JP2010015364A - マルチプロセッサシステム及び情報処理装置 - Google Patents

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尚人 菅井
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Abstract

【課題】専用のハードウェア装置の付加や、対象となるプログラムが動作するプロセッサのソフトウェアへの変更を不要として、対象となるプログラムの動作を把握及び解析することを可能とするマルチプロセッサシステム及び情報処理装置を提供すること。
【解決手段】共通のシステムバスである共通バス13に接続された複数のプロセッサであるCPU1、2と、複数のプロセッサのうちの第1のプロセッサであるCPU1における例外の発生を、第2のプロセッサであるCPU2へ通知する例外通知手段である例外通知部20と、第1のプロセッサにおいて例外が発生した際における第1のプロセッサの状態に関する情報を保持する例外情報保持手段である例外情報保持部30と、を有し、第2のプロセッサは、例外通知手段による通知に応じて、例外情報保持手段に保持されている情報を取得する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、マルチプロセッサシステム及び情報処理装置、特に、共通のシステムバスに接続された複数のプロセッサを備えるマルチプロセッサシステムに関する。
例外処理は、プログラムの実行中にそのプログラムの命令列の実行を中断し、異なる命令列の実行を行う処理であって、プロセッサシステムの内部で行われる。例外処理の契機としては、命令実行により異常が発生した場合の他、例えば、オペレーティングシステムの機能を呼び出すシステムコールのためのトラップ命令実行による場合、メモリ管理機構を操作するためのページフォルトの場合がある。プロセッサにおいて例外が発生した場合、プロセッサで実行中のプログラムは中断され、例外が発生した際におけるプロセッサの状態に関する情報、例えばプログラムカウンタやステータスレジスタをプロセッサシステム内部で退避させる。また、発生した例外の要因ごとに異なる例外処理ハンドラが実行される。例外処理ハンドラは、例外処理が記述されたプログラムであって、一般に、オペレーティングシステムの一部として実装されている。例外処理が完了すると、退避させていた情報に基づいてプロセッサの状態を回復させ、例外が発生した際におけるプログラムの実行が再開される。
従来、マルチプロセッサシステムで実行されるプログラムをデバッグ処理するデバッグ支援装置の技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に提案されている技術では、あるプロセッサにおいてデバッグ例外が発生した場合に他のプロセッサを停止させ、マルチプロセッサシステムのデバッグに利用する。デバッグ支援装置は、オンラインデバッガとPCのソフトウェアとによって構成されている。オンラインデバッガは、プロセッサをターゲットとしてプログラムのバグの発見及び修正を支援するソフトウェアである。
特開2007−188147号公報
プログラムの動作を把握し解析する手段としては、例えばICE(In-Circuit Emulator)のようなハードウェア装置を付加する方法と、特許文献1に提案される技術のようにソフトウェアにより実現する方法とがある。ハードウェア装置を付加する場合、プログラムの動作を把握し解析するための専用の装置を用意する必要があるためコストの低減が困難となる。また、ソフトウェアにより実現する方法では、対象となるプログラムにトレース用の命令を加える等、プログラムの変更が必要となる。プログラム自体を変更する以外には、プログラムが動作するオペレーティングシステムの機能を利用する方法も取り得る。この場合、プログラムの動作を把握するための処理によって、本来のプログラムの動作とは実行タイミングが異なってしまうこととなる。
本発明は、これらの課題を解決するためになされたものであって、専用のハードウェア装置の付加や、対象となるプログラムが動作するプロセッサのソフトウェアへの変更を不要として、対象となるプログラムの動作を把握及び解析することを可能とするマルチプロセッサシステム及び情報処理装置を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、共通のシステムバスに接続された複数のプロセッサと、複数のプロセッサのうちの第1のプロセッサにおける例外の発生を、複数のプロセッサのうち第1のプロセッサ以外の少なくとも一つのプロセッサである第2のプロセッサへ通知する例外通知手段と、第1のプロセッサにおいて例外が発生した際における第1のプロセッサの状態に関する情報を保持する例外情報保持手段と、を有し、第2のプロセッサは、例外通知手段による通知に応じて、例外情報保持手段に保持されている情報を取得することを特徴とする。
