JPH0573508A

JPH0573508A - マルチプロセツサシステム

Info

Publication number: JPH0573508A
Application number: JP23602391A
Authority: JP
Inventors: Akira Hanabusa; 明英
Original assignee: Matsushita Graphic Communication Systems Inc
Current assignee: Panasonic System Solutions Japan Co Ltd
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-03-26

Abstract

(57)【要約】【目的】単一プロセッサシステムからの移行が容易な
マルチプロセッサシステムを実現する。【構成】プロセッサ１，２はそれぞれリアルタイムＯ
Ｓを持ち、相互間に割り込み機能を持つデュアルポート
メモリ（ＤＰＭ）６を持つ。各ＯＳは、自タスクが発行
したメールの転送先が自タスクであるか他タスクである
かを判別し、転送先が他タスクの場合はメールをＤＰＭ
６へ転送する。この時、ＤＰＭは他ＯＳに対し割り込み
を発生し、他ＯＳはＤＰＭ６よりメールを取り込み転送
先の自タスクに渡す。【効果】タスクは、単一プロセッサシステムの場合と
同様に、タスクが動作するプロセッサを意識する必要が
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のプロセッサを用
いて同時に複数のタスクを実行するマルチプロセッサシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】マルチタスク処理システムは、単一のプ
ロセッサ上で、単一のリアルタイムＯＳ（オペレーティ
ングシステム）の管理の下にマルチタスク処理を実行す
る単一プロセッサシステムと、複数のプロセッサ上でマ
ルチタスク処理を実行するマルチプロセッサシステムと
に大別される。

【０００３】なお、単一プロセッサシステムで、マルチ
タスク処理に関係した機能をマイクロプログラム化する
ことによって、マルチタスク処理の速度向上を図る技術
が特開昭６３−２５７８３３号公報に述べられている。

【０００４】マルチプロセッサシステムは、様々な形態
のものが実用化されているが、マイクロプロセッサを用
いるような比較的小規模なマルチプロセッサシステムの
一般的構成によれば、各プロセッサ上で動作するタスク
が固定され、各プロセッサ毎にリアルタイムＯＳが用意
される。タスク間同期用メールの交換の場合に、メール
発行元タスク側で、同一プロセッサのタスクへの転送と
他プロセッサのタスクへのメール転送とを区別し、シス
テムコールによりリアルタイムＯＳにメール転送を要求
する。また、プロセッサ間通信は共有メモリを介して行
なわれる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】単一プロセッサシステ
ムは、単一のプロセッサ上でタスクを時分割に実行する
もので、一時に動作するタスクは１個に限られるため、
たとえ特開昭６３−２５７８３３号公報に述べられてい
るような工夫をしても、リアルタイム性に限界があり、
またタスク数をそれほど多くできない。

【０００６】これに対し、マルチプロセッサシステム
は、複数のプロセッサ上で同時に複数のタスクを動作さ
せることができるため、より高い処理能力を期待でき
る。しかし、上述のような従来のマルチプロセッサシス
テムの構成によれば、タスク側でどのプロセッサのタス
クであるかを認識できるように、タスクを設計し動作さ
せる必要があり、これは単一プロセッサシステム上のタ
スクでは考慮する必要がなかった事項である。このた
め、既存の単一プロセッサシステムをマルチプロセッサ
システムへ移行させる場合、単一プロセッサシステムの
タスクを、そのままマルチプロセッサシステムのタスク
として用いることができず、タスクの大幅な変更が必要
となるという問題があった。また、従来構成によれば、
共有メモリ経由のプロセッサ間通信に関連したソフトウ
エアとハードウエアが複雑化するという問題もあった。

【０００７】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
もので、マイクロプロセッサを用いるような比較的小規
模なマルチタスク処理システムに好適で、単一プロセッ
サシステム上のタスクをそのまま、あるいは殆ど変更せ
ずに用いることが可能なマルチプロセッサシステムを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、複数のプロセッサのそれぞれが、その上
で動作するタスクと、タスクの管理及びタスク間同期用
メールの管理のためのリアルタイムＯＳとを有し、ま
た、各プロセッサの間に相互通信のためのデュアルポー
トメモリを有する。各リアルタイムＯＳは、タスクが動
作するプロセッサを判別するための情報と、自プロセッ
サで動作するタスクからメール転送を要求された場合
に、前記情報を参照することによって転送先タスクが動
作するプロセッサを判別し、転送先タスクが他プロセッ
サで動作するタスクであるときは、この他プロセッサと
の間のデュアルポートメモリへメール情報を転送する手
段とを有する。各デュアルポートメモリは、メール情報
を転送された時に転送先タスクが動作するプロセッサに
対し割り込みを発生する機能を有する。また各リアルタ
イムＯＳは、自プロセッサに対する割り込みがデュアル
ポートメモリで発生した時に、このデュアルポートメモ
リよりメール情報を取り込み、これを自プロセッサ上で
動作する転送先タスクへ渡す手段を有する、という構成
を備えるものである。

