(57)【要約】      （修正有）【課題】ハードウエア、及び、ソフトウェアの規模増大を抑制でき、かつ、外形寸法、質量、消費電力が抑制できる動的回路装置を提供する。【解決手段】動作を指示する動作指示部１０と、予め設定された機能要素が配置されたルックアップテーブルを１以上の含むクラスタ層２１が複数配置され、かつ、隣接するクラスタ層間がクラスタ層接続線２２で接続されてなるクラスタ層配線層２０と、を備え、動作指示部１０からの指示に応じて機能要素の動作状態が変化することにより、回路構成を動的に変更する。【選択図】図１
2016100870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路構成を動的に変更して所望のデータ処理が行えるようにする動的回路装置であって、
動作を指示する動作指示部と、
予め設定された機能要素が配置されたルックアップテーブルを１以上の含むクラスタ層が複数配置され、かつ、隣接する前記クラスタ層間がクラスタ層接続線で接続されてなるクラスタ層配線層と、を備え、
前記動作指示部からの指示に応じて前記機能要素の動作状態が変化することにより、回路構成を動的に変更することを特徴とする動的回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動的回路装置であって、
前記機能素子は、クロスバースイッチ、メモリ、演算素子、ステートマシン、データパスの少なくとも１つを含むことを特徴とする動的回路装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の動的回路装置であって、
前記クラスタ層配線層は、少なくとも入力データを圧縮するデータ圧縮処理、入力画像データの補正処理を行う画像補正処理、入力データ間の相関処理を行う相関処理、入力データに基づき画像認識する画像認識処理を行うことを特徴とする動的回路装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動的に回路構成を変更することにより種々のデータ処理が行えるようにした動的回路装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ処理装置の回路構成が変えられるプログラマブルデバイスとして、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）が知られている。例えば、特開２０００−４０７４５号公報には、ＦＰＧＡに論理回路の異なる部分を実装する技術の１つとして、論理回路を特徴付ける初期ネットリストを多くのページへと区分し、ＦＰＧＡにこれらのページの１つの回路を実装することが記載されている。これにより、ＦＰＧＡの物理的容量よりもはるかに大きな規模の回路が実装できるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−４０７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述したＦＰＧＡやＳＯＧ（Ｓｙｓｔｅｍ  Ｏｎ  Ｃｈｉｐ）等のデータ処理装置においては、ストアードプログラム方式と呼ばれる構成が採用されている。図５は、ストアードプログラム方式のデータ処理装置の構成図である。
【０００５】
データ処理装置１０１は、入力レジスタ１０２、入力レジスタ１０３、演算器１０４、出力レジスタ１０５、およびメモリ１０６を備えている。
【０００６】
このメモリ１０６は、データ処理装置１０１の状態を示す情報、データの転送元や転送先を示す経路に関する情報を格納している。
【０００７】
演算器１０４は、これらの情報をメモリ１０６から逐次読み出し、演算データと被演算データとを指定された回路（例えば、他の演算器）に出力する。これにより、データ処理が行なわれる。
【０００８】
このような演算器１０４は、予め複数用意されており、これらの演算器間で演算データと被演算データとの転送を行うことにより、演算結果が出力レジスタ１０５に出力される。
【０００９】
即ち、演算自体は演算器１０４とメモリ１０６との間でデータを伝送することにより実現され、伝送元と伝送先とを示す情報もメモリ１０６に書込・読出が逐次行われる。このため、演算自体を行う演算器１０４に比べてデータの伝送を行う周辺回路や情報を格納するメモリ１０６の規模が大きくなる。
【００１０】
従って、データ処理装置１０１は、全体として演算器１０４に比べて外形寸法が大きく、また質量も重くなってしまうと共に、消費電力も大きくなってしまう。
【００１１】
また、設計上からは並列処理されても不都合のないデータ処理を、予め決まった数の演算器１０４で逐次処理するため、並列処理を逐次処理に置き換えるためのソフトウェアが必要となると共に、データ処理速度が遅くなってしまう（データ処理時間が長くなる）ことがあった。
【００１２】
