マルチプロセッサLSIに適したオンチップ・ネットワーク　――ダイレクト・データフロー・インターコネクト

2.　ダイレクト・データフロー・インターコネクト

　従来のバス・システムにおける問題を解決する一つの手法として，Xtensa LXでは「TIEポート」と呼ぶ新しいインターコネクトをシステム設計者が定義できるしくみを導入しました．TIEポートはダイレクト・データフロー・インターコネクトとも呼べる技術です．プロセッサ間のデータをやり取りする際に，従来のプロセッサ・インターフェースの機構（バス）をバイパスします．

　図3のように4タイプのTIEポートがあります．各ポートは，データ幅に上限はあるものの自由に定義できます．例えば9ビット幅のTIEポートも定義できます．1バイトを最小単位とする従来のプロセッサ・インターフェースとはかなり様子が異なります．

　Queueタイプ（queue in，queue out）は，FIFOなどのようなキュー構造のバッファとインターフェースをとります．キューの状態を知らせる入力（full，empty）やキュー・アクセスを知らせる出力（push，pop）の信号が自動的に生成されます．

　state exportは，ユーザが定義したXtensa LXプロセッサのステート・レジスタの内容をプロセッサ外部に出力したものです．これを使って，例えばハードウェア・モジュールやほかのXtensa LXプロセッサを直接制御できます．

　import wireは，プロセッサ内部に外部の状態を取り込む入り口を提供します．例えばハードウェア・モジュールがプロセッサに割り込みをかけたとき，割り込みルーチンではimport wireを介してハードウェアの状態を直接読み込めます．

　TIEポートを用いると，多少の制限はあるものの，システムに応じて必要なタイプやデータ幅をかなり自由に設計できます．図4に二つのキュー入力を定義した例を示します．各タイプのポートを複数定義することはもちろん可能です．従来のプロセッサ・インターフェースの場合，（コンフィギャラブルなプロセッサ・コアでさえも）自由度は限られています．

図3　TIEポート（ダイレクト・データフロー・インターコネクト）
TIEポートは，システム設計者が定義できるプロセッサI/Oインターフェースである．データ幅や入出力の方向，タイプ（Queueタイプなど）を設定できる．また，それぞれのタイプのポートを複数定義することができる．TIEポートを扱う命令語もシステム設計者が定義できる．Queueタイプのインターフェースでは，Queueを制御する出力（push：queue out，pop：queue in），およびQueueの状態（full: queue out，empty：queue in）が自動的に定義される．

図4　TIEポートを用いたユーザが定義した命令語の例
2入力のキューを読み込んで積をとる．Priorityが"H"の場合は演算結果の上位16ビットを，そうでない場合は下位16ビットを出力する．queueMULは命令語としてプログラムで使用できる．