JPH06332721A - レジスタの使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】（１）タスク毎に各タスクが使用するレジスタ
を指定でき、かつ、複数タスクで同一レジスタを共用指
定できる手段を持つ。 （２）タスクが使用するレジスタを、他のタスクが使用
している場合最近使用していないレジスタをメモリに退
避して使用する手段を持つ。 【効果】レジスタを効率的に使用でき、タスク切替えの
オーバヘッドは少ないため、システムの性能が向上す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数のタスクが動作す
るマルチタスクシステムにおいて、タスクがレジスタを
共用し、かつ、タスク切替えのオーバヘッドを少なくす
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数タスクが動作するマルチタスクシス
テムにおいて、各タスク毎に使用するレジスタを分けて
使用し、タスク切替えを効率的に実現できるものとし
て、AMD社のＲＩＳＣ（Reduced Instruction Set Compu
ter)プロセッサであるＡｍ２９０００がある。

【０００３】本プロセッサは、１２８本のローカルレジ
スタを持っており、これらを１６レジスタずつ８バンク
に区切って使用することができる。ローカルレジスタ
は、レジスタ・スタック・レジスタをベースにした間接
アドレッシングであるため、タスク切替え時の各タスク
が使用するレジスタへの切替えは、このレジスタ・スタ
ック・レジスタを変更するのみで行うことができ、レジ
スタのメモリへの退避、およびメモリからの回復は不要
であるため、タスク切替えを効率的に行うことができ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のＡｍ２
９０００では、１６レジスタからなるバンク８個をタス
ク毎に割り付けるため、各タスクが使用するレジスタ数
は１６×ｎ（ｎ＝１〜８)個、タスク数は最大８個に制
限される。ところが、実際のマルチタスクシステムで
は、各タスクが使用するレジスタ数は処理規模によって
異なる。また、タスク数もシステムにより異なり、８個
以上のシステムもある。

【０００５】さらに、上記本プロセッサでは、タスク毎
に使用するレジスタを固定的に割り付けるため、ある時
点で一つのタスクが使用していないレジスタを他のタス
クに割り付けることができず、レジスタの使用効率が悪
いという問題が発生する。

【０００６】このような問題を解決するには、任意数の
複数タスクが任意数のレジスタを共用する機構が必要で
ある。この共用を実現するには、タスク起動時、他のタ
スクがレジスタを使用していた場合、このレジスタ内容
をメモリへ退避し、タスクの処理再開時メモリからこの
レジスタ内容を回復する必要が発生する。しかし、これ
が頻繁に発生するとタスク切替え時のオーバヘッドが大
きくなり、システムの性能を低下させる。そのため、こ
のレジスタのメモリへの退避、およびメモリからの回復
は、最小限にしなければならない。

【０００７】本発明の目的は、任意数の複数タスクがレ
ジスタを共用し、かつタスク切替えのオーバヘッドを少
なくする技術を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、次のようにした。

【０００９】（１）タスク毎に各タスクが使用するレジ
スタを指定でき、かつ、複数タスクで同一レジスタを共
用指定できる手段を持つ。

【００１０】（２）タスクが使用するレジスタを、他の
タスクが使用している場合最近使用していないレジスタ
をメモリに退避して使用する手段を持つ。

【００１１】

【作用】上記手段により、複数タスクで同一レジスタを
共用できるため、レジスタの使用効率を上げることがで
きる。また、レジスタ内容のメモリへの退避およびメモ
リからの回復のオーバヘッドは最小限となるため、タス
ク切替えのオーバヘッドを少なくすることができる。

【００１２】

【実施例】図２は、プロセッサにおける本発明の一実施
例のレジスタの使用方法を示す。本例では、レジスタ
は、レジスタｎｏベース２００をベースにした間接アド
レッシングで指定され、かつ、レジスタをレジスタｎｏ
下限２１０とレジスタｎｏ上限２２０のペアで複数のレ
ジスタ群（以降、レジスタバンクという）に分けること
ができる。このようなレジスタの間接アドレッシングお
よびレジスタのバンク分けを行っているシステムでは、
本発明におけるタスク毎のレジスタのバンク分け、タス
ク毎のレジスタ切替えを容易に実現できる。

