JP5057548B2

JP5057548B2 - 画像データ転送装置及び画像データ転送方法

Info

Publication number: JP5057548B2
Application number: JP2006128412A
Authority: JP
Inventors: 和孝早坂
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2006-05-02
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2026-05-02
Also published as: JP2007299315A

Description

本発明は、画像データ転送装置及び画像データ転送方法に関し、特に、PCI Expressシリアルバスを備えたデジタル画像処理装置やデータ処理装置において、複数チャンネルのリードリクエストを発行する画像データ転送装置及び画像データ転送方法に関する。

従来、デジタル画像処理装置やデータ処理装置において、装置内でデータを転送するためには、PCIパラレルバスが利用されている。PCIパラレルバスは、例えば32本の信号線を使って、32bitのデータを周波数33MHzのクロックで並列に転送する。64bit版もある。PCIパラレルバスでは、図４に示すようなトランザクションで、制御信号とデータを送受信する。PCIパラレルバスのデータ転送制御回路は、図５に示すブロック図のようになっている。

PCIパラレルバスのトランザクションでは、要求側が、アドレス信号やリード信号やその他の画像データ制御信号を発行してバッファー制御回路に与えて、送信画像データ１を画像転送用バッファーに出力する。バッファー制御回路からMUX制御信号を１クロックでMUX回路に与えて、バッファーからデータをMUXからPCIバスに出力する。その１クロックから数クロック以降に、応答側がデータを送信する。１クロックで８バイトのデータを転送し、指定された量のデータを連続して転送する。MUX回路は、PCIパラレルバスからデータを受信して、対応する画像転送用バッファーを介して要求側装置に渡す。１回のデータ転送が終わると、約20クロック後に次の制御信号を１クロックで出力する。このようにして、送信画像データ１〜４のデータ転送を繰り返す。すなわち、要求側→応答側→要求側→応答側の順番にトランザクションが発生する。PCIパラレルバスは並列転送のため信号線の数が多く、クロック周波数も高くできないので、転送効率が悪い。そこで、少ない信号線で高速に転送できるPCI Expressシリアルバスが用いられるようになった。

PCI Expressシリアルバスについて簡単に説明する。詳細は、PCI-SIGの規格書などを参照されたい。PCI Expressシリアルバスは、周波数2.5GHzのクロックで動作する。PCI Expressの基本となるのは、片方向のポイント・ツー・ポイント接続を、双方向分となるように２本単位でまとめたものである。この最小構成を「レーン」と呼ぶ。それぞれの伝送路のデータ幅は１bitで、0.8Vで差動駆動されるシリアル接続となっている。伝送路をシリアル化することで信号線の数を減らして高速化したものである。伝送路(レーン)は、片方向2.5Gbps(双方向5.0Gbps)の全二重通信が可能である。８ビットのデータを送るのに、クロック信号など２ビットを追加した10ビットを費やすため、実効データ転送レートは、片方向250MB/s(双方向500MB/s)となる。実際のPCI Expressポートは、このレーンを複数束ねた構成になっている。１レーンで構成されたPCI Expressポートを「PCI Express x1」と呼び、２レーンのポートを「PCI Express x2」と呼ぶ。x2、x4、x8、x12、x16、x32などがある。データ転送レートは、x16で片方向４GB/s、x32で８GB/sになる。

図６に、従来のPCI Expressシリアルバスによるデータ転送方法を示す。PCI Expressシリアルバスのデータ転送制御回路は、図５に示したブロック図と同様の回路である。要求側から８nsを使ってリードリクエストを出す。リードリクエストは、何十ビットかのシリアルデータである。応答側はリードリクエストを解釈して、約１μｓ後に512バイトのデータを512nsで返す。１つの画像データの転送が終わると、40ns後に次の画像データのリードリクエストを出す。このようにして、PCIパラレルバスの場合とほぼ同様にデータ転送することができる。

