JPH03294930A - 演算処理方法および演算処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、複数のタスクの時分割で実行することによ
り複数のタスクを並列処理することが可能なハードウェ
アのスワップ機能を有する演算処理装置を用いた演算処
理方法に関するものである。

〔従来の技術〕

マイクロコンピュータに代表される演算処理装置で、並
列処理を行う方法の一つとして、ソフトウェアで、レジ
スタおよびフラグの内容を退避し、タスクを切り替える
という、割り込み処理によって実現する方法がある。し
かしながら、割り込み処理のオーバーヘッドのため、タ
スクの高速切り替えは困難である。このため、ハードウ
ェア上で、レジスタ、フラグ等を並列処理させるタスク
の数だけ用意し、これを切り替えることによって複数の
タスクを実行させるという方法が考えられた。

第７図は従来のこの種の演算処理装置におけるスワップ
機能部分のブロック図を示している。第７図では、例と
して４つのタスクを並列に実行可能な演算処理装置を仮
定している。

第７図において、ウェイトフラグ回路１は、動作させな
いタスクを示すフラグを立てる回路である。タスクに対
してこのウェイトフラグが立っているときは、そのタス
クの処理を行なわず、つぎのタスクへ進む。

スワップコントロール回路２は、現在実行しているタス
クとウェイトフラグ回路１におけるウェイトフラグの情
報とから、つぎに実行するタスクを決定する論理回路で
ある。このスワップコントロール回路２は、タスクの状
態を示す信号ｃｒｔ＋ｓｏ。

ＣＰＵ５Ｉを出力する。

第８図は従来の演算処理装置におけるスワップのタイミ
ングを示すタイミング図である。この図では、例として
４つのタスクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄが並列に実行できる演算処
理装置において、ウェイトフラグが立っていない場合の
タイミングを示しており、４つのタスクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
が１命令ずつ順次時分割で実行されていることを示して
いる。

このように、ハードウェア制御でｎ個のタスクのスワッ
プを行うとき、全タスクを均等に実行できる。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のようにハードウェア制御でｎ個のタスクのスワッ
プを行うと、各タスクが同率で実行できることがメリッ
トとなる。また、命令毎のスワップは、各タスクを均等
に実行することができ、また、巨視的にはタスクが並列
に実行されているように見えリアルタイム性を維持する
ことができる。

しかしながら、４つのタスクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄを同率で並
列に実行できる演算処理装置の場合を考えると、４つの
タスクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの各々を構成する命令数が同一で
ない場合、例えばタスクＡＣを構成する命令数がタスク
Ｂ、Ｄを構成する命令数の２倍であって、タスクＡ、　
ＣがタスクＢ。

Ｄに比べて２倍の処理をしなければならない場合におい
て、同率の実行比率では、第９図のように、前半は、見
かけ上タスクＡ、Ｂ、ＣおよびＤが並列に処理される。

タスクＢ、Ｄは処理の１００パーセントがこの段階で終
わっているが、タスクＡＣについてはこの段階では処理
の５０パーセントしか終わっていない。後半は、タスク
Ｂ、　Ｄの処理が終わっているので、タスクＢ、Ｄにつ
いてはウェイトフラグを立てることによりウェイトさせ
、タスクＡ、Ｃの残りの５０パーセントを処理すること
になる。

このように、従来の演算処理装置では、タスクＡ、Ｂ、
Ｃ，Ｄのうち、あるタスクだけ、例えばタスクＡ、Ｃの
処理を特に優先したい場合において、それ以外のタスク
Ｂ、Ｄが処理を終えて停止した後で、優先したいタスク
Ａ、　Ｃの残った処理を行わねばならず、その間はタス
クＢ、Ｄにつづく次のタスクの実行を行うことができず
、並列処理のリアルタイム性が失われる。つまり、スワ
ップの率が同率で固定では、処理の優先の点から、ある
タスクが終了した後、すぐに次のタスクを実行すること
ができず、待ちが入って処理効率が悪くなる。

