JP6504764B2 - 画像処理装置、画像処理装置の制御方法、及びプログラム - Google Patents

画像処理装置、画像処理装置の制御方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、画像処理装置、画像処理装置の制御方法、及びプログラムに関するものである。
従来、製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路が情報処理装置に搭載され、要求されるジョブに対して動的に処理する論理コンフィグを再構成(コンフィグレーション)しながら画像処理等を実行する。ここで、集積回路の一例としてFPGA(FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRAY)がある。このようなFPGAに対して、コンフィグレーション完了後に確実にアクセスできるようにするため、FPGAコンフィグレーション制御を行うPLD(PROGRAMMABLE LOGIC DEVICE)と、マイコンとの間を制御線で接続する技術がある。
これによれば、前記制御線によって、PLDがマイコンに対し、FPGAコンフィグレーション完了の通知を行うことで、マイコンがFPGAにアクセス可能となるタイミングを把握することができる。これによって、コンフィグレーション装置システムの安定・高速な立ち上がりとシステム性能向上を図ることができる(例えば、特許文献1参照)。
この技術は、例えばFPGAがPCIeなどのバスを介してホストCPUと接続され、ホストCPUからFPGAをPCIeデバイスとして認識する場合にも応用できる。すなわち、エンドポイントとなるPCIe制御部を含むFPGAのコンフィグレーションが完了したことを、ホストCPUに通知し、ホストCPUがその通知後に、PCIeデバイス探索を行うことで、ホストCPUは確実にFPGAをPCIeデバイスとして検知できる。
特開2003−15777号公報
ここで、情報処理装置が電源投入されてからのブートアップ時間は、短時間化されることが望まれている。
FPGAの全ロジックをコンフィグレーションするには、数百ms程度の時間がかかるため、これをシステムブートアップのシーケンスの中でおこなわず、処理を後回しにする方法がある。
例えば、ブートアップ処理後のアイドル時や、FPGA機能を実行する直前にコンフィグレーションすることで、システム全体のブートアップ時間を短縮化できる。
しかし、FPGAをPCIeデバイスとして認識させて使用するシステムにおいては、少なくともFPGAのPCIe制御部は、ホストCPUがPCIeデバイス探索を行う前にコンフィグレーション完了している必要がある。
ホストCPUのPCIeデバイス探索は、一般的にBIOSなどのブートアップ時におこなわれるため、上記のようにブートアップ後にFPGA全体をコンフィグレーションするような方法では、FPGAをPCIeデバイスとしてホストCPUから認識させることはできない。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、本発明の目的は、システムブートアップ時間を短縮化しながら、ブートアップ時にホストCPUがFPGAをPCIeデバイスとして認識することができる仕組みを提供することである。
上記目的を達成する本発明の画像処理装置は以下に示す構成を備える。
第1のデバイスと、前記第1のデバイスと通信し、前記第1のデバイスからデータを受け取るインタフェース部と、前記第1のデバイスから前記インタフェース部を介して受け取るデータに基づいて、回路の構成を変えることのできるロジック部とを有する第2のデバイスと、前記第2のデバイスに電力を供給する電源と、前記インタフェース部が前記第1のデバイスとの通信を確立するために必要な情報を記憶する記憶手段と、を有する画像処理装置であって、前記第2のデバイスは、前記電源から電力が供給された後、前記記憶手段に記憶された前記情報に基づいて、前記第2のデバイスの識別情報を前記第2のデバイスの前記インタフェース部に設定する設定手段を有し、前記第1のデバイスは、前記設定手段による前記インタフェース部の設定の後に、前記設定手段により設定された前記第2のデバイスの識別情報を前記インタフェース部から取得し、前記第2のデバイスを通信先として検出する検出手段と、前記ロジック部の構成を変えるための前記データを前記検出手段により検出された前記第2のデバイスに送信する送信手段と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、システムブートアップ時間を短縮化しながら、ブートアップ時にホストとなる第1のデバイスが第2のデバイスを認識することができる。