【００１３】レジスタｎｏ下限２１０とレジスタｎｏ上
限２２０は、タスク毎のレジスタバンクがオーバフロー
した場合のレジスタの内容のメモリへの退避、レジスタ
バンクに空きができた場合のレジスタの内容のメモリか
らの回復を行うために使用される。レジスタは、レジス
タｎｏ下限２１０が示す若番のレジスタｎｏから順次レ
ジスタｎｏベース２００を更新して使用する。レジスタ
ｎｏベース２００がレジスタｎｏ上限２２０を越えた場
合、タスク毎のレジスタバンクがオーバフローしたと判
断し、必要なレジスタ数をレジスタｎｏ下限２１０が示
す若番のレジスタｎｏから順次メモリへ退避し、レジス
タｎｏ下限２１０を更新する。タスクの処理終了後タス
クが使用したレジスタｎｏがレジスタｎｏ下限２１０以
下である場合、レジスタのメモリへの退避が行われたと
判断し、これをメモリから回復する。

【００１４】図３は、本発明の一つの適用システムであ
るマルチメディア通信システムである。本システムは、
データ，音声，動画を転送するシステムであり、具体的
な適用例として、テレビ電話／会議システム，マルチメ
ディアデータベース検索システムがある。本例では、Ｉ
ＳＤＮ網(Integrated Services Digital Network：サー
ビス総合ディジタル網）３００に接続する通信局Ａと通
信局Ｂ間でテレビ電話で対話しつつ、記憶装置３０４に
蓄積されているマルチメディアデータを検索する。これ
を実現するには、通信装置３０１に、データ，音声，動
画を転送する処理が必要である。また、マルチメディア
データベース検索における音声，動画をリアルタイムに
転送するため、データ転送より処理の優先度を高くしな
ければならない。本発明は、このように複数の処理があ
り、かつ処理間に優先度が存在するシステムに適用した
場合、有効であり、効率的に処理を行うことができる。

【００１５】図４は、通信装置３０１のソフトウェア構
造である。通信装置３０１は、ユーザ４０１（通信局の
オペレータまたはアプリケーションプログラム）からデ
ータ，音声、または動画送信要求を受けると、各データ
をＩＳＤＮ網３００へ送信する。また、ＩＳＤＮ網３０
０からデータ，音声、または動画を受信すると、通信装
置３０１は、ユーザ４０１へこれを通知する。

【００１６】これを実現するため、通信装置３０１の内
部は、図４で示すとおり、リアルタイムモニタ４０２，
ユーザ要求解析処理タスク４０３，ユーザ通知処理タス
ク４０４，データ送受信タスク４０５、音声送受信タス
ク４０６，動画送受信タスク４０７，回線送受信制御４
０８から構成される。リアルタイムモニタ４０２は、複
数タスクの切替えを行っている。

【００１７】ユーザ４０１からのデータ，音声、または
動画送信要求は、ユーザ要求解析処理タスク４０３で解
析され、各処理タスク（データ送受信タスク４０５，音
声送受信タスク４０６，動画送受信タスク４０７のいず
れか）を起動する。各処理タスクは、各データを記憶装
置３０４からＩＳＤＮ網３００へ送信する。また、ＩＳ
ＤＮ網３００からデータ，音声、または動画を受信する
と、回線送受信制御４０８がデータ種別を解析し、各処
理タスクを起動する。各処理タスクは、各データをＩＳ
ＤＮ網３００から受信し記憶装置３０４へ転送する。本
例では、音声，動画送受信タスクは、データ送受信タス
ク４０５より処理の優先度を高くすることにより、音
声，動画のリアルタイム転送を実現する。

