WO2015152027A1 - 状態推定プロセッサおよび状態推定システム - Google Patents

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WO2015152027A1
WO2015152027A1 PCT/JP2015/059556 JP2015059556W WO2015152027A1 WO 2015152027 A1 WO2015152027 A1 WO 2015152027A1 JP 2015059556 W JP2015059556 W JP 2015059556W WO 2015152027 A1 WO2015152027 A1 WO 2015152027A1
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state
state estimation
information
processor
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松本　真人
加藤　智成
吉村　武浩
卓紀夫 山岡
裕介 佐々木
真伍 濱口
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株式会社メガチップス
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a technique for estimating the state of an object in a terminal device or the like. More specifically, the present invention relates to a technique for suppressing power consumption of a terminal device when estimating a state of an object.
  • the invention of claim 1 is a state estimation processor, based on interface means for obtaining detection information obtained by an external detection device, and detection information obtained by the interface means.
  • Computing means for estimating the state of the object and generating state information wherein the computing means processes a plurality of pieces of information with one instruction and includes a single precision floating point arithmetic unit.
  • the interface means outputs the state information generated by the computing means to an external computer.
  • the invention of claim 2 is the state estimation processor according to the invention of claim 1, wherein the calculation means estimates the state of the object using a Kalman filter for the detection information, and obtains the state information. Generate.
  • the invention of claim 3 is the state estimation processor according to the invention of claim 1, wherein the calculation means processes information on six or more axes in parallel based on the detection information.
  • the invention of claim 4 is the state estimation processor according to the invention of claim 3, wherein the calculation means processes information of 9 axes or more in parallel based on the detection information.
  • the invention of claim 5 is a state estimation processor according to the invention of claim 4, wherein the calculation means processes information on 12 or more axes in parallel based on the detection information.
  • a sixth aspect of the present invention is the state estimation processor according to the first aspect of the present invention, wherein the processor is between the first operation mode and the second operation mode with lower power consumption than the first operation mode.
  • the apparatus further includes switching means for switching the operation mode of the calculation means, and the calculation means generates the state information in the first operation mode.
  • the invention according to claim 7 is a state estimation system, comprising: a detection device that acquires detection information; a state estimation processor connected to the detection device; a first operation mode; and the first operation mode. And a second operation mode with low power consumption, and a main processor that generates output information based on the state information generated by the state estimation processor in the first operation mode,
  • the state estimation processor Comprises: interface means for obtaining detection information obtained by the detection device; and computing means for estimating the state of the object based on the detection information obtained by the interface means and generating state information
  • the arithmetic means includes SIMD type arithmetic processing means that processes a plurality of information with one instruction and includes a single-precision floating point arithmetic unit.
  • the interface means outputs the state information generated by the computing means to the main processor, and the main processor performs the first operation according to the timing when the state information is input from the interface means. Enter mode.
  • the invention of claim 8 is the state estimation system according to the invention of claim 7, wherein the state estimation processor is a third operation mode and a fourth power consumption is smaller than that of the third operation mode.
  • the apparatus further comprises switching means for switching the operation mode of the calculation means between the operation modes.
  • the invention according to claim 9 is the state estimation system according to the invention of claim 8, wherein the switching means is configured to respond to a request from the main processor in the third operation mode and the fourth operation. Switch the operation mode between modes.
  • the invention of claim 10 is the state estimation system according to the invention of claim 9, wherein the state estimation processor is configured to execute the third operation mode from the fourth operation mode in response to a request from the main processor.
  • the detection device is activated when the operation mode is switched.
  • the invention of claim 11 is the state estimation system according to the invention of claim 8, wherein the switching means is configured to perform the third operation mode and the fourth operation according to detection information from the detection device.
  • the operation mode of the computing means is switched between operation modes.
  • the invention of claim 12 is the state estimation system according to the invention of claim 11, wherein the switching means continues a state in which a change in detection information from the sensor is equal to or less than a threshold value for a predetermined time. If so, switch to the fourth operating mode.
  • the invention of claim 13 is the state estimation system according to the invention of claim 12, further comprising a timer for determining a timing for returning the computing means from the fourth operation mode to the third operation mode.
  • the interface means has no change in the state of the object if the change in the detection information from the detection device is less than or equal to a threshold when the arithmetic means is returned to the third operation mode by the timer. Is output to the main processor, and the switching means shifts the computing means to the fourth operation mode.
  • the invention of claim 14 is the state estimation system according to the invention of claim 13, wherein the interface means changes the state of the object when the main processor is in the second operation mode. It is prohibited to output to the main processor that there is nothing.
  • the invention of claim 15 is the state estimation system according to the invention of claim 11, wherein the change in the detection information from the detection device is greater than a threshold value when the computing means is in the fourth operation mode.
  • the switching unit sets the calculation unit to the third operation mode.
  • the inventions of claims 1 to 15 comprise calculation means for estimating the state of the object based on the detection information acquired by the interface means and generating the state information.
  • the calculation means obtains a plurality of information with one command.
  • SIMD type arithmetic processing means including a single precision floating point arithmetic unit is provided, and the interface means outputs state information generated by the arithmetic means to an external computer. Thereby, power consumption can be suppressed.
  • FIG. 1 is a diagram showing a state estimation system 1.
  • the state estimation system 1 includes one or more sensors 2, an MPU (Micro-Processing Unit) 3, and a CPU 4.
  • MPU Micro-Processing Unit
  • the state estimation system 1 will be described as being incorporated in a mobile terminal device (for example, a smartphone, a mobile phone, or a PDA) that is carried by the user.
  • a mobile terminal device for example, a smartphone, a mobile phone, or a PDA
  • the sensor 2 is a detection device that generates detection information 10 by detecting information about the surrounding environment, information about movement, and the like.
  • a temperature sensor, a humidity sensor, an illuminance sensor, an atmospheric pressure sensor, a contact sensor, an acceleration sensor, a gyro sensor, a magnetic sensor, or the like is assumed, but is not limited thereto. Further, the state estimation system 1 does not have to include all the sensors listed here.
  • the state estimation system 1 estimates the state (action) of the user and generates the output information 12. Therefore, the sensor 2 is described as including an acceleration sensor, a gyro sensor, and a magnetic sensor in order to detect a physical quantity necessary for estimating the user's behavior.
  • the estimated user behavior a walking state, a stationary state, a talking state, a browsing state, a boarding state, or the like is assumed.
  • Each sensor 2 is connected to the MPU 3 as shown in FIG. And the detection information 10 acquired by each sensor 2 is output toward MPU3.
  • the MPU 3 includes a DSP (Digital Signal Processor) 30, a RAM 31, a timer 32, and an interface unit 33.
  • DSP Digital Signal Processor
  • the DSP 30 is an arithmetic circuit that reads an instruction stored in the RAM 31 and operates according to the instruction.
  • the instruction executed in the DSP 30 is expressed as 64-bit data configured to correspond to three parallel VLIWs (Very Long Instruction Word). That is, the DSP 30 can execute three real instructions in one cycle (details will be described later). It is assumed that the instruction is analyzed by a decoder (not shown) and written in the RAM 31.
  • the DSP 30 reads the value of each sensor 2 in response to an interrupt signal (hereinafter referred to as “detection timing signal”) input from the timer 32. That is, the DSP 30 has a function of acquiring the detection information 10 acquired by the sensor 2 by the interface unit 33 and storing it in the RAM 31.
  • detection timing signal an interrupt signal
  • the DSP 30 estimates the state of the object based on the detection information 10 stored in the RAM 31 and generates the state information 11. However, details of the DSP 30 will be described later.
  • the RAM 31 is a storage device used as a working area of the DSP 30, and is used for storing various information.
  • the RAM 31 stores the state information 11 generated by the DSP 30.
  • the RAM 31 also stores detection information 10 acquired from each sensor 2.
  • the RAM 31 is illustrated as a single configuration for simplification, but the RAM 31 is generally configured by a plurality of storage devices.
  • the information read from the RAM 31 is always shown through the DSP 30, but the RAM 31 includes a storage area (storage device) that can be referred to by the CPU 4, and the CPU 4 does not go through the DSP 30. Desired information can be read out from.
  • the timer 32 generates a detection timing signal periodically (100 [Hz] in the example shown here) and outputs the detection timing signal to the DSP 30 via the interface unit 33.
  • the DSP 30 reads the value of each sensor 2 and stores it in the RAM 31 as the detection information 10.
  • the interface unit 33 is connected to each sensor 2. As shown in FIG. 1, the sensor 2 is connected to the MPU 3 in a parallel state or a serial state.
  • the interface unit 33 is connected to the CPU 4. As described above, the interface unit 33 has a function of connecting the MPU 3 to each sensor 2 and the CPU 4. Thereby, the interface unit 33 has a function of acquiring the detection information 10 acquired by the sensor 2 and outputting the state information 11 generated by the DSP 30 to the CPU 4.
