JP3079090B2 - プロセッサ及びプログラム変換装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロプロセッ
サ及びプログラミング言語コンパイラに関し、特に、サ
ブルーチン呼出し／復帰及びそれに伴うレジスタの退避
／復元を高速化する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｃ言語に代表される構造化プログラミン
グの普及に伴い、マイクロプロセッサ（以下、単に「プ
ロセッサ」という。）が実行する機械語命令列にはサブ
ルーチンが多く含まれるようになってきた。サブルーチ
ン呼出しにおいては、その直後において、プロセッサが
有する複数のレジスタの値をスタックメモリ（データメ
モリ上のスタック領域（以下、単に「スタック」ともい
う。））に退避（push）しておく必要がある。そして、
サブルーチンからの復帰においては、それら退避してい
た値を元のレジスタに復元（pop）する必要がある。

【０００３】図３７は、従来のプログラミング言語コン
パイラ（以下、単に「コンパイラ」という。）が生成し
た機械語命令列のリストであり、サブルーチン呼出しと
復帰に関する部分が示されている。図３８は、図３７に
示されたリストで用いられている機械語命令のオペレー
ションを説明するテーブルである。図３９は、図３７に
示された機械語命令列が従来のプロセッサによって実行
された場合におけるスタックの内容・大きさ及びスタッ
クポインタＳＰの値の変化を示す。

【０００４】ここで、ＰＣ、ＬＲ、Ｒｎ、ＳＰは、それ
ぞれ、プロセッサが有するプログラムカウンタ、サブル
ーチンからの復帰アドレスを格納しておくための復帰レ
ジスタ、第ｎ番目の汎用レジスタ、スタックポインタを
意味し、Ｍｅｍは外部メモリ（スタックも含まれる）を
意味し、ｏｐ１、ｏｐ２は、それぞれ、ソースオペラン
ド、デスティネーションオペランドを意味する。また、
図３８の動作欄に示された表記は、プロセッサによって
１つのマシンサイクル（以下、単に「サイクル」とい
う。）で同時並列に実行されるオペレーション（異なる
タイミングであっても１つのサイクル内に終了するオペ
レーションも含まれる）を示している。例えば、プロセ
ッサは、サブルーチン呼出し命令「call label」の実行
においては、１サイクルで、プログラムカウンタＰＣを
４だけインクリメントする動作と、呼出し先labelをプ
ログラムカウンタＰＣに格納する動作とを実行する。

【０００５】図３７には、サブルーチンｆの呼出し（ス
テップＳ３３０１）、その直後におけるスタックの確保
（ステップ３３０２、３３０４、３３０６、３３０
８）、レジスタの退避（ステップ３３０３、３３０５、
３３０７）、サブルーチンからの復帰の直前におけるス
タックの解放（ステップ３３０９、３３１１、３３１
３、３３１５）、退避していた値のレジスタへの復元、
及び、サブルーチンｆからの復帰（ステップ３３１６）
が示されている。

【０００６】ここで、スタックの確保とは、スタックの
使用（への格納）に先立ち必要量だけスタック領域を広
げておくこと（具体的には、スタックポインタＳＰを減
算しておくこと）をいい、一方、スタックの解放とは、
使用済みとなったスタックの領域を狭めること（具体的
には、スタックポインタＳＰを増加させること）をい
う。また、レジスタの退避とは、レジスタの格納値を退
避するためにスタックに格納することを意味し、レジス
タの復元とは、スタックに退避されていたデータを読み
出して元のレジスタに格納することを意味する。

【０００７】なお、スタックの確保は、非破壊レジスタ
（サブルーチンの実行の前後において同一内容であるこ
とを保証しなければならないレジスタ）を退避するため
のもの（ステップ３３０２、３３０４、３３０６）と、
ローカル領域（サブルーチン内でのみ有効なローカル変
数のためのスタック領域）を確保するためのもの（ステ
ップ３３０８）とがある。同様に、スタックの解放は、
ローカル領域の解放に伴うもの（ステップ３３０９）
と、非破壊レジスタの復元に伴うもの（ステップ３３１
１、３３１３、３３１５）とがある。

【０００８】図４０（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図
３７に示された機械語命令列の前半部（ステップ３３０
１〜３３０８）及び後半部（ステップ３３０９〜３３１
６）におけるプロセッサの実行動作をサイクルごとに示
すタイミングチャートである。本図から分かるように、
従来技術によれば、前半部において、サブルーチンｆへ
の分岐、２個の非破壊レジスタＲ２、Ｒ３の退避、復帰
レジスタＬＲの退避及びローカル領域の確保のために８
サイクルを要し、同様に後半部において、ローカル領域
の解放、復帰レジスタＬＲの復元、２個の非破壊レジス
タＲ２、Ｒ３の復元及びサブルーチンｆからの復帰のた
めに８サイクルを要している。

【０００９】このように、従来のコンパイラは、サブル
ーチンの先頭位置に、スタックを確保する命令とレジス
タを退避する命令との組を必要な数だけ繰り返し生成し
たり、サブルーチンの最終位置に、スタックを解放する
命令とレジスタを復元する命令との組を必要な数だけ繰
り返し生成することによって、非破壊レジスタの退避や
ローカル領域の確保を実現している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のコンパイラやプロセッサは、近年のプロセッサ応用
製品に対する高機能化や処理の高速化という厳しい要求
に十分に応える技術とは言えなくなってきた。特に、プ
ロセッサ組み込み製品や制御機器等のリアルタイム性の
要求されるソフトウェア開発において、Ｃ言語のような
関数型言語を用いようとした場合には、処理速度の点で
性能を満足することが極めて困難なときが多い。

【００１１】そこで、本発明は、かかる問題点に鑑みて
なされたものであり、サブルーチンの実行に伴う処理を
高速実行するプロセッサ及びそのようなプロセッサを対
象とするコンパイラを提供することを目的とする。具体
的には、上記図図４０（ａ）及び（ｂ）に示されるよう
なサブルーチンへの分岐及び復帰に伴う定型処理につい
ては、もっと少ないサイクルで実行することが可能なプ
ロセッサ及びコンパイラを提供する。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、メモリをスタック領域として使用するプロ
セッサであって、サブルーチンを呼び出す場合に、サブ
ルーチン呼出しと並列してスタックポインタを固定値分
更新してスタック領域を確保したのち、前記スタックポ
インタが指すスタック領域へのデータ退避と並列してさ
らにスタックポインタを固定値分更新してスタック領域
を確保する手段を備えることを特徴とするプロセッサ。

【００１３】同様に、本発明は、ソースプログラムを機
械語命令列に変換するプログラム変換装置であって、前
記ソースプログラム中にサブルーチン呼出し命令を検出
すると、サブルーチン呼出しスタック確保命令を生成す
るサブルーチン呼出しスタック確保命令生成手段と、プ
ロセッサに記憶されたデータであって前記サブルーチン
の実行に先立って退避すべきデータが存在するか否か判
断するデータ退避判断手段と、退避すべきデータが存在
すると判断された場合に、データ退避スタック確保命令
を生成するデータ退避スタック確保命令生成手段とを備
え、前記サブルーチン呼出しスタック確保命令は、以下
のオペレーション(a)及び(c)をプロセッサに並列に実行
させる機械語命令であり、前記データ退避スタック確保
命令は、以下のオペレーション(b)及び(c)を前記プロセ
ッサに並列に実行させる機械語命令であるとすることも
できる。(a)実行順序を前記サブルーチンに分岐させ
る。(b)退避すべき前記データをスタックポインタが指
すメモリのスタック領域に退避する。(c)スタックポイ
ンタを固定値分更新してスタック領域をメモリに確保す
る。

【００１４】また、本発明は、上記プログラム変換装置
が有する手段に対応するステップを含むプログラムが記
録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒体とした
り、上記機械語命令を含む機械語プログラムが記録され
たコンピュータ読み取り可能な記録媒体とすることもで
きる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るプロセッサ及
びコンパイラの実施の形態について図面を参照しながら
説明する。 ［プロセッサ］図１は、本実施の形態のプロセッサ１０
の構成を示すブロック図である。このプロセッサ１０
は、３２ビット（４バイト）を基本語長（１ワード）と
し、３２ビット固定長の命令を逐次実行するマイクロプ
ロセッサであり、レジスタファイル（ＧＲ）１１、スタ
ックポインタ（ＳＰ）１２、復帰レジスタ（ＬＲ）１
３、ＡＬＵ１４、プログラムカウンタ（ＰＣ）１５、イ
ンクリメンタ（ＩＮＣ）１６、デコーダ（Ｄｅｃ）１
８、固定値（「＋４」２０、「−４」２１）、加算器２
２、内部バス（Ａｂｕｓ３３、Ｂｂｕｓ３４、Ｃｂｕｓ
３５、Ｄｂｕｓ３６）、オペランドアドレスバッファ
（ＯＡＢ）２６、オペランドデータバッファ（ＯＤＢ）
２７、命令アドレスバッファ（ＩＡＢ）２８、命令デー
タバッファ（ＩＤＢ）２９、セレクタ３０〜３２から構
成される。なお、これら構成要素は、デコーダ１８から
出力される制御信号によって制御され、図示されていな
い内部クロックに同期して動作する。また、データメモ
リ３８及び命令メモリ３９は、本プロセッサ１０に接続
された外部メモリであり、それぞれ、スタック等の一時
的なデータを記憶しておくための記憶領域及び機械語命
令列が予め格納された記憶領域である。