【００１８】図５は、タスクが使用するレジスタの決定
のために使用するレジスタ管理テーブルである。これに
は、レジスタバンク定義テーブル５００，レジスタバン
クグループ定義テーブル５０１，タスクレジスタバンク
定義テーブル５０２，空きレジスタバンクグループ管理
テーブル５０３，空きレジスタバンクｎｏ管理テーブル
５０４の５種類である。レジスタバンク定義テーブル５
００は、レジスタを複数のレジスタバンクに分割定義す
るテーブルであり、各レジスタバンクのレジスタｎｏの
下限と上限を設定する。

【００１９】本例では、バンクｎｏ０，１は各々レジス
タｎｏ０〜３５，レジスタｎｏ３６〜７１のレジスタ３
６個、バンクｎｏ２はレジスタｎｏ７２〜１２７のレジ
スタ４６個を設定している。

【００２０】レジスタバンクグループ定義テーブル５０
１は、レジスタバンクを複数のレジスタバンクグループ
にグループ分けするテーブルであり、各レジスタバンク
グループのレジスタバンクの上限とレジスタバンク数を
設定する。

【００２１】本例では、レジスタ数３６個のレジスタバ
ンクｎｏ０と１をバンクグループｎｏ０に、レジスタ数
４６個のレジスタバンクｎｏ２をバンクグループｎｏ１
にしている。タスクレジスタバンクグループ定義テーブ
ル５０２は、各タスクが使用するバンクグループｎｏを
設定する。空きレジスタバンクグループ管理テーブル５
０３は、各レジスタバンクグループｎｏ毎に空きのレジ
スタバンク数を管理するためのテーブルである。レジス
タバンクｎｏ管理テーブル５０４は、レジスタバンクｎ
ｏ毎に、使用／未使用（レジスタバンクが空いている
か，使用中かを示す）、また、使用中の場合は、使用し
たタスクのタスク起動順序番号の最新番号を設定する。
レジスタバンクが使用中とは、タスクが起動してレジス
タバンクが割り付けられてから、タスクが処理を終了す
るまでの間であることを示し、具体的にはタスクが実行
中に中断したか、タスクが待ち状態であるためレジスタ
を使用していること示す。タスク起動順序番号は、タス
ク起動毎にカウントアップされる番号である。

【００２２】本発明は、タスク起動時、タスクが使用す
るレジスタバンクグループを他のタスクが使用している
場合、最近使用していないレジスタをメモリに退避して
使用するが、タスク起動順序番号はこのレジスタを決め
るために使用する。即ち、タスク起動順序番号が最若番
のレジスタが最近使用されていないと判断し、このレジ
スタをメモリに退避して使用する。これにより、レジス
タの内容のメモリへの退避、およびメモリからの回復が
少なくでき、タスク切替え時のオーバヘッドを小さく
し、システムの性能が向上する。

【００２３】図１は、タスクが使用するレジスタの決定
方法を示すフローチャートであり、リアルタイムモニタ
４０２がタスクを起動する際に実行する。

【００２４】 （１）タスクが使用するレジスタに空きがある場合 タスクを起動する際、タスクレジスタバンクグループ定
義テーブル５０２を参照し、タスクが使用するレジスタ
バンクグループを求め（ステップ１００）、さらに、空
きレジスタバンクグループ管理テーブル５０３のレジス
タバンクグループの空きレジスタバンク数を参照し、該
レジスタバンクグループに空きレジスタバンクがあるか
否かを判定する（ステップ１０１）。

【００２５】空きがある場合、レジスタバンクｎｏ管理
テーブル５０４の使用／未使用フィールドを参照し、未
使用のレジスタバンクｎｏをサーチし、レジスタバンク
ｎｏを使用レジスタバンクとする（ステップ１０２）。
さらに、レジスタバンクｎｏ管理テーブル５０４のレジ
スタバンクｎｏ対応にタスク起動順序番号を設定する。
同一レジスタ数の一つまたは複数のレジスタバンクを一
つのレジスタバンクグループとし、複数のタスクで使用
するように設定すれば、レジスタバンクグループは、複
数タスクで共用できる。

