JP2024044011A - 情報処理装置及び情報処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】より容易に関連する複数のプロセスを並列動作させることのできる情報処理装置及び情報処理方法を提供する。【解決手段】情報処理装置1は、オペレーティングシステムにより動作制御されるプロセッサと、記憶部とを備える。プロセッサ(CPU)は、プログラム言語で記述された処理をオペレーティングシステム上で仮想マシンにより実行するタスクを、そのオペレーティングシステム上での識別情報を設定して実行する。タスクからその関連タスクが起動される場合に、関連タスクに対応する識別情報をオペレーティングシステムにより設定させ、タスクと関連タスクとのそれぞれに対し、識別情報に応じた処理の特定情報とを対応付けて記憶部に記憶させる。プロセッサはさらに、識別情報のいずれかに係るタスクを実行する場合に、記憶部から識別情報に対応する特定情報を読み出して実行する。【選択図】図1

Description

この発明は、情報処理装置及び情報処理方法に関する。
ある程度以上複雑な処理を行う演算処理装置(プロセッサ)は、オペレーティングシステム(OS)により処理動作が制御されている。OSは、実行するプロセスをID(タスクID)で管理する。OSは、当該IDについてそれぞれ次に実行される処理の番号であるプログラムカウンタ(PC)と、当該処理の内容の実行によるデータの書き込み先であるスタックポインタ(SP)とを規定する。複数のプロセスが並列で実行される場合には、CPUは、複数のプロセスのPC及びSPを順次入れ替えて実行制御する。CPUは、更に、各プロセスから子プロセスとしてスレッドを生成して、関連した複数の処理を並列処理させることができる。
特定の処理に特化したマイコンなど、従来処理能力や消費電力などに制限の大きい演算処理装置でも、近年のIoT(Internet of Things)などに係る動作の多様化及び複雑化の要求がある。これらの要求に従って、演算処理装置(マイコン)は、リアルタイムOS(RTOS)上で動作するものが増えている。
一方、あるOS上で動作する演算処理装置において、特定のプログラム言語により記述されたアプリケーション動作や、他のOSによる疑似的な動作を可能とする仮想マシン(VM)を設定する技術がある。VMにおいて適切にメモリやCPU負荷などを配分することで、処理効率を向上させることができる(例えば、特許文献1)。
特開2019-23915号公報
RTOS上のVMで動作するプログラム言語によるアプリケーション処理でも、ある親プロセスから更に子プロセスやスレッドなどを呼び出して実行させるのが効率的な場合がある。しかしながら、VM上で実行されるプログラム言語によっては、複数の関連するプロセスが、適切に並列なスレッドとして処理されにくい場合がある。その結果、マイコン上で実行されるプロセスが適切に並列分散されない場合が生じ得るという課題がある。
この発明の目的は、より容易に関連する複数のプロセスを並列動作させることのできる情報処理装置及び情報処理方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明は、
オペレーティングシステムにより動作制御されるプロセッサと、
記憶部と、
を備え、
前記プロセッサは、
プログラム言語で記述された処理を前記オペレーティングシステム上で仮想マシンにより実行するタスクを、当該タスクの前記オペレーティングシステム上での識別情報を設定して実行し、
前記タスクから当該タスクの関連タスクが起動される場合に、当該関連タスクに対応する前記識別情報を前記オペレーティングシステムにより設定させ、
前記タスクと前記関連タスクとのそれぞれに対し、前記識別情報に応じた前記処理の特定情報とを対応付けて前記記憶部に記憶させ、
前記識別情報のいずれかに係るタスクを実行する場合に、前記記憶部から当該識別情報に対応する前記特定情報を読み出して実行する
情報処理装置である。
本発明に従うと、より容易に関連する複数のプロセスを並列動作させることができるという効果がある。
