プロセッサ及び該プロセッサを用いたデータ処理システム

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【発明の名称】	プロセッサ及び該プロセッサを用いたデータ処理システム
【発明者】	【氏名】小柳誠
【要約】	【課題】プロセッサの実行ユニット部の構成をデータ処理の特性に応じて可変に設定変更する。【解決手段】プロセッサ１の実行ユニット部には、例えば８個の実行ユニットＵ１～Ｕ８が設けられている。各実行ユニットＵ１～Ｕ８では、それぞれ４個のサブユニットＳＵ１～ＳＵ４中からいずれか１つのサブユニットを選択できるようになっている。各サブユニットＳＵ１～ＳＵ４は、ＡＬＵ機能（Ｌ）、乗算機能（Ｍ）、メモリアクセス機能（Ｄ）、シフト機能（Ｓ）等の所定の機能を実行可能に構成されている。セレクタ３の切替を制御することにより、データ処理の特性に応じた機能を割り当てることができる。

【特許請求の範囲】
【請求項１】予め設定された複数の機能のうちいずれか一つの機能を選択的に実現する複数の実行ユニットと、前記各実行ユニットを前記各機能のうちいずれの機能に設定するかを選択する選択手段とを備え、データ処理の特性に応じて、前記各実行ユニットの機能を設定変更可能なことを特徴とするプロセッサ。
【請求項２】前記各実行ユニットは、それぞれ異なる機能を実現する複数の単位実行部と、前記選択手段からの信号に基づいて前記各単位実行部のうち前記選択された機能に対応する単位実行部を選択する設定部とを含んでなる請求項１に記載のプロセッサ。
【請求項３】使用頻度の高い機能は前記各実行ユニットで選択可能に設定されており、使用頻度の相対的に低い機能は前記各実行ユニットのうち一部の実行ユニットで選択可能に設定されている請求項１または請求項２のいずれかに記載のプロセッサ。
【請求項４】前記各機能には、乗算機能、加減算及び論理演算機能、メモリアクセス機能、シフト機能が含まれている請求項１～請求項３のいずれかに記載のプロセッサ。
【請求項５】予め設定された複数の機能のうちいずれか一つの機能を選択的に実現する複数の実行ユニットと、前記各実行ユニットを前記各機能のうちいずれの機能に設定するかを選択する選択手段とを含んでなるプロセッサを用いて画像処理を行うデータ処理システムにおいて、次に処理すべきデータ処理の特性に応じて、前記各実行ユニットの機能を設定変更させることを特徴とするデータ処理システム。
【請求項６】前記各実行ユニットは、それぞれ異なる機能を実現する複数の単位実行部と、前記選択手段からの信号に基づいて前記各単位実行部のうち前記選択された機能に対応する単位実行部を選択する設定部とを含んでなる請求項５に記載のデータ処理システム。
【請求項７】前記各実行ユニットにそれぞれ設定すべき機能を予め記述してあるプログラムを実行する請求項５または請求項６のいずれかに記載のデータ処理システム。
【請求項８】プログラムの各命令と該各命令に適した前記各実行ユニットの機能パターンとを対応付けて管理する管理手段と、前記データ処理を行わせるプログラムの各命令を解析し、前記管理手段を参照することにより、前記各実行ユニットの機能をそれぞれ設定させる設定手段とを更に設けた請求項５～請求項７のいずれかに記載のデータ処理システム。
【請求項９】圧縮された画像データを復元するデータ処理システムであって、予め設定された複数の機能のうちいずれか一つの機能を選択的に実現する複数の実行ユニットと、前記各実行ユニットを前記各機能のうちいずれの機能に設定するかを選択する選択手段とを含んでなるプロセッサと、メモリとを備え、前記画像データの復元処理を行う際には、前記各実行ユニットにそれぞれ設定される機能のパターンを前記復元処理に適したパターンに設定してから該復元処理を行い、前記復元処理の結果を前記メモリに記憶させる際には、前記各実行ユニットにそれぞれ設定される機能のパターンをメモリアクセスに適したパターンに設定してから前記復元処理の結果を前記メモリに記憶させるようにしたデータ処理システム。
【請求項１０】多値化画像データを二値化画像データに変換するデータ処理システムであって、予め設定された複数の機能のうちいずれか一つの機能を選択的に実現する複数の実行ユニットと、前記各実行ユニットを前記各機能のうちいずれの機能に設定するかを選択する選択手段とを含んでなるプロセッサと、メモリとを備え、前記多値化画像データを二値化処理する際には、前記各実行ユニットにそれぞれ設定される機能のパターンを前記二値化処理に適したパターンに設定してから該二値化処理を行い、前記二値化処理の結果を前記メモリに記憶させる際には、前記各実行ユニットにそれぞれ設定される機能のパターンをメモリアクセスに適したパターンに設定してから前記二値化処理の結果を前記メモリに記憶させるようにしたデータ処理システム。