情報処理装置の構成を説明するブロック図である。 情報処理装置の制御方法を説明するフローチャートである。 情報処理装置の電力供給状態を説明する図である。 情報処理装置の構成を説明するブロック図である。 情報処理装置の各ブロックへの電力供給状態を示す図である。 情報処理装置の制御方法を説明するフローチャートである。
次に本発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
<システム構成の説明>
〔第1実施形態〕
図1は、本実施形態を示す情報処理装置の構成を説明するブロック図である。なお、情報処理装置が実行する機能の一例として、画像処理機能、プリント機能、スキャナ機能、データ送信機能等が含まれる。なお、画像処理装置、画像形成装置、複合画像形成装置を含む情報処理装置は、図示しないホストコンピュータからジョブを受信して、画像処理機能、プリント機能、スキャナ機能、データ送信機能に基づくデータ処理を行う。また、以下の説明では、CPUを備えるホスト100を第1のデバイスとし、PCIeデバイスとしてのFPGA(FIELD PROGRAMMABLE GATE ARRY)を第2のデバイスとして第1のデバイスと、第2のデバイスとのブート処理を供給する電力のタイミングとともに詳述する。
図1において、ホスト100は、ROM101、CPU102、RAM103、PCIe制御部104、HDD106から構成される。ROM101は、ブートプログラム(BIOS)やOS、アプリケーションプログラムを含み、電力制御部105がホスト100に対して電力供給すると、CPU102はROM101からブートプログラムを読み出して動作開始する。ここで、PCIe制御部104は、後述するFPGA110のPCIe制御部112と所定の通信を確立することで、特定の論理情報をPCIe制御部112に送信することができる。特定の論理情報は、後述するユーザロジック部111に書き込む論理コンフィグに対応しており、これによって、FPGA110で実行するジョブの処理に従い、FPGA110は動的に再構成される。
RAM103は、CPU102がプログラム実行する際のデータや、HDD106から読み出したデータを一時的に格納する。HDD106は、CPU102で動作するプログラム上で処理するデータを格納する。不揮発性メモリであるHDD106は、FPGA110に書き込むべき論理コンフィグデータを記憶している。
PCIe制御部104は、PCIeバス120を介して、FPGA110のPCIe制御部112と接続され、FPGA110とデータの授受を行う。PCIe制御部104は、電力制御部105によってホスト100に電力供給されると、CPU102が介入することなく、リンクトレーニングによる物理的接続確認が可能な状態になる。電力制御部105は、電力供給部130から供給されたDC電力を、適切な電圧に変換してホスト100に供給する。
FPGA110は、ユーザロジック部111、PCIe制御部112、コンフィグレーション部113から構成される。ユーザロジック部111は、コンフィグレーション部113によって、書き替え可能な回路部であって、複数の領域に分割された記憶領域が確保されている。そして、後述する制御に従いPCIe制御部104が論理コンフィグデータをPCIe制御部112が受信することに応じて、各記憶領域に論理コンフィグデータを書き込むことで、要求されるジョブに対応するプログラマブルな論理回路が構成される。
PCIe制御部112は、PCIeバス120を介して、ホスト100のPCIe制御部104と接続され、ホスト100とデータの授受を行う。ここで、PCIe制御部112がFPGA110のハードマクロである場合は、リンクトレーニングによる物理的接続確認が可能な状態になるためには、コンフィグレーション部113によって、PCIe制御部112の初期設定が完了する必要がある。
コンフィグレーション部113は、電力制御部115から電力が供給されると、ROM114に格納された情報にしたがって、ユーザロジック部111やPCIe制御部112のコンフィグレーション、初期設定を行う。また、コンフィグレーション部113は、PCIe制御部112を介してホスト100から送信されてくる情報にしたがって、ユーザロジック部111のコンフィグレーション、初期設定を行うこともできる。