本実施形態の情報処理装置の機能構成を示すブロック図である。 RAM上に仮想マシンを展開した状態を模式的に示した図である。 タスク管理情報の内容の例を示す図である。 (a)マイクロパイソンの主タスク実行に係るプログラム実行制御処理の制御手順を示すフローチャートである。(b)プログラム実行制御処理内で呼び出される命令実行処理の制御手順を示すフローチャートである。 従属タスクに係るプログラム実行制御処理の制御手順を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本実施形態の情報処理装置1の機能構成を示すブロック図である。
情報処理装置1は、例えば、ビデオカメラ又は静止画像の撮影を主とするデジタルカメラなどに内蔵される制御マイコンなどであるが、これに限られない。情報処理装置1は、CPU11(Central Processing Unit)と、RAM12(Random Access Memory)と、記憶部13と、通信部14と、操作受付部15と、表示部16と、画像処理モジュール17と、入出力I/F18(Interface)などを備える。
CPU11は、制御マイコンのプロセッサであり、汎用のものであってもよいし、特定の処理や、消費電力(発熱量)の規定などに合わせて設計されたものであってもよい。CPU11は、演算処理を行う演算部と、レジスタとを有し、情報処理装置1の動作を統括制御(動作制御)する。レジスタには、プログラムカウンタ111(PC)と、スタックポインタ112(SP)などが含まれる。プログラムカウンタ111は、実行する命令の内容が格納されたアドレスを示す値を保持する。スタックポインタ112は、レジスタから退避された値の記憶先アドレスを示す値を保持する。CPU11の動作は、リアルタイムOS(Operating System;RTOS)により制御される。RTOSの種別は、特に限られるものではない。
RAM12は、CPU11に作業用のメモリ空間を提供し、一時データを記憶する。RAM12は、DRAMであってもよいし、一部にSRAMや他のRAMとして使用可能なメモリを含んでいてもよい。RAM12には、上述のプログラムカウンタ111で指定されるアドレスやスタックポインタ112で指定されるアドレスなどが含まれる。
記憶部13は、不揮発性のメモリであり、例えば、フラッシュメモリである。記憶部13は、プログラム131、各種設定データ、ビデオカメラによる撮影データ及びその処理データなどが記憶される。プログラム131には、上記RTOSに加え、撮影制御や画像制御などに係るプログラムも含まれる。なお、撮影データなどの記憶媒体には、着脱可能な可搬型記憶媒体、例えば、SDカードなどが含まれてもよい。記憶部13は、その他、HDD(Hard Disk Drive)などのその他の記憶装置であってもよい。また、記憶部13には、通信部14を介して接続されるネットワークドライブやクラウドサーバなどが含まれていてもよい。
通信部14は、外部機器との通信を制御する。通信部14は、LAN(Local Area Network)やWiFiなどに係るある通信規格に応じたネットワークカードなどを備える。通信部14は、外部機器へ撮影画像データなどを送信出力したり、更新プログラムなどを受信したりする。
操作受付部15は、図示略の操作受付部材、例えば、押しボタンスイッチ、回転スイッチやロッカースイッチなどを有する。操作受付部15は、これらの操作受付部材の操作を受け付けて、受け付けた操作受付部材と操作内容とに応じた入力信号をCPU11へ出力する。
表示部16は、例えば、液晶表示画面を有し、ビデオカメラ(自機)のステータスや撮影画像のプレビューなどを表示することができてもよい。ステータスには、撮影に係る設定情報、撮影画像の撮影情報、基本的な日時情報や津新接続情報などを含み得る。
画像処理モジュール17は、撮影部R1により撮影された画像データ又は動画データに対して適宜な処理を行う。画像処理モジュール17は、撮影画像データに対して特定の画像処理を行うためのものであり、専用のハードウェア回路などの制御部(プロセッサ)を有するものであってもよい。
入出力I/F18は、周辺機器や外部機器などとの通信を行うための接続端子を有する。ここでは、入出力I/18には、撮影部R1(カメラ)との接続端子、スピーカR2(音声出力部)との接続端子、マイクR3(集音部)との接続端子、センサR4(計測部)との接続端子、及び上述のLANに係る通信接続端子などを有する。接続端子の仕様は、従来広く用いられているものであってもよい。また、外部機器とUSBケーブルにより接続可能な場合には、入出力I/F18は、USB端子を有していてもよい。