  • the MPU 3 has a function of generating the state information 11 based on the detection information 10 acquired by the sensor 2 and outputting it to the CPU 4. That is, the MPU 3 corresponds to a state estimation processor in the present invention, and details will be described later.
  • the CPU 4 functions as a main processor in the mobile terminal device. Although details are omitted, the CPU 4 communicates with a storage device, an operation unit such as keys and buttons, a display unit such as a liquid crystal display, a speaker that outputs sound, a microphone that converts sound into an electrical signal, and an external device. A communication unit or the like is connected as appropriate.
  • the CPU 4 reads and executes a program stored in a storage device (not shown) to perform various data calculations and control signal generation. Thereby, CPU4 has the function which calculates and produces various data while controlling the other structure with which MPU3 and a portable terminal device are provided.
  • the CPU 4 outputs a DSP activation signal to the MPU 3 in response to activation of a predetermined application (for example, a route guidance application). Conversely, a DSP suppression signal is output to the MPU 3 in accordance with the timing of ending the predetermined application. Further, the CPU 4 generates output information 12 based on the state information 11 input from the MPU 3. Further, the CPU 4 provides the output information 12 to the user by outputting the output information 12 to a display unit (not shown).
  • a predetermined application for example, a route guidance application.
  • a DSP suppression signal is output to the MPU 3 in accordance with the timing of ending the predetermined application.
  • the CPU 4 generates output information 12 based on the state information 11 input from the MPU 3. Further, the CPU 4 provides the output information 12 to the user by outputting the output information 12 to a display unit (not shown).
  • the CPU 4 has a CPU normal operation mode and a CPU suppression operation mode that consumes less power than the CPU normal operation mode.
  • the CPU suppression operation mode is an operation mode called a so-called sleep mode or the like, and is an operation mode in which only some limited circuits in the CPU 4 are operating.
  • the operation mode is switched from the CPU suppression operation mode to the CPU normal operation mode in accordance with the CPU activation signal output from the MPU 3.
  • the operation mode is switched from the CPU normal operation mode to the CPU suppression operation mode in accordance with the CPU suppression signal output from the MPU 3.
  • the CPU 4 does not enter the suppression operation mode when another application or the like is being executed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing the circuit configuration of the DSP 30.
  • the DSP 30 includes a load / store unit 300, two registers 301 and 302, two arithmetic logic units 303 and 304, four single-precision floating-point arithmetic units 305, and a switching unit 306. Yes.
  • the load / store unit 300 reads data from the RAM 31 and stores it in the registers 301 and 302. Further, the load / store unit 300 stores the data stored in the registers 301 and 302 in the RAM 31. The load / store unit 300 sets the instruction read from the RAM 31 in the arithmetic logic units 303 and 304. Further, when the value stored in the register 301 is a pointer value, the load / store unit 300 also has a function of specifying and reading data stored in the RAM 31 according to the pointer value.
  • the registers 301 and 302 are storage devices that temporarily store data.
  • the registers 301 and 302 store data read from the RAM 31, values obtained by the arithmetic logic units 303 and 304, and the like.
  • the arithmetic logic unit 303 is an integer arithmetic unit that performs a predetermined operation on the data stored in the register 301 in accordance with an instruction input from the load / store unit 300. A value calculated by the arithmetic logic unit 303 is stored in the register 301. The arithmetic logic unit 303 is used, for example, to calculate a pointer value for reading desired data from the RAM 31.
  • the arithmetic logic unit 304 is configured as a SIMD type arithmetic unit including four single precision floating point arithmetic units 305.
  • the arithmetic logic unit 304 executes one instruction in parallel for one cycle with respect to data (that is, a plurality of data) set in each of the four single-precision floating-point arithmetic units 305. Can do.
  • the value calculated by the arithmetic logic unit 304 is stored in the register 302 and stored in the RAM 31 by the load / store unit 300.
  • the switching unit 306 has a function of switching the operation mode of the DSP 30 between the first operation mode and the second operation mode that consumes less power than the first operation mode.
  • the DSP 30 has a normal operation mode and a suppression operation mode that consumes less power than the normal operation mode as operation modes.
  • the switching unit 306 switches the operation mode of the DSP 30 from the normal operation mode to the suppression operation mode according to the DSP suppression signal input from the interface unit 33.
  • the DSP suppression signal is input via the interface unit 33 as an interrupt signal from some or all of the sensors 2 and the CPU 4. Further, the DSP 30 may switch itself to the suppression operation mode.
  • the switching unit 306 switches the operation mode of the DSP 30 from the suppression operation mode to the normal operation mode in accordance with the DSP activation signal input from the interface unit 33.
  • the DSP activation signal is input via the interface unit 33 as an interrupt signal from some or all of the sensors 2 and the CPU 4.
  • the detection timing signal from the timer 32 may function as a DSP activation signal.
  • control unit of the switching unit 306 is illustrated as if it is only the load / store unit 300, but this is simply illustrated for convenience of illustration, and the switching unit 306 is illustrated. Performs switching control for necessary components (circuits) of the components included in the DSP 30.
  • DSP30 performs the calculation process (process which calculates
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing data processed by the DSP 30.
  • “A”, “B”, “C”, and “D” shown in FIG. 3 indicate a group of data.
  • “A” is the output of a triaxial acceleration sensor
  • “Ax” is the value of the X-axis component of acceleration
  • “Ay” is the value of the Y-axis component of acceleration
  • “Az” is the acceleration Is the value of the Z-axis component.
  • “B” is the output of the triaxial gyro sensor
  • “Bx” is the value of the X-axis component of the angular velocity
  • “By” is the value of the Y-axis component of the angular velocity
  • “Bz” is the angular velocity. Is the value of the Z-axis component.
  • C is the output of the 3-axis magnetic sensor
  • Cx is the value of the X-axis component of the magnetic vector
  • Cy is the value of the Y-axis component of the magnetic vector
  • Cz Is the value of the Z-axis component of the magnetic vector.
  • D is a correction value of the bias of the triaxial gyro sensor
  • Dx is a correction value of the X-axis component of the angular velocity
  • Dy is a correction value of the Y-axis component of the angular velocity
  • Dz is a correction value of the Z-axis component of the angular velocity.
  • the bias correction value of the gyro sensor is not the detection information 10 obtained directly from the sensor 2. Since various techniques conventionally proposed can be applied to the technique for obtaining the correction value of the bias of the gyro sensor, a specific description is omitted here.
  • the DSP 30 processes the 12-axis information by dividing it into ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3, and ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3.
  • FIG. 4 is a diagram comparing a case where 12-axis information is sequentially processed and a case where the DSP 30 processes 12-axis information. Note that in FIG. 4, detailed explanations of the detailed calculations are omitted, and the process is shown as a conceptual diagram only so that the features of the DSP 30 can be easily understood.
  • the ⁇ 0 (Ax) data is loaded from the RAM 31 in the first cycle, the pointer is calculated for the next data in the second cycle, After multiplication in 3 cycles, the result is stored in the RAM 31 in the fourth cycle. Therefore, 48 cycles are required to complete the processing for all the 12-axis information.
  • the instruction set corresponds to three parallel VLIWs. Therefore, the DSP 30 can execute three actual instructions in one cycle.
  • the arithmetic logic unit 304 is a SIMD type arithmetic unit, and includes four single-precision floating point arithmetic units 305 as execution units. Therefore, the DSP 30 can execute one instruction (for example, multiplication instruction) for four pieces of data in one cycle in the arithmetic logic unit 304.
  • ⁇ ( ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) is read in the first cycle
  • ⁇ ( ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) is read in the second cycle.
  • the pointer is calculated by the logic unit 303.
  • the arithmetic logic unit 303 calculates the pointer
  • the arithmetic logic unit 304 calculates ⁇ ( ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3). Perform multiplication.
  • the pointer is calculated by the arithmetic logic unit 303 while ⁇ ( ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) is written to the RAM 31, and ⁇ ( ⁇ 0, ⁇ 1, ⁇ 2, ⁇ 3) is calculated by the arithmetic logic unit 304. ) Multiplication.
  • the DSP 30 can complete the process in six cycles. Therefore, the operating frequency of the MPU 3 (DSP 30) can be lowered as compared with the case where the main CPU sequentially performs processing as in the prior art.
  • the DSP 30 can suppress power consumption compared to a conventional microcomputer. Note that a general microcomputer requires an operating frequency of about 80 [MHz] for such processing, but the DSP 30 can process at about 7 [MHz].
  • the floating-point arithmetic unit is characterized in that the circuit scale of the arithmetic unit itself is smaller than that of the fixed-point arithmetic unit.