本発明によれば、専用のハードウェア装置の付加や、対象となるプログラムが動作するプロセッサのソフトウェアへの変更を不要として、対象となるプログラムの動作を把握及び解析することができるという効果を奏する。
以下、図面に基づいて、本発明に係るマルチプロセッサシステムの実施の形態を詳細に説明する。
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るマルチプロセッサシステムを備える情報処理装置のブロック構成を示す。本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、二つのCPU(Central Processing Unit)1、2、主記憶装置10、割込みコントローラ11、IO装置12、共通バス13、例外通知部20、及び例外情報保持部30を有する。第1のプロセッサとして機能するCPU1、及び第2のプロセッサとして機能するCPU2は、共通のシステムバスである共通バス13に接続されている。共通バス13には、二つのCPU1、2の他、主記憶装置10、IO装置12、例外通知部20、及び例外情報保持部30が接続されている。主記憶装置10は、CPU1、2のメモリ空間にアドレス割付され、各CPU1、2から全領域をアクセス可能に構成されている。
マルチプロセッサシステムは、実行中のプログラムの処理を切り替える場合、例えば、タスク切り替え、IO装置12の処理終了通知等において、割込みを行う。割込みコントローラ11は、CPU1、2への割込みを制御する割込み制御手段として機能する。割込みコントローラ11は、CPU1、2の内部及び外部からの割込み要求を受けることにより、CPU1又はCPU2に対する割込みを発生する。
割込みコントローラ11は、割込みを発生させる要因ごとに任意のCPU1、2に対する割込みを発生するように設定可能である。割込みコントローラ11は、例えば、IO装置12からの割込み要求に対してはCPU1への割込みを発生し、例外通知部20からの割込み要求に対してはCPU2への割込みを発生する旨の設定がなされる。かかる設定は、通常、システム起動時の初期化処理において行う。
例外通知部20は、第1のプロセッサであるCPU1における例外の発生を、第2のプロセッサであるCPU2へ通知する例外通知手段として機能する。例外通知部20は、CPU1における例外の発生により、割込みコントローラ11へ割込み要求を送出する。CPU1における例外の発生に対して、例外通知部20は、ある単一の番号の割込み要求を送出する。或いは、例外通知部20は、CPU1で発生した例外の要因に応じて異なる番号の割込み要求を送出することとしても良い。例外情報保持部30は、第1のプロセッサであるCPU1において例外が発生した際におけるCPU1の状態に関する情報を保持する例外情報保持手段として機能する。
図2は、例外情報保持部30の構成を説明するものである。例外情報保持部30は、例外要因保持部31、例外命令アドレス保持部32、例外状況保持部33を有する。例外要因保持部31、例外命令アドレス保持部32、例外状況保持部33は、いずれも共通バス13に接続されている。例外要因保持部31は、CPU1において発生した例外の要因に関する情報を保持する例外要因保持手段として機能する。例外命令アドレス保持部32は、CPU1において例外が発生した命令のアドレスを保持する例外命令アドレス保持手段として機能する。
例外状況保持部33は、CPU1において発生した例外の状況に関する情報を保持する例外状況保持手段として機能する。例えば、メモリ読み込み命令でのアドレスエラーによる例外が発生した場合、例外状況保持部33は、メモリへのアクセスによりエラーが発生したアドレスを保持する。トラップ命令の実行による例外が発生した場合、例外状況保持部33は、トラップ命令のオペランドである番号を保持する。