ただし、このコンフィグレーション方法を実行するためには、PCIe制御部112がコンフィグレーション、初期設定完了し、ホスト100のCPU102からFPGA110がPCIeデバイスとして検知(認識)されている必要がある。
このコンフィグレーション部113で行うコンフィグレーション処理の内容は、FPGA110の消費電力と、コンフィグレーション時間に大きく影響する。すなわち、例えば、コンフィグレーション部113で行う処理がPCIe制御部112の初期設定のみであれば、消費電力は小さく、コンフィグレーション時間も短くて済む。
しかし、ユーザロジック部111のコンフィグレーションや初期設定を行う場合、一般的にユーザロジック部がFPGA110の大部分を占めるため、そのコンフィグレーション(RAMの書き換え)には大きい消費電力と長いコンフィグレーション時間がかかる。
また、コンフィグレーション部113は、ROM114から読み込んだ情報を基にコンフィグレーション完了した時に、ホスト100側の電力制御部105にその旨を信号線121によって通知する。ホスト100側の電力制御部105は、その信号線121によって、FPGA110のROM114からのコンフィグレーションが完了した後に、ホスト100に電力供給するように構成されている。
ROM114は、本実施形態においては、PCIe制御部112の初期設定情報のみを格納しているものとする(以下、インタフェース情報と記載する)。さらに、ユーザロジック部111のコンフィグレーション情報と初期設定情報は、ホスト100側のHDD106に格納されているものとする(以下、コア情報と記載する)。電力制御部115は、電力供給部130から供給されたDC電力を、適切な電圧に変換してFPGA110に供給する。
図2は、本実施形態を示す情報処理装置の制御方法を説明するフローチャートである。本例は、図1に示したFPGA110のコンフィグレーションフローの一例である。なお、図2の(a)に示す一部のステップは、CPU102がROM101に記憶される制御プログラムを実行することで実現される。
まず、不図示のシステム電源がONされると、FPGA110側の電力制御部115が、FPGA110に電力供給を開始する(S221)。すると、コンフィグレーション部113は、ROM114からインタフェース情報を読み出し(S222)、PCIe制御部112に対して初期設定を行う(S223)。そして、コンフィグレーション部113は、PCIe制御部112に対する初期設定が完了すると、コンフィグレーションが完了した旨をホスト100の電力制御部105に信号線121を用いて通知する(S224)。この時点で、PCIe制御部112は、リンクトレーニングによる物理的接続確認が可能な状態になる。
一方、コンフィグレーション部113から通知を受けたホスト100の電力制御部105は、ホスト100に電力供給を開始する(S201)。すると、前述したように、PCIe制御部104は、CPU102が介入することなく、リンクトレーニングによる物理的接続確認が可能な状態に初期化される(S202)。すると、PCIe制御部112とPCIe制御部104は、お互いにリンクトレーニングを行い、物理的接続を確立する(S210)。
その後、CPU102は、ROM101からBIOSを読み出し、ホスト100のブートを開始する。その処理の中で、CPU102は、PCIe制御部104を介して、PCIeバス120の先に接続されているデバイスを探索しに行く(S204)。S210で、お互いのリンクトレーニングが正常に完了していたとPCIe制御部112が判断した場合、FPGA110側のPCIe制御部112は、ホスト100側のPCIe制御部104のリクエストに応答することで、ホスト100側では、PCIeデバイスとして検出される(S225)。
例えば、ホスト100からのベンダID、デバイスIDの送信要求に対して、PCIe制御部112は、S223で初期設定されたベンダID、デバイスIDをホスト100に送信する。以上のフローによって、ホスト100は、FPGA110を、PCIeデバイスとして正しく認識することができる。
ホスト100のCPU102は、FPGA110をPCIeデバイスとして認識すると、次に、HDD106に格納されたコア情報を読み出す(S205)。そして、読み出したコア情報を、PCIe制御部104とPCIeバス120を介して、FPGA110のPCIe制御部112に転送する(S206)。