  • general-purpose microcomputers often use fixed-point arithmetic units rather than floating-point arithmetic units. This is because in the calculation by the floating point arithmetic unit, the position of the decimal point has to be determined, the calculation depth becomes deep, and an additional circuit for this purpose is required separately. That is, as a result, there is a situation in which the circuit scale as a whole becomes smaller when the fixed-point arithmetic unit is employed.
  • the DSP 30 can reduce the circuit scale by adopting the single precision floating point arithmetic unit 305 as compared with the case where the fixed point arithmetic unit is adopted.
  • the Kalman filter used for sensor fusion has a characteristic that the dynamic range of parameters is wide. Therefore, in order to maintain a calculation accuracy equivalent to that of the single-precision floating-point arithmetic unit 305 (16 bits) using a fixed-point arithmetic unit, it is necessary to prepare a 64-bit arithmetic unit, which increases the circuit scale. . That is, when the DSP 30 performs an operation using the Kalman filter, the effect of employing the single precision floating point arithmetic unit 305 becomes more remarkable.
  • FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the MPU 3.
  • the state estimation system 1 mobile terminal device
  • the MPU 3 enters a standby state after executing predetermined initial settings.
  • the standby state may be either the normal operation mode or the suppression operation mode.
  • the MPU 3 has received a DSP suppression signal (step S1), has reached a detection timing (step S5), has received a DSP activation signal (step S11), and has an operation timing arrived? (Step S15) is monitored.
  • the MPU 3 determines Yes in step S1, and confirms the transmission source of the DSP suppression signal (step S2).
  • Step S2 When the transmission source of the DSP suppression signal is the CPU 4 (Yes in Step S2), the MPU 3 stops the sensor 2 (Step S3). Then, the switching unit 306 switches the operation mode of the DSP 30 to the DSP suppression mode (step S4).
  • step S4 when step S4 is executed, the DSP 30 thereafter enters the suppression operation mode, and the power consumption is suppressed as compared to the normal operation mode. In addition, if step S4 is performed, MPU3 will return to a standby state.
  • the state estimation system 1 further suppresses power consumption by stopping sensing by the sensor 2.
  • step S3 when step S3 is executed, the MPU 3 (switching unit 306) may stop the timer 32 since there is no need to read the output of the sensor 2 thereafter. Further, in step S3, the state estimation system 1 (MPU 3) may be configured not to stop all the sensors 2 but to select according to the situation.
  • the MPU 3 skips Step S3 and executes Step S4.
  • the DSP 30 thereafter enters the suppression operation mode and returns to the standby state.
  • the CPU 4 can be regarded as requiring the state information 11. Therefore, in this case, it is preferable to continue sensing by the sensor 2 without stopping the sensor 2.
  • the case where the transmission source of the DSP suppression signal is not the CPU 4 may be a case where the sensor 2 is the transmission source or a case where the DSP 30 itself attempts to switch itself to the suppression operation mode.
  • step S5 when the detection timing arrives (Yes in step S5), the timer 32 outputs the detection timing signal to the DSP 30 as an interrupt signal (step S6).
  • step S6 the MPU 3 reads the output of each sensor 2 (step S7).
  • the detection information 10 is stored in the RAM 31.
  • the MPU 3 compares the output value of the sensor 2 read in step S7 with the output value of the sensor 2 read when the previous step S7 is executed, and whether or not the difference is equal to or less than a threshold value. Is determined (step S8).
  • step S8 the MPU 3 further determines whether or not such a state continues for a predetermined period (step S9).
  • step S9 the difference between the output value of sensor 2 read in step S7 and the output value of sensor 2 read when step S7 was executed last time is below a threshold value continues for a predetermined period. If so, the MPU 3 notifies the CPU 4 that the state has not changed (step S10). When step S10 is executed, the switching unit 306 causes the DSP 30 to shift to the suppression operation mode (step S4).
  • the state estimation system 1 switches the DSP 30 to the suppression operation mode when the state in which the change is poor continues for a predetermined period, thereby reducing the power consumption. Can be suppressed.
  • Each sensor 2 may determine whether or not the change in the detection information 10 is scarce and notify the MPU 3 together with the detection information 10.
  • step S8 if the answer is No in either step S8 or step S9, the MPU 3 returns to the standby state without executing step S10.
  • Step S11 when a DSP activation signal is received (Yes in Step S11), the switching unit 306 switches the DSP 30 to the normal operation mode (Step S12). As a result, the DSP 30 returns to the normal operation mode.
  • step S12 the MPU 3 determines whether or not the sensor 2 is stopped (step S13), and when there is a stopped sensor 2, activates the sensor (step S14). As a result, the stopped sensor 2 is restored. In the case of No in step S13 or when step S14 is executed, the MPU 3 returns to the standby state.
  • step S15 when the calculation timing comes (Yes in step S15), the DSP 30 executes a predetermined calculation to estimate the user's state and generates the state information 11 (step S16).
  • the arrival of the operation timing may be determined periodically by providing a dedicated timer in the MPU 3, or it may be determined that the operation timing has arrived when an output request for the state information 11 is received from the CPU 4. .
  • the state information 11 is stored in the RAM 31 by executing step S16.
  • the switching unit 306 switches the DSP 30 to the normal operation mode before step S16 is executed.
  • step S16 When step S16 is executed, the MPU 3 (interface unit 33) outputs the newly created state information 11 to the CPU 4 (step S17).
  • the CPU 4 receives the state information 11 by executing step S17. Therefore, the CPU 4 that has received the state information 11 creates output information 12 based on the state information 11.
  • the MPU 3 When executing step S17, if the CPU 4 is in the CPU suppression operation mode, the MPU 3 outputs a CPU activation signal to the CPU 4 before executing step S17.
  • step S17 the switching unit 306 once switches the DSP 30 to the suppression operation mode (step S18).
  • the switching unit 306 shifts the DSP 30 to the suppression operation mode. Thereby, power consumption can be further suppressed.
  • step S18 the MPU 3 returns to the standby state.
  • the MPU 3 estimates the state of the object based on the interface unit 33 that acquires the detection information 10 acquired by the external sensor 2, and the detection information 10 acquired by the interface unit 33.
  • the DSP 30 processes a plurality of information with one instruction, and includes an arithmetic logic unit 304 corresponding to a SIMD type operation including a single precision floating point arithmetic unit 305.
  • the status information 11 generated by the DSP 30 is output to the external CPU 4.
  • the MPU 3 can lower the frequency of the DSP 30 and can reduce the circuit scale as compared with the case where a fixed-point arithmetic unit is employed. Therefore, power consumption can be suppressed.
  • the DSP 30 produces a state information 11 by estimating the state of the object using the Kalman filter with respect to the detection information 10, and thus has a higher effect than a processor including a fixed point arithmetic unit.
  • the DSP 30 processes information on 6 axes or more, preferably 9 axes or more, and more preferably 12 axes or more in parallel based on the detection information 10. In this way, by processing the information on the multi-axis that occurs at the same time, a higher effect can be obtained.
  • the MPU 3 further includes a switching unit 306 that switches the operation mode of the DSP 30 between the normal operation mode and the suppression operation mode in which the power consumption is smaller than that of the normal operation mode.
  • the DSP 30 stores the state information 11 in the normal operation mode. Generate. Thereby, for example, in a period when the state information 11 is not created, the operation mode can be switched to the suppression operation mode, and power consumption can be further suppressed.
  • the switching unit 306 switches the operation mode between the normal operation mode and the suppression operation mode in response to a request from the CPU 4.
  • the MPU 3 can be operated according to the activated application. Therefore, the MPU 3 can be used efficiently.
  • the MPU 3 activates the sensor 2 when switching from the suppression operation mode to the normal operation mode in response to a request from the CPU 4 (DSP activation signal). Thereby, when the CPU 4 desires the state information 11, the sensor 2 can be activated and the detection information 10 can be obtained.
  • the switching unit 306 switches the operation mode of the DSP 30 between the normal operation mode and the suppression operation mode according to the detection information 10 from the sensor 2.
  • the switching unit 306 switches to the suppression operation mode when a state in which the change in the detection information 10 from the sensor 2 is equal to or less than a threshold continues for a predetermined time.
  • the switching unit 306 causes the DSP 30 to enter the normal operation mode according to the DSP activation signal from the sensor 2. To do. Thereby, when there is a high possibility that the state of the object has changed, the DSP 30 promptly shifts to the normal operation mode and estimates the state of the object, thereby promptly changing the state of the object. Can be notified.
  • step S7 when step S7 is executed and new detection information 10 is stored in the RAM 31, the state information 11 may be generated by executing step S16, and the state information 11 may be output by executing step S17.
  • the single precision floating point arithmetic unit 305 is used.
  • the present invention is not limited to “single precision”.
  • a double precision floating point arithmetic unit may be used.
