JP6593745B2

JP6593745B2 - データ駆動型処理装置

Info

Publication number: JP6593745B2
Application number: JP2015106386A
Authority: JP
Inventors: 博昭西川; 秀次三宮
Original assignee: 国立大学法人筑波大学
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2019-10-23
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: JP2016218956A

Description

本発明は、データ駆動型プロセッサを有するデータ駆動型処理装置に関する。

データが入力された場合に駆動するデータ駆動型プロセッサを有するデータ駆動型処理装置に関して、下記の特許文献１に記載の技術が従来公知である。
特許文献１（国際公開第２０１３／０１１６５３号公報）には、自己同期型パイプラインを有するデータ駆動型プロセッサにおいて、プロセッサコア（２１）におけるデータ処理の負荷に応じて変動する消費電流を検出して、負荷に応じた駆動電圧をプロセッサコアに印加する技術が記載されている。

国際公開第２０１３／０１１６５３号公報（「００３１」〜「００３８」）

（従来技術の問題点）
特許文献１に記載の技術では、プロセッサコアにおけるデータ処理の負荷に応じて駆動電圧が調整されるだけでは、例えば、データ駆動プロセッサにデータを入力するセンサ等の部材が故障をして、プロセッサに入力されるデータが多くなって、負荷が大きくなると、駆動電圧が高くなってしまい、故障しているにも関わらず、大量の電力が無駄に消費される恐れがあった。

本発明は、データ駆動型プロセッサを有する処理装置の異常を検知することを技術的課題とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明のデータ駆動型処理装置は、
自己同期型パイプラインからなるデータ駆動型プロセッサと、
前記データ駆動型プロセッサに電力を供給する電源回路と、
前記データ駆動型プロセッサにおける消費電流を検出する消費電流検出手段と、
前記データ駆動型プロセッサにデータを入力するデータ入力部材と、
センシング対象のイベントの周期性から計測に必要な十分な期間に前記消費電流検出手段が検出した消費電流の累積値が、予め見積もられた電流値の範囲から外れている場合に、異常と判別する異常判別手段であって、前記異常判別手段が異常と判別した場合に、前記データ入力部材の異常と判別する前記異常判別手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のデータ駆動型処理装置において、
前記消費電流検出手段が検出した消費電流値と、電池の電気容量とに基づいて、前記電池の交換時期を判別する交換時期判別手段と、
を備えたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、センシング対象のイベントの周期性から計測に必要な十分な期間の消費電流の累積値に基づいて、データ入力部材の異常を検知することができる。
請求項２に記載の発明によれば、消費電流値に基づかない場合に比べて、電池の交換時期を精度よく判別することができる。

図１は本発明の実施例１のデータ駆動型処理装置を備えたネットワーキングシステムの全体説明図である。図２は実施例１のデータ駆動型プロセッサが実装されたＬＳＩにおけるブロック図であり、自己同期型エラスティックパイプラインの説明図である。図３は実施例１の処理負荷と消費電流との関係の説明図である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

図１は本発明の実施例１のデータ駆動型処理装置を備えたネットワーキングシステムの全体説明図である。
図１において、本発明の実施例１のネットワーキングシステムＳは、データ駆動型処理装置の一例としてのノードＮ１を複数有する。また、実施例１のネットワーキングシステムＳでは、ノードＮ１の一例として、機械警備装置に適用可能であり、ネットワーキングシステムＳには、データ駆動型処理装置の一例としての警備会社のセンターに設置されたセンターノードＮ２も設けられている。
前記各ノードＮ１は、処理部の一例としてのデータ駆動型プロセッサ１を有する。データ駆動型プロセッサ１は、発火制御部（ＦＣ：Firing Control）や命令フェッチ部（ＩＦ：Instruction Fetch）、命令デコード部（ＩＤ:Instruction Decode）、データ処理部（演算部、ＥＸ:EXecution）、メモリアクセス部（ＭＡ:Memory Access／ＷＢ:Write Back）等を有し、自己同期型パイプライン構造を有する従来公知のプロセッサであり、例えば、自己同期型のパイプライン構造は、特許文献１等に記載されているので、詳細な説明は省略する。