【００１６】ＧＲ１１は、４個の汎用レジスタＲ0〜Ｒ3
の集まりである。ＳＰ１２は、次に格納又は参照するデ
ータメモリ３８上のスタックのアドレス（スタックトッ
プ）を示すポインタレジスタである。固定値「＋４」２
０及び固定値「−４」２１は、それぞれ、値「＋４」及
び「−４」を示す３２ビットデータ（信号線の固定的な
配線）である。セレクタ３２は、それら固定値２０、２
１のいずれかを選択して加算器２２に出力する。加算器
２２は、ＳＰ１２の値とセレクタ３２からの値（＋４又
は−４）を加算してＳＰ１２に格納する。これら構成要
素２０〜２２、３２は、ＳＰ１２専用のインクリメンタ
及びデクリメンタとして機能する。

【００１７】ＬＲ１３は、サブルーチンの実行を終えた
場合に復帰すべき命令メモリ３９上の機械語命令列のア
ドレス（復帰アドレス）を格納しておくアドレスレジス
タである。ＡＬＵ１４は、２入力１出力の算術論理演算
器である。ＰＣ１５は、次にＩＤＢ２９にフェッチすべ
き命令メモリ３９上の機械語命令のアドレスを示す命令
フェッチ用ＰＣ（ＦＰＣ）１５ａと、デコーダ１８によ
って解読され実行されている命令のアドレスを示す実行
用ＰＣ（ＥＰＣ）１５ｂとからなる。ＩＮＣ１６は、Ｆ
ＰＣ１５ａ及びＥＰＣ１５ｂを４だけインクリメントす
る加算器である。なお、ＬＲ１３とＦＰＣ１５ａ及びＥ
ＰＣ１５ｂとはＤｂｕｓ３６によって直接に接続され、
直接的なデータ転送が可能になっている。

【００１８】デコーダ１８は、ＩＤＢ２９にフェッチさ
れた機械語命令を解読し、その機械語命令に対応する制
御信号を各構成要素に出力する。このデコーダ１８は、
本プロセッサ１０が解読実行する全ての機械語命令につ
いてのマイクロコード（制御信号に対応するデータ）を
格納したマイクロプログラム格納部（μＲＯＭ）１８ａ
と、ＩＤＢ２９から送られてくる機械語命令に従ってμ
ＲＯＭ１８ａから出力すべきマイクロコードのアドレス
を指定するシーケンサ（ＳＥＱ）１８ｂからなる。

【００１９】セレクタ３０は、Ａｂｕｓ３３及びＣｂｕ
ｓ３５に出力されたデータのいずれかを選択してＯＡＢ
２６に出力する。セレクタ３１は、Ｂｂｕｓ３２及びＣ
ｂｕｓ３５に出力されたデータのいずれかを選択してＯ
ＤＢ２７に出力する。ＯＡＢ２６は、本プロセッサ１０
とデータメモリ３８間でデータ（オペランドデータ）転
送を行う場合における転送先／転送元となる１つのオペ
ランドアドレスをデータメモリ３８に出力するバッファ
であり、ＯＤＢ２７は、そのような１つのオペランドデ
ータをデータメモリ３８に出力／入力するバッファであ
る。

【００２０】ＩＡＢ２８は、次に本プロセッサ１０がフ
ェッチすべき機械語命令のアドレスを命令メモリ３９に
出力するバッファであり、ＩＤＢ２９は、フェッチされ
た１つの機械語命令を一時的に保持するバッファであ
る。なお、本プロセッサ１０は、ＩＤＢ２９による命令
フェッチステージ、デコーダ１８による命令解読ステー
ジ、及び、デコーダ１８からの制御信号に基づいて各構
成要素が動作する実行ステージからなるパイプライン構
成を有している。

【００２１】図２及び図３は、本プロセッサ１０が解読
実行する機械語命令（命令セット）のうち特徴的なもの
（及びそれらと関連するもの）のオペレーションを説明
するテーブルである。ここで、動作欄に示された角ブラ
ケットは、それらオペレーションが１つのサイクルで同
時並列に実行されるオペレーション（異なるタイミング
であっても１つのサイクル内に終了するオペレーション
も含まれる）を示している。なお、これらオペレーショ
ンを実現する制御手順は、μＲＯＭ１８ａに格納された
マイクロコードとして実現されている。以下、各機械語
命令のオペレーション、即ち、各機械語命令がデコーダ
１８によって解読され制御信号が出力された場合におけ
る各構成要素の動作を説明する。 （ａ）サブルーチン呼出しスタック確保命令「call- l
abel」 ｌａｂｅｌから始まるサブルーチンに分岐すると共に、
先行して１ワード分のスタックを確保する命令であり、
次の３つのオペレーションが１サイクルで実行される。
この命令は、図３８に示されたサブルーチン呼出し命令
「call label」にスタックを確保するオペレーション
が追加されたものに等しい（サイクル数は変わらな
い）。

【００２２】（i）復帰アドレスを算出し、その値をＬ
Ｒ１３に格納する。具体的には、FＰＣ１５ａの値が読
み出され、ＩＮＣ１６において４だけ加算され、その結
果がＬＲ１３に格納される。 （ii）分岐先アドレスをＦＰＣ１５ａに格納する。具体
的には、ＩＤＢ２９に格納されていたオペランドｌａｂ
ｅｌがＦＰＣ１５ａに格納される。

【００２３】（iii）１ワード分のスタックを確保す
る。具体的には、ＳＰ１２から読み出された値と、セレ
クタ３２によって選択された固定値「−４」とが加算器
２２で加算され、その結果が再びＳＰ１２に格納され
る。このスタック確保は、後のスタックの使用に備える
ためである。 （ｂ）サブルーチン復帰スタック解放命令「rts+」 サブルーチンからの復帰のために分岐すると共に、直前
に使用済みとなったスタックを解放する命令であり、次
の２つのオペレーションが１サイクルで実行される。こ
の命令は、図３８に示された従来のサブルーチン復帰命
令「rts」にスタックを解放するオペレーションが追加
されたものに等しい（サイクル数は変わらない）。

【００２４】（i）復帰アドレスをＰＣ１５に格納す
る。具体的には、ＬＲ１３の値がＤｂｕｓ３６を介して
ＦＰＣ１５ａに転送され格納される。 （ii）１ワード分のスタックを解放する。具体的には、
ＳＰ１２から読み出された値と、セレクタ３２によって
選択された固定値「＋４」とが加算器２２で加算され、
その結果が再びＳＰ１２に格納される。このスタック解
放は、使用済みとなったスタックを新たな使用のために
解放するためである。 （ｃ）複数レジスタストア命令「stm [R0,…,Rn]」 オペランドで指定された全てのレジスタＲ0〜Ｒn（ＧＲ
１１の一部又は全部）の値をスタック領域に退避する命
令であり、次のオペレーション（i）と（ii）との組が
ｎ回（ｉ＝０〜ｎ−１）繰り返された（ｎサイクルで実
行された）後、最後に（iii）のオペレーションが１回
だけ（１サイクルで）実行される。

【００２５】（i）ＳＰ１２が指すスタックに第ｉ番目
のレジスタＲiを退避する。具体的には、ＳＰ１２の値
がＡｂｕｓ３３、セレクタ３０を経てＯＡＢ２６に格納
され、その値がオペランドアドレスとしてデータメモリ
３８に出力されると共に、第ｉ番目のレジスタＲiの値
がＢｂｕｓ３４、セレクタ３１を経てＯＤＢ２７に格納
され、その値がオペランドデータとしてデータメモリ３
８に格納される。

【００２６】（ii）１ワード分のスタックを確保する。
具体的な動作は、上記（ａ）の（iii）と同じである。 （iii）ＳＰ１２が指すスタックに最後（第ｎ＋１番
目）のレジスタＲnを退避する。具体的な動作は、上記
（ｃ）の（i）と同じである。 （ｄ）複数レジスタストアスタック確保命令「stm- [R
0,…,Rn]」 オペランドで指定された全てのレジスタＲ0〜Ｒnの値を
スタック領域に退避する命令であり、上記複数レジスタ
ストア命令「stm [R0,…,Rn]」におけるオペレーション
（i）と（ii）との組がｎ＋１回（ｉ＝０〜ｎ）繰り返
される。なお、この命令は、上記複数レジスタストア命
令「stm [R0,…,Rn]」の最後のオペレーションにおいて
スタックを確保するオペレーションが追加されたものに
等しい（サイクル数は変わらない）。最後にスタックを
確保しているのは、後のスタックの使用に備えるためで
ある。 （ｅ）復帰レジスタストア命令「st LR」 ＬＲ１３に格納されている復帰アドレスを退避する命令
であり、次のオペレーションが１サイクルで実行され
る。なお、この命令自体は図３７及び図３８に示される
ように、本プロセッサ１０に特有の機械語命令ではない
が、後述するように、コンパイラによって次の機械語命
令（ｆ）と択一的に用いられる点に特徴がある。

【００２７】（i）ＳＰ１２が指すスタックにＬＲ１３
の値を退避する。具体的には、ＳＰ１２の値がＡｂｕｓ
３３、セレクタ３０を経てＯＡＢ２６に格納され、その
値がオペランドアドレスとしてデータメモリ３８に出力
されると共に、ＬＲ１３の値がＢｂｕｓ３４、セレクタ
３１を経てＯＤＢ２７に格納され、その値がオペランド
データとしてデータメモリ３８に格納される。 （ｆ）復帰レジスタストアスタック確保命令「st- L
R」 ＬＲ１３に格納されている復帰アドレスを退避すると共
に、先行して１ワード分のスタックを確保する命令であ
り、次の２つのオペレーションが１サイクルで実行され
る。この命令は、上記復帰レジスタストア命令「st L
R」にスタックを確保するオペレーションが追加された
ものに等しい（サイクル数は変わらない）。

