JP4391050B2 - マルチプロセッサ配列 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数のプロセッサが一つの共通の周辺ユニットに非同期的にアクセスすることができるマルチプロセッサ配列に関する。
【0002】
【従来の技術】
複数のプロセッサが一つの共通の周辺ユニットにアクセスするように配列される場合これらプロセッサはこの周辺ユニットにバスを介して接続されることが知られている。バスを通じてのアクセスにはプロセッサ間の調停(アービトレーション)が必要となる。このようなアレンジメント(構成/方式)の実現は複雑となり、この動作はあまり効率的でない。とりわけ、アクセスに対して要求される時間はもはや決定論的(予測可能)ではなくなる。
【0003】
このようなマルチプロセッサ配列は通信端末内で用いられる。複数のデジタル信号プロセッサおよびベースバンドコントローラが異なるタスクを遂行するために設けられる。これら通信端末は特にポータブルデバイスとして製造される。現存のプロセッサの能力(キャパシティ)を効率的に使用することは、各プロセッサがプロセッサの能力の使用のみには左右されない自身の電力消費を持つために非常に重要である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の一つの目的は複数のプロセッサが一つの共通の周辺ユニットに可能な限り簡単にアクセスできるマルチプロセッサ配列を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上述の目的が請求項1の特徴を記載する部分において開示されるやり方で達成される。本発明の基本的な概念は、問題のプロセッサのクロック領域内にシャドウレジスタユニットを設けることにあり;このシャドウレジスタユニットは周辺ユニットのレジスタユニットと同一となるように構成される。結果として、プロセッサから周辺ユニットへの問題ののデータの送信を、他のクロック領域との同期を必要とすることなく、さらにどのような調停(アービトレーション)も必要とすることもなく、行なうことが可能となる。
【0006】
本発明の様々な他の好ましい実施例が従属クレームにおいて開示される。
【0007】
上述の目的がマルチプロセッサ配列を用いる通信端末として達成される。現存のプロセッサおよび周辺コンポーネントの能力を効率的に用いることで、同一あるいはそれ以上の性能を持つシステムをより低い製造コストにて実現することが可能となる。他方においては、現存のコンポーネントが効率的に使用され、このため追加のプロセッサあるいは周辺コンポーネントの能力が不要となり、これらに対して必要とされる電力が節約されるために、電力消費が削減される。
【0008】
さらに上述の目的がポータブルデバイスとしても達成される。これらマルチプロセッサ配列はモービル、PDAおよびMP3プレーヤなどの電子デバイス内に広く用いることができる。
【0009】
本発明の追加の特徴および詳細が以下の実施例の説明を図面と照らして読むことで一層明白となるものである。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1に示すように、マルチプロセッサ配列は、第一のクロック領域、つまり、クロック発生器領域内で動作し、第一のプロセッサ2と第一のシャドウレジスタユニット3を備える第一のプロセッサシャドウレジスタユニット1を含む。シャドウレジスタユニット3自体は、状態フラッグ4並びに制御/データレジスタ5から成り、これらはデータ伝送ライン6および7を介してプロセッサ2に接続される。状態フラッグ4はプロセッサ2に向けて割り込み8を発行する能力を持つ。
【0011】
第二のクロック領域内で動作し、第一のプロセッサシャドウレジスタユニット1と類似する構造を持つ第二のプロセッサシャドウレジスタユニット9も設けられる。第二のプロセッサシャドウレジスタユニット9は、プロセッサ10および状態フラッグ12と制御/データレジスタ13を備え、これらはデータ伝送ライン14および15を介してプロセッサ10に接続される。状態フラッグ12は割込み16を介してプロセッサ10に接続される。類似の構造を持つ一連のさらなるプロセッサシャドウレジスタユニットを設けることもできる。さらに、複数のプロセッサおよび関連するプロセッサシャドウレジスタユニットを同一のクロック領域内に設けることもできる。明らかに、マルチプロセッサ配列にたった一つのプロセッサシャドウレジスタユニットのみを設けることもできる。
【0012】
マルチプロセッサ配列は、さらに、周辺クロック領域内で動作し、マルチプレクサユニット18、優先ユニット19、並びにレジスタユニット20を備える周辺ユニット17を含む。周辺ユニット17は、赤外インタフェース、UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter)インタフェース、あるいはUSB(Universal Serial Bus)のいずれであっても構わない。マルチプレクサユニット18は、それぞれ、データ伝送ライン21および22を介して状態フラッグ4および制御/データレジスタ5に接続される。さらに、マルチプレクサユニット18は、それぞれ、データ伝送ライン23および24を介して状態フラッグ12および制御/データレジスタ13に接続される。さらなるプロセッサシャドウレジスタユニットが設けられる場合は、マルチプレクサユニット18は、さらなるデータ伝送ラインを介して対応するシャドウレジスタにも接続される。レジスタユニット20は、状態レジスタ25並びに制御/データレジスタ26を備え、これらは、それぞれ、データ伝送ライン27および28を介してマルチプレクサユニット18に接続される。シャドウレジスタユニット3および11、並びに任意のさらなるシャドウレジスタユニットは、レジスタユニット20のそれと類似する構造を有する。これら構造は少なくとも機能的には同一とされる。優先ユニット19はデータ伝送ライン29を介してマルチプレクサユニット18に接続され、これに適当な制御信号を加える。状態フラッグ4および12は、それぞれ、リクエストライン30および31を介して優先ユニット19に接続される。