【００２６】 （２）タスクが使用するレジスタに空きがない場合 レジスタバンクｎｏ管理テーブル５０４のレジスタバン
クｎｏ対応のタスク起動順序番号を参照し、タスク起動
順序番号が最若番のレジスタバンクｎｏを使用レジスタ
バンクとする（ステップ１０３）。このように、タスク
起動順序番号が最若番のレジスタが最近使用されていな
いと判断し、このレジスタの内容をメモリに退避して使
用することにより、レジスタの内容のメモリへの退避、
およびメモリからの回復が少なくでき、タスク切替え時
のオーバヘッドは小さくなる。

【００２７】タスクが使用するレジスタバンクが決まる
と、レジスタバンクｎｏ管理テーブル５０４のレジスタ
バンクｎｏ対応に、タスク起動順序番号を設定する。

【００２８】図６は、本発明が有効となるタスク切替え
のタイムチャートおよびレジスタの決定方法の一例を示
す。本例の動作条件は、（１）データ送信タスク，ユー
ザ要求タスク，音声タスクは、同一レジスタバンクグル
ープ（レジスタバンク数は二つ）を使用する、（２）タ
スクプライオリティは、高い順に音声タスク，ユーザ要
求タスク，データ送信タスクである、（３）各タスク
は、タスクへの要求を一つずつ処理し、処理終了後は、
待ち状態にある、の三点である。

【００２９】本例の動作シーケンスは、データ送信タス
クが動作中に、ユーザから要求割込みが発生しユーザ要
求タスクが動作し（この時点で、データ送信タスク，ユ
ーザ要求タスクが既にレジスタバンクを二つ使用してお
り、バンクグループに空きレジスタバンクはない）、音
声データ送信のユーザ要求は二つであったため、ユーザ
要求タスクと音声送信タスクが２回連続して動作した場
合である。

【００３０】レジスタの決定は、音声送信タスクが最初
に起動された時(ステップ６００)、タスク起動順序番号
が最若番のレジスタバンクｎｏ０が図１の１０３に従っ
て割り付けられる。本例では、音声タスクが要求を一つ
処理終了すると、再度、ユーザ要求タスクが動作する
（ステップ６０１）。このように、タスク切替えが同一
のタスク間で繰り返される場合、最近使用されていない
レジスタ内容をメモリへ退避し使用する本発明を用いる
と、レジスタ内容のメモリへの退避回数が少なくなり、
性能が向上する。

【００３１】以上で示した実施例は、同一レジスタ数の
レジスタバンクを全て一つのレジスタバンクグループと
し、複数タスクで共用し、タスク起動時、タスクが使用
することを指定したレジスタバンクが他のタスクで使用
中であるとき、最近使用していないレジスタをメモリへ
退避し使用する例である。しかし、本方法では、リアル
タイム処理、例えば、マルチメディアデータベース検索
時、音声をリアルタイムに再生する処理を、使用レジス
タ数が異なる、複数タスクが実行する場合、各タスクが
使用するレジスタを、他のタスクが使用中なら、レジス
タの内容のメモリへの退避が発生しリアルタイム性が保
証できない。

【００３２】このような場合は、関連する処理を行う複
数のタスクを一つのタスクグループにし、タスクグルー
プ毎にレジスタの内容を保存する優先度を指定し、かつ
タスクグループ毎にメモリへの退避およびメモリからの
回復を行う方が効率的である。例えば、マルチメディア
データベース検索時、音声をリアルタイムに再生する場
合、この処理を行う複数タスクを一つのタスクグループ
とし、タスクグループの、レジスタの内容を保存する優
先度を高くする。また、検索開始時、これを処理する複
数タスクが使用する全てのレジスタを確保し、検索終了
時これを解放する。レジスタの内容を保存する優先度は
高いため、処理が開始されると、他のタスクに、このレ
ジスタが割り付けられることはなく、従って、レジスタ
の内容を退避しないため、処理のリアルタイム性は保証
できる。