【０００９】

【作用】タスク間同期用メールの転送先タスクがどのプ
ロセッサ上で動作するかは、メール発行元のタスクが動
作するプロセッサのリアルタイムＯＳにより判別され、
発行元タスクは転送先タスクが動作するプロセッサを意
識する必要がない。また、転送先タスクが他プロセッサ
上で動作するタスクである場合、このタスクは、リアル
タイムＯＳの制御によってメールを伝達され、発行元タ
スクが同一プロセッサ上のタスクであるか否かを意識す
る必要がない。このように、タスク側でタスクが動作す
るプロセッサを意識する必要がないので、従来の単一プ
ロセッサシステム上のタスクをそのまま、もしくは殆ど
変更せずに用いることができる。

【００１０】また、割り込み機能を持つデュアルポート
メモリを利用することによって、異プロセッサのタスク
間で高速のメール交換が可能であり、また、プロセッサ
間通信のためのハードウエア及びソフトウエアの複雑化
を避けられる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。

【００１２】図１はマルチプロセッサシステムのハード
ウエア構成図である。このシステムは二つのプロセッサ
１，２を有するもので、各プロセッサはマイクロプロセ
ッサユニット（ＭＰＵ）３、メモリ４及びアドレスデコ
ーダ５からなる。６はプロセッサ１，２間通信のため
の、割り込み機能を持つデュアルポートメモリであっ
て、これはメモリ回路７、このメモリ回路７をプロセッ
サ１側からアクセスするためのＩ／Ｏバッファ８及びア
ドレスデコーダ９、メモリ回路７をプロセッサ２からア
クセスするためのＩ／Ｏバッファ１０及びアドレスデコ
ーダ１１、並びにアービトレーション回路１２からなっ
ている。このアービトレーション回路１２は、プロセッ
サ１，２からのアクセスが競合した場合に、一方のプロ
セッサのアクセスを優先し、ＢＵＳＹ信号によって他方
のプロセッサにアクセスを待たせるアクセス調停機能
と、一方のプロセッサから情報が転送された時に、他方
のプロセッサに対する割り込みを発生する割り込み機能
を持っている。ＩＮＴ信号は、この割り込みの信号であ
る。

【００１３】図２は本システムのソフトウエア構成図で
ある。２０はプロセッサ１のリアルタイムＯＳ、２１は
プロセッサ２のリアルタイムＯＳである。２２はリアル
タイムＯＳ２０の管理下でプロセッサ１上で動作する複
数のタスク、２３はリアルタイムＯＳ２１の管理下でプ
ロセッサ２上で動作する複数のタスクである。２４はリ
アルタイムＯＳ２０，２１間で同期をとるためのパイプ
ラインで、ハードウエアとしては図１に示したデュアル
ポートメモリ６である。

【００１４】リアルタイムＯＳ２０と、その管理下のタ
スク２２はプロセッサ１内のメモリ４のＲＯＭ領域に置
かれる。同様にリアルタイムＯＳ２１とタスク２３は、
プロセッサ２内のメモリ４のＲＯＭ領域に置かれる。す
なわち、本実施例では、タスク２２，２３はＲＯＭ化さ
れ、常に存在する。

【００１５】図３はタスクとメールの管理構造の説明図
である。なお、説明を簡単にするため、タスク２２とし
て２個のタスク（ＴＡＳＫ１，ＴＡＳＫ２と呼ぶ）が、
またタスク２３として２個のタスク（ＴＡＳＫ３，ＴＡ
ＳＫ４と呼ぶ）が、それぞれ存在するものとする。

