JPH08505965A

JPH08505965A - コンテキスト切り換え装置及び方法

Info

Publication number: JPH08505965A
Application number: JP6512151A
Authority: JP
Inventors: ジャンデーアレグルッチ; デレクレンツ; グレンプール
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1992-11-09
Filing date: 1993-11-02
Publication date: 1996-06-25
Anticipated expiration: 2017-02-04
Also published as: WO1994011816A1; US5428779A; JP3253303B2

Abstract

(57)【要約】タスクを保存、復元、もしくはスワップするコンテキスト切り換えシステムで、外部又はシステムメモリに接続されたマルチタスキング・プロセサにおいて用いるように適合されている。プロセサは、タスクを実行するため、一つ又はそれ以上の機能ブロックを含んでいる。機能ブロックは、ある決められた時点のシステムのコンテキストを表す状態データを記憶するレジスタから成る。このシステムは、保存又は切り換えコマンドを受け取り、それに対応してコンテキスト保存命令を生成するコントローラから成る。このコントローラは、コンテキスト保存命令を機能ブロックに渡すように構成されている。機能ブロックは状態プログラムを生成する。状態プログラムは、コンテキストが後に復元可能なように、一つ又はそれ以上のレジスタ・ロード命令及びシステムのコンテキストを表す状態データから成る。状態プログラムは外部又はシステム・メモリに記憶される。状態プログラムとしてコンテキストを保存することにより、当システムは、重要な情報を失うことなく、１つのコンテキストから他のものへと高速で切り替わることが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】発明の名称コンテキスト切り換え装置及び方法 (Context Switching System and Metheod) 発明者：ジャンＤ.アレグルッチ(Jean D.Allegrucci) デレクＪ.レンツ(Dcrek J.Lentz) グレンＣ.プール(Glcnn C.Poole) 関連出願の引照次のものは同一承継人の出願に係る、同時係属中の出願である：「仮想FIFO周辺インタフェース」、米国出願番号07/862,623、1992年３月31日出願（代理人整理香号SP030/1397.0070000）。上記出願の開示は参照することにより明細書の記載内容が本出願に組み込まれているものとする。発明の背景１．産業上の利用分野本発明はディジタル・プロセサに関するものであり、特にコンテキストと呼ばれる、ディジタル・プロセサの内部状態データをシステムへ及びシステムから転送する装置及び方法に関するものである。２．関連技術汎用マイクロプロセサやカスタム・プロセサと同様、ディジタル・プロセサは内部メモリ及びレジスタを有するものであるが、それらは、あらゆるタスクの処理を行うとき広範囲に使用される。任意の時点のこれらレジスタの内容はプロセサの現状態を表していると解釈できる。 VLSIRISC Architecture and Organization（「VLSIRISCアーキテクチヤと構成」Marcel Dekker社、1989年出版）という本でステフェン・ファーバー（Ste phen B.Furber）はマルチタスク・コンピュータの発展に関して論じている。以下は彼の議論の要約である。最近までコンピュータは高価であったため、その能力を最大限に利用しなければならないという圧力が非常に強かった。一時に一つのプログラムしか走らせることが出来ないというのは非効率的である。これは、使用しているプログラムは、使い得るメモリのほんの小さな部分のみしか必要としないかもしれず、また中央処理装置(CPU)は、ディスクからの情報を待ちながら長い間アイドルしているからである。もし２つのプログラムが存在すれば、CPUはディスク転送が要求されるまで１つのプログラムを処理し、転送が行われている間他のプログラムに切り替わり、転送が完了すれば最初のものに戻ることが可能である。それによってCPUはより有効に使用されることになる。実際上、数種のプログラムをいつでも活動状態にしておき、データ使用の可能性、タスクの優先順位等にしたがって、CPUはそれらのプログラム間を切り換わる。これは、普通「マルチタスキング」と呼ばれている。