このようなソフトウェアの一例としては、マルチプロセス・オペレーティングシステム、マルチスレッド・オペレーティングシステム、及び、マルチタスクオペレーションシステムがあり、データの伝送制御を、要求されたタイミングや順番に従って行う比率が高くなっている。
【００１３】
このように、データ処理装置１０１は、要求されるデータ処理に対してデータ伝送制御を行うためのハードウエア、及び、ソフトウェアの規模が大きく、これが外形寸法、質量、および消費電力を小さくするうえで障害となっている。
【００１４】
そこで、本発明の主目的は、ハードウエア、及び、ソフトウェアの規模増大を抑制でき、かつ、外形寸法、質量、消費電力が抑制できる動的回路装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、回路構成を動的に変更してデータ処理を行う動的回路装置にかかる発明は、動作を指示する動作指示部と、予め設定された機能要素が配置されたルックアップテーブルを１以上の含むクラスタ層が複数配置され、かつ、隣接するクラスタ層間がクラスタ層接続線で接続されてなるクラスタ層配線層と、を備え、動作指示部からの指示に応じて機能要素の動作状態が変化することにより、回路構成を動的に変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ストアードプログラム方式を用いることなくデータ処理装置の状態とデータの転送元や転送先を動的に変更することができるようになって、動的に回路構成が変更できる。これにより、プログラムを格納するメモリが不要となりハードウエア、及び、ソフトウェアの規模増大を抑制でき、かつ、外形寸法、質量、消費電力が抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態にかかる動的回路装置のブロック図である。
【図２】機能要素を例示した図で、（ａ）はステートマシン、（ｂ）はデータパス、（ｃ）は演算器、（ｄ）はクロスバースイッチである。
【図３】第１カメラからの画像データと第２カメラからの画像データを選択的にパケット化する動的回路装置のブロック図である。
【図４】動的回路装置の適用例を示す図で、（ａ）はパンクロマチック画像処理装置、（ｂ）はマルチスペクトル画像処理装置、（ｃ）は赤外線画像処理装置、（ｄ）は電波画像処理装置、（ｅ）は画像認識処理装置、（ｆ）はハイパースペクトル画像処理装置のブロック図である。
【図５】関連技術の説明に適用されるデータ処理装置のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施形態を説明する。図１は、本実施形態にかかる動的回路装置２のブロック図である。動的回路装置２は、動作指定部１０、クラスタ層接続層２０を主要構成とする。
【００１９】
動作指定部１０を実現するにあたっては、クラスタ層接続層２０の動作を指定するテーブル又は、クラスタ層内部の配線を変更する機能を備えている。
【００２０】
クラスタ層接続層２０は、複数のクラスタ層２１をクラスタ層接続線２２により物理的に接続されて構成されている。なお、図１においては、全てのクラスタ層がクラスタ層接続線２２により接続されている場合を示しているが、特定のクラスタ層間を接続している場合もある。
【００２１】
クラスタ層２１には、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）層２５やランダム回路層２６が含まれる。ランダム回路層２６は、設計時に付与された任意の固定機能を持つ機能要素を含んでいる。なお、ＬＵＴ層２５は、クラスタ層内部の配線を変更する機能で置き換えても良い。
【００２２】
ＬＵＴ層２５には、機能要素は配置されている。図２は、この機能要素を例示した図である。なお、図２（ａ）はステートマシン３０ａ、図２（ｂ）はデータパス３０ｂ、図２（ｃ）は演算器（ＡＬＵ：Ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  Ｌｏｇｉｃ  Ｕｎｉｔ）３０ｃ、図２（ｄ）はクロスバースイッチ３０ｄである。そして、ＬＵＴ層２５に格納された情報により配置される機能要素は、回路設計事項として予め設定されている。なお、機能要素として、クラスタ層内部の配線が変更できるようにする構成であっても良い。
【００２３】
ステートマシン３０ａは、入力条件と現在の状態とによって（データ処理の進捗状況によって）、次の状態を指示する順序回路である。従って、ステートマシン３０ａの内容に従い回路状態が変化する（データ処理の手順が変わる）。
【００２４】
データパスは、データを伝送する伝送パスであり、データの転送元や転送先を示す経路に関する情報を格納している。演算器３０ｃは、予め設計された演算機能素子であり、レジスタ等を備えている。
【００２５】