【００１６】各リアルタイムＯＳ２０，２１は、それぞ
れの管理下にあるタスクに関し、タスク定義領域（ＴＤ
領域：タスクデスクリプタ）、メールの領域（ＭＡＩＬ
領域）、タスク間メール交換管理領域（ＥＸＧ領域）を
メモリ４上に持つ。単一プロセッサシステムであれば、
これらの領域を定義するのみでマルチタスク処理を実現
できる。しかし、本実施例は２プロセッサシステムであ
り、異プロセッサ上のタスク間でメールによる情報交換
が可能でなければならないので、各リアルタイムＯＳ２
０，２１はそれぞれ、他ＯＳの管理下のタスクに関し、
ＭＡＩＬ領域と同一形式のメールの領域（ＬＭＡＩＬ領
域）とＥＸＧ領域と同一形式のタスク間メール交換管理
領域（ＬＥＸＧ領域）を有し、また、メールを交換する
タスクが自タスク（自プロセッサ上のタスク）であるか
他タスク（他プロセッサ上のタスク）であるかの判別と
対応のＥＸＧ領域またはＬＥＸＧ領域の指定のためのＸ
領域を備えている。

【００１７】このＸ領域は、各タスクに対応したメール
交換管理領域（ＥＸＧ領域またはＬＥＸＧ領域）へのポ
インタと、そのＥＸＧ領域とＬＥＸＧ領域の区別（自、
他タスクの区別）を内容とするテーブルである。ＴＡＳ
Ｋ１とＴＡＳＫ２は、リアルタイムＯＳ２０にとっては
自タスク、リアルタイムＯＳ２１にとっては他タスクで
ある。ＴＡＳＫ３とＴＡＳＫ４は、リアルタイムＯＳ２
１にとっては自タスクであるが、リアルタイムＯＳ２０
にとっては他タスクである。よって、各リアルタイムＯ
Ｓ２０，２１のＸ領域の内容は、図３に示されるよう
に、自他タスクの関係が相反する形になる。

【００１８】ＴＤ領域は、タスクの状態（ウエイト／レ
ディ）等がセットされる領域で、図４に示す構造を有す
る。３０は次のＴＤ領域のポインタ、３１は前のＴＤ領
域のポインタ、３２はタスクの状態、３３はタスクの処
理レベル（優先度）、３４は予約領域、３５はタスクが
ウエイトしている（メールを待っている）他のタスクの
ＴＤ領域のポインタ、３６はタスクの再起動時にスタッ
クにセーブされているレジスタ情報等を取り出すための
スタックポインタ、３７はタスクのスタートアドレス、
３８はタスクのハードウエアのスタックポインタであ
る。

【００１９】なお、タスク状態としては、タスクが他の
タスクからのメール待ちのために停止しているウエイト
状態と、メール待ちのためウエイトしたタスクが他タス
クからメールを転送され、再起動が可能となったレディ
状態とがある。

【００２０】ＥＸＧ領域はリアルタイムＯＳ２０，２１
が自タスクへのメール交換を管理するための領域で、そ
の構造を図５に示す。４０は登録されているメールの個
数、４１は登録されているタスクの個数、４２は最初に
リンクされたメールのポインタ、４３は最後にリンクさ
れたメールのポインタ、４４は最初にウエイトしたタス
クのＴＤ領域のポインタ、４５は最後にウエイトしたタ
スクのＴＤ領域のポインタである。

【００２１】ＭＡＩＬ領域の構造を図６に示す。５０は
ＥＸＧ領域に登録されているときの次のメールのポイン
タ、５１はＥＸＧ領域に登録されているときの直前のメ
ールのポインタ、５２はメールの交換情報、５３は不使
用時にリンクされるＥＸＧ領域のポインタ、５４はメー
ル交換情報に必要に応じて付加されるパラメータであ
る。

【００２２】ＯＳ間通信用のＬＥＸＧ領域の構造を図７
に示す。６０は登録されているメールの個数、６１は予
約領域、６２は最初にリンクされたメール（ＬＭＡＩ
Ｌ）のポインタ、６３は最後にリンクされたメールのポ
インタ、６４と６５は予約領域、である。

【００２３】図８はＬＭＡＩＬ領域の構造を示す。７０
はＬＥＸＧ領域に登録されているときの次のメール（Ｌ
ＭＡＩＬ）のポインタ、７１はＬＥＸＧ領域に登録され
ているときの直前のメールのポインタ、７２はメールの
交換情報、７３は不使用時にリンクされるＬＥＸＧ領域
のポインタ、７４はメール交換情報に必要に応じて付加
されるパラメータである。