【００２８】（i）ＳＰ１２が指すスタックにＬＲ１３
の値を退避する。具体的な動作は、上記（ｅ）の（i）
と同じである。 （ii）１ワード分のスタックを確保する。具体的な動作
は、上記（ａ）の（iii）と同じである。このスタック
確保は、後のスタックの使用に備えるためである。 （ｇ）複数レジスタロード命令「ldm [R0,…,Rn]」 オペランドで指定された全てのレジスタＲ0〜Ｒn（ＧＲ
１１の一部又は全部）をスタック領域に退避されていた
データで復元する命令であり、次のオペレーション
（i）と（ii）との組がｎ回（ｉ＝ｎ〜１）繰り返され
た（ｎサイクルで実行された）後、最後に（iii）のオ
ペレーションが１回だけ（１サイクルで）実行される。
なお、この命令は、上記複数レジスタストア命令「stm
[R0,…,Rn]」とは逆方向にデータ転送を行うものに等し
い。

【００２９】（i）ＳＰ１２が指すスタックに退避され
ていたデータで第ｉ番目のレジスタＲiを復元する。具
体的には、ＳＰ１２の値がＡｂｕｓ３３、セレクタ３０
を経てＯＡＢ２６に格納され、その値がオペランドアド
レスとしてデータメモリ３８に出力されると共に、デー
タメモリ３８からＯＤＢ２７に読み出されたデータがＣ
ｂｕｓ３５を経てレジスタＲiに格納される。

【００３０】（ii）１ワード分のスタックを解放する。
具体的な動作は、上記（ｂ）の（ii）と同じである。 （iii）ＳＰ１２が指すスタックに退避されていたデー
タでレジスタＲ0を復元する。具体的な動作は、上記
（ｇ）の（i）と同じである。 （ｈ）複数レジスタロードスタック解放命令「ldm+ [R
0,…,Rn]」 オペランドで指定された全てのレジスタＲ0〜Ｒn（ＧＲ
１１の一部又は全部）をスタック領域に退避されていた
データで復元する命令であり、上記複数レジスタロード
命令「ldm [R0,…,Rn]」におけるオペレーション（i）
と（ii）との組がｎ＋１回（ｉ＝ｎ〜０）繰り返され
る。なお、この命令は、上記複数レジスタロード命令
「ldm [R0,…,Rn]」の最後のオペレーションにおいてス
タックを解放するオペレーションが追加されたものに等
しい（サイクル数は変わらない）。最後にスタックを解
放しているのは、使用済みとなったスタックを新たな使
用のために解放するためである。 （ｉ）復帰レジスタロード命令「ld LR」 ＬＲ１３をスタックに退避されていた復帰アドレスで復
元する命令であり、次のオペレーションが１サイクルで
実行される。なお、この命令自体は図３７及び図３８に
示されるように、本プロセッサ１０に特有の機械語命令
ではないが、後述するように、コンパイラによって次の
機械語命令（ｊ）と択一的に用いられる点に特徴があ
る。

【００３１】（i）ＳＰ１２が指すスタックに退避され
ていたデータでＬＲ１３を復元する。具体的には、ＳＰ
１２の値がＡｂｕｓ３３、セレクタ３０を経てＯＡＢ２
６に格納され、その値がオペランドアドレスとしてデー
タメモリ３８に出力されると共に、データメモリ３８か
らＯＤＢ２７に読み出されたデータがＣｂｕｓ３５を経
てＬＲ１３に格納される。 （ｊ）復帰レジスタロードスタック解放命令「ld+ L
R」 ＬＲ１３をスタックに退避されていた復帰アドレスで復
元する命令であり、次の２つのオペレーションが１サイ
クルで実行される。この命令は、上記復帰レジスタロー
ド命令「ld LR」にスタックを解放するオペレーション
が追加されたものに等しい（サイクル数は変わらな
い）。

【００３２】（i）ＳＰ１２が指すスタックに退避され
ていたデータでＬＲ１３を復元する。具体的には、上記
（ｉ）の（ｉ）と同じである。 （ii）１ワード分のスタックを解放する。具体的な動作
は、上記（ｂ）の（ii）と同である。このスタック解放
は、使用済みとなったスタックを新たな使用のために解
放するためである。 ［コンパイラ］図４は、図１に示されたプロセッサ１０
をターゲットプロセッサするコンパイラ５０の構成を示
す機能ブロック図である。このコンパイラ５０は、Ｃ言
語等の関数型言語で記述されたソースプログラム４０を
上記プロセッサ１０が解読実行できる機械語プログラム
４１に翻訳する言語プロセッサであり、具体的には、汎
用のパーソナルコンピュータで実行されるプログラムと
して実現される。

【００３３】このコンパイラ５０は、大きく分けて、従
来のコンパイラが有するものと同一の機能ブロック（前
置処理部５１、一般命令生成部５８）と、本発明と関連
する特有の機能ブロック（サブルーチン呼出し復帰命令
生成部５２、ローカル領域使用判断部５３、スタック確
保解放命令生成部５４、サブルーチン呼出し検出部５
５、非破壊レジスタ使用判断部５６、スタック退避復帰
命令生成部５７、コード出力部５９）とから構成され
る。

【００３４】前置処理部５１は、補助記憶装置やメモリ
等に格納されたソースプログラム４０を読み出して、構
文解析、シンボルテーブルの作成、関数単位の中間言語
プログラムの生成、資源割付（変数のレジスタへのマッ
ピング等）等の前置処理、即ち、具体的な機械語命令に
変換する直前までの一般的な前処理を行う。一般命令生
成部５８は、前置処理部５１が生成した中間言語プログ
ラムのうちサブルーチン呼出し／復帰やレジスタ退避／
復元とは関連しない一般的な処理部分について翻訳す
る、言い換えれば、プロセッサ１０が有する命令セット
のうち図２及び図３には示されていない機械語命令（例
えば、図３８に示される機械語命令等）を生成する。

【００３５】サブルーチン呼出し復帰命令生成部５２
は、前置処理部５１で生成された中間言語プログラムに
おける関数単位を検出し、それらの関数への入口と出口
に対応する命令、具体的には、サブルーチン呼出しスタ
ック確保命令「call-」とサブルーチン復帰スタック解
放命令「rts+」との組を生成しコード出力部５９に渡
す。

【００３６】ローカル領域使用判断部５３は、前置処理
部５１で生成された中間プログラムの関数毎にローカル
領域が必要とされるかを判断する。具体的には、関数内
で宣言されているローカル変数の数（ワード数）を計数
し、その結果をスタック確保解放命令生成部５４に通知
する。スタック確保解放命令生成部５４は、スタック確
保解放命令生成部５４から通知されたワード数ｎがゼロ
でない場合には、そのワード数ｎ分のスタックを一度に
確保する命令「sub 4*n , SP」と、一度に解放する命
令「add 4*n , SP」とを生成しコード出力部５９に渡
す。

【００３７】サブルーチン呼出し検出部５５は、前置処
理部５１で生成された中間プログラムの関数毎に、関数
内にサブルーチン呼出し（関数呼出し）が存在するかを
判断しその結果を非破壊レジスタ使用判断部５６に通知
する。具体的には、着目する関数の定義中に関数が記述
されているか判断する。非破壊レジスタ使用判断部５６
は、サブルーチン呼出し検出部５５から通知された関数
について、その関数内で非破壊レジスタ（この例では、
予め決定されているレジスタＲ2とＲ3）の少なくとも一
つを使用（破壊）する必要があるかを判断し、その結果
とサブルーチン呼出し検出部５５からの通知結果とを併
せてスタック退避復帰命令生成部５７に通知する。例え
ば、非破壊レジスタ使用判断部５６は、その関数内に、
３個以上の変数を一度に演算する式（３個以上の変数が
右辺に置かれた算術論理演算式）が存在する場合に、非
破壊レジスタの少なくとも一つを使用する必要があると
判断する。

【００３８】スタック退避復帰命令生成部５７は、サブ
ルーチン呼出し検出部５５での検出結果と非破壊レジス
タ使用判断部５６での判断結果との組み合わせに基づい
て、予め定められた機械語命令セットを生成しコード出
力部５９に渡す。具体的には、サブルーチンは検出され
たが非破壊レジスタは使用されないと判断された場合に
は、復帰レジスタストア命令「st LR」と復帰レジスタ
ロード命令「ld LR」とを生成し、サブルーチンは検出
されないが非破壊レジスタは使用される判断された場合
には、複数レジスタストア命令「stm ［使用する非破
壊レジスタ］」と複数レジスタロード命令「ldm ［使
用する非破壊レジスタ］」とを生成し、サブルーチンが
検出され、かつ、非破壊レジスタも使用されると判断さ
れた場合には、複数レジスタストアスタック確保命令
「stm- ［使用する非破壊レジスタ］」と復帰レジスタ
ストア命令「st LR」と復帰レジスタロードスタック確
保命令「ld+ LR」と複数レジスタロード命令「ldm
［使用する非破壊レジスタ］」とを生成する。

【００３９】コード出力部５９は、関数毎に４つの命令
生成部５２、５４、５７、５８で生成された場合の機械
語命令を受け取り、それらを内部に有する一時記憶領域
の所定位置に配置する（並べ換える）ことにより関数単
位の機械語命令列に組み立て、機械語プログラム４１と
して補助記憶装置やメモリ等に出力する。例えば、一つ
の関数について４つの命令生成部５２、５４、５７、５
８で機械語命令が生成された場合には、先頭から順に、
サブルーチン呼出しスタック確保命令「call-」、非破
壊レジスタを退避する命令「stm」又は「stm-」、復帰
レジスタスを退避する命令「st」、ローカル領域のため
のスタックを確保する命令「sub」、一般命令、ローカ
ル領域のためのスタックを解放する命令「add」、復帰
レジスタを復元する命令「ld」又は「ld+」、非破壊レ
ジスタを復元する命令「ldm」、サブルーチン復帰スタ
ック解放命令「rts+」となるよう並べて出力する。