【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＰＵやＤＳＰ等として好適に用いられるプロセッサ及び該プロセッサを用いたデータ処理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）等として知られるデータ処理プロセッサは、メモリや命令キャッシュからフェッチした命令をバイナリコードにデコードし、このバイナリコードを各種の実行ユニットによりそれぞれ処理させるようになっている。
【０００３】図６は、従来技術によるプロセッサのコア部を概略的に示す説明図である。プロセッサコア１００は、制御ユニット部（図示せず）と、実行ユニット部とに大別される。制御ユニット部は、プログラムキャッシュから命令をフェッチする命令フェッチ部、フェッチした命令をデコードする命令デコード部、割り込み制御部等を備えている。制御ユニット部によりデコードされた命令は、実行ユニット部に入力される。実行ユニット部は、それぞれレジスタ及び実行ユニットを備えた第１実行部と第２実行部とからなる。第１実行部では、レジスタ１０２に各実行ユニットＵ１～Ｕ４が接続されており、第２実行部では、レジスタ１０３に各実行ユニットＵ５～Ｕ８が接続されている。各実行ユニットＵ１～Ｕ８は、レジスタ１０２又は１０３及び２本のデータパスのいずれかを介してＲＡＭ等のメモリ１０１との間でデータを入出力するようになっている。
【０００４】ここで、実行ユニットとしては、例えば、加減算及び論理演算（ＡＬＵ）、シフタ、メモリアクセス等のユニットが知られている。図中、「Ｌ」は加減算及び論理演算を行う機能、「Ｍ」は乗算機能、「Ｓ」はレジスタに記憶されたビットデータをシフトさせる機能、「Ｄ」はメモリアクセス機能をそれぞれ示す。各実行ユニットの機能はそれぞれ予め固定されており、各実行ユニットで処理可能な命令は定められている。プロセッサは、各実行ユニットに命令を分配して処理させ、その処理結果はレジスタ１０２，１０３やキャッシュ等を介してＲＡＭ等のメモリ１０１に格納される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、プロセッサは、複数の実行ユニット（図示の例では８個）Ｕ１～Ｕ８を備えている。しかし、各実行ユニットの機能は予め設定され、固定されているため、実行ユニットの稼働率が低い。仮に、図６に示すプロセッサが、８本のデータバスを有しており、８個の実行ユニットを同時に稼働可能な構成であったとしても、ＡＬＵやメモリアクセス等の各機能を実現する実行ユニットはそれぞれ２個ずつしか備えていない。
【０００６】従って、例えば、乗算を行う命令を処理する場合には、乗算命令を実行可能なユニットＵ２，Ｕ６だけしか使用できず、他の実行ユニットは休止することになる。もちろん、並列処理可能な命令がある場合には、該命令を実行可能なユニットも稼働する。しかし、例えば、メモリ１０２へのアクセスが頻繁に続く処理等のように、偏ったデータ処理を行う場合は、８個ある実行ユニットＵ１～Ｕ８のうち２個しか使用されない。このため、実行ユニット部の稼働率が低下し、データ処理の時間もかかる。
【０００７】本発明は、上記のような種々の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、データ処理の特性に応じて実行ユニットの機能を設定変更可能なプロセッサ及び該プロセッサを用いたデータ処理システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため本発明に係るプロセッサは、以下の構成を備える。即ち、予め設定された複数の機能のうちいずれか一つの機能を選択的に実現する複数の実行ユニットと、前記各実行ユニットを前記各機能のうちいずれの機能に設定するかを選択する選択手段とを備え、データ処理の特性に応じて、前記各実行ユニットの機能を設定変更可能なことを特徴とする。