例外情報保持部30は、一回の例外についての情報のみを保持するもの、複数回の例外についての情報を保持するもののいずれであっても良い。一回の例外についての情報のみを保持する場合、例外要因保持部31、例外命令アドレス保持部32、例外状況保持部33は、CPU1において例外が発生するごとに保持する情報を書き換える。複数回の例外についての情報を保持する場合、例外要因保持部31、例外命令アドレス保持部32、例外状況保持部33は、例えば、FIFO(First In First out)方式の構成とする。
CPU1でのプログラムの実行中に例外、例えば、ページフォルト、オーバフロー、アドレスエラー等が発生すると、CPU1における処理は、例外処理へ切り替えられる。CPU1は、例外が発生すると、例外処理ベクタで示されるメモリアドレスの命令を読み込んで、発生した例外に対応する例外処理ハンドラを実行する。
例外通知部20は、CPU1における例外の発生に対して、割込みコントローラ11へ割込み要求を送出する。割込みコントローラ11は、例外通知部20からの割込み要求を受けることにより、CPU2に対する割込みを発生する。割込みを受けたCPU2は、割込みベクタで示されるメモリアドレスの命令を読み込んで、例外通知部20から送出された割込み要求に対応する割込みハンドラを実行する。このように、例外通知部20は、割込みコントローラ11を介してCPU2へ割込み要求を送出することにより、CPU1における例外の発生をCPU2へ通知する。
図3は、第2のプロセッサであるCPU2における割込みハンドラの処理を説明するフローチャートである。CPU2では、例外通知部20からの割込み要求に対応する割込みハンドラが実行される。CPU2における割込みハンドラの実行が開始されると、ステップS11において、CPU2は、例外要因保持部31に保持されている例外の要因に関する情報を取得する。CPU2は、例外要因保持部31に保持されている情報を、共通バス13を介して読み出す。
ステップS12において、CPU2は、例外命令アドレス保持部32に保持されているアドレスを取得する。CPU2は、例外命令アドレス保持部32に保持されている情報を、共通バス13を介して読み出す。ステップS13において、CPU2は、例外状況保持部33に保持されている例外の状況に関する情報を取得する。CPU2は、例外状況保持部33に保持されている情報を、共通バス13を介して読み出す。このように、第2のプロセッサであるCPU2は、例外通知部20による通知に応じて、例外情報保持部30に保持されている情報を取得する。なお、ステップS11、S12、S13は特に順序を定める必要は無く、かかる順序である場合に限られないものとする。
次に、ステップS14において、CPU2は、ステップS11において取得した例外の要因に関する情報、ステップS12において取得したアドレス、ステップS13において取得した例外の状況に関する情報を主記憶装置10上の領域に保存する。ステップS15において、CPU2は、例外が発生した際におけるCPU1の状態に関する情報の取得が完了したことを例外通知部20へ通知する。かかる通知は、共通バス13を介してなされる。
例外通知部20は、情報の取得が完了したことの通知をCPU2から受けることにより、割込みコントローラ11に対する割込み要求を解除する。CPU2は、例外通知部20による割込み要求の解除により、割込みハンドラの実行を終了する。CPU1は、例外処理ハンドラの実行が完了すると、例外が発生した際における状態に関する情報を主記憶装置10から読み出す。CPU1は、主記憶装置10から読み出した情報に基づいて、例外の発生時に実行していたプログラムを再開させる。
CPU1における例外の発生を例外通知部20によりCPU2へ通知するとともに、例外情報保持部30に保持された情報をCPU2が取得することにより、CPU1で実行しているプログラムの動作を把握及び解析し、CPU1で発生した例外を処理する。これにより、専用のハードウェア装置の付加やプログラムの変更を不要とし、対象となるプログラムの動作を把握及び解析することができるという効果を奏する。また、対象のプログラムが動作するCPU1のソフトウェアには何ら変更を行わないため、本来のプログラムの動作タイミングを変えること無く、対象のプログラムの動作の把握及び解析ができる。
マルチプロセッサシステムは、二つのプロセッサを有する構成に限られず、三つ以上のプロセッサを有する構成であっても良い。マルチプロセッサシステムは、複数のプロセッサのうちの第1のプロセッサにおいて例外が発生した場合に、第1のプロセッサの状態に関する情報を、第1のプロセッサ以外のプロセッサである第2のプロセッサが取得可能であれば良い。