【００４０】図５は、図４に示されたコンパイラ５０の
動作手順のうち特徴的な部分を示すフローチャートであ
る。前置処理部５１はソースプログラム４０を関数単位
の中間言語プログラムに変換するので（ステップＳ１０
０）、それら関数毎に以下の処理が行われる（ステップ
Ｓ１０１〜１０９）。まず、サブルーチン呼出し復帰命
令生成部５２は、着目する関数を呼び出すためのサブル
ーチン呼出しスタック確保命令「call-」と、その関数
から復帰するためのサブルーチン復帰スタック解放命令
「rts+」を生成する（ステップＳ１０１）。

【００４１】次に、サブルーチン呼出し検出部５５はそ
の関数が少なくとも１回はサブルーチン（関数）を呼び
出しているか判断し（ステップＳ１０２）、続いて、非
破壊レジスタ使用判断部５６はその関数が少なくとも１
個の非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を使用しているか判断する
（ステップＳ１０３、Ｓ１０４）。その結果、着目する
関数が少なくとも１回はサブルーチンを呼び出し、か
つ、少なくとも１個の非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を使用し
ていると判断された場合には（ステップＳ１０２、Ｓ１
０３）、それらを効率的に退避し復元するための機械語
命令セット、即ち、複数レジスタストアスタック確保命
令「stm- ［使用する非破壊レジスタ］」と復帰レジス
タストア命令「st LR」と復帰レジスタロードスタック
確保命令「ld+ LR」と複数レジスタロード命令「ldm
［使用する非破壊レジスタ］」とを生成する（ステップ
Ｓ１０５）。

【００４２】一方、着目する関数が少なくとも１回はサ
ブルーチンを呼び出しているが、非破壊レジスタＲ2、
Ｒ3を使用していないと判断された場合には（ステップ
Ｓ１０２、Ｓ１０３）、復帰レジスタだけを効率的に退
避し復元するための機械語命令セット、即ち、復帰レジ
スタストア命令「st LR」と復帰レジスタロード命令
「ld LR」とを生成する（ステップＳ１０６）。

【００４３】さらに、着目する関数はサブルーチンを呼
び出していないが、少なくとも１個の非破壊レジスタＲ
2、Ｒ3を使用していると判断された場合には（ステップ
Ｓ１０２、Ｓ１０４）、非破壊レジスタを効率的に退避
し復元するための機械語命令セット、即ち、複数レジス
タストア命令「stm ［使用する非破壊レジスタ］」と
複数レジスタロード命令「ldm ［使用する非破壊レジ
スタ］」とを生成する（ステップＳ１０７）。

【００４４】次に、ローカル領域使用判断部５３は着目
する関数においてローカル領域が必要とされるか判断し
（ステップＳ１０８）、必要な場合にのみ、スタック確
保解放命令生成部５４は、必要なサイズ分のスタックを
一度に確保する命令「sub（必要サイズ） , SP」と一度
に解放する命令「add （必要サイズ） , SP」とを生成
する（ステップＳ１０９）。

【００４５】以上のような特徴的な機械語命令の生成を
終えると、一般命令生成部５８は、着目する関数の本体
部分の処理、即ち、サブルーチン呼出し／復帰やレジス
タ退避／復元とは関連しない処理部分について対応する
一般的な機械語命令を生成する（ステップＳ１１０）。
最後に、コード出力部５９は、上記ステップＳ１０１、
Ｓ１０５〜Ｓ１０７、Ｓ１０９、Ｓ１１０で生成された
全ての機械語命令を上述した所定順序に並び換えたもの
を一つの関数を構成する機械語プログラム４１として補
助記憶装置等に出力する（ステップＳ１１１）。

【００４６】次に、以上のように構成されたプロセッサ
１０及びコンパイラ５０の動作について、８種類の具体
的なソースプログラム４０及び機械語プログラム４１を
用いて説明する。なお、８種類のソースプログラム４０
は、そのプログラム中で定義されている関数ｆの性質が
異なり、少なくとも１回はサブルーチンを呼び出してい
るか否か、少なくとも１個の非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を
使用しているか否か、ローカル領域を使用しているか否
か、についての全ての組み合わせに対応する。

【００４７】図６は、Ｃ言語で記述されたソースプログ
ラム４０の第１の例を示すプログラムリストであり、少
なくとも１回はサブルーチンを呼び出し、かつ、少なく
とも１個の非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を使用し、かつ、ロ
ーカル領域を使用する関数ｆが呼び出される場合の例で
ある。このソースプログラム４０では、５つのグローバ
ル変数ｉ0〜ｉ3、ｊと、関数ｆを呼び出すメイン関数ｍ
ａｉｎと、関数ｆとが定義され、関数ｆでは、４つのロ
ーカル変数ｌ0〜ｌ3が宣言され、グローバル変数ｉ0〜
ｉ3の値がローカル変数ｌ0〜ｌ3に代入された後に、そ
れらの和が算出されてグローバル変数ｊに代入され、最
後に、関数ｇが呼び出されている。

【００４８】図７は、図６に示されたソースプログラム
４０がコンパイラ５０によって翻訳された場合に生成さ
れる機械語プログラム４１のリストを示す。サブルーチ
ン呼出し復帰命令生成部５２は、図６に示されたソース
プログラム４０のメイン関数ｍａｉｎが関数ｆを呼び出
していることから、その関数ｆを呼び出すためのサブル
ーチン呼出しスタック確保命令「call- f」１２１と、
その関数ｆから復帰するためのサブルーチン復帰スタッ
ク解放命令「rts+」１２９を生成する（ステップＳ１０
１）。

【００４９】また、スタック退避復帰命令生成部５７
は、図６に示されたソースプログラム４０の関数ｆが関
数ｇを呼び出していること、及び、４個の変数を扱う加
算式（j=l0+l1+l2+l3）が存在することから、ＬＲ１３
及び非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を効率的に退避し復元する
ための機械語命令セット、即ち、複数レジスタストアス
タック確保命令「stm- ［Ｒ2、Ｒ3］」１２２と復帰レ
ジスタストア命令「stLR」１２３と復帰レジスタロード
スタック確保命令「ld+ LR」１２７と複数レジスタロ
ード命令「ldm ［Ｒ2、Ｒ3］」１２８とを生成する
（ステップＳ１０５）。

【００５０】さらに、スタック確保解放命令生成部５４
は、図６に示されたソースプログラム４０の関数ｆにお
いて４個のローカル変数が宣言されていることから、４
ワード分のローカル領域（スタック）を一度に確保する
命令「sub 16 , SP」１２４と一度に解放する命令「ad
d 16 , SP」１２６とを生成する（ステップＳ１０
９）。

【００５１】なお、一般命令生成部５８は、図６に示さ
れたソースプログラム４０の関数ｆにおいて４つのグロ
ーバル変数ｉ0〜ｉ3の値がローカル変数ｌ0〜ｌ3に代入
されていること、及び、それらの和が算出されてグロー
バル変数ｊに代入されていること、及び、関数ｇが呼び
出されていることから、それらに対応する一般的な機械
語命令列１２５を生成する（ステップＳ１１０）。

【００５２】図８は、図７に示された機械語プログラム
４１をプロセッサ１０が実行した場合におけるスタック
の内容・大きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。図９
（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図７に示された機械語
命令列の前半部（ステップ１２１〜１２４）及び後半部
（ステップ１２６〜１２９）におけるプロセッサ１０の
実行動作をサイクルごとに示すタイミングチャートであ
る。

【００５３】プロセッサ１０は、サブルーチン呼出しス
タック確保命令「call- f」１２１を解読すると、１サ
イクルで、（i）復帰アドレスを算出しＬＲ１３に格納
し、（ii）分岐先アドレスｆをＦＰＣ１５ａに格納し、
（iii）１ワード分のスタックを確保するオペレーショ
ンを実行する。これによって、分岐と同時に１ワード分
のスタックが先行して確保され、スタックは図８に示さ
れる第１の状態２０１となる。

【００５４】次に、プロセッサ１０は、複数レジスタス
トアスタック確保命令「stm- ［Ｒ2、Ｒ3］」１２２を
解読すると、１つ目のサイクルで、（i）ＳＰ１２が指
すスタックにレジスタＲ2を退避し、（ii）１ワード分
のスタックを確保し、２つ目のサイクルで、（iii）Ｓ
Ｐ１２が指すスタックにレジスタＲ3を退避し、（iv）
１ワード分のスタックを確保するオペレーションを実行
する。これによって、２つの非破壊レジスタＲ2、Ｒ3が
退避されると共に、最後に、１ワード分のスタックが先
行して確保され、スタックは図８に示される第２の状態
２０２となる。

【００５５】次に、プロセッサ１０は、復帰レジスタス
トア命令「st LR」１２３を解読すると、１サイクル
で、ＳＰ１２が指すスタックにＬＲ１３の値を退避する
オペレーションを実行する。これによって、復帰アドレ
スが退避され、スタックは図８に示される第３の状態２
０３となる。次に、プロセッサ１０は、スタックを一度
に確保する命令「sub 16 , SP」１２４を解読すると、
１サイクルで、ＳＰ１２の値をＡＬＵ１４で１６だけ減
算し再びＳＰ１２に格納するオペレーションを実行す
る。これによって、４ワード分のスタックが確保され、
スタックは図８に示される第４の状態２０４となる。

【００５６】次に、プロセッサ１０は、一般的な機械語
命令列１２５を解読実行するが、これによってスタック
が変化することはない。次に、プロセッサ１０は、スタ
ックを一度に解放する命令「add 16 , SP」１２６を解
読すると、１サイクルで、ＳＰ１２の値をＡＬＵ１４で
１６だけ加算し再びＳＰ１２に格納するオペレーション
を実行する。これによって、４ワード分のスタックが確
保され、スタックは図８に示される第５の状態２０５と
なる。