低価格で適度な性能を持つパーソナル・コンピュータ(PC)やワークステイションが出現するに至り、マルチタスキングはより普通のものになってきつつある。複数のユーザーからのタスクを１台のマシンにロードするのではなく、１台のPC又はワークステーションが、１人のユーザーの複数のタスクを行うのに専用として使われることが多い。この環境では、ユーザーがマシンを必要とするまでそれは待機していることになる。何かをすることを要求されればマシンは出来るかぎり迅速に対応し、ユーザーがアイドルしないようにしなくてはならない。 PCがユーザーの仕事のより多くの部分に関与するようになり、またユーザーがPCに複数のタスクを同時に行うことを要求してきているため、マルチタスキングは以前以上に普及するようになってきている。例えば、ユーザーは、複数の書類とスプレッド・シートを同時に開いておき、一方マシンはバックグラウンドで電子メールを取り扱い、最新の報告をプリントしているというものである。このレベルの機能性のインプリメンテーシヨンにはマルチタスキング・オペレーティング・システムが最善の枠組みを与える。既に述べたように、マルチタスキング・システムは、いくつかのタスクを同一のプロセサで「同時」に処理することを可能にする。実際には、マルチタスキング制御ソフトウエアは、夫々のタスクにプロセサが費やす時間を管理する。マルチタスキング制御ソフトウエア（「システム・ソフトウエア」とも呼ばれることがある）は、現在行っているタスクを中断して、新しいタスクを処理したり、前のタスクを完了したり、その処理を再開したりできるようにする。現行タスクに対する現状態を記述したプロセサの内部レジスタの内容は、コンテキスト保存動作と呼ばれる動作でメモリに保存される。プロセサ・レジスタの内容は、コンテキスト復元動作を実行することにより処理しようとする新タスクの状態で置き換えられる。あるタスクの実行を再開する時は、その前に、そのタスクに割り込みが行われた以前のプロセサの状態の復元を行う。一般的には外部メモリであるが、システム・メモリは仮想メモリ・マネジャーにより普通管理される。したがって、マルチタスキングには２つのことが必要である。まず初めに、マルチタスキングは、柔軟性を得るため、タスクをシステム・メモリの異なった部分、例えば、異なった時点にロードすることが出来るようにしなくてはならない。決まったセットのタスクを決まったアドレスにロードするようなプロセサは非常に柔軟性に乏しい。第２に、マルチタスキングは、後で割り当てられるメモリ量を知ることなくタスクを書き込むようなものでなくてはならない。後者の条件は従来の仮想メモリ方式により最も容易に満たされ、前者は仮想メモリをインプリメントするのに用いるアドレス変換機構により満足されるであろう。従来の技法を用いると、夫々のタスクは、それが仮想メモリの全空間を所持しているかのように構築され、その後アドレスは拡張されて、変換を行うのに必要なタスク識別子を含むようになる。仮想メモリの如く、マルチタスキングをサポートすることはPCレベル以上の汎用コンピュータにはもはや必須になっており、PCの処理能力がワークステーションのレベルに近づくにつれPCでも重要になりつつある。従って、もっと進んだ縮小命令セット・コンピューティング(RISC)プロセサでさえ、もしRISCマシンがこのような市場で競争するなら、その機能をサポートしなくてはならないのである。このことはプロセサ内で新たな複雑さを生じさせることになる。これらの新たな複雑さやマルチタスキングのための切り換えの増加は簡単な処理をサポートするオペレーティング・システムの必要性を生む。従って、プロセサのコンテキスト切り換え速度がさらに重要になってくるのである。例えば、マルチタスキング・グラフィックス・プロセサでは、従来のコンテキスト切り換えシステムは非常に遅いため、グラフィックス処理に固有な、ロバストな同時の数値タスクについて行くことが出来ない。それゆえ、望まれるのは、必要なコンテキスト切り換え速度を持ちマルチタスキング・アプリケーシヨンについていける自動ハードウエア・コンテキスト切り換えメカニズムである。発明の概要本発明は、ディジタル・プロセサの内部状態データ、即ち「コンテキスト」を外部メモリへ又はそれから転送するシステム及び方法に関するものである。外部メモリヘコンテキストを転送するのは「状態保存動作」と呼ばれ、外部メモリからプロセサへコンテキストを転送して戻すのは「状態復元動作」と呼ばれる。本発明は、自動コンテキスト切り換えメカニズム（システム）及びその動作方法のハードウエア・インプリメンテーションに関するものである。当システムは、使用可能なシステム・メモリが取り扱える範囲で可能な限りの多数の処理の間を高速にコンテキスト切り換えを行う。