一方、デジタル複合機などの画像処理装置の内部では、画像データを高速に転送するために、高速のシリアル転送路を使うデータ転送方法が提案されている。以下に、画像処理装置におけるデータ転送の従来技術の例と、PCI Expressシリアルバスに関連する従来技術の例をあげる。

特許文献１に開示された「画像処理装置」は、多機能を実現する際のシステムにおける各資源を有効活用してシステム全体として最適な制御が可能な画像処理装置である。画像データ制御ユニットが、画像読取ユニットや、画像メモリ制御ユニットや、画像処理ユニットや、画像書込ユニットに接続されている。画像データ制御ユニットは、画像読取ユニットにより読み取られた第１の画像データや、画像メモリ制御ユニットにより読み出された第２の画像データや、画像処理ユニットにより画像処理が施された第３の画像データを受信する。画像データ制御ユニットは、第１の画像データや、第２の画像データや、第３の画像データを、画像メモリ制御ユニットや、画像処理ユニットや、画像書込ユニットへ送信する。

特許文献２に開示された「フォルトトレラントシステム」は、PCI-Expressインタフェースやその他の非同期インタフェースを、ノースブリッジとI/Oバスブリッジとの間の接続として使用したシステムである。PCI-Expressインタフェースの非同期インタフェースは、ノースブリッジとI/Oバスブリッジとの間のインタフェースとして用いられている。同期制御部は、ノースブリッジ内に分周クロックに同期して動作する同期Ack信号を基に、PCI-Express制御部へのパケットの送受信を、両方のノースブリッジで同期させる。

特許文献３に開示された「データ処理装置」は、通信エラーが生じた場合でも同一のデータ処理を同期して行えるものである。クロスリンク接続されたメモリブリッジと、I/Oブリッジとには、PCI-Expressインタフェースに従ってデータの送受信を行うためのインタフェース回路部が、それぞれ備えられる。また、各インタフェース回路部には、通信エラー処理部が備えられる。メモリブリッジの通信エラー処理部は、I/Oブリッジから受信したデータにエラーが発生すると、受信したデータをキャンセルしてメモリブリッジに通信エラー信号を出力する。メモリブリッジは、この通信エラー信号が供給されてデータの受信を停止する。そして、メモリブリッジの通信エラー処理部は、I/Oブリッジにデータの再送信を要求する。
特開2000-316063号公報特開2004-280732号公報特開2004-326151号公報

しかし、従来のPCI Expressシリアルバスには、次のような問題がある。PCI ExpressシリアルバスでPCIパラレルバスと同じようにデータ転送すると、要求から応答までの反応時間は約１μｓかかる。これは、応答側が要求側のリクエストを解釈するのに時間がかかり、応答側がデータを準備して送信するまで時間がかかり、パラレルからシリアルにデータを変換するためデータを送信するまで時間がかかるからである。この要求から応答までの期間を短くするためには、高速の処理回路を必要とするので、現実的には無理である。大量のデータを転送する場合は、これらのオーバヘッドは無視できる程度になるが、バッファメモリが大量に必要になるので、これも現実的ではない。また、少量のデータ転送では、データが実際に転送される時間は１μｓよりはるかに短いのでオーバヘッドが無視できず、データ量にかかわらず１回のデータ転送に１μｓかかることになる。画像処理装置で４色のデータを転送すると、１回に４μｓかかり、高速のPCI Expressシリアルバスを使っても、従来のPCIパラレルバスより遅くなってしまう。また、４色の画像データをまとめて転送すると、処理回路が複雑になり、データの合成と分解の処理時間がオーバヘッドとなり、やはりデータを高速に転送することができない。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、PCI Expressシリアルバスを用いる画像データ転送装置において、簡単なハードウエアで高速にデータ転送することである。