【００５７】次に、プロセッサ１０は、復帰レジスタロ
ードスタック確保命令「ld+ LR」１２７を解読する
と、１サイクルで、（i）ＳＰ１２が指すスタックに退
避されていたデータでＬＲ１３を復元すると共に、（i
i）１ワード分のスタックを解放するオペレーションを
実行する。これによって、復帰アドレスが復元されると
共に１ワード分のスタックが解放され、スタックは図８
に示される第６の状態２０６となる。

【００５８】次に、プロセッサ１０は、複数レジスタロ
ードスタック解放命令「ldm ［Ｒ2、Ｒ3］」１２８を
解読すると、１つ目のサイクルで、（i）ＳＰ１２が指
すスタックでレジスタＲ3を復元し、（ii）１ワード分
のスタックを解放し、２つ目のサイクルで、（iii）Ｓ
Ｐ１２が指すスタックでレジスタＲ2を復元し、（iv）
１ワード分のスタックを解放するオペレーションを実行
する。これによって、２つの非破壊レジスタＲ2、Ｒ3が
復元され、スタックは図８に示される第７の状態２０７
となる。

【００５９】最後に、プロセッサ１０は、サブルーチン
復帰スタック解放命令「rts+」１２９を解読すると、１
サイクルで、（i）復帰アドレスをＰＣ１５に格納し、
（ii）１ワード分のスタックを解放するオペレーション
を実行する。これによって、１ワード分のスタックが解
放され、スタックは図８に示される第８の状態２０８と
なる。

【００６０】ここで、図９（ａ）及び（ｂ）と従来技術
における図４０（ａ）及び（ｂ）とを比較して分かるよ
うに、本コンパイラ５０及びプロセッサ１０によれば、
従来と同じ内容の処理を実行するのに要する時間が短縮
されている。具体的には、サブルーチンｆへの分岐、２
個の非破壊レジスタＲ２、Ｒ３の退避、復帰レジスタＬ
Ｒの退避及びローカル領域の確保のためのオペレーショ
ンは、図９（ａ）では第１〜５サイクルで実行されてい
るが、従来の図４０（ａ）では第１〜８サイクルで実行
されており、３サイクルだけ時間が短縮されている。同
様に、ローカル領域の解放、復帰レジスタＬＲの復元、
２個の非破壊レジスタＲ２、Ｒ３の復元及びサブルーチ
ンｆからの復帰のためのオペレーションは、図９（ｂ）
では第（ｌ−４）〜ｌサイクルで実行されているが、従
来の図４０（ｂ）では第（ｎ−７）〜ｎサイクルで実行
されており、やはり３サイクルだけ時間が短縮されてい
る。

【００６１】これは、従来では単独に（１サイクルかけ
て）実行されていたスタックの確保及び解放のオペレー
ションが、本コンパイラ５０及びプロセッサ１０によっ
て、サブルーチン呼出しやレジスタ退避のオペレーショ
ンに吸収（並列化）されたからである。具体的には、サ
ブルーチン呼出しスタック確保命令「call-」にスタッ
クを確保するオペレーションが並列化されて組み込まれ
たことにより１サイクル分の高速化が実現され、複数レ
ジスタストアスタック確保命令「stm-」にスタックを２
回確保するオペレーションが並列化されて組み込まれた
ことにより２サイクル分の高速化が実現されている。同
様に、復帰レジスタロードスタック確保命令「ld+」、
複数レジスタロード命令「ldm」及びサブルーチン復帰
スタック解放命令「rts+」それぞれにスタックを確保す
るオペレーションが並列化されて組み込まれたことによ
り各１サイクル分の高速化が実現されている 以上のように、本実施の形態のコンパイラ５０により、
ソースプログラム４０は並列性の高い機械語命令列に変
換され、本実施の形態のプロセッサ１０により、その機
械語命令列は従来よりも少ないサイクルで高速実行され
る。

【００６２】図１０は、ソースプログラム４０の第２の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、関数ｆが関数（サブルーチン）ｇを
呼び出していない点である。図１１は、図１０に示され
たソースプログラム４０がコンパイラ５０によって翻訳
された場合に生成される機械語プログラム４１のリスト
を示し、図１２は、図１１に示された機械語プログラム
４１をプロセッサ１０が実行した場合におけるスタック
の内容・大きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【００６３】この図１１に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」と複数レジスタストアスタック確保
命令「stm-」、後半部分には復帰レジスタロードスタッ
ク確保命令「ld+」と複数レジスタロード命令「ldm」と
サブルーチン復帰スタック解放命令「rts+」）が生成さ
れているので、本プロセッサ１０がこの機械語プログラ
ム４１を実行した場合には、従来と比べて、関数ｆの呼
び出し及び復帰において夫々３サイクルだけ実行時間が
短縮される。

【００６４】図１３は、ソースプログラム４０の第３の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、関数ｆがローカル領域を使用してい
ない点である。図１４は、図１３に示されたソースプロ
グラム４０がコンパイラ５０によって翻訳された場合に
生成される機械語プログラム４１のリストを示し、図１
５は、図１４に示された機械語プログラム４１をプロセ
ッサ１０が実行した場合におけるスタックの内容・大き
さ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【００６５】この図１４に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」と複数レジスタストアスタック確保
命令「stm-」、後半部分には復帰レジスタロードスタッ
ク確保命令「ld+」と複数レジスタロード命令「ldm」と
サブルーチン復帰スタック解放命令「rts+」）が生成さ
れているので、本プロセッサ１０がこの機械語プログラ
ム４１を実行した場合には、従来と比べて、関数ｆの呼
び出し及び復帰において夫々３サイクルだけ実行時間が
短縮される。

【００６６】図１６は、ソースプログラム４０の第４の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、関数ｆが関数（サブルーチン）ｇを
呼び出していないこととローカル領域を使用していない
点である。図１７は、図１６に示されたソースプログラ
ム４０がコンパイラ５０によって翻訳された場合に生成
される機械語プログラム４１のリストを示し、図１８
は、図１７に示された機械語プログラム４１をプロセッ
サ１０が実行した場合におけるスタックの内容・大きさ
及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【００６７】この図１７に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」と複数レジスタストア命令「stm」、
後半部分には複数レジスタロード命令「ldm」とサブル
ーチン復帰スタック解放命令「rts+」）が生成されてい
るので、本プロセッサ１０がこの機械語プログラム４１
を実行した場合には、従来と比べて、関数ｆの呼び出し
及び復帰において夫々２サイクルだけ実行時間が短縮さ
れる。

【００６８】図１９は、ソースプログラム４０の第５の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、関数ｆが関数（サブルーチン）ｇを
呼び出していないことと非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を使用
していない点である。図２０は、図１９に示されたソー
スプログラム４０がコンパイラ５０によって翻訳された
場合に生成される機械語プログラム４１のリストを示
し、図２１は、図２０に示された機械語プログラム４１
をプロセッサ１０が実行した場合におけるスタックの内
容・大きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【００６９】この図２０に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」、後半部分にはサブルーチン復帰ス
タック解放命令「rts+」）が生成されているので、本プ
ロセッサ１０がこの機械語プログラム４１を実行した場
合には、従来と比べて、関数ｆの呼び出し及び復帰にお
いて夫々１サイクルだけ実行時間が短縮される。

【００７０】図２２は、ソースプログラム４０の第６の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、非破壊レジスタＲ2、Ｒ3を使用して
いない点である。図２３は、図２２に示されたソースプ
ログラム４０がコンパイラ５０によって翻訳された場合
に生成される機械語プログラム４１のリストを示し、図
２４は、図２３に示された機械語プログラム４１をプロ
セッサ１０が実行した場合におけるスタックの内容・大
きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【００７１】この図２３に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」、後半部分にはサブルーチン復帰ス
タック解放命令「rts+」）が生成されているので、本プ
ロセッサ１０がこの機械語プログラム４１を実行した場
合には、従来と比べて、関数ｆの呼び出し及び復帰にお
いて夫々１サイクルだけ実行時間が短縮される。

【００７２】図２５は、ソースプログラム４０の第７の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、関数ｆがローカル領域及び非破壊レ
ジスタＲ2、Ｒ3を使用していない点である。図２６は、
図２５に示されたソースプログラム４０がコンパイラ５
０によって翻訳された場合に生成される機械語プログラ
ム４１のリストを示し、図２７は、図２６に示された機
械語プログラム４１をプロセッサ１０が実行した場合に
おけるスタックの内容・大きさ及びＳＰ１２の値の変化
を示す。

【００７３】この図２６に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」、後半部分にはサブルーチン復帰ス
タック解放命令「rts+」）が生成されているので、本プ
ロセッサ１０がこの機械語プログラム４１を実行した場
合には、従来と比べて、関数ｆの呼び出し及び復帰にお
いて夫々１サイクルだけ実行時間が短縮される。

【００７４】図２８は、ソースプログラム４０の第８の
例を示すプログラムリストであり、図６に示された第１
の例と異なる点は、関数ｆが関数（サブルーチン）ｇを
呼び出していないこととローカル領域及び非破壊レジス
タＲ2、Ｒ3を使用していない点である。図２９は、図２
８に示されたソースプログラム４０がコンパイラ５０に
よって翻訳された場合に生成される機械語プログラム４
１のリストを示し、図３０は、図２９に示された機械語
プログラム４１をプロセッサ１０が実行した場合におけ
るスタックの内容・大きさ及びＳＰ１２の値の変化を示
す。