【0013】
以下ではマルチプロセッサ配列の動作を詳細に説明する。プロセッサ2が周辺ユニット17を用いること、およびこの目的でレジスタユニット20に書き込むことを希望する場合、プロセッサ2は、最初、自身のクロック領域内に存在する同一のシャドウレジスタ3内に書込を行なう。シャドウレジスタ3への書込の際は、シャドウレジスタ3は第一のプロセッサ2と同一のクロック領域内に位置するために同期問題が発生することはない。さらに、他のプロセッサと衝突することもない。シャドウレジスタ3に書込みが行なわれると、プロセッサ2のために周辺ユニットとの通信は終端される。プロセッサ2は、割込み8を介して可能な結果あるいは周辺ユニット17に転送されるべきタスクの終端を通知される。
【0014】
プロセッサ2と同時に他のプロセッサ、例えば、プロセッサ10も類似のリクエストをそれらの関連するシャドウレジスタユニット11に送ることができる。こうして、プロセッサ2と10は、互いに独立に、かつ、互いに非同期的に動作する。シャドウレジスタユニット3および11へのアクセスは、それぞれ、関連するプロセッサ2および10によって個別に制御される。
【0015】
シャドウレジスタユニット3内で変更が行なわれると、このことが非同期リクエストライン30を介して優先ユニット19に通知される。優先ユニット19は、後に詳細に説明する優先基準に基づいて、どのリクエストを最初に扱うべきかを決定する。プロセッサ2に優先が与えられた場合、優先ユニット19は、データ伝送ライン29を介してマルチプレクサユニット18を制御し、マルチプレクサユニット18によってシャドウレジスタ3の内容がライン21および22を介して読み出されようにする。シャドウレジスタユニット3内の静的データは読み出し動作の際に読み出されるために、プロセッサシャドウレジスタユニット1の第一のクロック領域と周辺クロック領域とを互いに同期する必要はない。データの伝送は、こうして非同期的に行なわれる。シャドウレジスタユニット3から読み出されたデータは、レジスタユニット20内にコピーされる。周辺ユニット17が次に自身に割当てられたタスクを実行する。この場合は、例えば、データが赤外インタフェースを介して環境内に出力される。この間、優先ユニット19は他のリクエストは扱わない。周辺ユニット17が自身のタスクを完結すると、対応するデータ結果および状態情報が対応するシャドウレジスタユニット3に送り返される。周辺ユニット17は、次に再びアイドル状態となり、優先ユニット19は次のリクエストを選択することが可能となる。周辺ユニット17からのデータ結果および状態情報がシャドウレジスタユニット3内にコピーされると、直ちに割込みが発行され、プロセッサ2にそのリクエストが完結したことが通知される。
【0016】
リクエストライン30および31を介して伝送されるリクエスト信号は1ビット信号として符号化される。こうすることで、長所として、シャドウレジスタユニット3あるいは11から優先ユニット19にリクエスト信号を送信する際の様々なクロック領域間の同期が不要となり、このためリクエスト信号を非同期に送信することが可能となる。
【0017】
優先ユニット19は、様々なプロセッサ2および10に様々なやり方にて優先を割当てることができる。一つのやり方においては、"先に来たものが先に扱われる(first-come,first served)" という原理が用いられ、プロセッサから来る次のリクエストは次に処理される。さらに、プロセッサは、それらの正しい順番に処理することもできる。例えば、プロセッサ2を処理した後に、プロセッサ10を処理し、このやり方で、周辺ユニット17に接続された他の全てのプロセッサを順に処理することもできる。さらに、これらプロセッサに異なる優先を割当てることもできる。説明のケースにおいては、例えば、プロセッサ2は、常に、プロセッサ10より優先される。これら優先は統計的に分配することもできる。例えば、60%の時間をプロセッサ2に割当て、40%の時間をプロセッサ10に割当てることもできる。さらに、新たな割当ては、各アクセスの前に行なうことも、割当ての解放が判明した後に初めて行なうこともできる。後者の場合はブロック処理が可能となる。タスクが完結した後の割込みを発行するやり方の代替として、状態を関連するプロセッサを介して定期的にテストすることもでき、このやり方はポーリングとして知られている。
【0018】
本発明のマルチプロセッサ配列は、プロセッサが互いに衝突することなく常に共通の周辺ユニットにアクセスできるという長所を持つ。こうして、時間のかかるバスアービトレーション(調停)を回避し、周辺ユニットの効率が最大化することができる。個々のプロセッサおよび周辺ユニットに対するクロックの供給は別個に行なわれる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明によるマルチプロセッサ配列を線図にて示す。
【符号の説明】
1 第一のプロセッサシャドウレジスタユニット
2 第一のプロセッサ
3 第一のシャドウレジスタユニット
4 状態フラッグ
5 制御/データレジスタ
6、7 データ伝送ライン
8 割込み
9 第二のプロセッサシャドウレジスタユニット
10 プロセッサ
11 第二のシャドウレジスタユニット
12 状態フラッグ
13 制御/データレジスタ
14、15 データ伝送ライン
16 割込み
17 周辺ユニット
18 マルチプレクサユニット
19 優先ユニット
20 レジスタユニット
21、22 データ伝送ライン
23、24 データ伝送ライン
25 状態レジスタ
26 制御/データレジスタ
27、28 データ伝送ライン