  • a timer for determining the timing for returning the DSP 30 from the suppression operation mode to the normal operation mode may be further provided.
  • the interface unit 33 detects the target object.
  • the fact that there is no change in the state may be output to the CPU 4, and the switching unit 306 may cause the DSP 30 to shift to the suppression operation mode.
  • creation of the status information 11 by the DSP 30 can be avoided, and the control mode can be shifted to the suppression operation mode in a shorter time than when the status information 11 is generated again. This is particularly effective when the CPU 4 periodically requests the status information 11 and there is no change in the status.
  • the interface unit 33 indicates that there is no change in the state of the object and the state information 11. It may be prohibited to output the output. Thereby, it can suppress starting CPU4 wastefully, and also can suppress power consumption.
  • the MPU 3 may be provided with a user interface, and a liquid crystal panel or the like may be connected to the MPU 3.
  • the example is described in which the state of the user is estimated with the object as the user.
  • the object is not limited to the user, and may be a mobile terminal device (state estimation system 1), for example.
  • the estimated state is assumed to be a posture, a stationary state, or a portable state (such as hand shaking or fixation).

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Abstract

　外部のセンサに接続されたＭＰＵに、当該外部のセンサにより取得された検出情報１０を取得するインターフェース部３３と、インターフェース部３３により取得された検出情報１０に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報１１を生成するＤＳＰ３０とを設ける。また、ＤＳＰ３０には、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器３０５を備えるＳＩＭＤ型演算に対応した演算論理ユニット３０４を設ける。そして、インターフェース部３３は、ＤＳＰ３０により生成された状態情報１１を外部のメインプロセッサに向けて出力する。

Description

状態推定プロセッサおよび状態推定システム
　本発明は、端末装置などにおいて対象物の状態を推定する技術に関する。より詳細には、対象物の状態を推定するときの端末装置の消費電力を抑制する技術に関する。
　従来より、人に携帯される端末装置にセンサを設けて、当該センサによって検出された値に基づいて当該端末装置を携帯する人の行動状態や当該端末装置の状態などを推定する技術が知られている。このような技術の応用分野として、例えば、ＰＤＲ（Pedestrian Dead Reckoning）などが知られている。
特許第４２４３６８４号公報
　ところが、対象物の状態を推定しつつ、何らかのアクションを起こすアプリケーションにおいては、常時、対象物を観測し続ける必要がある。したがって、状態を推定するための基礎となる観測値を検出するセンサは、常時、稼働し続けなければならないという事情がある。そして、センサによって常時取得される観測値を処理するプロセッサも、休むことなく稼働し続けなければならず、消費電力が増大するという問題があった。特に、携帯される端末装置においては、電源が充電池に限られることから、消費電力の抑制に対する要請は高いものがある。
　上記の課題を解決するため、請求項１の発明は、状態推定プロセッサであって、外部の検出装置により取得された検出情報を取得するインターフェース手段と、前記インターフェース手段により取得された検出情報に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報を生成する演算手段とを備え、前記演算手段は、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器を備えるＳＩＭＤ型演算処理手段を備え、前記インターフェース手段は、前記演算手段により生成された状態情報を外部のコンピュータに向けて出力する。
　また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る状態推定プロセッサであって、前記演算手段は、前記検出情報に対してカルマンフィルタを用いて前記対象物の状態を推定して状態情報を生成する。
　また、請求項３の発明は、請求項１の発明に係る状態推定プロセッサであって、前記演算手段は、前記検出情報に基づいて６軸以上の情報を並列に処理する。
　また、請求項４の発明は、請求項３の発明に係る状態推定プロセッサであって、前記演算手段は、前記検出情報に基づいて９軸以上の情報を並列に処理する。
　また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る状態推定プロセッサであって、前記演算手段は、前記検出情報に基づいて１２軸以上の情報を並列に処理する。
　また、請求項６の発明は、請求項１の発明に係る状態推定プロセッサであって、第１の動作モードと前記第１の動作モードよりも消費電力の小さい第２の動作モードとの間で前記演算手段の動作モードを切り替える切替手段をさらに備え、前記演算手段は、前記第１の動作モードにおいて前記状態情報を生成する。
　また、請求項７の発明は、状態推定システムであって、検出情報を取得する検出装置と、前記検出装置に接続される状態推定プロセッサと、第１の動作モードと前記第１の動作モードよりも消費電力の小さい第２の動作モードとを有し、前記第１の動作モードにおいて前記状態推定プロセッサにより生成された状態情報に基づいて出力情報を生成するメインプロセッサとを備え、前記状態推定プロセッサは、前記検出装置により取得された検出情報を取得するインターフェース手段と、前記インターフェース手段により取得された検出情報に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報を生成する演算手段とを備え、前記演算手段は、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器を備えるＳＩＭＤ型演算処理手段を備え、前記インターフェース手段は、前記演算手段により生成された状態情報を前記メインプロセッサに向けて出力し、前記メインプロセッサは、前記インターフェース手段から状態情報が入力されるタイミングに応じて、前記第１の動作モードに移行する。
　また、請求項８の発明は、請求項７の発明に係る状態推定システムであって、前記状態推定プロセッサは、第３の動作モードと前記第３の動作モードよりも消費電力の小さい第４の動作モードとの間で前記演算手段の動作モードを切り替える切替手段をさらに備える。
　また、請求項９の発明は、請求項８の発明に係る状態推定システムであって、前記切替手段は、前記メインプロセッサからの要求に応じて、前記第３の動作モードと前記第４の動作モードとの間で動作モードを切り替える。
　また、請求項１０の発明は、請求項９の発明に係る状態推定システムであって、前記状態推定プロセッサは、前記メインプロセッサからの要求に応じて、前記第４の動作モードから前記第３の動作モードに切り替わったときに前記検出装置を起動する。
　また、請求項１１の発明は、請求項８の発明に係る状態推定システムであって、前記切替手段は、前記検出装置からの検出情報に応じて、前記第３の動作モードと前記第４の動作モードとの間で前記演算手段の動作モードを切り替える。