【０００９】複数の機能としては、例えば、加減算及び論理演算機能、乗算機能、シフト機能、メモリアクセス機能等を挙げることができる。各実行ユニットは、各機能のうちいずれか一つを実行することができる。各実行ユニットにいずれの機能を設定するかは、選択手段により定められる。従って、データ処理の特性に応じて、各実行ユニットの機能を設定することにより、該データ処理に適した実行ユニット群を構成することができ、データ処理を高速化することができる。ここで、各実行ユニットが全て同じ機能を備えている必要はない。例えば、使用頻度の高い機能は全部の実行ユニットで選択可能としておき、使用頻度の低い機能は一部の実行ユニットのみが選択できるように設定してもよい。
【００１０】複数の機能に設定変更可能な実行ユニットは、例えば、それぞれ異なる機能を実現する複数の単位実行部と、前記選択手段からの信号に基づいて前記各単位実行部のうち前記選択された機能に対応する単位実行部を選択する設定部とを含んで構成することができる。
【００１１】即ち、単位実行部は各機能を専門的に処理する電子回路であり、セレクタ等から構成可能な設定部を介して選択される。
【００１２】プロセッサが実行するプログラム中の所定箇所に、各実行ユニットに割り当てる機能を予め記述しておくことにより、データ処理の特性に応じた実行ユニットの組合せを得ることができる。例えば、演算結果をメモリに格納する処理を行う場合には、その処理に係るプログラムコードが実行される前に、メモリアクセス機能を多くの実行ユニットに割り当てておけばよい。
【００１３】本発明は、データ処理システムとして把握することもできる。そして、プログラムの各命令と該各命令に適した前記各実行ユニットの機能パターンとを対応付けて管理する管理手段と、前記データ処理を行わせるプログラムの各命令を解析し、前記管理手段を参照することにより、前記各実行ユニットの機能をそれぞれ設定させる設定手段とを設けることもできる。
【００１４】例えば、データの格納命令、読出し命令、アドレッシング命令、シフト命令、比較命令、論理演算命令、算術演算命令、ローテート命令、ビットカウント命令等の各命令毎に、該命令を処理するのに好ましい機能のパターンを予め対応付けておき、管理手段により管理させる。そして、設定手段は、命令を解析して管理手段を参照することにより、次に処理する命令に適した実行ユニット群を動的に構成する。ここで、命令を解析して機能パターンを自動的に設定する本発明は、以下のような形態で使用可能であろう。第１は、プログラムコードを処理する間に、該プログラムコードを解析して各実行ユニットの機能をそれぞれ割り当てるものである。この場合は、命令の解析、管理手段の参照等に所定のクロックを消費するが、予め所定箇所で各実行ユニットへの機能割当てを宣言する必要がなく、プログラマーの負担が軽減される。第２は、本発明をプログラム開発支援ツールとして利用するものである。試作されたプログラムコードを本発明によるシステムで走らせることにより、試作プログラム中に各実行ユニットの機能割当てを自動的に追加記述させることができるであろう。
【００１５】さらに、本発明は、画像データを処理するシステムにおいて好適に用いられるであろう。画像データ処理としては、例えば、圧縮画像の復元、多値化画像の二値化変換、ローテート、拡大縮小処理、色変換処理等を挙げることができる。処理すべき対象が画像データに絞られ、かつデータ量が膨大になる場合が多いので、特定の機能をより多く必要とするデータ処理が多く発生するためである。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１７】１．第１の実施の形態図１～図３に基づいて本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は、本発明に係るプロセッサの要部を概略的に示すブロック図である。
【００１８】プロセッサ１は、例えば、画像処理用ＤＳＰ等として好適に用いられるもので、命令フェッチ部、命令デコード部、制御レジスタ等を含んでなる制御ユニット部（図示せず）と実行ユニット部とメモリ２とを備えている。プロセッサ１は、３２ビット幅のデータバス８本を介してメモリ２に接続されている（プログラムバスやキャッシュ等は図示を省略している）。