データ駆動型プロセッサ１には、通信部の一例としての無線通信モジュール２や、データの入力部材の一例としてのセンサ３、表示部材の一例としてのディスプレイ４が電気的に接続されている。
無線通信モジュール２は、他のノードＮ１との間で、無線通信によりデータの送受信が可能に構成されている。なお、無線通信の方式は、従来公知の任意の構成を採用可能であり、無線ＬＡＮや携帯電話回線網、近距離無線通信（ＮＦＣ）等を採用可能である。また、無線通信において、アドホック（Ad hoc）方式を採用することも可能であるし、アクセスポイントを介したインフラストラクチャー方式を採用することも可能である。

また、実施例１のセンサ３は、例えば、加速度センサにより構成されており、ノードＮ１の振動をセンシングする。なお、センサ３として加速度センサを例示したが、これに限定されない。例えば、人や動物を検知する機械警備用のセンサに適用したり、煙や熱を感知する火災報知用のセンサ等の任意のセンサに適用可能である。また、データ駆動型プロセッサ１にデータを入力する入力部材としては、センサを例示したが、これに限定されず、例えば、キーボードやタッチパネルのような入力部材や防犯カメラのような画像信号を入力する部材、といった信号が入力される任意の部材を使用可能である。他にも、可燃ガスのガス漏れや水漏れといった公共インフラや民間インフラの監視をするセンサ、家庭やオフィスでの消費電力を遠隔で検知するスマートメータ、独居の人を見守るための見守りセンサ、自動販売機における売り切れや故障の検知等のＭ２Ｍ（Machine-to-Machine）、通信機能をもつ物同士がインターネットを介して接続されて自動認識や自動制御、遠隔計測などを行うこと、いわゆる、ＩｏＴ（Internet of Things）技術関連等を含むあらゆるセンサ（センシングネットワーク）にも適用可能である。

図２は実施例１のデータ駆動型プロセッサが実装されたＬＳＩにおけるブロック図であり、自己同期型エラスティックパイプラインの説明図である。
図２において、実施例１のデータ駆動型プロセッサ１のプロセッサコア２１は、自己同期型エラスティックパイプラインによるパイプライン構造を有している。実施例１のプロセッサコア２１は、機能ブロック上（アーキテクチャ上）のパイプラインステージに対応する複数のパイプラインステージ５１を有する。

図２において、各パイプラインステージ５１は、パケットの流れに沿って上流側のパイプラインステージ５１から送信されたパケットに基づいて各パイプラインステージ５１の処理を実行する論理回路（ＬＣ：Logic Circuit）５２と、論理回路５２に接続され且つ論理回路５２で処理されたパケットを保持するデータラッチ（ＤＬ:Data Latch）５３と、データラッチ５３へ同期信号（クロック信号、トリガー信号）を供給する自己同期型転送制御機構（ＳＴＣＭ：Self-timed Transfer Control Mechanism）５４とを有する。

なお、実施例１の自己同期型転送制御機構５４は、特開２０１０−２０５９８号公報に記載された構成と同様に構成されており、各データラッチ５３に対応して設けられたデータ転送制御回路の一例としてのＣ素子（Coincidence Element）５４ａと、各論理回路５２におけるパケット処理時間を保証する遅延素子（Delay Element）５４ｂとを有する。なお、実施例１の自己同期型転送制御機構５４の動作、制御に関しては、特開２０１０−２０５９８号公報に記載されているように公知であるため、詳細な説明は省略する。

前記論理回路５２およびデータラッチ５３には、駆動用の駆動電圧を供給する電源供給線５６が接続されている。前記電源供給線５６は、論理回路５２で処理を実行する際に必要な駆動電圧（正電圧、ドレイン電圧、駆動電力）Ｖddを供給する駆動電圧線５６ａと、論理回路５２で処理を実行せず且つデータラッチ５３でパケットデータを保持するのに十分で駆動電圧Ｖddよりも低い電圧である最低電圧（最低電力、データ保持用電力）Ｖminを供給する最低電圧線５６ｂと、負電圧（ソース電圧、基準電圧、例えば接地：アース）Ｖssを供給する負電圧線５６ｃとを有し、各電圧線５６ａ〜５６ｃには、各パイプラインステージ５１毎に、電圧供給の接続、切り離しを切り替える切り替え素子の一例としてのパワースイッチ（ＰＳ）５６ｄが設けられている。すなわち、前記パワースイッチ５６ｄを制御することで、各論理回路５２およびデータラッチ５３に駆動電圧Ｖddや最低電圧Ｖminを供給したり、電圧供給をオフにすることができる。