【００７５】この図２９に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」、後半部分にはサブルーチン復帰ス
タック解放命令「rts+」）が生成されているので、本プ
ロセッサ１０がこの機械語プログラム４１を実行した場
合には、従来と比べて、関数ｆの呼び出し及び復帰にお
いて夫々１サイクルだけ実行時間が短縮される。 ［コンパイラの変形例］次に、上記コンパイラ５０の変
形例を説明する。具体的には、上記コンパイラ５０のス
タック退避復帰命令生成部５７は、着目する関数がサブ
ルーチンを呼び出しており、かつ、非破壊レジスタを使
用している場合には、複数レジスタストアスタック確保
命令「stm-」と復帰レジスタストア命令「st」と復帰レ
ジスタロードスタック確保命令「ld+」と複数レジスタ
ロード命令「ldm」とを生成したが、これに換えて、こ
れら機械語命令セットと等価な別の機械語命令セット、
即ち、復帰レジスタストアスタック確保命令「st-」と
複数レジスタストア命令「stm」と複数レジスタロード
スタック確保命令「ldm+」と復帰レジスタロード命令
「ld」とを生成してもよい。

【００７６】このとき、コード出力部５９は、４つの命
令生成部５２、５４、５７、５８で生成された機械語命
令に対して、先頭から順に、サブルーチン呼出しスタッ
ク確保命令「call-」、復帰レジスタスを退避する命令
「st」又は「st-」、非破壊レジスタを退避する命令「s
tm」、ローカル領域のためのスタックを確保する命令
「sub」、一般命令、ローカル領域のためのスタックを
解放する命令「add」、非破壊レジスタを復元する命令
「ldm」又は「ldm+」、復帰レジスタを復元する命令「l
d」、サブルーチン復帰スタック解放命令「rts+」とな
るよう並べて出力するものとする。

【００７７】図３１は、変形例に係るコンパイラの動作
手順のうち特徴的な部分を示すフローチャートであり、
図５に示されたコンパイラ５０のフローチャートと異な
る点は、着目する関数がサブルーチンを呼び出しており
（ステップＳ１２２）、かつ、非破壊レジスタを使用し
ている場合（ステップＳ１２３）に生成される機械語命
令セット（ステップＳ１２５）の内容である。

【００７８】図３２は、図６に示されたソースプログラ
ム４０が変形例に係るコンパイラによって翻訳された場
合に生成される機械語プログラム４１のリストを示し、
上記コンパイラ５０における図７に対応する。図３３
は、図３２に示された機械語プログラム４１をプロセッ
サ１０が実行した場合におけるスタックの内容・大きさ
及びＳＰ１２の値の変化を示す。図３４（ａ）及び
（ｂ）は、それぞれ、図３２に示された機械語命令列の
前半部（ステップ２２１〜２２４）及び後半部（ステッ
プ２２６〜２２９）におけるプロセッサ１０の実行動作
をサイクルごとに示すタイミングチャートである。

【００７９】図３４（ａ）及び（ｂ）と図９（ａ）及び
（ｂ）とを比較して分かるように、この変形例に係るコ
ンパイラは、上記コンパイラ５０とは異なる機械語命令
列を生成するが、実行サイクル数の合計は同じである。
つまり、この変形例に係るコンパイラは、従来のものと
比べて、サブルーチンの呼び出し及び復帰において各３
サイクルだけ短縮された機械語プログラムを生成する。

【００８０】図３５は、図１３に示されたソースプログ
ラム４０が変形例に係るコンパイラによって翻訳された
場合に生成される機械語プログラム４１のリストを示
し、上記コンパイラ５０における図１４に対応する。図
３６は、図３５に示された機械語プログラム４１をプロ
セッサ１０が実行した場合におけるスタックの内容・大
きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【００８１】この図３５に示された機械語プログラム４
１には、本プロセッサ１０に特有の機械語命令（関数ｆ
が呼び出される前半部にはサブルーチン呼出しスタック
確保命令「call-」と復帰レジスタストアスタック確保
命令「st-」と複数レジスタストア命令「stm」、後半部
分には複数レジスタロードスタック確保命令「ldm+」と
サブルーチン復帰スタック解放命令「rts+」）が生成さ
れているので、本プロセッサ１０がこの機械語プログラ
ム４１を実行した場合には、従来と比べて、関数ｆの呼
び出し及び復帰において夫々３サイクルだけ実行時間が
短縮される。

【００８２】以上のように、本実施の形態のプロセッサ
１０及びコンパイラ５０並びに変形例に係るコンパイラ
によれば、サブルーチンの呼び出しに伴うスタックの確
保という定型的なオペレーションは、サブルーチンの呼
び出しやレジスタの退避と並列化されて実行され、ま
た、サブルーチンの復帰に伴うスタックの解放という定
型的なオペレーションは、レジスタの復元やサブルーチ
ンからの復帰と並列化されて実行される。これによっ
て、スタックの確保と解放のための実行時間は見かけ上
不要となり、サブルーチンの呼び出しと復帰における実
行時間は短縮される。このような実行速度の向上は、機
械語プログラムに含まれるサブルーチンの数が多い程、
また、サブルーチンの呼び出しに伴って退避すべきレジ
スタの数が多い程、大きな効果が発揮される。

【００８３】以上、本発明に係るプロセッサ及びコンパ
イラについて、実施の形態及びその変形例に基づいて説
明したが、本発明はこれらに限定されないのは言うまで
もない。例えば、本実施の形態のプロセッサ１０は、復
帰アドレスを保持する専用のレジスタＬＲ１３を有し、
そのＬＲ１３を扱う専用の命令を実行したが、本発明
は、これらＬＲ１３や専用命令を有する必要はない。復
帰アドレスをプロセッサ内部ではなく、常にスタックに
格納するタイプのプロセッサであってもよい。ＬＲ１３
は非破壊レジスタの一つと言えるので、退避及び復元に
関してＧＲ１１と同じ扱いをすることができる。

【００８４】また、本実施の形態のコンパイラ５０の非
破壊レジスタ使用判断部５６は、関数内に３個以上の変
数が右辺に置かれた算術論理演算式が存在するか否かで
非破壊レジスタの使用を判断したが、このような判断基
準に限られず、例えば、前置処理部５１における資源割
付の結果（必要とされるレジスタの個数が２を越えるか
否）から、非破壊レジスタの使用を判断してもよい。

【００８５】また、本実施の形態のコンパイラ５０及び
変形例は、汎用のコンピュータシステム上で実行される
プログラムとして実現されるので、このようなコンパイ
ラをＣＤ−ＲＯＭや通信回線等の記録・伝送媒体を介し
て流通させることができるのは言うまでもない。

【００８６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係るプロセッサは、スタック領域のためのデータメモ
リと予め命令が記憶された命令メモリとに接続されて用
いられるマイクロプロセッサであって、実行順序をサブ
ルーチンに分岐させるサブルーチン呼出し手段と、後の
使用のための新たなスタック領域を前記データメモリに
確保するスタック確保手段と、前記命令メモリから命令
をフェッチする命令フェッチ手段と、フェッチされた命
令が第１命令である場合に、前記サブルーチン呼出し手
段による分岐と前記スタック確保手段による確保とを並
列に実行させる第１命令実行手段とを備えることを特徴
とする。

【００８７】また、本発明に係るコンパイラは、ソース
プログラムを機械語命令列に変換するコンパイラであっ
て、前記ソースプログラム中にサブルーチン呼出し命令
を検出すると、サブルーチン呼出しスタック確保命令を
生成するサブルーチン呼出しスタック確保命令生成手段
を備え、前記サブルーチン呼出しスタック確保命令は、
以下のオペレーションをマイクロプロセッサに並列に実
行させる機械語命令であることを特徴とする。(a)実行
順序を前記サブルーチンに分岐させる。(b)後の使用の
ための新たなスタック領域をデータメモリに確保する。

【００８８】これによって、プロセッサが第１命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルでサブルーチン
への分岐と後の使用のための新たなスタック領域の確保
とが並列に行われるので、サブルーチン分岐とスタック
確保とを順次に実行する従来に比べ、実行時間が短縮さ
れる。ここで、前記マイクロプロセッサはさらに、サブ
ルーチンからそのサブルーチンを呼び出したメインルー
チンに実行順序を復帰させる際の復帰先となる復帰アド
レスを格納するための記憶領域を有する復帰アドレス記
憶手段と、前記復帰アドレス記憶手段に復帰アドレスを
格納する復帰アドレス格納手段とを備え、前記第１命令
実行手段は、フェッチされた命令が第１命令である場合
に、前記サブルーチン呼出し手段による分岐と前記スタ
ック確保手段による確保とに加えて、前記復帰アドレス
格納手段による格納を並列に実行させてもよい。同様
に、前記コンパイラにおいて、前記サブルーチン呼出し
スタック確保命令は、前記オペレーションに加えて以下
のオペレーションを前記マイクロプロセッサに並列に実
行させる機械語命令であってもよい。(c)前記サブルー
チンからそのサブルーチンを呼び出したメインルーチン
に実行順序を復帰させる際の復帰先となる復帰アドレス
を前記マイクロプロセッサが有する復帰アドレス記憶手
段に格納する。

【００８９】これによって、プロセッサが第１命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルでサブルーチン
への分岐と後の使用のための新たなスタック領域の確保
と復帰アドレスの復帰アドレス記憶手段への格納とが並
列に行われるので、サブルーチン分岐とスタック確保と
復帰アドレスの格納を順次に実行する従来に比べ、実行
時間がさらに短縮される。

【００９０】また、前記マイクロプロセッサはさらに、
前記復帰アドレス記憶手段に格納された復帰アドレスを
既に確保された前記データメモリのスタック領域に退避
する復帰アドレス退避手段を備えてもよい。同様に、前
記コンパイラはさらに、前記サブルーチン中にサブルー
チン呼出し命令を検出すると、復帰アドレス退避命令を
生成する復帰アドレス退避命令生成手段を備え、前記復
帰アドレス退避命令は、以下のオペレーションを前記マ
イクロプロセッサに実行させる機械語命令であってもよ
い。(a)前記復帰アドレス記憶手段に格納された復帰ア
ドレスを既に確保された前記データメモリのスタック領
域に退避する。