クロスバースイッチ３０ｄは、データパスを切替えるノードで、ステートマシン３０ａからの指示により切替動作を行う。即ち、ステートマシン３０ａからの指示により回路構成が変わる。
【００２６】
このような構成の動的回路装置２の動作を説明する。なお、動的回路装置２の動作は動的に変化するため、ここでは図３に示す構成を例に説明する。図３は、第１カメラからの画像データと第２カメラからの画像データを選択的にパケット化する動的回路装置２のブロック図である。
【００２７】
クラスタ層接続層２０には５つのクラスタ層２１ａ〜２１ｅが、配置されている。そして、クラスタ層２１ａ，２１ｂには、機能要素として演算器３０ｃが配置されたＬＵＴ２５ａ，２５ｂが含まれている。また、クラスタ層２１ｃ，２１ｄには、機能要素としてクロスバースイッチ３０ｄが配置されたＬＵＴ２５ｃ，２５ｄ、クラスタ層２１ｅには機能要素として演算器３０ｃが配置されたＬＵＴ２５ｅ，２５ｆが含まれている。
【００２８】
さらに、クラスタ層２１ａとクラスタ層２１ｃ、クラスタ層２１ｃとクラスタ層２１ｅ、クラスタ層２１ｂとクラスタ層２１ｄ、クラスタ層２１ｃとクラスタ層２１ｄとは、それぞれクラスタ層接続線２２により接続されている。
【００２９】
そして、第１カメラはクラスタ層２１ａに接続され、第２カメラはクラスタ層２１ｂに接続されている。
【００３０】
このときクラスタ層２１ａ，２１ｂに配置されている各演算器３０ｃは、第１カメラ，第２カメラから入力したアナログの画像信号をディジタルデータに変換する処理を行う。
【００３１】
また、クラスタ層２１ｅで配置されているデータパス３０ｂ及びステートマシン３０ａは、入力したデータにヘッダ等の情報を付加してパケット化を行う。
【００３２】
クラスタ層２１ｃ，２１ｄは、動作指定部１０からの動作情報に基づき回路パスの切り替えを行う。例えば、第１カメラからの画像データをパケット化する場合には、クラスタ層２１ｃのクロスバースイッチ３０ｄはクラスタ層２１ａとクラスタ層２１ｅとが接続するようにスイッチングする。また、クラスタ層２１ｄのクロスバースイッチ３０ｄはクラスタ層２１ｃとクラスタ層２１ｄとが接続さらないようにスイッチングする。
【００３３】
これにより、第１カメラからの画像データは、クラスタ層２１ａ、クラスタ層２１ｃ、クラスタ層２１ｅと伝送される。また、第２カメラからの画像データは、クラスタ層２１ｂ、クラスタ層２１ｄに伝送されるが、それ以上は伝送しない。
【００３４】
一方、第２カメラからの画像データをパケット化する場合には、クラスタ層２１ｃのクロスバースイッチ３０ｄはクラスタ層２１ｄとクラスタ層２１ｅとが接続するようにスイッチングする。また、クラスタ層２１ｄのクロスバースイッチ３０ｄはクラスタ層２１ｃとクラスタ層２１ｂとが接続するようにスイッチングする。
【００３５】
これにより、第２カメラからの画像データは、クラスタ層２１ｂ、クラスタ層２１ｄ、クラスタ層２１ｃ、クラスタ層２１ｅへと伝送される。また、第１カメラからの画像データは、クラスタ層２１ａからクラスタ層２１ｂには伝送されない。
【００３６】
このように、動作指定部１０からの動作情報に基づき回路構成が変化するため、例えば第１カメラからの画像データに対するアナログデータ処理が行われてパケット化されている間に、第２カメラからの信号に対するアナログデータ処理を行うことができるため（並列処理ができる）、データ処理の高速化が可能になる。
【００３７】
また、クラスタ層２１ｅで示すように共用できる機能要素の削減が可能になるので、小型化、低コスト化、軽量化が可能になる。
【００３８】
なお、このような動的回路装置２は、図４に示すような装置に適用することができる。図４（ａ）はパンクロマチック画像処理装置、図４（ｂ）はマルチスペクトル画像処理装置、図４（ｃ）は赤外線画像処理装置、図４（ｄ）は電波画像処理装置、図４（ｅ）は画像認識処理装置、図４（ｆ）はハイパースペクトル画像処理装置のブロック図を示している。
【００３９】
これらの画像処理装置は、概ね同じ構成で、センサで取得された検出信号がアナログ信号処理部で輝度調整やノイズ除去等のアナログ信号処理が行なわれる。その後、画像信号は、動的回路装置２に入力してデジタル信号に変換され、設定された機能に応じてデータ処理が行われる。このとき設定された各機能は、上述したクラスタ層、ＬＵＴ層等により構成されている。
【００４０】
図４（ａ）に示すパンクロマチック画像処理装置のセンサは、パンクロマチックセンサであり、特定の１つの波長帯のみで画像を取得する。このため、得られる画像は白から黒までのグレイスケール画像である。
【００４１】
このような構成で、センサからの信号に対して輝度調整等のアナログ信号処理をアナログ信号処理部で行う。その後、画像信号は、データ編集部に入力してデジタル信号に変換され、その後、動的回路装置２でデータ圧縮される。データ圧縮機能は、上述したクラスタ層、ＬＵＴ層等により構成されている。
【００４２】