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2に係るマルチプロセッサシステムを備える情報処理装置のブロック構成を示す。本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、例外通知選択部40を有することを特徴とする。本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、例外通知選択部40を有する他は、上記実施の形態1に係るマルチプロセッサシステムと同様の構成を有する。上記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
例外通知選択部40は、共通バス13に接続されている。例外通知選択部40は、第1のプロセッサであるCPU1において発生した例外の要因に応じて、例外通知部20から送出する割込み要求を選択する例外通知選択手段として機能する。CPU1において例外が発生すると、例外通知部20は、例外通知選択部40を参照し、例外の要因に応じて例外通知選択部40で選択された割込み要求を送出する。
図5は、例外通知選択部40において割込み要求を選択する例を説明するものである。CPU1において例外要因番号1の例外、又は例外要因番号3の例外が発生した場合、例外通知選択部40は、割込み要求番号5を選択する。CPU1において例外要因番号2の例外が発生した場合、例外通知選択部40は、割込み要求番号6を選択する。CPU1において例外要因番号4の例外が発生した場合、例外通知選択部40は、割込み要求番号7を選択する。
割込みコントローラ11は、システム起動時の初期化処理において、例外通知として使用される割込み要求全てに対してCPU2への割込みを発生する旨の設定がなされている。図5に示す例の場合、割込み要求番号5、割込み要求番号6、及び割込み要求番号7がいずれもCPU2への割込みとなる。
図6は、割込み要求番号7に対応する割込みハンドラの処理を説明するフローチャートである。ここでは、例外通知選択部40が割込み要求番号7を選択する例外要因番号4は、命令アドレス例外であるとする。命令アドレス例外の場合、例外の要因に関する情報、及び例外が発生した命令のアドレスを用いることによりCPU1の状態を把握可能であって、例外の状況に関する情報が不要であるとする。
CPU2において割込み要求番号7に対応する割込みハンドラの実行が開始されると、ステップS21において、CPU2は、例外要因保持部31に保持されている例外の要因に関する情報を取得する。ステップS22において、CPU2は、例外命令アドレス保持部32に保持されているアドレスを取得する。ここでは、例外状況保持部33へのアクセスが省略される。
次に、ステップS23において、CPU2は、ステップS21において取得した例外の要因に関する情報、ステップS22において取得したアドレスを主記憶装置10上の領域に保存する。ステップS24において、CPU2は、例外が発生した際におけるCPU1の状態に関する情報の取得が完了したことを例外通知部20へ通知する。例外通知部20は、情報の取得が完了したことの通知をCPU2から受けることにより、割込みコントローラ11に対する割込み要求を解除する。
なお、例外要因番号1〜3については、CPU1の状態を把握するには、例外の要因に関する情報、例外が発生した命令のアドレス、例外の状況に関する情報のいずれも用いられるとする。例外要因番号1又は3によって選択される割込み要求番号5、例外要因番号2によって選択される割込み要求番号6については、割込みハンドラの処理は、図3に示す実施の形態1の場合と同様となる。
CPU1で発生した例外の要因に応じて、例外通知として使用する割込み要求を選択することにより、第2のプロセッサであるCPU2では、第1のプロセッサであるCPU1で発生した例外の要因に応じて異なる割り込みハンドラが実行される。これにより、例外が発生した際におけるCPU1の状態に関する情報の取得を効率的に行うことができるという効果を奏する。
三つ以上のCPUを有する構成とする場合、割込みコントローラ11は、例外通知選択部40において選択された割込み要求ごとに、異なるCPUへの割込みを発生する設定をしても良い。これにより、例外が発生した際における第1のプロセッサであるCPUの情報を、第2のプロセッサである複数のCPUにおいて取得する構成にできる。第2のプロセッサは、複数のプロセッサのうち第1のプロセッサ以外の少なくとも一つのプロセッサであれば良く、複数であっても良い。
実施の形態3.