【００９１】これによって、プロセッサが第１命令を実
行したことによって先行確保されたスタックは、復帰ア
ドレスの退避のために有効活用され得るので、そのサブ
ルーチンから他のサブルーチンに分岐するために復帰ア
ドレスを退避する必要がある場合には、復帰アドレスの
退避のための独立したスタック確保は不要となり、実行
時間が短縮される。

【００９２】また、前記マイクロプロセッサはさらに、
前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令が第
２命令である場合に、前記復帰アドレス退避手段による
退避と前記スタック確保手段による確保とを並列に実行
させる第２命令実行手段を備えてもよい。同様に、前記
コンパイラにおいて、前記復帰アドレス退避命令は、前
記オペレーションに加えて以下のオペレーションを前記
マイクロプロセッサに並列に実行させる機械語命令であ
ってもよい。(b)後の使用のための新たなスタック領域
を前記データメモリに確保する。

【００９３】これによって、プロセッサが第２命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルで復帰アドレス
の退避と後の使用のための新たなスタック領域の確保と
が並列に行われるので、復帰アドレスの退避とスタック
確保とを順次に実行する従来に比べ、実行時間が短縮さ
れる。また、前記マイクロプロセッサはさらに、前記デ
ータメモリのスタック領域に退避された復帰アドレスを
前記復帰アドレス記憶手段に読み出す復帰アドレス復元
手段を備えてもよい。同様に、前記コンパイラはさら
に、前記サブルーチン中にサブルーチン呼出し命令を検
出すると、復帰アドレス復元命令を生成する復帰アドレ
ス復元命令生成手段を備え、前記復帰アドレス復元命令
は、以下のオペレーションを前記マイクロプロセッサに
実行させる機械語命令であってもよい。(a)前記データ
メモリのスタック領域に退避された復帰アドレスを前記
復帰アドレス記憶手段に読み出す。

【００９４】これによって、復帰アドレス記憶手段に元
の復帰アドレスが復元されるので、サブルーチンのネス
ト構造等によって復帰アドレスが破壊されてしまうこと
が回避される。また、前記マイクロプロセッサはさら
に、前記復帰アドレス復元手段によって読み出された復
帰アドレスが退避されていた前記データメモリのスタッ
ク領域を新たな使用のために解放するスタック解放手段
と、前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令
が第３命令である場合に、前記復帰アドレス復元手段に
よる読み出しと前記スタック解放手段による解放とを並
列に実行させる第３命令実行手段とを備えてもよい。同
様に、前記コンパイラにおいて、前記復帰アドレス復元
命令は、前記オペレーションに加えて以下のオペレーシ
ョンを前記マイクロプロセッサに並列に実行させる機械
語命令であってもよい。(b)前記復帰アドレスが格納さ
れていた前記データメモリのスタック領域を新たな使用
のために解放する。

【００９５】これによって、プロセッサが第３命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルで復帰アドレス
の復元と使用済みとなったスタック領域の解放とが並列
に行われるので、復帰アドレスの復元とスタック解放と
を順次に実行する従来に比べ、実行時間が短縮される。
また、前記マイクロプロセッサはさらに、サブルーチン
からそのサブルーチンを呼び出したメインルーチンに実
行順序を復帰させるサブルーチン復帰手段と、直前に使
用された前記データメモリのスタック領域を新たな使用
のために解放するスタック解放手段と、前記命令フェッ
チ手段によってフェッチされた命令が第４命令である場
合に、前記サブルーチン復帰手段による復帰と前記スタ
ック解放手段による解放とを並列に実行させる第４命令
実行手段とを備えてもよい。同様に、前記コンパイラは
さらに、サブルーチン復帰スタック解放命令を生成する
サブルーチン復帰スタック解放命令生成手段を備え、前
記サブルーチン復帰スタック解放命令は、以下のオペレ
ーションを前記マイクロプロセッサに並列に実行させる
機械語命令であってもよい。(a)前記サブルーチンから
そのサブルーチンを呼び出したメインルーチンに実行順
序を復帰させる。(b)直前に使用された前記データメモ
リのスタック領域を新たな使用のために解放する。

【００９６】これによって、プロセッサが第４命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルでサブルーチン
からの復帰と使用済みとなったスタック領域の解放とが
並列に行われるので、サブルーチンからの復帰とスタッ
ク解放とを順次に実行する従来に比べ、実行時間が短縮
される。また、前記マイクロプロセッサはさらに、サブ
ルーチンからそのサブルーチンを呼び出したメインルー
チンに実行順序を復帰させる際の復帰先となる復帰アド
レスを記憶している復帰アドレス記憶手段を備え、前記
サブルーチン復帰手段は、前記復帰アドレス記憶手段に
記憶されている復帰アドレスが示す前記メインルーチン
の位置に実行順序を復帰させてもよい。同様に、前記コ
ンパイラにおいて、前記サブルーチン復帰スタック確保
命令は、前記マイクロプロセッサが有する復帰アドレス
記憶手段に記憶されている復帰アドレスが示す前記メイ
ンルーチンの位置に実行順序を復帰させる機械語命令で
あってもよい。

【００９７】これによって、復帰アドレス記憶手段に格
納された復帰アドレスを参照してサブルーチン復帰を実
行するアーキテクチャをとるプロセッサに対応したプロ
セッサ又はコンパイラが実現される。また、前記マイク
ロプロセッサはさらに、退避すべきデータを記憶してい
るデータ記憶手段と、前記データ記憶手段に記憶された
データを前記データメモリのスタック領域に退避するデ
ータ退避手段と、前記命令フェッチ手段によってフェッ
チされた命令が第５命令である場合に、前記データ退避
手段による退避と前記スタック確保手段による確保とを
並列に実行させる第５命令実行手段とを備えてもよい。
同様に、前記コンパイラはさらに、前記マイクロプロセ
ッサに記憶されたデータであって前記サブルーチンの実
行に先立って退避すべきデータが存在するか否か判断す
るデータ退避判断手段と、退避すべきデータが存在する
と判断された場合に、データ退避スタック確保命令を生
成するデータ退避スタック確保命令生成手段とを備え、
前記データ退避スタック確保命令は、以下のオペレーシ
ョンを前記マイクロプロセッサに並列に実行させる機械
語命令であってもよい。(a)退避すべき前記データを前
記データメモリのスタック領域に退避する。(b)後の使
用のための新たなスタック領域を前記データメモリに確
保する。

【００９８】これによって、プロセッサが第５命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルでレジスタ等の
退避と後の使用のための新たなスタック領域の確保とが
並列に行われるので、レジスタ退避とスタック確保とを
順次に実行する従来に比べ、実行時間が短縮される。ま
た、前記プロセッサにおいて、前記データ記憶手段は、
退避すべき複数のデータを記憶しており、前記第５命令
実行手段は、前記データ記憶手段に記憶された複数のデ
ータそれぞれについて、前記データ退避手段による退避
と前記スタック確保手段による確保とを並列に繰り返し
実行させてもよい。同様に、前記コンパイラにおいて、
前記データ退避スタック確保命令は、前記マイクロプロ
セッサに前記２つのオペレーション(a),(b)を複数回繰
り返させる機械語命令であってもよい。

【００９９】これによって、プロセッサが第５命令を実
行した場合には、退避すべきレジスタの数だけ、レジス
タの退避とスタック領域の確保という並列動作が繰り返
されるので、レジスタ退避とスタック確保とを順次に繰
り返す従来に比べ、実行時間が短縮される。また、前記
マイクロプロセッサはさらに、復元すべきデータを格納
するための記憶領域を有するデータ記憶手段と、前記デ
ータメモリのスタック領域に退避されたデータを前記デ
ータ記憶手段に読み出すデータ復元手段と、前記データ
復元手段によって読み出されたデータが退避されていた
前記データメモリのスタック領域を新たな使用のために
解放するスタック解放手段と、前記命令フェッチ手段に
よってフェッチされた命令が第６命令である場合に、前
記データ復元手段による読み出しと前記スタック解放手
段による解放とを並列に実行させる第６命令実行手段と
を備えてもよい。同様に、前記コンパイラはさらに、デ
ータ復元スタック解放命令を生成するデータ復元スタッ
ク解放命令生成手段を備え、前記データ復元スタック解
放命令は、以下のオペレーションを前記マイクロプロセ
ッサに並列に実行させる機械語命令であってもよい。
(a)前記データメモリのスタック領域に退避されたデー
タを前記マイクロプロセッサが有するデータ記憶手段に
読み出す。(b)読み出された前記データが格納されてい
た前記データメモリのスタック領域を新たな使用のため
に解放する。

【０１００】また、前記マイクロプロセッサはさらに、
復元すべきデータを格納するための記憶領域を有するデ
ータ記憶手段と、前記データメモリのスタック領域に退
避されたデータを前記データ記憶手段に読み出すデータ
復元手段と、前記データ復元手段によって読み出された
データが退避されていた前記データメモリのスタック領
域を新たな使用のために解放するスタック解放手段と、
前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令が第
６命令である場合に、前記データ復元手段による読み出
しと前記スタック解放手段による解放とを並列に実行さ
せる第６命令実行手段とを備えてもよい。同様に、前記
コンパイラはさらに、データ復元スタック解放命令を生
成するデータ復元スタック解放命令生成手段を備え、前
記データ復元スタック解放命令は、以下のオペレーショ
ンを前記マイクロプロセッサに並列に実行させる機械語
命令であってもよい。(a)前記データメモリのスタック
領域に退避されたデータを前記マイクロプロセッサが有
するデータ記憶手段に読み出す。(b)読み出された前記
データが格納されていた前記データメモリのスタック領
域を新たな使用のために解放する。