ハードウエア構造及び状態データが保存されるフォーマットにより、プロセサ内の内部状態及び機能ブロックのサイズに関係なく、プロセサがその状態データを保存することが可能になる。コンテキスト保存、復元、又はコンテキスト保存／復元（コンテキスト・スイッチとも呼ばれる）が開始すると、直接メモリ・アクセス(DMA)コントローラがそのシステムの機能ブロックに信号を送る。それに対応して、機能ブロックは、状態データを外部メモリに保存することにより状態保存動作を行う。DMAはその後外部メモリから新しい状態を取り出し、それを機能ブロックに送り状態復元動作を行う。状態が保存されるフォーマットもまたプロセサ状態の高速復元を可能にする。状態は、「状態プログラム」を形成するために、１つのデータ・ブロック及び１つ又はそれ以上のレジスタ・ロード命令として保存される。状態復元動作は単に外部メモリから状態プログラムを取り出し実行することである。従って、状態プログラムは、標準的プログラムと同様外部メモリから読み出され、実行される。コンテキストを状態プログラムとして保存することにより、システムが重要な情報を失うことなく１つのコンテキストから他のコンテキストに高速に切り替わることが可能になるのである。本発明の、上述した、そしてその他の特長及び利点は、添付の図面に示された当発明の好適な実施例の以下のより具体的な説明から明らかになるであろう。図面の簡単な説明当発明は、添付の図面を参照することにより理解を増すことが出来るであろう。第１図は、本発明の自動コンテキスト切り換えシステムの高レベルのブロック図である。第２Ａ〜２Ｃ図は、第１図のシステムによる状態プログラムを記憶する外部メモリの一部分を示す代表例である。第３図は、本発明の状態ブロックを示す。第４図は、本発明のコンテキスト切り換え方法の代表的フローチャートである。図において、同一の要素又は同様の機能を持つ要素は同じ数で表す。さらに、番号の一番左の数字は、その番号が最初に出てくる図面の番号を表す。発明の詳細な説明本発明は、タスクを保存し、復元し、切り換える、コンテキスト切り換えシステム及びその方法である。当システムは、外部メモリ、主メモリ又はシステム・メモリ（マルチタスキング・プロセサの外部にあるいかなるメモリでもよい。以後、単にメモリと呼ぶ）に接続されたマルチタスキング・プロセサの部分である。当メモリは複数のプロセサにより共用されてもよい。マルチタスキング・プロセサは１つ又はそれ以上の機能ブロック（処理ユニットもしくは処理モジュール、叉はマイクロコード・ユニットと呼ばれることがある）を有するが、それらは、サブプロセサ即ちある特別なタスクを行うための簡単なユニットであってもよい。機能ブロックはレジスタを含んでいるが、それらは、ある１つのタスクが行われている間のマルチタスキング・プロセサのコンテキストを表す状態データを記憶する。本発明は、VLSIマルチタスキング・グラフィックス・プロセサ・チップに関連させて議論される。しかし、本発明が状態データを有する如何なるシステムにも適用できることは後に当業者に明確になるであろう。従って、本発明はグラフイックス・プロセサだけに限ったものではない。プロセサ、CPU、ディジタル・プロセサという用語はこの分野ではしばしば同意語として使われている。以後プロセサという用語を用いるが、勿論当開示の基礎をなす意味を変えることなく他の同様な用語に置き換えることが出来る。チップ、集積回路、半導体デバイス、マイクロエレクトロニクス・デバイスという用語もこの分野ではしばしば同意語として使われている。本発明は当分野で一般に理解されているように上記のものの全てに適用できる。プロセサは命令を以下のごとく実行する。即ち、プログラムの命令及びデータは内部直接メモリ・アクセス(DMA)コントローラによりメモリから持ち込まれるか、叉は外部装置から直接与えられる。本発明の好適な実施例では、命令は、DMA内の一時プログラム・キューにロードされる。DMAはローカル命令を実行する、つまり他の命令とデータを処理のため機能ブロックに渡す。本発明の自動コンテキスト切り換えシステム100の高レベルのブロック図を第１図に示す。プロセサは一般的に101で示されている。プロセサは、DMA コントローラ102、入出力ユニット(IOU)118、及び機能ブロック・パイプライン（106、108、110で夫々示しているFB1、FB2、．．．FBn）から成る。機能ブロック（マイクロコード・ユニットとも呼ばれる）106〜110は特定のタスクを行うのに用いられる。例えば、3-Dグラフィックス処理システムでは、機能ブロック106 〜110は、座標変換、ベクトルの正規化、クリッピング、ライティング等のタスクを行う。コンテキスト・キューと呼ばれる（ここに示していない）ハードウエア・データ・バッファはIOU1l8の中にある。