また、これら撮影部R1、スピーカR2、マイクR3及びセンサR4のうち一部又は全部は、上記情報処理装置1の構成とともにビデオカメラに内蔵されたものであってもよい。この場合には、接続配線にはビデオカメラ内部の基板上に位置する及び基板を貫通する信号配線などが含まれていてもよい。
センサR4には、特には限られないが、水平を検出する水準器としての加速度センサ又は傾斜センサなどが含まれ得る。また、センサR4は、方位センサ、加速度センサなどを更に含んでいてもよい。
次に、本実施形態の制御動作について説明する。
本実施形態の情報処理装置1では、プログラム131にマイクロパイソン(登録商標:Python)(プログラム言語)により記述されたものが含まれる。マイクロパイソンは、RTOS上に仮想マシン(Virtual Machine;VM)の領域(CPUリソースやメモリ容量)を展開する。そして、マイクロパイソンは、当該VM内でバイトコードを実行することにより処理を行う。
マイクロパイソンの起動実行時には、当該起動される主タスクに応じてRTOSがタスクID(識別情報)を発行する。RTOSは、タスクIDに基づいて、マイクロパイソンに係る処理とマイクロパイソン以外の処理との間でマルチタスクのタイミング制御などを行う。一方で、マイクロパイソンでは、スレッド生成に係るコマンドの機能的な制限により、柔軟にマルチタスク処理を実行するのが難しい。
情報処理装置1では、マイクロパイソンのプログラム(親プロセス、主タスク)がVM内で更に子プロセス(従属タスク、関連タスク)を生じさせる(起動される)場合に、当該子プロセスに対応するRTOS上のタスクIDの発行(設定)を要求して、得られたタスクIDと子プロセスとを対応付ける。これにより、マイクロパイソンの主タスクと従属タスクとの実行タイミングがRTOS上で管理される。
一方で、子プロセスとして生成された従属タスクでは、主タスクのリソース(資源)を参照するように定められることで、当該リソースを複数タスクで共用するように定めることができる。これにより、主タスクと従属タスクとの間で共通の設定を利用したり、容易に各タスクによる入出力データをやり取りしたりすることができる。
図2は、RAM12上にVMを展開した状態を模式的に示した図である。マイクロパイソンのプログラムが実行されると、RAM12内には、VM(仮想マシン)の領域120が動的に割り当てられて確保される。VMの領域120には、更に主タスク情報領域125と、従属タスク情報領域126とが割り当てられている。従属タスクの数が2つ以上に増えると、それぞれの従属タスクに対して各々領域が割り当てられる。なお、複数の従属タスクは、親プロセス(主タスク)から並列に呼び出された子プロセスであってもよい。あるいは、複数の従属タスクは、子プロセスと当該子プロセスから呼び出された孫プロセスなどの直列に並んでいるものであってもよい。
上記に加えて、RAM12のVMの領域120には、全てのプロセスから共通に読み書きアクセス(参照)が可能な資源である共用リソース121が記憶されている。上述のように、あるタスクで生成されたデータなどは、共用リソース121を介して他のタスクにより取得可能である。
図3は、タスク管理情報1251、1261の内容の例を示す図である。
各タスクの情報領域には、タスク管理情報1251、1261がそれぞれ記憶されている。各タスクには、マイクロパイソン内でのID(コンテキストID)が付され、各IDに対してRTOSのタスクIDが対応付けられている。また、各タスクのPCとSPとがそれぞれ記憶されている。コンテキストID、PC及びSPが本実施形態の特定情報を構成する。
RTOSにおいて、いずれかのタスクIDが次に実行されるプロセスとして定められると、マイクロパイソンでは、タスク管理情報1251、1261から対応するコンテキストIDが特定される。特定されたコンテキストIDのタスクにおけるPCとSPが読み出されて、CPU11のプログラムカウンタ111及びスタックポインタ112にセットされ、プログラムが実行される。
なお、タスク管理情報1251、1261は、各タスクとは独立に統合された単一の管理テーブルとされてもよい。あるいは、IDとRTOSタスクIDとの対応関係が単一の管理テーブルで保持管理されてもよい。この場合には、特定されたIDに基づいてプログラムカウンタ及びスタックポインタの値が各タスクの情報領域から読み出される。