このようにしてPCIe制御部104からPCIe制御部112に転送されたコア情報は、そのままコンフィグレーション部113に転送され、コンフィグレーション部113はそのコア情報を基に、ユーザロジック部111のコンフィグレーションと初期設定を行う(S226)。
この時、PCIe制御部112に対するコンフィグレーションや初期設定はおこなわれないように構成されており、PCIe制御部112はPCIe制御部104のリンクを切断することなく、ホスト100からユーザロジック部111の書き換えが可能である。
上記実施形態によれば、システムのブートアップ時には、ROM101に含まれるインタフェース情報によって、PCIe制御部112の初期設定のみを行うようにすることで、短時間でコンフィグレーション完了することができる。
また、上記実施形態によれば、CPU102によるPCIeデバイス探索より前に、FPGA110のPCIe制御部112とホスト100のPCIe制御部104がリンクトレーニング完了できる。
これによって、ホスト100のCPU102で実行されるPCIeデバイスの探索処理時に、確実にFPGA110をPCIeデバイスとして検出することができる。
さらに、ホスト100によるFPGA110のPCIeデバイス検出後に、コア情報によるコンフィグレーションを行うことで、ホスト100とFPGA110のPCIeバス120の接続を断つことなくユーザロジック部111を目的の回路構成に書き換えることができる。
〔第2実施形態〕
第1実施形態において、FPGA110は、図3に示すような3つの電力状態を持っている。
図3において、第1の電力状態は、電力制御部115がFPGA110に電力供給していない電源OFF状態400である。この時、FPGA110の消費電力はゼロである。第2の電力状態は、電力制御部115からFPGA110に電力供給され、PCIe制御部112とコンフィグレーション部113のみ動作可能であり、ユーザロジック部111にはクロック供給されない低消費電力状態401である。
第3の電力状態は、電力制御部115からFPGA110に電力供給され、PCIe制御部112とコンフィグレーション部113に加えて、ユーザロジック部111も動作可能な通常状態402である。この時、FPGA110の動作時消費電力は大きくなる。
これらの電力状態は、図3の矢印で示したような状態遷移を行う。例えば、図2に示したFPGA処理におけるS220のシーケンスにおいて、S221の直前までは電源OFF状態400である。S221で電源供給されると、低消費電力状態401に遷移する(410)。S221からS226の直前までは低消費電力状態401である。
S226で、ユーザロジック部のコンフィグレーションが実行されると、通常状態402に遷移する(413)。S226以降は通常状態402である。また、図2のフローチャートには記載されていないが、通常状態402の状態で電力供給部130からの電力供給が遮断されると、電源OFF状態400に遷移する(414)。さらに、通常状態402から低消費電力状態401への遷移(412)と、低消費電力状態401から電源OFF状態400への遷移(411)も存在する。
電力制御部115は、より詳細には、電力供給部130から供給された電圧を、FPGA110が使用する複数の電圧に変換するDCDCコンバータを有している。
前述の第3の電力状態においては、FPGA110の動作時消費電力は大きく、電力供給部130から低電圧で電力供給すると、電圧ドロップによる影響を大きく受ける。
一方、前述の第2の電力状態においては、FPGA110は低消費電力状態で動作しており、電力供給部130から高電圧で電力供給すると、電力制御部115のDCDCコンバータでの変換効率、すなわち電力効率が落ちる。
そこで、第2実施形態においては、上記の課題を解決するために、図4に示すように、電力供給部130から電力制御部115に供給する電圧系統を、高電力容量を持つ高電圧系統と、低電力容量を持つ低電圧系統の2系統にする。
そして、これらの電源系統を、図3に示した各電力状態に応じて、切り替えながら供給することで、通常状態402における電圧ドロップを軽減し、低消費電力状態401における電力効率を向上することができる。以下、第2実施形態の構成について詳述する。
図4は、本実施形態を示す情報処理装置の構成を説明するブロック図である。ここでは、図1に示した第1実施形態の構成との差分について説明する。