　また、請求項１２の発明は、請求項１１の発明に係る状態推定システムであって、前記切替手段は、前記センサからの検出情報における変化が閾値以下となっている状態が所定の時間継続した場合に、前記第４の動作モードに切り替える。
　また、請求項１３の発明は、請求項１２の発明に係る状態推定システムであって、前記演算手段を前記第４の動作モードから前記第３の動作モードに復帰させるタイミングを決定するタイマをさらに備え、前記タイマにより前記演算手段が前記第３の動作モードに復帰したときに、前記検出装置からの検出情報における変化が閾値以下であれば、前記インターフェース手段は前記対象物の状態に変化がないことを前記メインプロセッサに向けて出力し、前記切替手段は演算手段を第４の動作モードに移行させる。
　また、請求項１４の発明は、請求項１３の発明に係る状態推定システムであって、前記メインプロセッサが前記第２の動作モードのときにおいて、前記インターフェース手段は、前記対象物の状態に変化がないことを前記メインプロセッサに出力することを禁止される。
　また、請求項１５の発明は、請求項１１の発明に係る状態推定システムであって、前記演算手段が前記第４の動作モードのときにおいて、前記検出装置からの検出情報における変化が閾値より大きい状態となった場合に、前記切替手段が前記演算手段を前記第３の動作モードとする。
　請求項１ないし１５の発明は、インターフェース手段により取得された検出情報に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報を生成する演算手段を備え、演算手段は、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器を備えるＳＩＭＤ型演算処理手段を備え、インターフェース手段は、演算手段により生成された状態情報を外部のコンピュータに向けて出力する。これにより、消費電力を抑制することができる。
状態推定システムを示す図である。 ＤＳＰの回路構成を示す概略図である。 ＤＳＰが処理するデータについて示す概念図である。 １２軸の情報を逐次処理する場合と、ＤＳＰが１２軸の情報を処理する場合とを比較した図である。 ＭＰＵの動作を示す流れ図である。
　１　状態推定システム
　１０　検出情報
　１１　状態情報
　１２　出力情報
　２　センサ
　３　ＭＰＵ
　３０　ＤＳＰ
　３１　ＲＡＭ
　３２　タイマ
　３３　インターフェース部
　３００　ロード・ストアユニット
　３０１，３０２　レジスタ
　３０３　演算論理ユニット
　３０３，３０４　演算論理ユニット
　３０５　単精度浮動小数点演算器
　３０６　スイッチング部
　４　ＣＰＵ
　以下、本発明の好適な実施の形態について、添付の図面を参照しつつ、詳細に説明する。ただし、以下の説明において特に断らない限り、方向や向きに関する記述は、当該説明の便宜上、図面に対応するものであり、例えば実施品、製品または権利範囲等を限定するものではない。
　また、本出願では、２０１４年３月３１日に日本国に出願された特許出願番号２０１４－０７１７８２の利益を主張し、当該出願の内容は引用することによりここに組み込まれているものとする。
　図１は、状態推定システム１を示す図である。状態推定システム１は、１以上のセンサ２と、ＭＰＵ（Micro-Processing Unit）３と、ＣＰＵ４とを備えている。
　なお、以下の説明では、状態推定システム１は、ユーザによって携帯される携帯端末装置（例えば、スマートフォンや携帯電話、ＰＤＡなど）に組み込まれるものとして説明する。
　センサ２は、周囲の環境に関する情報や、動きに関する情報等を検出して、検出情報１０を生成する検出装置である。センサ２としては、温度センサや湿度センサ、照度センサ、気圧センサ、接触センサ、加速度センサ、ジャイロセンサ、あるいは、磁気センサ等が想定されるがこれらに限定されるものではない。また、状態推定システム１は、ここに列挙したセンサ類をすべて備えていなければならないものでもない。
　なお、以下の説明では、当該携帯端末装置を携帯するユーザを対象物とし、状態推定システム１は、当該ユーザの状態（行動）を推定して出力情報１２を生成するものとする。したがって、センサ２は、ユーザの行動を推定するために必要な物理量を検出するために、加速度センサ、ジャイロセンサおよび磁気センサを含むものとして説明する。推定されるユーザの行動としては、歩行状態、静止状態、通話状態、閲覧状態あるいは乗車状態などが想定される。
　各センサ２は、図１に示すように、いずれもＭＰＵ３と接続されている。そして、各センサ２によって取得された検出情報１０は、ＭＰＵ３に向けて出力される。
　ＭＰＵ３は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）３０、ＲＡＭ３１、タイマ３２およびインターフェース部３３を備えている。
　ＤＳＰ３０は、ＲＡＭ３１に格納された命令を読み出して、当該命令に従って動作する演算回路である。ＤＳＰ３０において実行される命令は、３並列のＶＬＩＷ（Very Long Instruction Word）に対応するように構成された６４ビットのデータとして表現されている。すなわち、ＤＳＰ３０は、１サイクルに３つの実命令を実行することが可能である（詳細後述。）。なお、命令は、図示しないデコーダにより解析されてＲＡＭ３１に書き込まれているものとする。
　ＤＳＰ３０は、タイマ３２から入力される割り込み信号（以下、「検出タイミング信号」と称する。）に応じて、各センサ２の値を読み込む。すなわち、ＤＳＰ３０は、センサ２によって取得された検出情報１０を、インターフェース部３３により取得してＲＡＭ３１に格納する機能を有している。
　また、ＤＳＰ３０は、ＲＡＭ３１に格納された検出情報１０に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報１１を生成する。ただし、ＤＳＰ３０の詳細については後述する。
　ＲＡＭ３１は、ＤＳＰ３０のワーキングエリアとして使用される記憶装置であり、様々な情報を記憶するために使用される。例えば、ＲＡＭ３１は、ＤＳＰ３０により生成された状態情報１１を記憶する。また、図１において図示していないが、ＲＡＭ３１は、各センサ２から取得された検出情報１０も記憶する。
　なお、図１では、簡略化してＲＡＭ３１を１つの構成として図示しているが、通常、ＲＡＭ３１は複数の記憶装置から構成されている。また、図１では、ＲＡＭ３１から読み出される情報は必ずＤＳＰ３０を介するように図示しているが、ＲＡＭ３１はＣＰＵ４から参照可能な記憶領域（記憶装置）を備えており、ＣＰＵ４はＤＳＰ３０を介することなくＲＡＭ３１から所望の情報を読み出すことができるように構成されている。
　タイマ３２は、周期的（ここに示す例では１００［Ｈｚ］）に検出タイミング信号を生成して、インターフェース部３３を介してＤＳＰ３０に出力する。すでに説明したように、検出タイミング信号を受信すると、ＤＳＰ３０は、各センサ２の値を読み取ってＲＡＭ３１に検出情報１０として格納する。
　インターフェース部３３は、各センサ２と接続されている。図１に示すように、センサ２は並列状態または直列状態でＭＰＵ３に接続されている。また、インターフェース部３３は、ＣＰＵ４と接続されている。このように、インターフェース部３３は、ＭＰＵ３と、各センサ２やＣＰＵ４とを接続する機能を有している。これにより、インターフェース部３３は、センサ２により取得された検出情報１０を取得するとともに、ＤＳＰ３０により生成された状態情報１１をＣＰＵ４に向けて出力する機能を有する。
　このように、ＭＰＵ３は、センサ２により取得された検出情報１０に基づいて状態情報１１を生成して、ＣＰＵ４に向けて出力する機能を有している。すなわち、ＭＰＵ３は、本発明における状態推定プロセッサに相当するが、詳細は後述する。
　ＣＰＵ４は、携帯端末装置におけるメインプロセッサとして機能する。詳細は省略するが、ＣＰＵ４には、記憶装置、キーやボタンなどの操作部、液晶ディスプレイなどの表示部、音声を出力するスピーカ、音声を電気信号に変換するマイク、外部装置との間で通信を行う通信部などが、適宜接続されている。
　ＣＰＵ４は、図示しない記憶装置に格納されているプログラムを読み取りつつ実行して、各種データの演算や制御信号の生成等を行う。これにより、ＣＰＵ４は、ＭＰＵ３や携帯端末装置が備える他の構成を制御するとともに、各種データを演算し作成する機能を有している。
　ＣＰＵ４は、所定のアプリケーション（例えば、経路案内アプリケーションなど）が起動されたことに応じて、ＭＰＵ３に対してＤＳＰ起動信号を出力する。逆に、所定のアプリケーションを終了するタイミングに応じて、ＭＰＵ３に対してＤＳＰ抑制信号を出力する。また、ＣＰＵ４は、ＭＰＵ３から入力される状態情報１１に基づいて出力情報１２を生成する。さらに、ＣＰＵ４は、出力情報１２を図示しない表示部などに出力することにより、ユーザに出力情報１２を提供する。
　また、ＣＰＵ４は、ＣＰＵ通常動作モードと、ＣＰＵ通常動作モードよりも消費電力の小さいＣＰＵ抑制動作モードとを有している。ＣＰＵ抑制動作モードとは、いわゆるスリープモードなどと呼ばれる動作モードであって、ＣＰＵ４内の制限された一部の回路のみが稼働している動作モードである。