上記課題を解決するために、本発明では、画像データ要求側回路と画像データ応答側回路とを結ぶPCI Expressシリアルバスと、前記画像データ要求側回路に接続され前記PCI Expressシリアルバスを介して連続して複数のリードリクエストを発行するリクエスト手段と、前記リードリクエストに応答して前記画像データ応答側回路から前記PCI Expressシリアルバスを介して転送されてくる画像データを受信して前記画像データ要求側回路に渡す受信手段とを具備し、前記リクエスト手段は、画像データ１ライン分の総転送画像データ量を１回の転送画像データ量で割ってリードリクエストの回数をあらかじめ求める手段を備え、複数色の画像データのリードリクエストを、前記複数色の画像データを構成する色から所定の色を組み合わせた組み合わせの数で決まる転送回数ごとに連続して発行する構成とした。

また、前記リクエスト手段は、前記総転送画像データ量に相当する複数のリードリクエストを発行した後、対応する画像データを全て受信するまで、次のリードリクエストの発行を停止して待機するように制御する手段を備え、１つのリードリクエストを発行してから対応する画像データを受信するまでの待ち時間に次のリードリクエストを発行する手段を備える。さらに、前記リクエスト手段に、画像データ要求元識別用のタグを前記リードリクエストに添付する手段を設け、前記受信手段に、受信した画像データに添付されたタグに基づいて当該画像データを対応する画像データ要求元に振り分ける手段を設けた。

上記のように構成したことにより、PCI Expressシリアルバスを用いる画像データ転送装置において、簡単なハードウエアで高速にデータ転送できる。画像処理装置においては、４色の画像データを連続して約４倍の速度で転送でき、PCI Expressシリアルバスを用いて従来方法より高速にデータ転送できる。リードリクエストの順番とデータ転送の順番が異なっても、タグに基づいて制御することにより常に正しい対応関係のデータを受信できるので、複雑な処理回路は必要なく、処理時間も増加しない。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例は、PCI Expressシリアルバスを備えた画像処理システムで、連続して４色の画像データのリードリクエストを発行し、受信した各色の画像データをタグに基づいて振り分ける画像データ転送装置である。

図１は、本発明の実施例におけるPCI Expressシリアルバスを用いる画像データ転送装置を備えたデジタル画像処理システムの全体構成を示す図である。PCI Expressシリアルバスと、連続して複数のリードリクエストを発行するリクエスト手段を備えている。PCI Expressシリアルバスは、何レーンで構成されたものでもよい。図１において、読取ユニット１は、原稿を読み取るスキャナである。センサーボードユニット２は、読取ユニット１からの読取信号をデジタル信号に変換する手段である。画像処理装置３は、画像データをデジタル処理する装置である。ビデオ・データ制御部５は、デジタル処理された画像データを作像ユニットに送る手段である。作像ユニット６は、画像データを印刷用紙に印刷する手段である。

エンジンCPUバス10は、画像処理エンジンの各機能部を結ぶデータ線である。プロセスコントローラ11は、画像処理の各機能部を制御するCPUである。RAM12は、画像処理エンジンの一時記憶装置である。ROM13は、画像処理エンジンのプログラムなどを格納した固定記憶装置である。シリアルバス20は、PCI Expressシリアルバスである。PCI Expressシリアルバスは、データ要求側回路である画像処理装置と、データ応答側回路である画像メモリアクセス制御部とを結んでいる。画像メモリアクセス制御部21は、画像メモリであるHDDを読み書きするためのインタフェース回路である。HDD22は、画像データを格納したハードディスク装置である。メモリモジュール31は、システム制御用のメモリである。RAM32は、一時記憶装置である。ROM33は、システム制御用のプログラムメモリである。CPU34は、システム制御用のCPUである。コントローラCPUバス35は、システム制御用の各部を結ぶデータ線である。

図２は、画像データ転送装置で用いるデータ要求側送受信回路のブロック図である。図２において、データ要求側送受信回路40は、データ要求側回路とPCI Expressシリアルバスを結ぶ送信手段とリクエスト手段と受信手段である。画像転送用バッファー41は、画像データをPCI Expressシリアルバス経由で画像メモリに書き込むための要求側リクエスト手段であり、４チャンネル分ある。MUX回路42は、ライトリクエストと画像データの１組を選択してPCI Expressシリアルバスに送出するマルチプレックス回路である。リードリクエスト用コントローラ43は、リードリクエストを発行する手段であり、４チャンネル分ある。MUX回路44は、リードリクエストを１つ選択してPCI Expressシリアルバスに送出するマルチプレックス回路である。画像転送用バッファー45は、画像データをPCI Expressシリアルバス経由で画像メモリから受信する手段である。MUX回路46は、リードリクエストに対応する画像データをPCI Expressシリアルバスから受信して対応する画像転送用バッファーに渡すセレクタ回路を含む転送手段である。