その代わりに、コンテキスト・キューは分離したブロックであってもよいし、プロセサ101の他の部分に存在してもよいが、このことは後で当業者には明らかになろう。 IOU118は、双方向I/Oバス122を介して外部システム・バス120にインタフェースする。IOU118は、外部システム・バス120を内部データ・バス124に接続するが、それは今度はDMA102に接続されている。外部メモリ・バス121は外部メモリ116をバス120に接続する。 DMA102は、コンテキスト切り換えシステムと外界の間の全てのトランザクションを監督する。DMA102には３つの主要な機能がある：(l)メモリから及びメモリへのデータ転送を制御する、(2)内部機能ブロックへの命令の流れを制御する、そして(3)コンテキスト・スイッチ動作を同期化する、というものである。D MAの機能は、それを機能ブロックに分散させるような異なった方法でインプリメントすることも可能である。 IOU118はコマンド／状態レジスタ（CSR;ここには示されていない）を含む。CSRは、プロセサ（システム・ソフトウエア）やレジスタ・ロード命令により外部よりアクセス可能である。プロセサは特定の状態条件に基づいて割り込みを生成することが出来る。状態条件は、プロセサのエベントに基づき２つのビットとしてCSRに記憶される。これらのビットはハードウエアによりセット叉はリセットされる。コンテキスト切り換え動作は、（どちらの場合でも）CSRに適切なビットをセットすることから始まる。代表的な例を挙げると、保存ビットがセットされるとコンテキスト保存が信号として出され、復元ビットがセットされるとコンテキスト復元が信号として出され、さらに、両方のビットがセットされるとコンテキスト切り換えが信号として出される。CSRの２つのビットの選択はインプリメンテーションに特有なものである。CSRの重要な面はハードウエアが正しい指令と共に与えられるということである。より一般的なコマンド構造でも差しつかえない。状態条件を信号化する他の同等な技法は当業者に明らかになろう。機能ブロックの内部状態データとDMAの内容の組み合わせが任意の時間のプロセサの「コンテキスト」をなす。機能ブロック・パイプラインのコンテキストは、使用されないときにはそれを「状態プログラム」として記憶しているメモリ内の「コンテキスト・データ・バッファ」からコピー及び復元することが出来る。DMA102はメモ116へのポインタを含んでいるが、それらは、命令やデータを取り出したりコンテキスト切り換えに用いられる。 DMA内の２つのポインタはコンテキスト・データ・バッファの境界を決定する。これらは「保存」ポインタ及び「終了」ポインタと呼ばれる。DMA内のそれ以外の２つのポインタは命令取り出しの時に用いられる。システム・ソフトウエアは、夫々のタスクにプロセサが費やす時間量を制御する。それはタスクを管理するので、システム・ソフトウエアは「書き込みポインタ」を更新する。書き込みポインタは、システム・ソフトウエアに新しい命令をメモリのどこに追加するかを示す。DMAは「フェッチ・ポインタ」を更新する。フェッチ・ポインタは、DMAに次の命令をどこから取り出すかを示す。フェッチ・ポインタに関するより詳しい説明には、同一承継人に係る、同時係属中の出願である1992年３月31日出願の、「仮想FIFO周辺機器インタフェース」、米国出願香号07/862,623を参照のこと。上記出願の開示は参照することによりその記載内容が本明細書に組み込まれているものとする。状態プログラムは、一連のレジスタ・ロード命令及びデータを含むデータ構造である。状態プログラムを実行することにより、それに対応する保存の前にレジスタにあった値を復元することが出来る。機能ブロックは夫々自分自身の状態プログラムを作り、それを、DMAの制御下でIOUを介してメモリに転送する。コンテキスト・データ・バッファの正確な順番及び内容は、マイクロコード（もし用いていれば）及びハードウエアのインプリメンテーションに依存しているかも知れない。コンテキスト情報はインプリメンテーションからインプリメンテーションへとポータブル（移植性のある）でなければならないということはない。その理由は、コンテキスト情報は一時的なものであるからである。この一時情報は、決められたシステム中で且つ限られた時間内にのみ用いられる。コンテキストは、別のハードウエアでそれを用いることを意図して保存されるのではない。正確なサイズ、内容、及び順序は、ハードウエア、マイクロコード・バージョン、及び実行されている現時点のグラフイックス動作に依存している。マイクロコードを用いて状態プログラムを作ることにより大きな柔軟性を得ることが出来る。