図4(a)は、マイクロパイソンの主タスク実行に係るプログラム実行制御処理のCPU11による制御手順を示すフローチャートである。したがって、図4(a)では処理名に(主)との記載が付されている。図4(b)には、プログラム実行制御処理内で呼び出される命令実行処理の制御手順を示すフローチャートである。このプログラム実行制御処理は、例えば、撮影操作に連動して自動で、又は独立して操作受付部15へのある入力操作に応じて開始される。
プログラム実行制御処理が開始されると、CPU11は、資源(共用リソース121)を生成して、変数などの設定を初期化する(ステップS101)。また、このときCPU11は、自タスクのIDを設定する。CPU11は、RTOSにおいて設定された本処理のタスクIDを取得する(ステップS102)。
CPU11は、自タスクのプログラムカウンタなどを格納する領域を確保し、初期値を設定する(ステップS103)。CPU11は、自タスクのスタックポインタ領域を確保する(ステップS104)。ステップS101~S104の処理により得られたID、RTOSのタスクID、PC及びSPがタスク管理情報1251となる。
CPU11は、命令実行処理を行う(ステップS105)。これにより、プログラム131内で規定された各動作命令が順番に実行される。動作が終了すると、CPU11は、確保した領域を開放する(ステップS106)。この場合、CPU11は、VMの領域120全体を開放してマイクロパイソンに係る確保メモリを全て開放する。そして、CPU11は、プログラム実行制御処理を終了する。
図4(b)に示す命令実行処理は、ステップS105で呼び出されるものの他、当該命令実行処理内で呼び出される従属タスクのプログラム実行制御処理(図5参照)内で更に呼び出される命令実行処理の処理動作にも対応している。したがって、複数の命令実行処理が並列に実行される場合がある。
命令実行処理が開始されると、CPU11は、自タスクのIDを取得する(ステップS121)。CPU11は、当該タスクIDに対応付けられているコンテキストIDを特定し、対応するPCを取得する。CPU11は、当該PCをプログラムカウンタ111にセットするとともに、対応する処理内容(命令)を読み込み取得する(ステップS122)。
CPU11は、スタックポインタから退避データを取得して更新する(ステップS123)。CPU11は、取得済の処理内容を実行する。CPU11は、実行結果に基づいて、次のプログラムカウンタの値に更新する(ステップS124)。周知のとおり、処理内容に分岐やジャンプなどがなければ、プログラムカウンタは、値に1が加算される。処理の分岐やジャンプの場合には、選択された処理やジャンプした先のプログラムカウンタの値への更新処理が行われる。
CPU11は、プログラム131で定められているタスクの全ての処理内容を実行したか否かを判別する(ステップS125)。全ての処理内容を実行していない(実行されていない処理内容がある)と判別された場合には(ステップS125で“NO”)、CPU11の処理は、ステップS121に戻る。全ての処理内容が実行されたと判別された場合には(ステップS125で“YES”)、CPU11は、命令実行処理を終了し、当該命令実行処理を呼び出したプログラム実行制御処理に処理を戻す。
なお、ステップS122~S124の処理の途中で中断(プリエンプション)されて他のタスクの処理へ移行しないようにロックがかけられる。2周以上の処理が続けて行われる場合には、CPU11は、改めて自タスクIDなどを取得する必要はない。CPU11は、レジスタのプログラムカウンタ111及びスタックポインタ112に従って次の処理内容を実行すればよい。
図5は、従属タスクに係るプログラム実行制御処理のCPU11による制御手順を示すフローチャートである。
このプログラム実行制御処理は、主タスク又は他の従属タスクに係る命令実行処理内で処理内容とされた従属タスクの起動命令によって起動される。したがって、図5では処理名に(従)との記載が付されている。
このプログラム実行制御処理のうち、ステップS143~S146の処理は、主タスクに係るプログラム実行制御処理のステップS103~S106の処理と同一の内容である。したがって、これらステップS143~S146についての詳しい説明を省略する。