図３は、画像データ転送装置の動作を示す説明図である。図３（ａ）は、リードリクエストを４回連続して発行し、対応するデータを４回受信する様子を示すタイミングの概念図である。図示の時間間隔は実際の時間に対応したものではない。図３（ｂ）は、リードリクエストを４回連続して発行し、同じ順番で対応するデータを４回受信する様子を示すタイミングの概念図である。図３（ｃ）は、リードリクエストを４回連続して発行し、対応するデータを順不同で４回受信する様子を示すタイミングの概念図である。図３（ｄ）は、転送されてきたデータを受信して、対応するデータ受取手段に振り分ける様子を説明する概念図である。

上記のように構成された本発明の実施例における画像データ転送装置の機能と動作を説明する。最初に、図１を参照しながら、デジタル画像処理システムにおける画像データ転送装置の機能の概要を説明する。読取ユニット１で原稿を読み取り、センサーボードユニット２でデジタル信号に変換する。画像処理装置３で、画像データをデジタル処理して、シリアルバス20と画像メモリアクセス制御部21を介して、HDD22に格納する。HDD22に格納されている画像データを、画像処理装置３で、画像メモリアクセス制御部21とシリアルバス20を介して読み出す。このとき、画像処理装置３側からリードリクエストを４回連続して発行する。画像処理装置３で、画像データをデジタル処理して、ビデオ・データ制御部５を介して、作像ユニットに送り、印刷用紙に印刷する。これらの処理は、プロセスコントローラ11とCPU34により制御される。

次に、図２を参照しながら、データ要求側送受信回路の動作を説明する。画像処理装置３からHDD22にデータを書き込むライト動作時には、従来と同様に、１つのライトリクエストと１つのデータをまとめてPCI Expressシリアルバスを介して送信する。すなわち、画像転送用バッファー41により、ライトリクエストを発行し、データとともにMUX回路42に渡す。MUX回路42は、各チャンネルを順次選択して、ライトリクエストとデータをPCI Expressシリアルバスに送出する。これを４回繰り返して、４色の画像データを転送する。ライト動作では、ライトリクエストをデータと切り離して転送しても、転送時間を短縮できないので、従来と同様の転送方法とする。

リード動作時には、画像データ制御信号１〜４を、リードリクエストコントローラ43に与え、リードリクエストコントローラ43から、４つのリクエストを連続して発行する。MUX回路44は、各チャンネルを順次選択して、リードリクエストをPCI Expressシリアルバスに送出する。すなわち、画像データ制御信号１に基づく１つのリードリクエスト送出後のデータ待ち時間の間に、次のリードリクエストを発行する。４回のリードリクエストは、それぞれCMYKの４色のうちの異なる１色のデータを要求するリードリクエストである。その約１μｓ後に、受信MUX回路46は、PCI Expressシリアルバスからデータを受信し、リードリクエストに対応する画像転送用バッファー45に受信データを渡す。リードリクエストを連続して発行し、データを連続して受け取ることにより、従来のPCIパラレルバス相当のスピードでデータ転送できる。