【００１９】実行ユニット部は、例えば、８個のレジスタＲ１～Ｒ８と、各レジスタＲ１～Ｒ８にそれぞれ接続された実行ユニットＵ１～Ｕ８と、各実行ユニットＵ１～Ｕ８にそれぞれ接続されたセレクタ３と、各セレクタ３にそれぞれ接続されたサブユニットＳＵ１～ＳＵ４とを含んで構成されている（なお、レジスタＲ４～Ｒ７等は図示を省略している）。なお、本実施の形態では、実行ユニット群を８個から構成する場合を例示しているが、本発明はこれに限定されない。「設定部」としてのセレクタ３は、後述する選択レジスタ４からの入力データに応じて、自己につながる各サブユニットＳＵ１～ＳＵ４のうちいずれか一つのサブユニットを選択するものである。各サブユニットＳＵ１～ＳＵ４は、「単位実行部」に該当するもので、それぞれ所定の機能を実現すべく、例えば、加減算及び論理演算機能、乗算機能、メモリアクセス機能、シフト機能等が予め設定されている。ここで、図示されている実行ユニットＵ１～Ｕ８は、論理的な存在であり、電子回路として物理的に存在する必要はない。選択されたサブユニットＳＵが各実行ユニットの実体をなすためである。
【００２０】セレクタ３が加減算及び論理演算を行うサブユニットＳＵ１を選択した場合、該セレクタ３に接続された実行ユニットは、いわゆるＡＬＵ（算術論理演算ユニット）となる。従って、全ての実行ユニットＵ１～Ｕ８を同一の機能に揃えて設定することもできるし、一群を４個の実行ユニットから構成して各群単位で同一の機能をそれぞれ設定することも可能である。
【００２１】図２は、各実行ユニットＵ１～Ｕ８に機能（サブユニット）を割り当てる方法の一例を示す説明図である。「選択手段」としての選択レジスタ４に、２ビットずつ８個の格納域を設け、各格納域に２ビットデータでサブユニットの番号を記憶させる。例えば、ＡＬＵ機能（Ｌ）を実現するサブユニットＳＵ１はビット「００」、乗算機能（Ｍ）を実現するサブユニットＳＵ２はビット「０１」、シフト機能（Ｓ）を実現するサブユニットＳＵ３はビット「１０」、メモリアクセス機能（Ｄ）を実現するサブユニットＳＵ４はビット「１１」で表現される。このように選択レジスタ４が保持するデータを各セレクタ３に入力させることにより、該各セレクタ３は指定されたサブユニットＳＵを選択することができる。
【００２２】次に、図３に基づいて、上記構成を有するプロセッサ１を用いて画像処理を行う場合の作用を説明する。図３は、例えば、ＰＣカードに記憶された圧縮画像データを印刷用の二値化データに変換する処理の要部を示している。
【００２３】まず、ステップ（以下「Ｓ」と略記）１では、インターフェースを介してＰＣカードに記憶された画像ファイルを読み出す。この画像ファイルは、例えば、JPEG形式（Joint Photographic Experts Group）で圧縮記憶されている。次に、この読み出された圧縮画像データを復元すべく、選択レジスタ４のデータを書き換えて、各実行ユニットＵ１～Ｕ８の機能をデータ復元に適したものに設定変更させる（Ｓ２）。ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform）変換に適した機能パターンとして、例えば、積和演算を高速に処理すべく、各実行ユニットＵ１～Ｕ４を乗算機能（Ｍ）にそれぞれ設定し、各実行ユニットＵ５～Ｕ８をＡＬＵ機能（Ｌ）にそれぞれ設定する。そして、プロセッサ１は、ＤＣＴ変換処理用に設定変更された各実行ユニットＵ１～Ｕ８を用いて変換処理を行う（Ｓ３）。
【００２４】ＤＣＴ処理が終了すると、選択レジスタ４の内容を書き換えて、メモリアクセス用の機能パターンを設定する（Ｓ４）。具体的には、例えば、各実行ユニットＵ１～Ｕ８を全てメモリアクセス機能（Ｄ）に設定することができる。これにより、４個の実行ユニットによるメモリ２へのデータ書き込みと、他の４個の実行ユニットによる次のデータの読出しとを行うことができる。そして、各実行ユニットＵ１～Ｕ８を用いて、メモリ２に圧縮画像の復元データを書き込んだ後（Ｓ５）、選択レジスタ４を介して各実行ユニットＵ１～Ｕ８の機能を二値化処理用のパターンに設定する（Ｓ６）。例えば、二値化処理では、比較演算とメモリアクセスとが頻繁に行われるため、各実行ユニットＵ１～Ｕ４をＡＬＵ機能（Ｌ）にそれぞれ設定し、各実行ユニットＵ５～Ｕ８をメモリアクセス機能（Ｄ）にそれぞれ設定することができる。このようにして、各実行ユニットＵ１～Ｕ８を二値化処理用に設定変更した後で、二値化処理を行う（Ｓ７）。これにより、多値画像データが印刷可能な二値化画像データに変換される。次に、再び、各実行ユニットＵ１～Ｕ８をメモリアクセス用に再設定し（Ｓ８）、二値化画像データをメモリ２に記憶保存させる（Ｓ９）。そして、メモリ２に記憶された二値化画像データをプリントエンジンのエンジン制御部に転送させる（Ｓ１０）。