図４（ｂ）に示すマルチスペクトル画像処理装置は、波長帯が異なる複数のセンサ、アナログ信号処理部を含む撮影ユニットを備える。各センサは、図４（ａ）に示すパンクロマチックセンサと同じ構成である。
【００４３】
図４（ｃ）に示す赤外線画像処理装置は、センサが赤外線センサで、各画素の検出特性を補正する必要がある。そこで、センサ（カメラ）からの赤外線画像をデジタル信号列として編集したデータを出力する。このとき、動的回路装置２でデータをデジタル信号列として編集しつつ、画素毎にオフセット値や白傷を補正する処理を施す処理を行う。
【００４４】
図４（ｄ）に示す電波画像処理装置は、センサは電波センサで、このセンサから受信電波信号が出力される。そして、動的回路装置２においてデジタル信号列として編集したデータを出力する。その際に、信号をデジタル信号列として編集しつつ、相関処理を施す処理を行う。
【００４５】
図４（ｅ）に示す画像認識処理装置は、カメラから画像を入力し、デジタル信号列として編集したデータを出力する。そして、動的回路装置２で特徴的な画像を抽出して画像の面積や中心値を演算し、画像データをデジタル信号列として編集しつつ、画像認識により抽出した各種のパラメータを編集データに入れ込む処理が行われる。
【００４６】
図４（ｆ）に示すハイパースペクトル画像処理装置は、複数のカメラ入力からそれぞれ異なった波長のグレイスケール画像を入力し、デジタル信号列として編集したデータを出力する。そして、動的回路装置２で、画像データをデジタル信号列として編集しつつ、相関処理を施す処理を行う。
【００４７】
なお、上記説明では、機能要素にメモリ（又はレジスタ）は含まれなかったが、当該メモリを含めることは可能である。この場合、メモリはＬＵＴに配置され、このメモリを使うか否かはクロスバースイッチを配置してその動作を制御することにより行う。これにより制御情報の格納やデータの一時的な保持ができるようになり、優先度制御などのＱｕａｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｓｅｒｖｉｃｅ  （ＱＯＳ）機能を実装することができる。
【００４８】
また、クロスバースイッチにより故障したクラスタ層を正常なクラスタ層に切り替えることもでき、信頼性向上につながる。
【００４９】
以上説明したように、動的回路装置は要求される演算機能に対してデータの伝送制御を行うための外形寸法、質量、および消費電力を小さくすることが可能になる。
【００５０】
また、ハードウエア、及び、ソフトウェアの規模増大を抑制でき、かつ、外形寸法、質量、消費電力が抑制できる。
【符号の説明】
【００５１】
２    動的回路装置
１０    動作指定部
２０    クラスタ層接続層
２１    クラスタ層
２２    クラスタ層接続線
２５    ルックアップテーブル（LUT）層
２６    ランダム回路層
３０ａ    ステートマシン（機能要素）
３０ｂ    データパス（機能要素）
３０ｃ    演算器（機能要素）
３０ｄ    クロスバースイッチ（機能要素）
【図１】
2016100870.tif 000003
【図２】
2016100870.tif 000004
【図３】
2016100870.tif 000005
【図４】
2016100870.tif 000006
【図５】
2016100870.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成28年3月9日(2016.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路構成を動的に変更して所望のデータ処理が行えるようにする動的回路装置であって、
動作を指示する動作指示部と、
予め設定された機能要素が配置されたルックアップテーブルを１以上の含むクラスタ層が複数配置され、かつ、隣接する前記クラスタ層間がクラスタ層接続線で接続されてなるクラスタ層配線層と、を備え、
前記動作指示部からの指示に応じて前記機能要素の動作状態が変化することにより、回路構成を動的に変更する動的回路装置であって、
前記機能要素として前記動作指示部からの指示によりデータを伝送するデータパスを切替えるクロスバースイッチが配置されていることを特徴とする動的回路装置。
【請求項２】
請求項１に記載の動的回路装置であって、
前記機能要素として、メモリ、演算素子、ステートマシン、データパスの少なくとも１つが配置されていることを特徴とする動的回路装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の動的回路装置であって、
前記クラスタ層配線層は、少なくとも入力データを圧縮するデータ圧縮処理、入力画像データの補正処理を行う画像補正処理、入力データ間の相関処理を行う相関処理、入力データに基づき画像認識する画像認識処理を行うことを特徴とする動的回路装置。