プログラム実行制御処理が開始されると、CPU11は、主タスクに対して既に設定されている資源(共用リソース)のアドレスを資源参照先として設定する(ステップS141)。CPU11は、RTOSにおけるタスクIDの設定を要求し、設定されたタスクIDを取得する(ステップS142)。それから、CPU11の処理は、ステップS143へ移行する。ステップS141~S144の処理により得られたID、RTOSのタスクID、PC及びSPがタスク管理情報1261となる。
なお、ステップS146の処理において、CPU11は、自タスクの領域のみを開放すればよく、共用リソース121を含むVMの領域120全体を開放する必要はない。また、このプログラム実行制御処理が終了する際に、呼び出し元のタスクに対して引数などとして変数を返す必要がある場合には、CPU11は、当該呼び出し元のタスクに対して引数を返す。
ここで、命令実行処理で定められている命令の処理内容は、必ずしも全てCPU11により行われるものではなくてもよい。例えば、処理内容には、画像処理モジュール17の制御部に指定データの処理を要求して終了を待ち受けるだけのものが含まれていてもよい。あるいは、処理内容には、入出力I/F18を介して外部から画像データなどを取得して、DMA(Direct Memory Access)によりRAM12に書き込むものが含まれていてもよい。反対に処理内容には、画像データをRAM12から読み出して外部へ出力するDMA処理どが含まれていてもよい。このような処理をマイクロパイソンに係るVM上でもマルチタスクで柔軟に実行することで、処理効率が大きく向上する。
以上のように、本実施形態の情報処理装置1は、RTOSにより動作制御されるCPU11と、記憶部13と、を備える。CPU11は、プログラム言語(マイクロパイソン)で記述された処理をRTOS上で仮想マシンにより実行するタスク(主タスク)を、当該タスクのRTOSでのタスクIDを設定して実行する。CPU11は、主タスクから当該主タスクの従属タスクが起動される場合に、当該従属タスクに対応するタスクIDをRTOSにより設定させる。CPU11は、主タスクと従属タスクとのそれぞれに対し、タスクIDに応じた処理のコンテキストID、PC、SPを対応付けて記憶部13に記憶させる。CPU11は、上記タスクIDのいずれかに係るタスクを実行する場合に、記憶部13から当該タスクIDに対応するコンテキストID、PC、SPを読み出して実行する。
このように、情報処理装置1では、従属タスクに対してタスクIDを設定させ、当該タスクIDにコンテキストID、PC、SPを対応付けて保持する。したがって、情報処理装置1では、容易に主タスクと従属タスクとを並列処理させることができる。これにより、情報処理装置1は、容易にRTOS上でのマルチタスク(スレッド処理)を行うことができる。特に、マイクロパイソンのようにスレッド設定の柔軟な実行に対応していない場合に、適切なマルチタスクを容易に行うことができる。
また、CPU11は、従属タスクが起動される場合に、当該従属タスクの処理に係るリソースとして主タスクのリソースである共用リソース121を参照するように定める。これにより、情報処理装置1では、異なるコンテキストIDが設定された主タスクと従属タスクに対して共通の共用リソース121を利用させることができる。これにより、情報処理装置1は、容易にメモリ使用量を低減するとともに、関連タスク間で入出力データのやり取りを容易に行うことができる。
また、従属タスクは、CPU11以外により実行される処理を呼び出して実行させる内容を含んでいてもよい。このようにCPU11が実働しない処理を並列的に実行することができるので、情報処理装置1は、CPU11に過負荷をかけずに効率よく複数の処理を進めることができる。
また、本実施形態の情報処理方法は、RTOSにより動作制御されるCPU11による情報処理方法であって、プログラム言語(マイクロパイソン)で記述された処理をRTOS上で仮想マシンにより実行する主タスクを、当該主タスクのRTOS上でのタスクIDを設定して実行する。主タスクから当該主タスクと関連する従属タスクが起動される場合に、当該従属タスクに対応するタスクIDをRTOSにより設定させる。主タスクと従属タスクとのそれぞれに対し、タスクIDに応じた処理のコンテキストID、PC、SPとを対応付けて記憶部13に記憶させる。タスクIDのいずれかに係るタスクを実行する場合に、記憶部13から当該タスクIDに対応するコンテキストID、PC、SPを読み出して実行する。