次に、図３を参照しながら、受信データの振り分け方法を説明する。リードリクエストには、PCI-SIG規格のタグを添付することで、データ要求元を識別できる。受信したデータのヘッダには、リードリクエストに添付したタグが添付されているので、受け取ったデータがどのデータ要求元に対応するのかを判別することができる。図３（ａ）に示すように、リードリクエストを４回連続して発行すると、約１μｓ後に対応するデータを４回受信する。４回のリードリクエストは、それぞれシアン、マゼンダ、イエロー、ブラックの画像データを要求するリードリクエストである。最初のリードリクエストでは、４回のリクエストを連続して発行する。次のリードリクエストでも、４回のリクエストを連続して発行するが、他のデータの受信を待つことなく、対応するデータの受信直後にリクエストを発行することができる。データの受信時間などは、１μｓよりはるかに短いが、説明のために実際より長く描いてある。通常は、図３（ｂ）に示すように、リードリクエストと同じ順番で対応するデータを４回受信する。しかし、条件によっては、図３（ｃ）に示すように、リードリクエストの順番に対応しない順番でデータを受信する場合もある。このような場合でも、受信MUX回路46により、受信データに添付されたタグに基づいて、受信データを画像転送用バッファー45の対応するチャンネルに振り分けるので、図３（ｄ）に示すように、リードリクエストの順番に関係なく、対応するチャンネルに受信データを正しく渡すことができる。

例えば、プリンタにおいてCYMK（Ｃがシアン、Ｙがイエロー、Ｍがマゼンタ、Ｋが黒）の４色のデータを転送する場合、最初にＣデータを転送し、次にＭデータを転送し、次にＹデータを転送し、最後にＫデータを転送する。この順番でリードリクエストを発行しても、CYKMの順番でデータが転送されてくることがある。このような場合でも、転送されてきたデータのヘッダのタグを受信MUX回路46で読んで判断することにより、正しく対応するチャンネルに受信データを渡すことができる。

リードリクエストは、可能な限り連続して多数発行するのではなく、転送したいデータ量に達したところで止める。この場合、画像データの１ライン分のデータを総転送データ量とする。総転送データ量を１回の転送データ量で割って、リードリクエストの回数をあらかじめ求める。総転送データ量は、例えば約16kバイトである。１回の転送データ量は、例えば128バイトである。これは、バッファメモリの容量により決まるので、512バイト、256バイト、64バイトなどでもよい。総転送データ量に相当する複数のリードリクエストを発行した後、対応するデータを全て受信するまで、次のリードリクエストの発行を停止して待機する。総転送データ量のデータを受信した後、次の一連のリードリクエストを発行することで、ひとまとまりのデータを連続して転送し、これを単位として繰り返す。

４色のデータを転送する例を説明したが、３色でも７色でも同様にして転送できる。また、RGBやsRGBやYCbCrなどの他の色空間で表現された画像データにも対応できる。リクエスト手段は、画像データの色で決まる回数ごとにリードリクエストを連続して発行する。色で決まる回数とは、CMYKなら原則４回であり、RGBなら原則３回であり、YCbCrも３回である。システムの都合上、CMYKでも４回にならないこともある。例えば、CとYを組み合わせ、MとKを組み合わせて、４ビット+４ビット=1バイトとして送信すると、転送回数は２回となる。画像データ以外でも、適当なデータ量に分割することにより、同様にして転送できる。

上記のように、本発明の実施例では、画像データ転送装置を、PCI Expressシリアルバスを備えた画像処理システムで、連続して４色の画像データのリードリクエストを発行し、受信した各色の画像データをタグに基づいて振り分ける構成としたので、簡単なハードウエアで高速にデータ転送できる。

本発明の画像データ転送装置は、デジタル画像処理装置やデータ処理装置において、PCI Expressシリアルバスで複数チャンネルのデータを高速に転送する装置として最適である。PCI Expressを利用したグラフィックカードやLANカードにも適用できる。

本発明の実施例におけるPCI Expressシリアルバスを用いる画像データ転送装置を備えたデジタル画像処理システムの全体構成を示す図である。本発明の実施例における画像データ転送装置で用いるデータ要求側送受信回路のブロック図である。本発明の実施例における画像データ転送装置での動作を示す図である。従来のPCIパラレルバスによるデータ転送方法を示す図である。従来のPCIバスのデータ転送制御回路のブロック図である。従来のPCI Expressシリアルバスによるデータ転送方法を示す図である。