【００２５】なお、図３では、圧縮画像データの復元処理、復元された画像データの二値化処理を中心に説明したが、この他に、ローテート処理、拡大縮小処理、色変換処理等を行うこともできる。この場合には、各処理に適した実行ユニット部を得るべく、選択レジスタ４の内容を適宜書き換えればよい。
【００２６】このように構成される本実施の形態によれば、データ処理の特性に応じて、各実行ユニットＵ１～Ｕ８の機能を動的に変化させることができる。従って、そのデータ処理に適した実行ユニットの組合せを得ることができ、データ処理を高速に行うことができる。
【００２７】特に、例えば、画像処理等のように、使用する機能が偏るデータ処理の場合に、適切な実行ユニット部を構成して演算等を行うことができ、実行ユニットの稼働率を高めて処理速度を高速化することができる。
【００２８】２．第２の実施の形態次に、図４は本発明の第２の実施の形態を示すフローチャートである。以下の説明では前記第１の実施の形態で述べた構成要素と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。本実施の形態の特徴は、プログラムコードを解析し、各実行ユニットＵ１～Ｕ８に割り当てるべき機能を自動的に設定するようにした点にある。
【００２９】まず、プログラムコードを取り出して処理内容を解析し（Ｓ２１）、「管理手段」としての機能設定テーブル１１を参照する（Ｓ２２）。機能設定テーブル１１には、データ処理の種類毎に、各実行ユニットＵ１～Ｕ８に設定すべき適切な機能の組合せ（機能パターン）がそれぞれ対応付けられている。この参照結果に基づいて選択レジスタ４の内容を書き換えることにより（Ｓ２３）、各データ処理に応じた機能パターンを有する実行ユニット部を得ることができる。
【００３０】このように構成される本実施の形態でも、上述した第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。特に、本実施の形態では、機能設定テーブル１１を参照しつつ各実行ユニットＵ１～Ｕ８への機能割当てを自動的に行うため、容易に実行ユニット部を最適化することができる。図４に示すプログラムは、プログラム開発支援ツールとして利用することができる。各実行ユニット部Ｕ１～Ｕ８の機能割当てを考慮せずに基本となるプログラムを作成し、このプログラムを図４に示すプログラムで解析することにより、所定箇所に各実行ユニットＵ１～Ｕ８への機能割当てを追加記述させることができるであろう。
【００３１】３．第３の実施の形態次に、図５は本発明の第３の実施の形態に係るプロセッサの要部を示すブロック図である。本プロセッサ１では、実行ユニットＵ１～Ｕ４からなる第１実行ユニット群と実行ユニットＵ５～Ｕ８からなる第２実行ユニット群とに、それぞれ異なる組合せのサブユニットＳＵを設けている。図５の例では、実行ユニットＵ１～Ｕ４が選択可能な機能「Ｄ」を、実行ユニットＵ５～Ｕ８では他の機能「Ｘ」に置き換えている。このように、使用頻度の高い機能Ｌ、Ｍ、Ｓは全実行ユニットが選択可能にしておき、それ以外の機能Ｄ，Ｘは一部の実行ユニットだけが選択可能に構成できる。これにより、プロセッサのチップ面積増大を抑制しつつ、より多種類のデータ処理機能を実装することができる。
【００３２】なお、当業者であれば、各実施の形態に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の追加、変更等が可能である。例えば、選択可能とする演算機能の種類、同時に実行可能なユニット数等、適宜変更することができる。
【００３３】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明に係るプロセッサ及び該プロセッサを用いたデータ処理システムによれば、データ処理の特性に応じて動的に各実行ユニットの機能を設定可能なため、特定の機能を多用する処理が連続するような場合でも、速やかに処理することができる。

【出願人】	【識別番号】０００００２３６９【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
【出願日】	平成１２年１０月３日（２０００．１０．３）
【代理人】	【識別番号】１０００９５３７１【弁理士】【氏名又は名称】上村輝之（外１名）
【公開番号】	特開２００２－１０８６０９（Ｐ２００２－１０８６０９Ａ）
【公開日】	平成１４年４月１２日（２００２．４．１２）
【出願番号】	特願２０００－３０３５９５（Ｐ２０００－３０３５９５）