　ＣＰＵ４では、ＭＰＵ３から出力されるＣＰＵ起動信号に応じて、動作モードがＣＰＵ抑制動作モードからＣＰＵ通常動作モードに切り替わる。また、ＣＰＵ４では、ＭＰＵ３から出力されるＣＰＵ抑制信号に応じて、動作モードがＣＰＵ通常動作モードからＣＰＵ抑制動作モードに切り替わる。ただし、ＭＰＵ３からＣＰＵ抑制信号を受信した場合であっても、他のアプリケーション等を実行している場合には、ＣＰＵ４は抑制動作モードに移行することはない。
　図２は、ＤＳＰ３０の回路構成を示す概略図である。図２に示すように、ＤＳＰ３０は、ロード・ストアユニット３００、２つのレジスタ３０１，３０２、２つの演算論理ユニット３０３，３０４、４つの単精度浮動小数点演算器３０５、および、スイッチング部３０６を備えている。
　ロード・ストアユニット３００は、ＲＡＭ３１からデータを読み取ってレジスタ３０１，３０２に格納する。また、ロード・ストアユニット３００は、レジスタ３０１，３０２に格納されているデータをＲＡＭ３１に格納する。また、ロード・ストアユニット３００は、ＲＡＭ３１から読み出した命令を演算論理ユニット３０３，３０４にセットする。さらに、ロード・ストアユニット３００は、レジスタ３０１に格納されている値がポインタ値である場合には、当該ポインタ値に従ってＲＡＭ３１に格納されているデータを特定し、読み出す機能も有している。
　レジスタ３０１，３０２は、いずれもデータを一時的に記憶する記憶装置である。レジスタ３０１，３０２には、ＲＡＭ３１から読み出されたデータや、演算論理ユニット３０３，３０４によって求められた値などが格納される。
　演算論理ユニット３０３は、ロード・ストアユニット３００から入力された命令に従って、レジスタ３０１に格納されているデータに所定の演算を実行する整数演算器である。演算論理ユニット３０３により演算された値はレジスタ３０１に格納される。演算論理ユニット３０３は、例えば、所望のデータをＲＡＭ３１から読み出すためのポインタ値を演算するためなどに使用される。
　演算論理ユニット３０４は、４つの単精度浮動小数点演算器３０５を備えたＳＩＭＤ型演算器として構成されている。演算論理ユニット３０４は、４つの単精度浮動小数点演算器３０５のそれぞれにセットされたデータ（すなわち、複数のデータ）に対して、１サイクルの間に、並列的に、１つの命令を実行することができる。演算論理ユニット３０４により演算された値は、レジスタ３０２に格納され、ロード・ストアユニット３００によってＲＡＭ３１に格納される。
　スイッチング部３０６は、第１の動作モードと、前記第１の動作モードよりも消費電力の小さい第２の動作モードとの間でＤＳＰ３０の動作モードを切り替える機能を有する。言い換えれば、ＤＳＰ３０は、動作モードとして、通常動作モードと、通常動作モードよりも消費電力の小さい抑制動作モードとを有している。
　スイッチング部３０６は、インターフェース部３３から入力されるＤＳＰ抑制信号に応じて、ＤＳＰ３０の動作モードを通常動作モードから抑制動作モードに切り替える。ＤＳＰ抑制信号は、一部または全部のセンサ２やＣＰＵ４からの割り込み信号としてインターフェース部３３を介して入力される。また、ＤＳＰ３０が自身を抑制動作モードに切り替える場合もある。
　また、スイッチング部３０６は、インターフェース部３３から入力されるＤＳＰ起動信号に応じて、ＤＳＰ３０の動作モードを抑制動作モードから通常動作モードに切り替える。ＤＳＰ起動信号は、一部または全部のセンサ２やＣＰＵ４からの割り込み信号として、インターフェース部３３を介して入力される。また、タイマ３２からの検出タイミング信号もＤＳＰ起動信号として機能する場合がある。
　なお、図１では、スイッチング部３０６の制御対象がロード・ストアユニット３００のみであるかのように図示しているが、これは図示の都合上、簡略的に示すものであって、スイッチング部３０６は、ＤＳＰ３０が備える各構成のうちの必要な構成（回路）について切替制御を行う。
　以上が状態推定システム１の構成および機能の説明である。次に、ＤＳＰ３０による演算の仕組み（演算アーキテクチャ）について説明する。なお、ＤＳＰ３０は、抑制動作モードではなく、通常動作モードにおいて、検出情報１０に対する演算処理（状態情報１１を求める処理）を実行する。
　図３は、ＤＳＰ３０が処理するデータについて示す概念図である。
　以下では、状態推定システム１が組み込まれた携帯端末装置の動きを観測して、当該携帯端末装置を所持するユーザの行動を推定する場合を例に説明する。
　図３に示す「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」、「Ｄ」は、ひとまとまりのデータを示す。例えば、「Ａ」が３軸の加速度センサの出力であれば、「Ａｘ」は加速度のＸ軸成分の値であり、「Ａｙ」は加速度のＹ軸成分の値であり、「Ａｚ」は加速度のＺ軸成分の値である。また、「Ｂ」が３軸のジャイロセンサの出力であれば、「Ｂｘ」は角速度のＸ軸成分の値であり、「Ｂｙ」は角速度のＹ軸成分の値であり、「Ｂｚ」は角速度のＺ軸成分の値である。また、「Ｃ」が３軸の磁気センサの出力であれば、「Ｃｘ」は磁気ベクトルのＸ軸成分の値であり、「Ｃｙ」は磁気ベクトルのＹ軸成分の値であり、「Ｃｚ」は磁気ベクトルのＺ軸成分の値である。さらに、「Ｄ」が３軸のジャイロセンサのバイアスの補正値であれば、「Ｄｘ」は角速度のＸ軸成分の補正値であり、「Ｄｙ」は角速度のＹ軸成分の補正値であり、「Ｄｚ」は角速度のＺ軸成分の補正値である。
　なお、ジャイロセンサのバイアスの補正値は、直接、センサ２から得られる検出情報１０ではない。ジャイロセンサのバイアスの補正値を求める手法は、従来から提案されている様々な技術を適用することができるため、ここでは具体的な説明を省略する。
　このように、携帯端末装置の動きを観測して状態を推定する場合には、上記のように、１２軸の情報を処理することになるのが一般的である。ただし、例えば、磁気センサの値を採用せずに状態を推定する場合などには９軸となる。すなわち、状態推定のためには、必ずしも１２軸の情報を処理することが必須条件となるわけではなく、アプリケーションの要求に応じて適宜変更されるものである。
　ＤＳＰ３０は、１２軸の情報を、α０，α１，α２，α３と、β０，β１，β２，β３と、γ０，γ１，γ２，γ３とに分けて処理する。
　図４は、１２軸の情報を逐次処理する場合と、ＤＳＰ３０が１２軸の情報を処理する場合とを比較した図である。なお、図４では、詳細な演算についての逐一的な説明は省略し、ＤＳＰ３０における特徴が理解しやすいように、あくまでも概念図として処理を示している。
　逐次処理の場合、図４の左表に示すように、α０（Ａｘ）のデータに対して、第１サイクルでＲＡＭ３１からロードし、第２サイクルで次のデータのためにポインタを演算し、第３サイクルで乗算してから、第４サイクルでＲＡＭ３１に結果をストア（格納）するという流れになる。したがって、１２軸の情報すべてについて処理を完了するためには、４８サイクルが必要となる。
　これに対して、ＤＳＰ３０では命令セットが３並列のＶＬＩＷに対応している。したがって、ＤＳＰ３０は、１サイクルに３つの実命令を実行することができる。また、すでに説明したように、演算論理ユニット３０４はＳＩＭＤ型演算器であり、実行ユニットとして４つの単精度浮動小数点演算器３０５を備えている。したがって、ＤＳＰ３０は、演算論理ユニット３０４において、１サイクルで４つのデータに対して１命令（例えば乗算命令）を実行可能である。
　したがって、図４の右表に示すように、第１のサイクルでα（α０，α１，α２，α３）を読み込み、第２のサイクルでβ（β０，β１，β２，β３）を読み込みつつ、演算論理ユニット３０３によってポインタを演算する。また、第３のサイクルでは、γ（γ０，γ１，γ２，γ３）を読み込みつつ、演算論理ユニット３０３によってポインタを演算し、かつ、演算論理ユニット３０４によってα（α０，α１，α２，α３）の乗算を実行する。さらに、第４のサイクルでは、α（α０，α１，α２，α３）をＲＡＭ３１に書き込みつつ、演算論理ユニット３０３によってポインタを演算し、かつ、演算論理ユニット３０４によってβ（β０，β１，β２，β３）の乗算を実行する。
　このように、１回の観測により得られる検出情報１０に対して、ＤＳＰ３０では６サイクルで処理を完了することができる。したがって、従来のように、メインＣＰＵで逐次処理する場合に比べて、ＭＰＵ３（ＤＳＰ３０）の動作周波数を下げることができる。
　これにより、ＤＳＰ３０は、従来のマイコンに比べて、消費電力を抑制することができる。なお、一般的なマイコンでは、このような処理に８０［ＭＨｚ］程度の動作周波数が必要であるが、ＤＳＰ３０は、７［ＭＨｚ］程度で処理可能である。
　また、一般に、浮動小数点演算器は、固定小数点演算器に比べて演算器自体の回路規模が小さいという特徴がある。しかし、汎用のマイコンでは、浮動小数点演算器ではなく、固定小数点演算器が用いられることが多い。これは、浮動小数点演算器による演算では、小数点の位置を決定しなければならず、演算深度が深くなり、このための付加回路が別に必要となるからである。すなわち、結果として、固定小数点演算器を採用した場合の方が、全体としての回路規模が小さくなるという事情があった。
　しかし、センサ２からの検出情報１０を処理して状態を推定するという用途においては、このような付加回路は最小限で済む。したがって、ＤＳＰ３０は、単精度浮動小数点演算器３０５を採用することにより、固定小数点演算器を採用する場合に比べて、回路規模を小さくすることができる。