例えば、状態プログラムのサイズを重要な状態レジスタの内容のみを保存することで最適化することが出来る。 DMAは、コンテキスト動作を開始する前に現データ・ストリーム中の妥当な点にいつ到達したかを決定する。本グラフィックス・プロセサの場合、その命令を完了するのに必要な全てのデータを機能プログラムが受け取っていない時には、命令動作の途中で、機能プログラムに割り込むことは出来ない。DMAは転送されるデータ・ワード数を記録しているので、いつその流れに割り込むかが分かるのである。 DMA102内のコンテキスト領域ベース・ポインタ(CABP)レジスタは、現在の状態（状態プログラムとして）を保存するのに用いられるメモリ内のコンテキスト・データ・バッファのベース・アドレス（最下位ワード）を保持する。DMA102 内のコンテキスト復元ベース・ポインタ(CRBP)レジスタは、状態を復元するのに用いる状態プログラム・データを記憶するコンテキスト・データ・バッファのアドレスを保持する。CABP及びCRBPレジスタは、現在のインプリメンテーシヨンでコンテキスト保存、コンテキスト復元、コンテキスト切り換えの後でも修正されない。システム・ソフトウエアはこれら２個のポインタを管理する。もしCSRにRESTOREコマンドがロードされると、CRBPレジスタが指す場所より始めて状態プログラムをメモリから取り出すことにより復元がなされる。もし SAVEビット及びSTOREビツトの両方ともがセットされていれば、CABP及びCRBPの夫々を用いてプロセサは最初にその状態を保存し、その後にそれを復元する。もしチップが現在命令ストリームを実行していれば、ハードウエアは、妥当な割り込み点に達するまで命令ストリームを処理し続け、それから先に進む。妥当な割り込み点は、プロセサのハードウエア、ファームウエア、システム・ソフトウエア等の独自のインプリメンテーシヨンによって決められる。コンテキスト切り換え命令または割り込み信号に対応して、DMA102は「コンテキスト保存(ContcxtSave)」命令をバス114を通して最初の機能ブロック106 に送る。機能ブロック106は、それ自身の状態プログラムを作り、それを、DMAの助けを得てIOUを介してメモリへ転送する。一旦機能ブロック106がその全ての状態データを転送したら、そのコンテキスト保存命令は次の機能ブロック108等に順次引き渡されていき、最後に最終機能ブロック110がその全てのデータを転送するまで続く。「ロード」命令（即時ロード命令のような）は、機能ブロックが状態データを転送するとき状態データと共に記憶される。現在のインプリメンテーションでは１つのロード命令で一続きのレジスタをロードすることが出来る。各ロード命令に対応した状態データが最終的にメモリ116から読まれるとき、そのロード命令が機能ブロックにより実行されその対応する状態データが正しい機能ブロックの正しい場所に記憶されるように、各ロード命令はコード化される。当業者に明かになるように、そのロード命令は、それに対応した機能ブロックのレジスタまたはそれに類似なもののアドレスでコード化されなければならない。最終機能ブロック110は、その状態データの転送を完了したとき、状態データ終了信号130をDMAに送る。便宜上、DMAは次に、全ての機能ブロックの後にその状態を保存する。ハードウエアの簡単化のため、保存される最終命令は、「復元終了命令」である。この命令は復元動作(restoreoperation)の終了をDMAに示す。DMA102は続いて、コンテキスト切り換え(Switch Context)割り込み又は命令で指定されたプロセサの次の状態を復元する。この代わりに、DMAは、特定のアドレスをデコードして復元動作の終了を決定することが出来る。さらに、DMAは、その処理の始めにその情報を記憶し、それに全ワード数を含めることも可能である。復元動作の終了を同期化させる他の方法は、状態中のワード数を示す別のレジスタを加えることである。DMA コントローラは、このレジスタの情報を用い復元動作の終了を決めてもよい。先に記憶されたプロセサの状態を復元する動作は適切にも「復元化動作(r estoring operation)」と呼ばれる。復元化動作は、非常に簡単で、コンテキスト・キューからではなく、所望の状態データが記憶されているメモリ116内のコンテキスト・データ・バッファから状態プログラムを取り出し実行することから成る。本発明の好適な実施例の１つでは、状態保存動作は機能ブロックを１つづつ順番に行っていく。コンテキスト保存命令のこの直列転送によってシステムの複雑さを減少させることが出来る。他の非直列方式は余分なハードウエアとソフトウエアが必要となるかも知れない。