この発明の目的は、各タスクの処理を均一に行うことが
できるとともに並列処理のリアルタイム性を維持するこ
とができる演算処理方法を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項（１１記載の演算処理方法は、ハードウェア制御
によるスワップ機能でｎ個のタスクを時分割で切り替え
て実行することにより前記ｎ個のタスクを並列的に実行
する演算処理方法において、各タスク毎にその命令実行
回数の比率をレジスタによって任意にプログラマブルに
設定し、前記タスク毎の命令実行回数の比率に従ってひ
とつの命令実行を単位としてタスクの切り替えを行うこ
とを特徴とする 請求項（２）記載の演算処理方法は、請求項＋１１記載
の構成において、ひとつの命令を切り替えの最小単位と
してタスク１からタスクｎまで順次実行切り替えを行い
、要望の実行回数が終わったタスクの実行を停止し、残
りのタスクでひとつの命令を切り替えの最小単位として
実行切り替えを行い、全タスクが要望の実行回数を終了
するまでを１サイクルとし、前記ｌサイクル内の各タス
クの要望の実行回数をレジスタに設定したタスク毎の命
令実行回数の比率に従って設定して、ｎ個のタスクの実
行切り替えを行う。

Ｃ作　　　用〕 請求項（１）記載の構成によれば、ソフトウェアで各タ
スク毎にその命令実行回数の比率をレジスタに指定する
ことによって、タスク毎の命令実行回数の比率に従って
ひとつの命令実行を単位としてタスクの切り替えが行わ
れる。この結果、各タスクの処理量や処理の優先の度合
に応じてタスク毎の命令実行回数の比率を適切に設定す
ることにより、あるタスクだけ特に処理を優先したい場
合等においても各タスクの処理を均一に行うことができ
るとともに並列処理のリアルタイム性を維持することが
できる。

請求項（２）記載の構成によれば、１サイクル内におい
て、ひとつの命令を切り替えの最小単位としてタスク１
からタスクｎまで順次実行切り替えを行い、要望の実行
回数が終わったタスクの実行を停止し、残りのタスクで
ひとつの命令を切り替えの最小単位として実行切り替え
を行うことで、各タスクの並列処理を実現しているので
、１サイクル内においても、各タスクの処理の均一に行
うことができるとともにリアルタイム性を維持すること
ができ、各タスクについて割り込みがあったときの反応
速度を高めることができる。

〔実　施　例〕

大東ｎ１ この発明の第１の実施例を第１図ないし第３図を参照し
て説明する。

第１図はこの発明の第１の実施例の演算処理装置のスワ
ップ機能部分のブロック図を示している。

第１図では、例として４つのタスクを並列に実行可能な
演算処理装置を仮定している。

第１図において、ウェイトフラグ回路１は、動作させな
いタスクを示すフラグを立てる回路である。タスクに対
してこのウェイトフラグが立っているときは、そのタス
クの処理を行わず、つぎのタスクへ進む。

カウンタ３，４．５．６は、特許請求の範囲でいうレジ
スタに相当し、それぞれタスクＡ、　　ＢＣ，Ｄの命令
実行回数を１命令が実行されたときに発生する信号ＬＡ
ＳＴによってカウントするダウンカウンタ構成であり、
各タスクＡ、Ｂ、ＣＤの命令実行回数の比率に応じて命
令実行回数がプリセットされていて、各タスクＡ、Ｂ、
Ｃ，Ｄについて所定の命令回数が終了してカウント値が
０となった時に、オーバーフロー信号を出力する。

スワップコントロール回路２は、現在実行しているタス
クとウェイトフラグ回路１におけるウェイトフラグの情
報とカウンタ３．４，５．６のオーバーフロー信号とか
ら、つぎに実行するタスクを決定する論理回路である。