前記電源供給線５６には、電源回路５７が接続されており、前記各電圧Ｖdd，Ｖmin，Ｖssを供給する。なお、前記電源回路５７には、電源制御手段１７が接続されており、駆動電圧Ｖddは、電源制御手段１７により可変の電圧値に制御される。
なお、実施例１では、データ駆動型プロセッサ１には、ノードＮ１に設置された電池から、電力が供給されるように構成されているが、電源は電池に限定されず、住宅やオフィス等のコンセントや充電可能なバッテリー等の任意の電源を採用可能である。
電源供給線５６には、検流計５８が接続されており、図示しないＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）を介して、電源供給線５６における消費電流値Ｉssが電源制御手段１７の消費電流検出手段１７ａにより検出される。なお、電源制御手段１７は、データ駆動型プロセッサ１の処理負荷に応じて増減する消費電流値Ｉssに応じて、駆動電圧Ｖddの値を増減する。
なお、実施例１では、データ駆動型プロセッサ１と電源制御手段１７、電源回路５７、検流計５８等は、ワンチップで構成されているが、これに限定されず、データ駆動型プロセッサ１と電源制御手段１７等は、２つ以上の別チップの構成とすることも可能である。

図３は実施例１の処理負荷と消費電流との関係の説明図である。
実施例１の電源制御手段１７では、異常判別手段１７ｂは、消費電流検出手段１７ａが検出した消費電流値Ｉssが、予め見積もられた電流値の範囲から外れている場合に、異常と判別する。
なお、実施例１の異常判別手段１７ｂは、センシング対象のイベントの周期性から計測に必要な十分な時間（センシング結果のゆらぎなどに影響を受けない程度に十分な時間）に基づいて予め設定された期間の消費電流値Ｉssの累積値に基づき、消費電流値Ｉssの累積値が、予め見積もられた電流値の範囲から外れているか否かを判別する。

図３において、実施例１の電流値の範囲Ｒ１は、データ駆動型プロセッサ１の処理負荷に応じた消費電流値６１にマージン６２を考慮した範囲Ｒ１が、予め見積もられている。よって、例えば、ノードＮ１の機材が落下したり、地震が発生する等して、センシング対象である振動（イベント）が大きくなる、あるいはイベント数が増えると、消費電流値Ｉssは電流値の範囲Ｒ１を超えた値となる。
また、センサ３が故障して、信号が入力されなくなると、消費電流値Ｉssは、電流値の範囲Ｒ１よりも小さい値となる。さらに、センサ３が故障した場合に、ノイズのような信号が常時入力され続けると、消費電流値Ｉssは、電流値の範囲Ｒ１を超えた値となる。
また、データ駆動型プロセッサ１自体が故障すると、電流が消費されなくなったり、暴走して同じ処理を繰り返して消費電流値Ｉssが電流値の範囲Ｒ１に収まらなくなることもある。
よって、実施例１の異常判別手段１７ｂでは、消費電流値Ｉssの異常から、センシング対象の異常やセンサ３の異常、データ駆動型プロセッサ１自体の異常を検知することができる。なお、消費電流値Ｉssは、入力パケット量に基づく場合に比べて、データ駆動型プロセッサ１の処理負荷と相関性が高く、精度が良い。よって、センサ３等の異常の検知の精度も向上しやすい。
なお、実施例１の異常判別手段１７ｂは、異常が検知された場合には、無線通信モジュール２を介してセンターノードＮ２に送信する。

実施例１の交換時期判別手段１７ｃは、消費電流検出手段１７ａが検出した消費電流値Issと、電池の電気容量とに基づいて、電池の交換時期を判別する。
実施例１の交換時期判別手段１７ｃは、ｉ（ｉ≧１）個の電圧について、ｉ個目の電圧Ｖｉと、Ｖｉが印加されている間の消費電流値Ｉssの累積値＜Ｉss＞ｉとに基づいて、消費電力量Ｅ１（＝Σ（Ｖｉ×＜Ｉss＞ｉ））を演算し、データ駆動型プロセッサ１の処理負荷に応じて予め見積られた消費電力Ｐ０と、電池の電気容量を示す供給可能な消費電力量Ｅ０から、電池の残り期間ｔ１（＝（Ｅ０−Ｅ１）／Ｐ０）を演算する。なお、残り期間ｔ１ではなく、例えば、電池の残存率Ｂ（＝１００×（Ｅ０−Ｅ１）／Ｅ０）［％］を演算する構成とすることも可能である。