29 データ伝送ライン
30、31 リクエストライン

Claims (12)

  1. マルチプロセッサ配列であって、このマルチプロセッサ配列が
    a)第一のクロック領域内で動作する第一のプロセッサシャドウレジスタユニットを備え、この第一のプロセッサシャドウレジスタユニットが
    i)第一のプロセッサ、および
    ii)データを送信できるように前記第一のプロセッサに接続された第一のシャドウレジスタユニットを備え、このマルチプロセッサ配列がさらに
    b)少なくとも一つの第二のプロセッサシャドウレジスタユニットを備え、この第二のプロセッサシャドウレジスタユニットが
    i)対応する第二のクロック領域内で動作し、
    ii)第二のプロセッサ、および
    iii)データを送信できるように前記第二のプロセッサに接続された第二のシャドウレジスタユニットを備え、このマルチプロセッサ配列がさらに
    c)周辺クロック領域内で動作する周辺ユニットを備え、この周辺ユニットが
    i)データを送信できるように前記第一のシャドウレジスタユニットと前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットに接続されたマルチプレクサユニット、および
    ii)レジスタユニットを備え、前記第一のシャドウレジスタユニットと前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットおよびこのレジスタユニットの構造が機能の点で同一であり、この周辺ユニットがさらに
    iii)データを送信するために前記マルチプレクサユニットを前記第一のシャドウレジスタユニットあるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットに割当てるための優先ユニットを備え、この優先ユニットがデータを送信できるように前記第一のシャドウレジスタユニットおよび前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットに接続されることを特徴とするマルチプロセッサ配列。
  2. 前記第一のシャドウレジスタユニット、前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットおよび前記レジスタユニットが状態フラッグ並びに制御/データレジスタを備えることを特徴とする請求項1記載のマルチプロセッサ配列。
  3. 前記第一のクロック領域および/あるいは前記少なくとも一つの第二のクロック領域が複数のプロセッサを備えることを特徴とする請求項1あるいは2記載のマルチプロセッサ配列。
  4. 前記第一のシャドウレジスタユニットおよび/あるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットからデータを読み出すために、前記マルチプレクサユニットがこれらに読み出し方向に接続されることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  5. 前記第一のシャドウレジスタユニットおよび/あるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットから前記優先ユニットに送られるアクセスに対するリクエストが1ビット信号として符号化されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  6. 前記優先ユニットが、前記第一のシャドウレジスタユニットあるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットに優先を"ファーストカム・ファーストサーブド(来たもの順に扱う)"という原理に従って付与することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  7. 前記優先ユニットが、前記第一のシャドウレジスタユニットあるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットに優先を"全てのシャドウレジスタユニットが順番に扱われる"という原理に従って付与することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  8. 前記優先ユニットが、前記第一のシャドウレジスタユニットあるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットに優先を"各シャドウレジスタユニットに周辺ユニットにアクセスできる時間のある与えられたパーセントを統計的に割当てられる"という原理に従って付与することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  9. 前記周辺ユニットが赤外インタフェース、UARTインタフェースもしくはUSBインタフェースとして構成されることを特徴とする請求項1乃至8のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  10. 前記第一のシャドウレジスタユニットおよび/あるいは前記少なくとも一つの第二のシャドウレジスタユニットが前記関連するプロセッサに割込みを介して接続されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列。
  11. 請求項1乃至10のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列を用いる通信端末。
  12. 請求項1乃至10のいずれかに記載のマルチプロセッサ配列を用いるポータブルデバイス。
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