例外ベクタを前記固有メモリが取得するステップと、
    設定信号で指定された前記例外ベクタに対応する前記例外処理プログラムを選択するステップと、
    前記選択された前記例外処理プログラムを前記共有メモリから前記固有メモリが取得するステップと、
    前記固有メモリが前記例外処理プログラムを前記共有メモリから取得完了した場合、前記複数のプロセッサのリセットを解除するステップと、を有する
    マルチプロセッサシステムの制御方法。
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