このスワップコントロール回路２は、タスクの状態を示
す信号ｃｐｕｓｏ。

ｃｐｕｓｔを出力する。

第２図と第３図は、従来例の第８図および第９図にそれ
ぞれ対応するタイミング図である。これらの図では、従
来例と同し処理量のタスクＡ、Ｂ。

Ｃ，Ｄのスワップを行う際に、タスクＡ、Ｃの実行比率
をタスクＢ、Ｄの２倍に設定したときのスワップのタイ
ミング図を第２図に示し、全体のタイミング図を第３図
に示している。

第２図は、タスクＡを２命令実行し、タスクＢを１命令
実行し、タスクＣを２命令実行し、タスクＤを１命令実
行するサイクルを繰り返している状態を示している。第
２図のように、各タスクＡＢ、Ｃ，Ｄの処理を時分割で
行うと、第３図のように各タスクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄの実行
が略同じ時期に終了することになる。なお、第３図にお
いて、処理実行密度を斜線の密度に対応させている。

このような設定にすると、タスクＢ、Ｄが終了する時点
で、タスクＡ、Ｃの処理も終了することになり、全タス
クの処理が均一に行われることになり、並列処理のリア
ルタイム性も維持することができる。

以上のように、ｎ個の各タスクについてカウンタを設け
ることによって任意にタスクの実行比率を変えられるよ
うにすると、各タスクの処理量の大小に係わらず並列的
に処理される各タスクの実行終了時点のタイミングを揃
えることが可能となり、特定のタスクを優先的に実行し
たい場合においても、巨視的に見ると、リアルタイム性
を維持しつつ各タスクを均一に並列処理できることにな
る。

スｍ この発明の第２の実施例を第４図および第５図を参照し
て説明する。

上記第１の実施例においては、タスクの実行比率を変え
ることによって、特定のタスクだけ優先的に実行させる
場合において、各タスクのカウンタに実行比率をセット
することによって、巨視的にみて、均一に実行させるこ
とができる。

第５図は、４つのタスクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄが同時に実行で
きる演夏処理装置を仮定して、タスクＡについては８命
令、タスクＢ、　　Ｃについては４命令、タスクＤにつ
いては２命令というように実行比率を設定した時の１サ
イクルのスワップのタイミングを示すものである。第１
の実施例の構成では、スワップは、タスクＡを８命令実
行し、タスクＢを４命令実行し、タスクＣを４命令実行
し、タスクＤを２命令実行するのが１サイクルとなり、
このサイクルの繰り返しで各タスクＡ、Ｂ、Ｃ。

Ｄの処理が実行され、リアルタイム性の維持が図られる
。

ところが、１サイクルという微視的な見方をすると、各
タスクＡ、　Ｂ、　Ｃ，Ｄの処理は、上記のように各タ
スクＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄで固まって実行されてしまい、処理
の均一性という観点からは好ましくない。

例えば、割り込みの反応速度を考える０例えば、縦軸の
時間１のタスクＡを実行しているときに、タスクＤの割
り込み要求が発生した場合、つぎにタスクＤが実行され
る時間１７まで、１６命令分待たなければ、割り込みが
受は付けられない。

割り込みが待ち時間が少な（早く受は付けられるために
は、１サイクルの中でも、各タスクＡ。

Ｂ、Ｃ，Ｄが均一に実行されるように、切り替える必要
がある。

このため、１命令を切り替えの最小単位として各タスク
Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄの実行切り替えを行い、カウンタ３〜６
にそれぞれ命令実行比率に応じて設定された要望の実行
回数が終わったタスクからウェイトし、残りのタスクで
同様の実行切り替えを行い、全タスクが要望の実行回数
を終了した段階で１サイクルの実行を完了するようなス
ワップを行うようにする。