　特に、センサフュージョンに用いられるカルマンフィルタは、パラメータのダイナミックレンジが広いという特性がある。したがって、固定小数点演算器を用いて、単精度浮動小数点演算器３０５（１６ビット）と同程度の演算精度を維持するためには、６４ビット演算器を準備する必要があり、回路規模が大きくなる。すなわち、ＤＳＰ３０がカルマンフィルタを用いる演算を実行することにより、単精度浮動小数点演算器３０５を採用する効果がより顕著となる。
　次に、状態推定システム１におけるセンサ２、ＭＰＵ３およびＣＰＵ４の制御方法について説明する。
　図５は、ＭＰＵ３の動作を示す流れ図である。状態推定システム１（携帯端末装置）に電源が投入されると、ＭＰＵ３は所定の初期設定を実行した後、待機状態となる。なお、待機状態は、通常動作モードまたは抑制動作モードのいずれであってもよい。
　待機状態において、ＭＰＵ３は、ＤＳＰ抑制信号を受信したか（ステップＳ１）、検出タイミングが到来したか（ステップＳ５）、ＤＳＰ起動信号を受信したか（ステップＳ１１）、および、演算タイミングが到来したか（ステップＳ１５）を監視している。
　待機状態において、ＤＳＰ抑制信号を受信すると、ＭＰＵ３は、ステップＳ１においてＹｅｓと判定し、当該ＤＳＰ抑制信号の送信元を確認する（ステップＳ２）。
　当該ＤＳＰ抑制信号の送信元がＣＰＵ４である場合（ステップＳ２においてＹｅｓ。）、ＭＰＵ３は、センサ２を停止する（ステップＳ３）。そして、スイッチング部３０６がＤＳＰ３０の動作モードをＤＳＰ抑制モードに切り替える（ステップＳ４）。
　このように、ステップＳ４が実行されると、以後、ＤＳＰ３０は、抑制動作モードとなり、通常動作モードのときに比べて消費電力が抑制される。なお、ステップＳ４を実行すると、ＭＰＵ３は待機状態に戻る。
　ＤＳＰ抑制信号がＣＰＵ４により送信されているならば、状態情報１１を必要とするアプリケーションが終了されており、ＣＰＵ４が、以後、状態情報１１を必要としていないとみなせる。このような場合、状態推定システム１は、センサ２によるセンシングを停止させることにより、さらに消費電力を抑制する。
　なお、ステップＳ３が実行されたときには、以後、センサ２の出力を読み込む必要はないので、ＭＰＵ３（スイッチング部３０６）はタイマ３２を停止させてもよい。また、ステップＳ３において、状態推定システム１（ＭＰＵ３）は、すべてのセンサ２を停止させるのではなく、状況に応じて取捨選択するように構成してもよい。
　一方、ＤＳＰ抑制信号の送信元がＣＰＵ４ではない場合（ステップＳ２においてＮｏ。）、ＭＰＵ３は、ステップＳ３をスキップして、ステップＳ４を実行する。これにより、以後、ＤＳＰ３０は、抑制動作モードとなり、待機状態に戻る。
　ＤＳＰ抑制信号がＣＰＵ４により送信されていないならば、ＣＰＵ４は、状態情報１１を必要としているとみなせる。したがって、この場合は、センサ２を停止させることなく、センサ２によるセンシングは継続させることが好ましい。
　なお、ＤＳＰ抑制信号の送信元がＣＰＵ４ではない場合とは、センサ２が送信元となる場合や、ＤＳＰ３０自体が自らを抑制動作モードに切り替えようとする場合などが想定される。
　待機状態において、検出タイミングが到来すると（ステップＳ５においてＹｅｓ。）、タイマ３２は検出タイミング信号を割り込み信号としてＤＳＰ３０に向けて出力する（ステップＳ６）。これに応じて、ＭＰＵ３は、各センサ２の出力を読み込む（ステップＳ７）。これによって、検出情報１０がＲＡＭ３１に格納される。
　次に、ＭＰＵ３は、ステップＳ７において読み込んだセンサ２の出力値と、前回ステップＳ７が実行されたときに読み込まれたセンサ２の出力値とを比較し、その差分が閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ８）。
　当該差分が閾値以下である場合とは、状態における変化が乏しいことを意味している。そこで、ステップＳ８においてＹｅｓの場合、ＭＰＵ３はこのような状態が所定の期間継続しているか否かをさらに判定する（ステップＳ９）。
　ステップＳ９においてＹｅｓの場合（ステップＳ７において読み込んだセンサ２の出力値と、前回ステップＳ７が実行されたときに読み込まれたセンサ２の出力値との差分が閾値以下の状態が所定の期間継続している場合）、ＭＰＵ３は、状態に変化がないことをＣＰＵ４に通知する（ステップＳ１０）。そして、ステップＳ１０が実行されると、スイッチング部３０６は、ＤＳＰ３０を抑制動作モードに移行させる（ステップＳ４）。
　このように、状態推定システム１は、センサ２によって取得される検出情報１０において、変化の乏しい状態が所定の期間継続している場合には、ＤＳＰ３０を抑制動作モードに切り替えることにより、消費電力を抑制することができる。なお、検出情報１０において変化が乏しいか否かは、各センサ２が判断して、検出情報１０とともに、ＭＰＵ３に通知するように構成してもよい。
　一方、ステップＳ８またはステップＳ９のうちのいずれかのステップにおいてＮｏである場合、ＭＰＵ３は、ステップＳ１０を実行することなく、待機状態に戻る。
　待機状態において、ＤＳＰ起動信号が受信されると（ステップＳ１１においてＹｅｓ。）、スイッチング部３０６は、ＤＳＰ３０を通常動作モードに切り替える（ステップＳ１２）。これにより、ＤＳＰ３０は通常動作モードに復帰する。
　ステップＳ１２が実行されると、ＭＰＵ３は、センサ２が停止中か否かを判定し（ステップＳ１３）、停止中のセンサ２が存在する場合は当該センサを起動させる（ステップＳ１４）。これにより、停止していたセンサ２が復帰する。なお、ステップＳ１３においてＮｏの場合、または、ステップＳ１４が実行されると、ＭＰＵ３は待機状態に戻る。
　待機状態において、演算タイミングが到来すると（ステップＳ１５においてＹｅｓ。）、ＤＳＰ３０は、所定の演算を実行してユーザの状態を推定し、状態情報１１を生成する（ステップＳ１６）。なお、演算タイミングの到来は、ＭＰＵ３に専用のタイマを設けて周期的に決定してもよいし、ＣＰＵ４から状態情報１１に対する出力要求があったときに演算タイミングが到来したと判定してもよい。
　ステップＳ１６が実行されることによって、状態情報１１がＲＡＭ３１に格納される。なお、ステップＳ１５においてＹｅｓの場合であって、かつ、ＤＳＰ３０が抑制動作モードである場合には、ステップＳ１６が実行される前に、スイッチング部３０６がＤＳＰ３０を通常動作モードに切り替える。
　そして、ステップＳ１６が実行されると、ＭＰＵ３（インターフェース部３３）は、新たに作成された状態情報１１をＣＰＵ４に向けて出力する（ステップＳ１７）。
　ステップＳ１７が実行されることにより、ＣＰＵ４は、状態情報１１を受け取る。したがって、状態情報１１を受け取ったＣＰＵ４は、当該状態情報１１に基づいて出力情報１２を作成する。なお、ステップＳ１７を実行するときに、ＣＰＵ４がＣＰＵ抑制動作モードである場合には、ＭＰＵ３は、ステップＳ１７を実行する前に、ＣＰＵ起動信号をＣＰＵ４に向けて出力する。
　スイッチング部３０６は、ステップＳ１７が実行されると、一旦、ＤＳＰ３０を抑制動作モードに切り替える（ステップＳ１８）。
　このように、ＭＰＵ３が新たな状態情報１１の出力を完了するたびに、スイッチング部３０６がＤＳＰ３０を抑制動作モードに移行させる。これにより、さらに消費電力を抑制することができる。
　ステップＳ１８を実行すると、ＭＰＵ３は、待機状態に戻る。
　以上のように、ＭＰＵ３は、外部のセンサ２により取得された検出情報１０を取得するインターフェース部３３と、インターフェース部３３により取得された検出情報１０に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報１１を生成するＤＳＰ３０とを備え、ＤＳＰ３０は、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器３０５を備えるＳＩＭＤ型演算に対応した演算論理ユニット３０４を備え、インターフェース部３３は、ＤＳＰ３０により生成された状態情報１１を外部のＣＰＵ４に向けて出力する。これにより、ＭＰＵ３は、ＤＳＰ３０の周波数を下げることができるとともに、固定小数点演算器を採用する場合に比べて回路規模を小さくすることができる。したがって、消費電力を抑制することができる。
　また、ＤＳＰ３０は、検出情報１０に対してカルマンフィルタを用いて対象物の状態を推定して状態情報１１を生成することにより、固定小数点演算器を備えるプロセッサに比べて、さらに高い効果を奏する。
　また、ＤＳＰ３０は、検出情報１０に基づいて６軸以上、好ましくは９軸以上、さらに好ましくは、１２軸以上の情報を並列に処理する。このように、同時に発生する多軸に関する情報を処理することにより、さらに高い効果を奏する。
　また、ＭＰＵ３は、通常動作モードと、通常動作モードよりも消費電力の小さい抑制動作モードとの間でＤＳＰ３０の動作モードを切り替えるスイッチング部３０６をさらに備え、ＤＳＰ３０は、通常動作モードにおいて状態情報１１を生成する。これにより、例えば、状態情報１１を作成しない期間において、動作モードを抑制動作モードに切り替えることができ、さらに消費電力を抑制することができる。
　また、スイッチング部３０６は、ＣＰＵ４からの要求に応じて、通常動作モードと抑制動作モードとの間で動作モードを切り替える。これにより、例えば、起動されているアプリケーションに応じてＭＰＵ３を働かせることができる。したがって、効率的にＭＰＵ３を使用することができる。