記憶されたプログラム及びロード命令又はそれと同類のものを用いるそのような方式は本発明のと範囲並びに精神に入ると考えられる。第２図は、第１図のシステムに従って、状態プログラム208、210、212をそれぞれ形成する状態ブロックのグループを記憶するのに指定されたメモリの代表的コンテキスト・データ・バッファ202、204、206を示している。（状態ブロックに関してはさらに、第３図に関連して以下に述べられる。）各状態プログラムはプロセサ・コンテキストに対応している。CABPポインタ214は、状態プログラム212を受け取るよう割り当てられたメモリ116の１部にあるコンテキスト・データ・バッファ206を指している。各状態プログラムは、１つ又はそれ以上のロード命令のシーケンシャルな順序づけと特定のコンテキストに関係する対応機能ブロックのパイプラインからの状態データから成る。CRBPポインタ216は、状態プログラム210を含むコンテキスト・データ・バッフア204の始まりを指している。状態プログラム210はDMA102に送られ、先のコンテキスト或いは予め決められたコンテキストの構成を復元するために実行される。コンテキスト・データ・バッフアはひと続きになってなくてもよいし、別々の状態プログラムが、メモリ内の特定のアドレスの順番で記憶されている必要もない。システム・ソフトウエアが各コンテキスト・データ・バッファの開始アドレスを記憶しているかぎり、それに対応する状態プログラムのコンテキストを機能ブロック・パイプラインへ又はそれから容易に切り換えることが出来る。このデータが保存されるフォーマットは高速自動復元動作を可能にする。各状態プログラムは、コンテキストを機能ブロックに復元するのに必要な全ての情報から成っている。復元動作は、単に、一連のレジスタ・ロード命令とデータから成る状態プログラムの実行を必要とするだけである。外部メモリを用いることも考えられている。マルチタスキング・プロセサは、システムのメモリ領域にあるメモリを使用することが出来る。このデータはメモリ・ブロックとして編成されている。ホストはメモリを割り当て、DMAコントローラ内にポインタを設置する。それは、拡張した状態メモリ・ブロックを指し、マイクロコードがその領域をスタックとして、つまり、例えば、データのオーバフロー収容の記憶域として、利用することが出来るようにする。原則的には、複数のメモリ・ブロックが一つのコンテキストに割り当てられることも可能である。外部メモリを使用する２つの代表的な例を第2B図と第2C図に示す。第2B図を参照して、状態プログラム208及び210を示すメモリ・ブロックは、夫々拡張メモリ・ブロック208'及び210'を含んでいる。拡張メモリの使用に関するこの実施例では、拡張した状態メモリ・ブロック208'及び210'はひと続きになっている。第2C図には、拡張した状態メモリ・ブロック208"及び210"が、夫々の状態プログラム208及び210から離れたメモリ・ロケーションに記憶されているのを示している。本発明のもう一つの特徴は、普通の命令ストリームによってCSRをロードすることが出来ることである。この特徴によって、コンテキスト・スイッチ又は割り込みをストリームの最後に生成することが可能になり、このため、ストリームのコンテキストをスイッチ・アウト即ち除去することが出来るようになる。本発明は、条件付きコンテキスト切り換えをサポートするよう拡張することが出来る。例えば、DMAのデータ・バッファが空になったとき、条件付きコンテキスト・スイッチが始まるようにすることが出来る。第３図は状態ブロック300を図示している。状態ブロック300は、レジスタＡに対するレジスタ・ロード命令302を含んでいる。情報304がロード命令302に続き、合計Ｎ個のデータ・ワードがそのロード命令に対応することを示している。残りのブロック306はそのＮ個のデータ・ワードを表している。ロード命令技法を用いた他の構成も可能である。コンテキストは、インプリメンテーションを容易にするためまたハードウエアとソフトウエアのオーバヘッドを最少にするため、一続きのプログラムとして状態ブロックに記憶される。しかし、本発明の範囲から離れることなく異なった記憶技法及び階層を採用してもよい。コンテキストは、必ずしも、機能ブロックの全部のレジスタである必要はない。例えば、ある機能ブロックが中間タスクを行うのに用いる動作中のレジスタの内容を保存する必要はない。というのは、機能ブロックは指定されたタスクを行うのに全てのレジスタの情報は必要でないからである。各機能ブロックは、コンテキスト保存メカニズム又は手段を備えるため、マイクロコード化されるか、状態マシンによって制御されるか、さもなければ他の様式に構成されるかになっている。