図4において、電力制御部130から電力制御部115に対しては、低電圧系統301と高電圧系統302の2系統が供給されている。ホスト100は、電力供給部130を制御するための制御線303を有し、CPU102などから電力供給部130を制御することで、FPGA110に供給する電力状態を切替制御することができる。
図5は、図4に示した情報処理装置の各ブロックへの電力供給状態を示す図である。以下、図4の各ブロックへの電力状態の遷移について図3に示した各電力状態と対比して説明する。
図5の(a)、(b)、(c)は、それぞれ、電力状態が電源OFF状態400、低消費電力状態401、通常状態402の時の動作可能ブロックを示している。なお、斜線部は動作していないブロックを示している。
電源OFF状態400に相当する図5の(a)に示す電力供給状態では、情報処理装置150の内部ブロックはすべて通電が切れており、情報処理装置が動作していない状態である。
また、低消費電力状態401に相当する図5の(b)に示す電力供給状態では、FPGA110のユーザロジック部111のみ動作不可であり、それ以外のブロックは動作可能である。通常状態402に相当する図5の(c)に示す電力供給状態では、情報処理装置150が含むすべてのブロックが動作可能である。
図6は、本実施形態を示す情報処理装置の制御方法を説明するフローチャートである。本例は、図1に示したFPGA110のコンフィグレーションフローの一例である。なお、図6の(a)に示す一部のステップは、CPU102がROM101に記憶される制御プログラムを実行することで実現される。また、図6の(b)に示す各ステップは、FPGA110がROM114に記憶されるプログラムを実行することで実現される。ここでは、図2の(a)、(b)との差分について説明する。
低電圧供給ステップに対応するS601では、電力供給部130から電力制御部115に低電圧系統を供給する。FPGA110は、電力制御部115から低電圧系統が供給されると、ROM101からインタフェース情報の読み出しを開始し(S222)、以降、S225まで図2と同様のフローで、ホスト100はPCIeデバイスとしてFPGA110を検知する。
その後、ホスト100は、FPGA110での処理が必要になった段階で、FPGA書き換え処理を開始する(S602)。
この処理の中で、ホスト100のCPU102は、制御線303を介して、電力供給部130に高電圧系統302の供給を指示し、電力供給部130は、その指示に応じて、電力制御部115に高電圧系統302を供給する(S603)。電力制御部115は、高電圧系統302が供給されると、既に供給されている低電圧系統301に優先して、高電圧系統302の入力電圧をDCDCコンバータで変換した電圧をFPGA110に供給するようになる。
以降は、第1実施形態と同様に、ホスト100はHDD106からコア情報を読み出し、FPGA110のPCIe制御部112に転送する。そして、FPGA110は、転送されたコア情報にしたがって、供給された高電力容量を持つ高電圧系統302の電力によって、ユーザロジック部111を目的の回路に書き換える。
第2実施形態によれば、電力供給部130と電力制御部115の入出力電圧において、FPGA110の通常状態402における電圧ドロップを軽減し、低消費電力状態401における電力効率を向上することができる。また、高電力容量を有する高電圧系統302が入力されてからユーザロジック部111のコンフィグレーションを行うことで、低電力容量の電源系統から過剰な電流を引くことがなくなる。
本発明の各工程は、ネットワーク又は各種記憶媒体を介して取得したソフトウエア(プログラム)をパソコン(コンピュータ)等の処理装置(CPU、プロセッサ)にて実行することでも実現できる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形(各実施形態の有機的な組合せを含む)が可能であり、それらを本発明の範囲から除外するものではない。
100 ホスト
110 FPGA

Claims (12)

  1. 第1のデバイスと、
    前記第1のデバイスと通信し、前記第1のデバイスからデータを受け取るインタフェース部と、前記第1のデバイスから前記インタフェース部を介して受け取るデータに基づいて、回路の構成を変えることのできるロジック部とを有する第2のデバイスと、前記第2のデバイスに電力を供給する電源と、
    前記インタフェース部が前記第1のデバイスとの通信を確立するために必要な情報を記憶する記憶手段と、を有する画像処理装置であって、