図7は、本発明の実施の形態3に係るマルチプロセッサシステムを備える情報処理装置のブロック構成を示す。本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、例外要因指定部50を有することを特徴とする。本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、例外要因指定部50を有する他は、上記実施の形態1に係るマルチプロセッサシステムと同様の構成を有する。上記実施の形態1と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
例外要因指定部50は、共通バス13に接続されている。例外要因指定部50は、例外の要因を指定する例外要因指定手段として機能する。例外通知部20は、CPU1において発生した例外の要因が例外要因指定部50において指定されている場合に限り、例外の発生をCPU2へ通知する。
図8は、例外要因指定部50において例外の要因を指定する例を説明するものである。例えば、例外要因指定部50は、例外要因番号1については例外を通知し、例外要因番号2、3、4については例外を非通知とする旨の設定がなされている。図8に示す例では、例外要因指定部50は、例外通知部20によりCPU2へ例外を通知する要因として、例外要因番号1〜4のうち例外要因番号1のみを指定する。かかる設定は、例えば、CPU2上で動作する例外要因指定プログラムが、例外要因指定部50に対して行う。
図8に示す例では、例外通知部20は、CPU1において発生した例外の要因が例外要因番号1である場合に、割込み要求の送出により例外を通知する。また、例外要因番号2〜4である場合は、例外通知部20は割込み要求を送出せず、例外の通知を行わない。割込みコントローラ11は、例外通知部20からの例外通知を受けることにより、CPU2への割込みを発生する。割込みを受けたCPU2は、例外通知部20からの割込み要求に対応する割込みハンドラを実行する。
図9は、第2のプロセッサであるCPU2における割込みハンドラの処理を説明するフローチャートである。CPU2において割込みハンドラの実行が開始されると、ステップS31において、CPU2は、例外要因保持部31に保持されている例外の要因に関する情報を取得する。ステップS32では、CPU2は、ステップS31で取得した例外の要因が、例外を通知する要因として例外要因指定部50に指定されている要因に一致するか否かを判断する。CPU2は、例外要因指定部50に保持されている情報を、共通バス13を介して読み出す。
例外情報保持部30が複数回の例外についての情報を保持するものである場合、以前に発生した例外についての情報であって、例外要因指定部50にて指定されていない要因についての情報を参照する可能性がある。ステップS32では、例外要因保持部31に保持されている例外の要因が例外要因指定部50で指定されたものか否かの確認を行う。ステップS32において一致しないと判断した場合、ステップS37において、CPU2は、例外情報保持部30に保持された次の例外についての情報を参照する。さらに、ステップS31に戻って、例外要因保持部31に保持されている例外の要因に関する情報を取得する。なお、例外要因保持部31に保持されている例外の要因が例外要因指定部50で指定されたものか否かの確認が不要な場合、例えば、例外情報保持部30が一回の例外についての情報のみを保持するものである場合は、ステップS32を省略しても良い。
ステップS31で取得した例外の要因と、例外を通知する要因として例外要因指定部50に指定されている要因とが一致するとステップS32において判断した場合、CPU2は、ステップS33において、例外命令アドレス保持部32に保持されているアドレスを取得する。ステップS34では、CPU2は、例外状況保持部33に保持されている例外の状況に関する情報を取得する。
次に、ステップS35において、CPU2は、ステップS31において取得した例外の要因に関する情報、ステップS33において取得したアドレス、ステップS34において取得した例外の状況に関する情報を主記憶装置10上の領域に保存する。ステップS36において、CPU2は、例外が発生した際におけるCPU1の状態に関する情報の取得が完了したことを例外通知部20へ通知する。例外通知部20は、情報の取得が完了したことの通知をCPU2から受けることにより、割込みコントローラ11に対する割込み要求を解除する。