したがって、各機能ブロックは、それが行っているタスクを知っており、それゆえ、コンテキストをいつ切り換えるか、さらに、後でそのタスクを継続するためそれに戻りそれを完了するためにはどんなデータを保存しなくてはならないかを決定できる。この方法の１つの利点は各機能ブロックがどのレジスタを保存するかを決定できることである。データの順番はまたそれほど重要ではない。例えば、もしブロックが内部マイクロコードを持っていれば、保存するレジスタの数を最適化するためにマイクロコードを適合させることが出来る。第４図に本発明のコンテキスト切り換え方式の代表的フローチャートを示す。まず最初に、ブロック402に示すように、DMA102がコンテキスト切り換え( SwitchContext)割り込み信号もしくは命令を受け取る。ブロック404、406に夫々示すように、DMA102は次に、コンテキスト保存(ContextSave)命令を機能ブロック106に送り、それはそのコンテキストをIOU118に転送する。条件ステートメント・ブロック408及びブロック410、406はコンテキスト保存命令を残りの機能ブロックに順次送っていくことを図式的に表している。ブロック41 0でコンテキスト保存命令が次の機能ブロックに実際に送られる。一旦全ての機能ブロックがそのコンテキストをIOUに送ってしまうと、ブロック408の条件が"No"となり、ブロック414で示すように、状態データ終了の信号がDMA102に送られる。DMA102は、ブロック416で示すように、それ自身のコンテキストを記憶する。最後に、ブロック418で示すように、要求された状態プログラムがメモリ内のコンテキスト・データ・バッファから取り出され処理される。その後、ブロック420で示すように、「復元終了」命令が処理される。それからコントロール・キューからの命令の通常の処理に戻る。本発明の多くの実施例について上に述べたが、それらは例として挙げられたものであり、限度を示すためのものではない。従って、本発明の精神と範囲は、上述したいかなる典型的な実施例もその限界を与えるものではなく、以下の特許請求範囲及びそれと同等のものに従ってのみ規定されるべきである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者プールグレンアメリカ合衆国カリフォルニア州 94555 フリーモント，ウェブフットルーブ 34039 【要約の続き】る。

Claims

【特許請求の範囲】特許請求の範囲は以下の通りである。１．メモリに接続されたマルチタスク・プロセサ内でタスクの保存、復元、及び切り換えの少なくも１つを行うコンテキスト切り換えシステムであって、そのシステムが第１の機能ブロックにプログラム命令を送る制御手段から成り、前記第１の機能ブロックは制御手段に接続され、レジスタを有し、前記レジスタは、ある決められた時点でシステムのコンテキストを表す状態データを記憶し、前記制御手段は保存又は切り換えのどちらか１つのコマンドを受け取り、それに応えてコンテキスト保存命令を生成し、前記コンテキスト保存命令を前記第１の機能ブロックに渡すように適合され、前記コンテキスト保存命令を受け取ると、前記第１の機能ブロックは、レジスタ・ロード命令及び該システムのコンテキストを表す状態データからなる状態プログラムを前記コンテキストが後に復元可能なように生成し、前記状態プログラムを前記制御手段に渡し、そして前記状態プログラムを受け取った後、前記制御手段はメモリ内のコンテキスト・データ・バッファに前記状態プログラムを格納することを特徴とするコンテキスト切り換えシステム。２．請求の範囲第１項に記載のシステムであって、前記制御手段は、前記状態プログラムを前記コンテキスト・データ・バッフア領域に格納する前にそれ自身の状態データを前記状態プログラムに加えることを特徴とするシステム。３．請求の範囲第１項に記載のシステムであって、前記制御手段に接続した第２の機能ブロックからさらに成り、前記第２の機能ブロックは他のレジスタを有し、前記他のレジスタは、ある決められた時点でシステムのコンテキストを表す他の状態データを記憶し、前記第１の機能ブロックは前記コンテキスト保存命令を前記第２の機能ブロックに渡し、前記コンテキスト保存命令を受け取ると、前記第２の機能ブロックは、他のレジスタ・ロード命令を生成し、前記他のレジスタ・ロード命令及び前記状態データを該メモリに格納するよう前記制御手段に渡すことを特徴とするシステム。４．請求の範囲第３項に記載のシステムであって、前記制御手段に接続された少なくも１つのさらに他の機能ブロックからさらに成り、そして前記コンテキスト・データ・バッファに格納するため、最後の機能ブロックが復元終了命令と共にその状態データを前記制御手段に渡すまで、前記コンテキスト保存命令は機能ブロックから機能ブロックに直列に渡されることを特徴とするシステム。