　また、ＭＰＵ３は、ＣＰＵ４からの要求（ＤＳＰ起動信号）に応じて、抑制動作モードから通常動作モードに切り替わったときにセンサ２を起動する。これにより、ＣＰＵ４が状態情報１１を所望するときには、センサ２を起動させておき、検出情報１０を取得することができる状態にすることができる。
　また、スイッチング部３０６は、センサ２からの検出情報１０に応じて、通常動作モードと抑制動作モードとの間でＤＳＰ３０の動作モードを切り替える。特に、スイッチング部３０６は、センサ２からの検出情報１０における変化が閾値以下となっている状態が所定の時間継続した場合に、抑制動作モードに切り替える。これにより、対象物の状態が定常状態になった可能性が高いときには、消費電力の少ない抑制動作モードとすることにより、消費電力を抑制することができる。
　また、ＤＳＰ３０が抑制動作モードのときにおいて、センサ２からの検出情報１０における変化が閾値より大きい状態となった場合に、センサ２からのＤＳＰ起動信号により、スイッチング部３０６がＤＳＰ３０を通常動作モードとする。これにより、対象物の状態が変化した可能性が高いときに、ＤＳＰ３０が速やかに通常動作モードに移行して、当該対象物の状態を推定することにより、対象物の状態の変化を速やかにＣＰＵ４に通知することができる。
　以上、本発明の好適な実施の形態について説明してきたが、本発明は上記好適な実施の形態に限定されるものではなく様々な変形が可能である。
　例えば、上記に示した各工程は、あくまでも例示であって、上記に示した順序や内容に限定されるものではない。すなわち、同様の効果が得られるならば、適宜、順序や内容が変更されてもよい。例えば、ステップＳ７が実行されて新しい検出情報１０がＲＡＭ３１に格納されたときに、ステップＳ１６を実行して状態情報１１を作成し、ステップＳ１７を実行して状態情報１１を出力してもよい。
　また、上記好適な実施の形態では、単精度浮動小数点演算器３０５を採用する例で説明したが、「単精度」に限定されるものではない。例えば、倍精度浮動小数点演算器であってもよい。
　また、例えば、ＤＳＰ３０を抑制動作モードから通常動作モードに復帰させるタイミングを決定するタイマをさらに設けてもよい。また、このようなタイマを設けた場合には、当該タイマによりＤＳＰ３０が通常動作モードに復帰したときにおいて、センサ２からの検出情報１０における変化が閾値以下であれば、インターフェース部３３は対象物の状態に変化がないことをＣＰＵ４に向けて出力し、スイッチング部３０６はＤＳＰ３０を抑制動作モードに移行させてもよい。これにより、ＤＳＰ３０による状態情報１１の作成を回避することができ、改めて状態情報１１を生成する場合に比べて短時間で抑制動作モードに移行できる。特に、ＣＰＵ４が定期的に状態情報１１を要求している場合であって、かつ、状態に変化がない場合には有効である。
　また、ＣＰＵ４がＣＰＵ抑制動作モードのときであって、かつ、対象物の状態に変化がないとみなせる場合には、当該対象物に状態の変化がないことや状態情報１１をインターフェース部３３がＣＰＵ４に対して出力をすることを禁止してもよい。これにより、無駄にＣＰＵ４を起動させることを抑制することができ、さらに消費電力を抑制することができる。
　また、ＭＰＵ３がユーザインターフェースを備えており、ＭＰＵ３に液晶パネルなどが接続される構成であってもよい。
　また、上記好ましい実施の形態では、対象物をユーザとして、ユーザの状態を推定する例で説明した。しかし、対象物はユーザに限定されるものではなく、例えば携帯端末装置（状態推定システム１）であってもよい。この場合、推定される状態とは、姿勢、静止状態あるいは携帯状態（手振りや固定など）などが想定される。

Claims (15)

  1. 　外部の検出装置により取得された検出情報を取得するインターフェース手段と、
    　前記インターフェース手段により取得された検出情報に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報を生成する演算手段と、
    を備え、
    　前記演算手段は、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器を備えるＳＩＭＤ型演算処理手段を備え、
    　前記インターフェース手段は、前記演算手段により生成された状態情報を外部のコンピュータに向けて出力する状態推定プロセッサ。
  2. 　請求項１に記載の状態推定プロセッサであって、
    　前記演算手段は、前記検出情報に対してカルマンフィルタを用いて前記対象物の状態を推定して状態情報を生成する状態推定プロセッサ。
  3. 　請求項１に記載の状態推定プロセッサであって、
    　前記演算手段は、前記検出情報に基づいて６軸以上の情報を並列に処理する状態推定プロセッサ。
  4. 　請求項３に記載の状態推定プロセッサであって、
    　前記演算手段は、前記検出情報に基づいて９軸以上の情報を並列に処理する状態推定プロセッサ。
  5. 　請求項４に記載の状態推定プロセッサであって、
    　前記演算手段は、前記検出情報に基づいて１２軸以上の情報を並列に処理する状態推定プロセッサ。
  6. 　請求項１に記載の状態推定プロセッサであって、
    　第１の動作モードと前記第１の動作モードよりも消費電力の小さい第２の動作モードとの間で前記演算手段の動作モードを切り替える切替手段をさらに備え、
    　前記演算手段は、前記第１の動作モードにおいて前記状態情報を生成する状態推定プロセッサ。
  7. 　検出情報を取得する検出装置と、
    　前記検出装置に接続される状態推定プロセッサと、
    　第１の動作モードと前記第１の動作モードよりも消費電力の小さい第２の動作モードとを有し、前記第１の動作モードにおいて前記状態推定プロセッサにより生成された状態情報に基づいて出力情報を生成するメインプロセッサと、
    を備え、
    　前記状態推定プロセッサは、
    　前記検出装置により取得された検出情報を取得するインターフェース手段と、
    　前記インターフェース手段により取得された検出情報に基づいて対象物の状態を推定し、状態情報を生成する演算手段と、
    を備え、
    　前記演算手段は、１の命令で複数の情報を処理するとともに、単精度浮動小数点演算器を備えるＳＩＭＤ型演算処理手段を備え、
    　前記インターフェース手段は、前記演算手段により生成された状態情報を前記メインプロセッサに向けて出力し、
    　前記メインプロセッサは、前記インターフェース手段から状態情報が入力されるタイミングに応じて、前記第１の動作モードに移行する状態推定システム。
  8. 　請求項７に記載の状態推定システムであって、
    　前記状態推定プロセッサは、第３の動作モードと前記第３の動作モードよりも消費電力の小さい第４の動作モードとの間で前記演算手段の動作モードを切り替える切替手段をさらに備える状態推定システム。
  9. 　請求項８に記載の状態推定システムであって、
    　前記切替手段は、前記メインプロセッサからの要求に応じて、前記第３の動作モードと前記第４の動作モードとの間で動作モードを切り替える状態推定システム。
  10. 　請求項９に記載の状態推定システムであって、
    　前記状態推定プロセッサは、前記メインプロセッサからの要求に応じて、前記第４の動作モードから前記第３の動作モードに切り替わったときに前記検出装置を起動する状態推定システム。
  11. 　請求項８に記載の状態推定システムであって、
    　前記切替手段は、前記検出装置からの検出情報に応じて、前記第３の動作モードと前記第４の動作モードとの間で前記演算手段の動作モードを切り替える状態推定システム。
  12. 　請求項１１に記載の状態推定システムであって、
    　前記切替手段は、前記センサからの検出情報における変化が閾値以下となっている状態が所定の時間継続した場合に、前記第４の動作モードに切り替える状態推定システム。
  13. 　請求項１２に記載の状態推定システムであって、
    　前記演算手段を前記第４の動作モードから前記第３の動作モードに復帰させるタイミングを決定するタイマをさらに備え、
    　前記タイマにより前記演算手段が前記第３の動作モードに復帰したときに、前記検出装置からの検出情報における変化が閾値以下であれば、前記インターフェース手段は前記対象物の状態に変化がないことを前記メインプロセッサに向けて出力し、前記切替手段は演算手段を第４の動作モードに移行させる状態推定システム。
  14. 　請求項１３に記載の状態推定システムであって、
    　前記メインプロセッサが前記第２の動作モードのときにおいて、前記インターフェース手段は、前記対象物の状態に変化がないことを前記メインプロセッサに出力することを禁止される状態推定システム。
  15. 　請求項１１に記載の状態推定システムであって、
    　前記演算手段が前記第４の動作モードのときにおいて、前記検出装置からの検出情報における変化が閾値より大きい状態となった場合に、前記切替手段が前記演算手段を前記第３の動作モードとする状態推定システム。
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