よって、この情報処理方法によれば、仮想マシンにおけるプログラム言語の関連するマルチタスク処理を容易に効率よく実行することができる。
なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。
例えば、上記のタスク、プロセス、スレッドなどの用語は、OSの種類などによっても使い分けられる場合があるが、上記実施形態の定義に応じて対応するものとされればよい。
また、上記実施の形態では、関連タスク間で完全に共用リソース121を共有することとしたが、これに限られない。一部独立のリソースを各々有していてもよい。
また、上記では従属タスクが画像処理モジュール17を動作させる処理を実行するものとして説明したが、主タスクが画像処理モジュール17を動作させる処理を実行してもよい。また、外部処理は、画像処理モジュール17の動作に限られない。音声処理、数値処理など、任意の外部処理であってもよい。また、タスク内に画像処理モジュール17などの外部処理が含まれなくてもよい。上記のように、データの読み書きや通信制御などは処理上のボトルネックとなりやすいので、これらの処理を適切に他の処理と並列に実行させてもよい。
また、プログラム言語は、同様に仮想マシン上で処理が実行されるものであればマイクロパイソン以外であってもよい。
また、上記実施の形態では、情報処理装置1は、ビデオカメラに内蔵又は取り付けられて利用されるものとして説明したが、これに限られない。他の任意の機能を有する装置に内蔵又は取り付けられてもよい。
その他、上記実施の形態で示した具体的な構成、処理動作の内容及び手順などは、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。本発明の範囲は、特許請求の範囲に記載した発明の範囲とその均等の範囲を含む。
1 情報処理装置
11 CPU
111 プログラムカウンタ
112 スタックポインタ
12 RAM
120 領域
121 共用リソース
125 主タスク情報領域
126 従属タスク情報領域
1251、1261 タスク管理情報
13 記憶部
131 プログラム
14 通信部
15 操作受付部
16 表示部
17 画像処理モジュール
18 入出力I/F
R1 撮影部
R2 スピーカ
R3 マイク
R4 センサ

Claims (4)

  1. オペレーティングシステムにより動作制御されるプロセッサと、
    記憶部と、
    を備え、
    前記プロセッサは、
    プログラム言語で記述された処理を前記オペレーティングシステム上で仮想マシンにより実行するタスクを、当該タスクの前記オペレーティングシステム上での識別情報を設定して実行し、
    前記タスクから当該タスクの関連タスクが起動される場合に、当該関連タスクに対応する前記識別情報を前記オペレーティングシステムにより設定させ、
    前記タスクと前記関連タスクとのそれぞれに対し、前記識別情報に応じた前記処理の特定情報とを対応付けて前記記憶部に記憶させ、
    前記識別情報のいずれかに係るタスクを実行する場合に、前記記憶部から当該識別情報に対応する前記特定情報を読み出して実行する
    情報処理装置。
  2. 前記プロセッサは、前記関連タスクが起動される場合に、当該関連タスクの処理に係る資源として前記タスクの資源を参照するように定める
    請求項1記載の情報処理装置。
  3. 前記関連タスクは、前記プロセッサ以外により実行される処理を呼び出して実行させる内容を含む請求項1記載の情報処理装置。
  4. オペレーティングシステムにより動作制御されるプロセッサによる情報処理方法であって、
    プログラム言語で記述された処理を前記オペレーティングシステム上で仮想マシンにより実行するタスクを、当該タスクの前記オペレーティングシステム上での識別情報を設定して実行し、
    前記タスクから当該タスクの関連タスクが起動される場合に、当該関連タスクに対応する前記識別情報を前記オペレーティングシステムにより設定させ、
    前記タスクと前記関連タスクとのそれぞれに対し、前記識別情報に応じた前記処理の特定情報とを対応付けて記憶部に記憶させ、
    前記識別情報のいずれかに係るタスクを実行する場合に、前記記憶部から当該識別情報に対応する前記特定情報を読み出して実行する
    情報処理方法。
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