CPU1で発生した例外の要因が例外要因指定部50において指定されている場合に限りCPU2への例外通知を行うことで、CPU1で発生した例外の要因ごとにCPU2への割込みの可否を設定できる。これにより、例外が発生した際におけるCPU1の状態に関する情報の取得を効率的に行うことができるという効果を奏する。なお、本実施の形態に係るマルチプロセッサシステムは、上記実施の形態2で説明した例外通知選択手段をさらに有する構成としても良い。
以上のように、本発明に係るマルチプロセッサシステムは、情報処理装置に用いる場合に適している。
実施の形態1に係るマルチプロセッサシステムを備える情報処理装置のブロック構成を示す図である。 例外情報保持部の構成を説明する図である。 第2のプロセッサにおける割込みハンドラの処理を説明するフローチャートである。 実施の形態2に係るマルチプロセッサシステムを備える情報処理装置のブロック構成を示す図である。 例外通知選択部において割込み要求を選択する例を説明する図である。 割込み要求番号7に対応する割込みハンドラの処理を説明するフローチャートである。 実施の形態3に係るマルチプロセッサシステムを備える情報処理装置のブロック構成を示す図である。 例外要因指定部において例外の要因を指定する例を説明する図である。 第2のプロセッサにおける割込みハンドラの処理を説明するフローチャートである。
符号の説明
1、2 CPU
11 割込みコントローラ
20 例外通知部
30 例外情報保持部
40 例外通知選択部
50 例外要因指定部

Claims (6)

  1. 共通のシステムバスに接続された複数のプロセッサと、
    前記複数のプロセッサのうちの第1のプロセッサにおける例外の発生を、前記複数のプロセッサのうち前記第1のプロセッサ以外の少なくとも一つのプロセッサである第2のプロセッサへ通知する例外通知手段と、
    前記第1のプロセッサにおいて例外が発生した際における前記第1のプロセッサの状態に関する情報を保持する例外情報保持手段と、を有し、
    前記第2のプロセッサは、前記例外通知手段による通知に応じて、前記例外情報保持手段に保持されている情報を取得することを特徴とするマルチプロセッサシステム。
  2. 前記例外情報保持手段は、
    前記第1のプロセッサにおいて発生した例外の要因に関する情報を保持する例外要因保持手段と、
    前記第1のプロセッサにおいて例外が発生した命令のアドレスを保持する例外命令アドレス保持手段と、
    前記第1のプロセッサにおいて発生した例外の状況に関する情報を保持する例外状況保持手段と、を有することを特徴とする請求項1に記載のマルチプロセッサシステム。
  3. 前記複数のプロセッサへの割込みを制御する割込み制御手段を有し、
    前記例外通知手段は、前記割込み制御手段を介して前記第2のプロセッサへ割込み要求を送出することにより、前記第1のプロセッサにおける例外の発生を前記第2のプロセッサへ通知することを特徴とする請求項1又は2に記載のマルチプロセッサシステム。
  4. 前記第1のプロセッサにおいて発生した例外の要因に応じて、前記例外通知手段から送出する前記割込み要求を選択する例外通知選択手段をさらに有することを特徴とする請求項3に記載のマルチプロセッサシステム。
  5. 例外の要因を指定する例外要因指定手段をさらに有し、
    前記例外通知手段は、前記第1のプロセッサで発生した例外の要因が前記例外要因指定手段において指定されている場合に限り、前記第1のプロセッサにおける例外の発生を前記第2のプロセッサへ通知することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載のマルチプロセッサシステム。
  6. 共通のシステムバスに接続された複数のプロセッサと、
    前記複数のプロセッサのうちの第1のプロセッサにおける例外の発生を、前記複数のプロセッサのうち前記第1のプロセッサ以外の少なくとも一つのプロセッサである第2のプロセッサへ通知する例外通知手段と、
    前記第1のプロセッサにおいて例外が発生した際における前記第1のプロセッサの状態に関する情報を保持する例外情報保持手段と、を有し、
    前記第2のプロセッサは、前記例外通知手段による通知に応じて、前記例外情報保持手段に保持されている情報を取得することを特徴とする情報処理装置。
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