【００３３】これを実現するため、図７に示すタスクグ
ループ管理テーブル７００を使用する。また、空きレジ
スタバンクｎｏ管理テーブル５０４のバンクｎｏ毎のフ
ィールドにタスクグループｎｏを設定するフィールドを
追加する。タスクグループ管理テーブル７００は、タス
クグループｎｏ毎に定義されるレジスタ内容の保存優先
度と、同じタスクグループに属する全てのタスクのタス
クＩＤを設定している。タスクグループの処理開始時、
まず、タスクグループ管理テーブル７００の各タスクＩ
Ｄに対応するバンクグループｎｏをタスクレジスタバン
ク定義テーブル５０２を参照して求める。

【００３４】次に、図１に示すフローチャートに従い、
使用するレジスタバンクｎｏを決める。空きレジスタバ
ンクがない場合(図１のステップ１０３を行っている部
分)、レジスタの内容を保存する優先度の判定を行う。
起動するタスクグループｎｏのレジスタ内容の保存優先
度と、空きレジスタバンクｎｏ管理テーブル５０４の使
用中のバンクｎｏに設定されたタスクグループｎｏのレ
ジスタ内容の保存優先度を比較し、レジスタの内容を保
存する優先度が低いバンクがあれば、このバンクを使用
する。なければステップ１０３を行う。決定したバンク
ｎｏはタスクグループ管理テーブル７００に設定する。
タスクグループの処理終了時、タスクグループ管理テー
ブル７００に設定された全てのレジスタバンクｎｏを未
使用にする。以上の方法により、使用するレジスタ数が
異なる、複数のタスクが処理をリアルタイムに行うこと
を可能にする。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、レジスタを効率的に使
用でき、かつ、タスク切替えのオーバヘッドは少ないた
め、システムの性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】タスクが使用するレジスタの決定方法を示すフ
ローチャート。

【図２】プロセッサにおけるレジスタの使用法のブロッ
ク図。

【図３】本発明の一つの適用システムであるマルチメデ
ィア通信システムのブロック図。

【図４】通信装置のソフトウェアのブロック図。

【図５】タスクが使用するレジスタの決定のために使用
するレジスタ管理テーブルの説明図。

【図６】本発明が有効となるタスク切替えのタイムチャ
ートおよびレジスタの決定方法の一例の説明図。

【図７】タスクをグループ分けし、この単位でレジスタ
を管理するために使用するタスクグループ管理用テーブ
ルの説明図。

【符号の説明】

２００…レジスタｎｏベース、２１０…レジスタｎｏ下
限、２２０…レジスタｎｏ上限。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 泰弘 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内 (72)発明者 星 徹 神奈川県川崎市麻生区王禅寺1099番地 株 式会社日立製作所システム開発研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数タスクが動作するマルチタスクシステ
   ムにおいて、任意数個のレジスタを一つのレジスタバン
   クとし、同一レジスタ数の一つまたは複数のレジスタバ
   ンクを一つのレジスタバンクグループとする手段、およ
   びタスク毎に各タスクが使用するレジスタバンクグルー
   プを指定する手段、タスク起動時タスク起動順序番号を
   カウントアップし、前記タスクが使用するレジスタバン
   ク毎に、前記タスクの起動順序番号を記憶する手段を持
   ち、タスク起動時に前記タスクが使用することを指定し
   たレジスタバンクグループの全レジスタバンクが他のタ
   スクで使用中である時、タスク起動順序番号が最若番の
   レジスタバンクのレジスタの内容をメモリへ退避し使用
   することを特徴とするレジスタの使用方法。
2. 【請求項２】請求項１において、関連する処理を行う複
   数のタスクを一つのタスクグループにし、前記タスクグ
   ループ毎にレジスタの内容を保存する優先度を指定する
   手段を持ち、前記タスクグループ毎にレジスタの内容の
   メモリへの退避およびメモリからの回復を行うレジスタ
   の使用方法。