    前記第2のデバイスは、
    前記電源から電力が供給された後、前記記憶手段に記憶された前記情報に基づいて、前記第2のデバイスの識別情報を前記第2のデバイスの前記インタフェース部設定する設定手段を有し、
    前記第1のデバイスは、
    前記設定手段による前記インタフェース部の設定の後に、前記設定手段により設定された前記第2のデバイスの識別情報を前記インタフェース部から取得し、前記第2のデバイスを通信先として検出する検出手段と、
    前記ロジック部の構成を変えるための前記データを前記検出手段により検出された前記第2のデバイスに送信する送信手段と、を有することを特徴とする画像処理装置。
  2. 前記第2のデバイスは、前記送信手段により送信された前記データに基づいて、前記ロジック部の構成を変える再構成手段をさらに有し、
    前記設定手段は、第1の電力状態で、前記第2のデバイスの前記インタフェース部へ前記第2のデバイスの識別情報の設定を実行し、
    前記再構成手段は、前記電源が供給する電力が前記第1の電力状態よりも大きい第2の電力状態で前記ロジック部の構成を変える処理を実行することを特徴とする請求項1に記載の画像処理装置。
  3. 前記インタフェース部は、PCIeであることを特徴とする請求項1または2に記載の画像処理装置。
  4. 前記第2のデバイスは、FPGAであることを特徴とする請求項1または3のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  5. 前記第のデバイスは、
    前記設定手段による前記インタフェース部の設定が完了したことを前記第1のデバイスに通知する通知手段をさらに有し、
    前記第1のデバイスは、前記通知手段による通知を受け付けた後に、前記第2のデバイスの識別情報の取得を行うことを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の画像処理装置。
  6. 前記検出手段は、前記第1のデバイスのブート処理が開始された後、前記インタフェース部から前記第2のデバイスの識別情報を取得することを特徴とする請求項5に記載の画像処理装置。
  7. 前記第1のデバイスは、前記通知手段による通知の後、前記ブート処理を開始することを特徴とする請求項6に記載の画像処理装置。
  8. 第1のデバイスと、
    前記第1のデバイスと通信し、前記第1のデバイスからデータを受け取るインタフェース部と、前記第1のデバイスから前記インタフェース部を介して受け取るデータに基づいて回路の構成を変えるロジック部とを有する第2のデバイスと、
    前記第2のデバイスに電力を供給する電源と、
    を有する画像処理装置の制御方法であって、
    前記第2のデバイスは、
    前記電源から電源が供給された後に、前記第2のデバイスの識別情報を前記インタフェース部に設定する設定工程を有し、
    前記第1のデバイスは、
    前記定工程における、前記第2のデバイスの識別情報の設定が完了した後、前記インタフェース部から前記第2のデバイスの識別情報を取得し、前記第2のデバイスを通信先として検出する検出工程と、
    前記第2のデバイスのロジック部の構成を変えるための前記データを前記検出工程において検出された前記第2のデバイスに送信する送信工程と、を有することを特徴とする画像処理装置の制御方法。
  9. 前記送信工程において送信された、前記データを受け取って前記第2のデバイスの前記ロジック部を再構成する再構成工程をさらに有し、
    前記再構成工程は、前記設定工程よりも前記電源から供給される電力大きい電力状態で実行されることを特徴とする請求項8に記載の画像処理装置の制御方法。
  10. 前記インタフェース部は、PCIeであることを特徴とする請求項8または9に記載の画像処理装置の制御方法。
  11. 前記第2のデバイスは、FPGAであることを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載の画像処理装置の制御方法。
  12. 請求項8乃至11のいずれか1項に記載の画像処理装置の制御方法をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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