【００２４】なお、ＭＡＩＬ領域とＬＭＡＩＬ領域の区
別は、リアルタイムＯＳ２０，２１にとってのもので、
この区別はＸ領域の内容で決まる。タスクにとっては、
ＭＡＩＬ領域もＬＭＡＩＬ領域も同じメール領域に過ぎ
ない。ＥＸＧ領域とＬＥＸＧ領域も同様である。また、
各プロセッサ上のタスクの増減やタスクの入れ替えに対
しては、Ｘ領域の変更のみで容易に対応できる。

【００２５】次に、動作について説明する。図９は、リ
アルタイムＯＳ２０，２１のタスク起動に関連した動作
の概略フローチャートである。図示のように、スタック
セット（ＳＴ１）、割り込みマスク解除（ＳＴ２）の
後、自タスクに対するＴＤ領域を参照することによりレ
ディ状態のタスクをサーチする（ＳＴ３，ＳＴ４）。レ
ディ状態のタスクが２個以上ある場合、その中で処理レ
ベルが最高の一つを選ぶ。レディ状態のタスクが見つか
ると、割り込みマスクを解除し（ＳＴ５）、そのタスク
に関するＴＤ領域の更新やスタックにセーブされている
レジスタ情報等のリセーブ等の処理を行ない（ＳＴ
６）、そのタスクを起動する。

【００２６】各タスクは、図１０の動作概略フローチャ
ートに示すような基本構造を持っている。システムの電
源投入時、リアルタイムＯＳ２０または２１は、ＴＤ領
域の情報に従い、その管理下のタスクを順に起動する。
起動されたタスクは、タスク自体のイニシャライズを行
ない（ＳＴ１１）、これを終わるとタスクＷＡＩＴのシ
ステムコールを発行し、ウエイト状態になる（ＳＴ１
２）。この時のタスクに関するレジスタ情報等はリアル
タイムＯＳ２０，２１によってスタックにセーブされ
る。ウエイトしたタスクは、その後に、他のタスクから
のメールが対応ＥＸＧ領域にリンクされ、あるいは他の
イベントが発生した時にウエイト状態から復帰し、リア
ルタイムＯＳ２０または２１によって起動された時に、
そのＥＸＧ領域にリンクされたメールの情報に応じたタ
スク本来の処理を実行し（ＳＴ１３）、処理を完了する
と再びタスクＷＡＩＴのシステムコールを発行しウエイ
ト状態となる。また、処理（ＳＴ１３）において、他タ
スクへ渡したい情報が必要が生じた時は、未使用のメー
ル領域にメールを作成し、メールＳＥＮＤのシステムコ
ールを発行し、このシステムコールのパラメータにより
同メール領域のポインタと転送先タスクを指定する。こ
の時、タスク側の動作は、メールの転送先が同一プロセ
ッサ上のタスクであっても他プロセッサ上のタスクであ
っても同一であり、転送先タスクが動作するプロセッサ
を意識しない。

【００２７】リアルタイムＯＳ２０，２１は、その管理
下の自タスクからメールＳＥＮＤのシステムコールが発
行された場合、図１１の概略フローチャートに示す処理
を行なう。まず、パラメータで指定された転送先タスク
に関しＸ領域を参照し、転送先タスクが自タスクである
か他のプロセッサ上の他タスクであるか判別する（ＳＴ
２１）。指定された転送タスクに対応するＸ領域の内容
が、ＥＸＧ領域とそのポインタを示している場合は、転
送タスクが自タスクであると判断し、そのポインタで指
し示されたＥＸＧ領域に、メールをリンクし、この時、
転送先タスクのＴＤ領域のタスク状態３２がウエイト状
態であれば、これをレディ状態に書き換え（ＳＴ２
２）、リアルタイムＯＳ２０，２１はシステムコールの
処理から復帰する。

【００２８】転送先タスクに対応するＸ領域の内容がＬ
ＥＸＧ領域とそのポインタを示している場合、リアルタ
イムＯＳ２０，２１は転送先タスクを他タスクであると
判断する。そして、そのＬＥＸＧ領域にメールをリンク
し（これは自タスク間メール交換と自タスクと他タスク
との間のメール交換の管理を共通にするためである）、
次に転送先タスクの指定情報とメールの情報（メール交
換情報７２とパラメータ７４）をデュアルポートメモリ
６へ転送する（ＳＴ２３）。この後、リアルタイムＯＳ
２０，２１は復帰する。