第４図は、第５図に示した１サイクルのスワップを、上
記のような手法によって実行切り替えを行った場合の１
サイクルのスワップのタイミング図である。

第４図のようなスワップを行った場合において、割り込
みの反応速度を考えると、一番遅いタイミングは、縦軸
の時間８のタスクＤの２番目の実行終了後に、タスクＤ
の割り込み要求が発生した場合であるが、つぎのサイク
ルの時間４のタスクＤの実行までは１４命令分であり、
第５図の場合１６命令分よりも改善されていることが明
らかである。

第６図は、第４図のタイミングでスワップを行う場合に
おける各タスクのカウンタ３〜６のカウント値と、その
オーバーフローを示すものであり、記号Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
はそれぞれ各タスクに対応している。

以上のようにスワップを行うための回路構成としては、
ブロック的には第１図の構成とかわらず、内容的にスワ
ップコントロール回路２が１命令実行毎にタスクを切り
替えるということを考慮しながら、現在実行しているタ
スクとウェイト回路１におけるウェイトフラグの情報と
カウンタ３〜６のオーバーフロー信号とから、つぎのタ
スクを決定する論理回路であるというところが異なる。

このように、実行比率を考慮したときの１サイクルの各
タスク間のスワップについても、１命令毎に切り替える
ことによって、均一にタスクを処理できるとともにリア
ルタイム性を維持することができ、しかも割り込みに対
する反応速度を早くすることができる。

〔発明の効果〕

請求項（１１記載の演算処理方法によれば、並列処理さ
れるｎ個のタスクについて、各タスク毎にその命令実行
回数の比率を任意に設定して各タスクを実行することで
、特定のタスクを優先的に処理させなければならないと
きでも、各タスクの均一性を失わずにリアルタイム性を
維持することができる。

請求項（２）記載の演算処理方法によれば、１サイクル
内での各タスクの実行も分散させているので、！サイク
ル内でも各タスクの均一性を失わずにリアルタイム性を
維持することができ、割り込みの反応速度も向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の演算処理方法の第１の実施例を実施
する演算処理装置の構成を示すブロック図、第２図は第
１図の実施例のタスク切り替えのタイミングを示すタイ
ミング図、第３図は第１図の実施例における全体の実行
タイミング図、第４図はこの発明の演算処理方法の第２
の実施例を実施する演算処理装置におけるタスク切り替
えのタイミング図、第５図は第２の実施例におけるタス
ク切り替えのタイミングを第１の実施例の方式に合わせ
て描いたタイミング図、第６図は第１図の演算処理装置
におけるカウンタのタイミングの一例を示したタイミン
グ図、第７図は演算処理装置の従来例の構成を示すブロ
ック図、第８図は第７図の装置でのタスク切り替えのタ
イミングを示すタイミング図、第９図は全体の実行タイ
ミング図である。 ｌ・・・ウェイトフラグ回路、２−・・スワップコント
ロール回路、３，４，５．６・・・カウンタ第２図 図 第 ３ 図 第 図 第 図 第 図 第 ７ 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ハードウェア制御によるスワップ機能でｎ個のタ
   スクを時分割で切り替えて実行することにより前記ｎ個
   のタスクを並列的に実行する演算処理方法において、 各タスク毎にその命令実行回数の比率をレジスタによっ
   て任意にプログラマブルに設定し、前記タスク毎の命令
   実行回数の比率に従ってひとつの命令実行を単位として
   タスクの切り替えを行うことを特徴とする演算処理方法
   。
2. （２）ひとつの命令を切り替えの最小単位としてタスク
   １からタスクｎまで順次実行・切り替えを行い、要望の
   実行回数が終わったタスクの実行を停止し、残りのタス
   クでひとつの命令を切り替えの最小単位として実行・切
   り替えを行い、全タスクが要望の実行回数を終了するま
   でを１サイクルとし、前記１サイクル内の各タスクの要
   望の実行回数をレジスタに設定したタスク毎の命令実行
   回数の比率に従って設定して、ｎ個のタスクの実行切り
   替えを行う請求項（１）記載の演算処理方法。