そして、残り期間ｔ１をディスプレイ４に表示する。なお、残り期間ｔ１をディスプレイ４に表示する場合を例示したが、これに限定されず、例えば、残り期間ｔ１を無線通信モジュール２を介してセンターノードＮ２に送信する構成とすることも可能である。
したがって、消費電流値Ｉssに基づいて導出された電池の残り期間ｔ１から、ユーザが電池の交換時期が推定可能である。特に、前述のように、消費電流値Ｉssは、入力パケット量に基づく場合に比べて精度が高く、電池の交換時期を精度よく判別可能である。

（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、実施例では、異常判別手段１７ｂや交換時期判別手段１７ｃを各ノードＮ１に設けて、異常の判別や交換時期の判別を各ノードＮ１で行う構成、いわゆる、分散処理の構成を例示したがこれに限定されない。例えば、各ノードＮ１からは消費電流値Ｉssを送信するだけで、異常判別や交換時期の判別を行わず、消費電流値Ｉssが送信されたセンターノードＮ２で異常判別や交換時期の判別を集中して行う構成としたり、ノードＮ１とセンターノードＮ２の間に、複数のノードＮ１からの情報を受信する中継ノードを複数設けて、中継ノードで異常判別や交換時期の判別を行う構成とすることも可能である。また、これを応用して、各ノードＮ１で、自ノードの異常判別を行う構成だけでなく、他ノードが送信したデータを受信し処理するデータ駆動型プロセッサ１の消費電流値Ｉssが予め見積もられた値から逸脱していることより、他ノードの異常判別を行う構成、すなわち、ノード同士で相互に異常を監視しあって、異常を検出時に通知する構成とすることも可能である。

前記実施例において、交換時期の判別を行うことが望ましいが、行わない構成とすることも可能である。
前記実施例において、ディスプレイ４を有する構成を例示したが、これに限定されず、ディスプレイを有しない構成とすることも可能である。また、データ駆動型プロセッサ１から信号が出力される部材として、ディスプレイ４や無線通信モジュール２以外にも、アクチュエータや、ランプやブザー等、任意の出力部材に適用可能である。
前記実施例において、残り期間ｔ１を演算する場合に、実施例に例示した方法に限定されず、他の方法も採用可能である。例えば、電池での稼働期間Ｔ０を予め見積もることが可能であるので、ある時点までの稼働期間Ｔ１をもって、残りの稼働期間Ｔ２をＴ２＝Ｔ０−Ｔ１として計算することも可能である。また、例えば、異常が発生し解消した後に、残り期間ｔ１を演算し通知することも可能である。

１…データ駆動型プロセッサ、
３…データ入力部材、
１７ａ…消費電流検出手段、
１７ｂ…異常判別手段、
１７ｃ…交換時期判別手段、
５７…電源回路、
Ｉｓｓ…消費電流、
Ｎ１，Ｎ２…データ駆動型処理装置、
Ｅ０…電気容量、
Ｒ１…予め見積もられた電流値の範囲。

Claims

自己同期型パイプラインからなるデータ駆動型プロセッサと、
前記データ駆動型プロセッサに電力を供給する電源回路と、
前記データ駆動型プロセッサにおける消費電流を検出する消費電流検出手段と、
前記データ駆動型プロセッサにデータを入力するデータ入力部材と、
センシング対象のイベントの周期性から計測に必要な十分な期間に前記消費電流検出手段が検出した消費電流の累積値が、予め見積もられた電流値の範囲から外れている場合に、異常と判別する異常判別手段であって、前記異常判別手段が異常と判別した場合に、前記データ入力部材の異常と判別する前記異常判別手段と、
を備えたことを特徴とするデータ駆動型処理装置。
前記消費電流検出手段が検出した消費電流値と、電池の電気容量とに基づいて、前記電池の交換時期を判別する交換時期判別手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のデータ駆動型処理装置。