【００２９】デュアルポートメモリ６は、プロセッサ１
（または２）からメール情報を転送された場合、プロセ
ッサ２（または１）に対する割り込みを発生する。この
ような割り込みに対するリアルタイムＯＳ２０，２１の
動作を次に説明する。

【００３０】図１２は、リアルタイムＯＳ２０，２１の
割り込み処理の概略フローチャートである。割り込みが
発生した場合、まずデュアルポートメモリ６からの割り
込みであるか判定する（ＳＴ３１）。デュアルポートメ
モリ６からの割り込み以外の内部割り込みの場合は、そ
れに対応した割り込み処理を行ない（ＳＴ３２）、復帰
する。デュアルポートメモリ６からの割り込みの場合、
デュアルポートメモリ６から情報を読み込み、転送先タ
スクの指定情報によってＸ領域を参照し、転送先タスク
のＥＸＧ領域を選び（ＳＴ３３）、次にデュアルポート
メモリ６より読み込んだメール情報を未使用のメール領
域（ＬＭＡＩＬ領域）に書き込みメールを作成し、これ
を転送先タスクのＥＸＧ領域にリンクし、この時、転送
先タスクがウエイト状態であればレディ状態に変更し
（ＳＴ３４）、復帰する。

【００３１】

【発明の効果】以上の説明から明かなように、本発明
は、単一プロセッサシステムの場合と同様に、タスク側
でタスクが動作するプロセッサを意識する必要がないの
で、タスクの設計が簡単になる、既存の単一プロセッサ
システム上のタスクをそのまま、もしくは殆ど変更せず
に用いることができるため、単一プロセッサシステムか
らマルチプロセッサシステムへの拡張が極めて容易にな
る、割り込み機能を持つデュアルポートメモリを利用し
てプロセッサ間通信を行なうため、異プロセッサのタス
ク間で高速のメール交換が可能となるとともに、プロセ
ッサ間通信のためのハードウエア及びソフトウエアの複
雑化を避けられる等、比較的小規模なマルチプロセッサ
を実現する上で多くの効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるマルチプロセッサシス
テムのハードウエア構成図

【図２】実施例システムのソフトウエア構成図

【図３】タスク及びメールの管理構造の説明図

【図４】ＴＤ領域の構造図

【図５】ＥＸＧ領域の構造図

【図６】ＭＡＩＬ領域の構造図

【図７】ＬＥＸＧ領域の構造図

【図８】ＬＭＡＩＬ領域の構造図

【図９】リアルタイムＯＳのタスク起動に関する動作の
概略フローチャート

【図１０】タスクの動作の概略フローチャート

【図１１】メイルＳＥＮＤのシステムコールの処理の概
略フローチャート

【図１２】リアルタイムＯＳの割り込み処理の概略フロ
ーチャート

【符号の説明】

１，２プロセッサ３，４マイクロプロセッサユニット４プロセッサ内メモリ６デュアルポートメモリ２０，２１リアルタイムＯＳ２２，２３タスク

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のプロセッサのそれぞれが、その上で
動作するタスクと、タスクの管理及びタスク間同期用メ
ールの管理のためのリアルタイムＯＳとを有し、各プロ
セッサ間に相互通信のためのデュアルポートメモリを有
し、各リアルタイムＯＳは、タスクが動作するプロセッ
サを判別するための情報と、自プロセッサ上のタスクか
らメール転送を要求された場合に、前記情報を参照する
ことによって転送先タスクが動作するプロセッサを判別
し、転送先タスクが他プロセッサ上のタスクであるとき
は、この他プロセッサとの間のデュアルポートメモリへ
メール情報を転送する手段とを有し、各デュアルポート
メモリはメール情報を転送された時に転送先タスクが動
作するプロセッサに対し割り込みを発生する機能を有
し、また各リアルタイムＯＳは、自プロセッサに対する
割り込みがデュアルポートメモリで発生した時に、この
デュアルポートメモリよりメール情報を取り込み、これ
を自プロセッサ上の転送先タスクへ渡す手段を有するこ
とを特徴とするマルチプロセッサシステム。