符号の説明

１・・・読取ユニット、２・・・センサーボードユニット、３・・・画像処理装置、５・・・ビデオ・データ制御部、６・・・作像ユニット、10・・・エンジンCPUバス、11・・・プロセスコントローラ、12・・・RAM、13・・・ROM、20・・・シリアルバス、21・・・画像メモリアクセス制御部、22・・・HDD、31・・・メモリモジュール、32・・・RAM、33・・・ROM、34・・・CPU、35・・・コントローラCPUバス、40・・・データ要求側送受信回路、41・・・画像転送用バッファー、42・・・MUX回路、43・・・リードリクエスト用コントローラ、44・・・MUX回路、45・・・画像転送用バッファー、46・・・受信MUX回路。

Claims

画像データ要求側回路と画像データ応答側回路とを結ぶPCI Expressシリアルバスと、前記画像データ要求側回路に接続され前記PCI Expressシリアルバスを介して連続して複数のリードリクエストを発行するリクエスト手段と、前記リードリクエストに応答して前記画像データ応答側回路から前記PCI Expressシリアルバスを介して転送されてくる画像データを受信して前記画像データ要求側回路に渡す受信手段とを具備し、
前記リクエスト手段は、画像データ１ライン分の総転送画像データ量を１回の転送画像データ量で割ってリードリクエストの回数をあらかじめ求める手段を備え、複数色の画像データのリードリクエストを、前記複数色の画像データを構成する色から所定の色を組み合わせた組み合わせの数で決まる転送回数ごとに連続して発行することを特徴とする画像データ転送装置。
前記リクエスト手段は、前記総転送画像データ量に相当する複数のリードリクエストを発行した後、対応する画像データを全て受信するまで、次のリードリクエストの発行を停止して待機するように制御する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の画像データ転送装置。
前記リクエスト手段は、１つのリードリクエストを発行してから対応する画像データを受信するまでの待ち時間に次のリードリクエストを発行する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の画像データ転送装置。
前記リクエスト手段に、画像データ要求元識別用のタグを前記リードリクエストに添付する手段を設け、前記受信手段に、受信した画像データに添付されたタグに基づいて当該画像データを対応する画像データ要求元に振り分ける手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の画像データ転送装置。
画像データ要求側回路に接続されたリクエスト手段で連続して複数のリードリクエストを発行し、前記画像データ要求側回路と画像データ応答側回路とを結ぶPCI Expressシリアルバスを介してリードリクエストを前記画像データ応答側回路に送信し、前記画像データ応答側回路は前記リードリクエストに応答して前記PCI Expressシリアルバスを介して画像データを転送し、前記画像データ要求側回路に接続された受信手段で前記画像データを受信して前記画像データ要求側回路に渡す画像データ転送方法であって、
前記リクエスト手段によるリードリクエスト発行においては、画像データ１ライン分の総転送画像データ量を１回の転送画像データ量で割ってリードリクエストの回数をあらかじめ求め、複数色の画像データのリードリクエストを、前記複数色の画像データを構成する色から所定の色を組み合わせた組み合わせの数で決まる転送回数ごとに連続して発行することを特徴とする画像データ転送方法。
前記リクエスト手段によるリードリクエスト発行においては、前記総転送画像データ量に相当する複数のリードリクエストを発行した後、対応する画像データを全て受信するまで、次のリードリクエストの発行を停止して待機することを特徴とする請求項５記載の画像データ転送方法。
前記リクエスト手段によるリードリクエスト発行においては、１つのリードリクエストを発行してから対応する画像データを受信するまでの待ち時間に次のリードリクエストを発行することを特徴とする請求項５記載の画像データ転送方法。
前記リクエスト手段によるリードリクエスト発行においては、画像データ要求元識別用のタグを前記リードリクエストに添付し、前記受信手段は、受信した画像データに添付されたタグに基づいて当該画像データを対応する画像データ要求元に振り分けることを特徴とする請求項５記載の画像データ転送方法。