５．請求の範囲第１項に記載のシステムであって、前記制御手段が、コンテキスト領域ベース・ポインタを用い、メモリ内で前記状態プログラムを記憶する前記コンテキスト・データ・バッファのベース・アドレスを指定することを特徴とするシステム。６．請求の範囲第１項のシステムであって、前記状態プログラムが状態ブロックから成り、各状態ブロックは、前記レジスタ・ロード命令、それに対応するレジスタ・アドレス、及び状態データから成ることを特徴とするシステム。７．請求の範囲第１項に記載のシステムであって、前記制御手段は、復元命令を受け、該メモリ内の予め決められたコンテキスト・データ・バッファのアドレスを指定するコンテキスト復元ベース・ポインタを用いることによって、該メモリから予め決められた状態プログラムを取り出すようにさらに構成され、そして前記予め決められた状態プログラムが、システムにより実行され、前記機能ブロックを予め決められたコンテキストに復元することを特徴とするシステム。８．請求の範囲第１項に記載のシステムであって、前記制御手段が直接メモリ・アクセス・コントローラであることを特徴とするシステム。９．請求の範囲第１項に記載のシステムであって、プロセサがグラフィックス・プロセサであることを特徴とするシステム。１０．請求の範囲第４項に記載のシステムであって、メモリは複数の状態プログラムを記憶し、該システムは、該プロセサ、他のプロセサ、及び周辺装置の中の１つからの命令に基づいて前記機能ブロックへそして前記機能ブロックから前記複数の状態プログラムを切り換えるように構成され、さらに、前記他のプロセサ及び前記周辺装置はシステムバスを介して該プロセサに有効に接続されることを特徴とするシステム。１１．メモリに接続されたマルチタスキング・プロセサで用いるように適合され且つタスクを実行する１つ又はそれ以上の機能ブロックを有する、コンテキスト切り換えシステムに於いて、タスクを保存、復元、及び切り換える方法であって、機能ブロックはレジスタを有し、該レジスタは、ある決められた時点でシステムのコンテキストを表す状態データを記憶し、その方法が、保存コマンド、切り換えコマンド、及び割り込み信号の中の１つを受け取り、それに対応してコンテキスト保存命令を生成するステップと、前記コンテキスト保存命令を機能ブロックに渡すステップと、前記コンテキスト保存命令を機能ブロックで受け取り、さらにそれに対応して、状態プログラムを生成するステップと、当該ステップにおける前記状態プログラムは、コンテキストが後に復元可能なように、１つ又はそれ以上のレジスタ・ロード命令及び該システムのコンテキストを表す状態データを含み、そして該メモリ内のコンテキスト・データ・バッフア領域に前記状態プログラムを記憶するステップと、から成ることを特徴とする方法。１２．請求の範囲第１０項に記載の方法であって、メモリ内で前記状態プログラムを記憶する前記コンテキスト・データ・バッフアのベース・アドレスを指定するコンテキスト領域ベース・ポインタを供給するステップからさらに成ることを特徴とする方法。１３．請求の範囲第１２項に記載の方法であって、前記状態ブロックを前記コンテキスト・データ・バッファに記憶する前に前記状態ブロックをコンテキスト・キューに一時的に記憶するステップからさらに成ることを特徴とする方法。１４．請求の範囲第１２項に記載の方法であって、前記コンテキスト保存命令を、１つの機能ブロックから次のものへと直列に渡すステップとからさらに成り、そしてここで一つの特定の機能ブロックの状態データは、前記コンテキスト保存命令が次の機能ブロックに渡される前にまず前記コンテキスト・キューに転送されることを特徴とする方法。１５．請求の範囲第１３項に記載の方法であって、復元命令を受け取るステップと、前記復元命令に対応して、該メモリ内の前記予め決められたコンテキスト・データ・バッファのアドレスを指定するコンテキスト復元ベース・ポインタを用いることによって、該メモリ内の予め決められたコンテキスト・データ・バッファから予め決められた状態プログラムを取り出すステップと、そして前記の予め決められた状態プログラムを実行し該機能ブロックを予め決められたコンテキストに復元するステップと、からさらに成ることを特徴とする方法。１６．請求の範囲第１０項に記載の方法であって、複数の状態プログラムを記憶するステップと、そして該プロセサ、他のプロセサ、及び周辺装置の中の１つからの命令に基づいて該機能ブロックへ又は該機能ブロックから前記複数の状態プログラムを切り換えるステップからさらに成り、前記他のプロセサ及び上記周辺装置はシステムバスを介してプロセサに有効に接続されることを特徴とする方法。