【０１０１】これによって、プロセッサが第６命令を実
行した場合には、同一のマシンサイクルでレジスタ等の
復元と使用済みとなったスタック領域の解放とが並列に
行われるので、レジスタ復元とスタック解放とを順次に
実行する従来に比べ、実行時間が短縮される。また、前
記プロセッサにおいて、前記データ記憶手段は、復元す
べき複数のデータを格納するための記憶領域を有してお
り、前記第６命令実行手段は、前記データ記憶手段が有
する複数の記憶領域それぞれに対して、前記データ復元
手段による読み出しと前記スタック解放手段による解放
とを並列に繰り返し実行させてもよい。同様に、前記コ
ンパイラにおいて、前記データ復元スタック解放命令
は、前記マイクロプロセッサに前記２つのオペレーショ
ン(a),(b)を複数回繰り返させる機械語命令であっても
よい。

【０１０２】これによって、プロセッサが第６命令を実
行した場合には、復元すべきレジスタの数だけ、レジス
タの復元とスタック領域の解放という並列動作が繰り返
されるので、レジスタ復元とスタック解放とを順次に繰
り返す従来に比べ、実行時間が短縮される。また、本発
明は、上記コンパイラが有する手段に対応するステップ
を含むプログラムが記録されたコンピュータ読み取り可
能な記録媒体とすることもできる。上記コンパイラは、
汎用のコンピュータで実行されるプログラムとして実現
することができるからである。

【０１０３】また、本発明は、上記命令（第１〜６命
令）を含む機械語命令列が記録されたコンピュータ読み
取り可能な記録媒体とすることもできる。本発明の技術
的思想の本質は、上記命令（第１〜６命令）の如く、サ
ブルーチンの実行に伴う処理をプロセッサに高速実行さ
せる効率的な命令を考案した点にあると言えるからであ
る。

【０１０４】以上のように、本発明によって、Ｃ言語の
ような関数型言語を用いることによる処理速度の低下が
回避され、特に、プロセッサ組み込み製品や制御機器等
のリアルタイム性の要求される製品の開発において関数
型の高級言語を用いることによる弊害が除去され、その
実用的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプロセッサ１０の構成を示すブロック
図である。

【図２】同プロセッサ１０が解読実行する機械語命令の
一部を示す。

【図３】同プロセッサ１０が解読実行する機械語命令の
他の一部を示す。

【図４】本発明のコンパイラ５０の構成を示す機能ブロ
ック図である。

【図５】同コンパイラ５０の動作手順を示すフローチャ
ートである。

【図６】第１の例に係るソースプログラム４０のリスト
を示す。

【図７】第１の例に係る機械語プログラム４１のリスト
を示す。

【図８】第１の例に係るスタックの内容・大きさ及びＳ
Ｐ１２の値の変化を示す。

【図９】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図７に示され
た機械語命令列の前半部及び後半部におけるプロセッサ
１０の実行動作をサイクルごとに示すタイミングチャー
トである。

【図１０】第２の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図１１】第２の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図１２】第２の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図１３】第３の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図１４】第３の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図１５】第３の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図１６】第４の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図１７】第４の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図１８】第４の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図１９】第５の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図２０】第５の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図２１】第５の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図２２】第６の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図２３】第６の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図２４】第６の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図２５】第７の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図２６】第７の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図２７】第７の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図２８】第８の例に係るソースプログラム４０のリス
トを示す。

【図２９】第８の例に係る機械語プログラム４１のリス
トを示す。

【図３０】第８の例に係るスタックの内容・大きさ及び
ＳＰ１２の値の変化を示す。

【図３１】変形例に係るコンパイラの動作手順を示すフ
ローチャートである。

【図３２】図６に示されたソースプログラム４０が変形
例に係るコンパイラによって翻訳された場合に生成され
る機械語プログラム４１のリストを示す。

【図３３】図３２に示された機械語プログラム４１をプ
ロセッサ１０が実行した場合におけるスタックの内容・
大きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【図３４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図３２に示
された機械語命令列の前半部及び後半部におけるプロセ
ッサ１０の実行動作をサイクルごとに示すタイミングチ
ャートである。

【図３５】図１３に示されたソースプログラム４０が変
形例に係るコンパイラによって翻訳された場合に生成さ
れる機械語プログラム４１のリストを示す。

【図３６】図３５に示された機械語プログラム４１をプ
ロセッサ１０が実行した場合におけるスタックの内容・
大きさ及びＳＰ１２の値の変化を示す。

【図３７】従来のコンパイラが生成した機械語命令列の
リストを示す。

【図３８】図３７に示されたリストで用いられている機
械語命令のオペレーションを説明するテーブルである。

【図３９】図３７に示された機械語命令列が従来のプロ
セッサによって実行された場合におけるスタックの内容
・大きさ及びスタックポインタＳＰの値の変化を示す。

【図４０】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、図３７に示
された機械語命令列の前半部及び後半部におけるプロセ
ッサの実行動作をサイクルごとに示すタイミングチャー
トである。

【符号の説明】

１０ プロセッサ １１ レジスタファイル（ＧＲ） １２ スタックポインタ（ＳＰ） １３ 復帰レジスタ（ＬＲ） １４ ＡＬＵ １５ プログラムカウンタ（ＰＣ） １５ａ 命令フェッチ用ＰＣ（ＦＰＣ） １５ｂ 実行用ＰＣ（ＥＰＣ） １６ インクリメンタ（ＩＮＣ） １８ デコーダ（Ｄｅｃ） １８ａ マイクロプログラム格納部（μＲＯＭ） ２０ 固定値「＋４」 ２１ 固定値「−４」 ２２ 加算器（ＡＤＤ） ２６ オペランドアドレスバッファ（ＯＡＢ） ２７ オペランドデータバッファ（ＯＤＢ） ２８ 命令アドレスバッファ（ＩＡＢ） ２９ 命令データバッファ（ＩＤＢ） ３０〜３２ セレクタ ３８ データメモリ ３９ 命令メモリ ４０ ソースプログラム ４１ 機械語プログラム ５０ コンパイラ ５１ 前置処理部 ５２ 復帰命令生成部 ５３ ローカル領域使用判断部 ５４ スタック確保解放命令生成部 ５５ サブルーチン呼出し検出部 ５６ 非破壊レジスタ使用判断部 ５７ スタック退避復帰命令生成部 ５８ 一般命令生成部 ５９ コード出力部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−91150（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−305581（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−118933（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−142943（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−305569（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−230223（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 9/22 - 9/44

Claims (24)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 メモリをスタック領域として使用するプ
   ロセッサであって、 サブルーチンを呼び出す場合に、サブルーチン呼出しと
   並列してスタックポインタを固定値分更新してスタック
   領域を確保したのち、前記スタックポインタが指すスタ
   ック領域へのデータ退避と並列してさらにスタックポイ
   ンタを固定値分更新してスタック領域を確保する手段を
   備えることを特徴とするプロセッサ。
2. 【請求項２】 前記プロセッサはさらに、 サブルーチンから復帰する場合に、サブルーチン復帰と
   並列してスタックポインタを固定値分更新してスタック
   領域を開放する手段を備えることを特徴とする請求項１
   記載のプロセッサ。
3. 【請求項３】 前記プロセッサはさらに、 前記スタックポインタが指すスタック領域からのデータ
   復帰と並列してスタックポインタを固定値分更新してス
   タック領域を開放する手段を備えることを特徴とする請
   求項１記載のプロセッサ。
4. 【請求項４】 前記プロセッサはさらに、 サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出したメイン
   ルーチンに実行順序を復帰させる際の復帰先となる復帰
   アドレスを格納するための記憶領域を有し、 前記サブルーチン呼出し及び前記スタック確保と並列し
   てさらに、前記サブルーチンからの復帰先となる復帰ア
   ドレスを前記記憶領域に格納することを特徴とする請求
   項１記載のプロセッサ。
5. 【請求項５】 前記プロセッサはさらに、 前記記憶領域に格納された復帰アドレスを前記スタック
   ポインタが指す既に確保されたスタック領域に退避する
   手段を備えることを特徴とする請求項４記載のプロセッ
   サ。
6. 【請求項６】 前記プロセッサは、前記復帰アドレスの
   退避と並列してスタックポインタを固定値分更新してス
   タック領域を確保することを特徴とする請求項５記載の
   プロセッサ。
7. 【請求項７】 前記プロセッサはさらに、 スタック領域に退避された復帰アドレスを前記記憶領域
   に読み出す手段を備えることを特徴とする請求項５記載
   のプロセッサ。
8. 【請求項８】 前記プロセッサは、前記復帰アドレスの
   前記記憶領域への読み出しと並列してスタックポインタ
   を固定値分更新してスタック領域を開放することを特徴
   とする請求項７記載のプロセッサ。
9. 【請求項９】 スタック領域のためのデータメモリと予
   め命令が記憶された命令メモリとに接続されて用いられ
   るプロセッサであって、 前記命令メモリ中の一つの記憶領域を示すアドレスを記
   憶するプログラムカウンタと、 前記データメモリ中の一つの記憶領域を示すアドレスを
   記憶するスタックポインタと、 サブルーチンの先頭アドレスを前記プログラムカウンタ
   に格納するサブルーチン呼出し手段と、 前記スタックポインタに格納されているアドレスを固定
   値分減少するよう更新するスタック確保手段と、 前記プログラムカウンタに格納されたアドレスが示す記
   憶領域に記憶された命令を前記命令メモリからフェッチ
   する命令フェッチ手段と、 フェッチされた命令がサブルーチンの先頭アドレスを含
   むサブルーチン呼出し命令である場合に、前記サブルー
   チン呼出し手段による格納と前記スタック確保手段によ
   る更新とを並列に実行させるサブルーチン呼出し命令実
   行手段と、退避すべきデータを記憶しているデータ記憶手段と、 前記データ記憶手段に記憶されたデータを前記スタック
   ポインタに格納されているアドレスが示す前記データメ
   モリ中の一つの記憶領域に格納するデータ退避手段と、 前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令がデ
   ータ退避命令である場合に、前記データ退避手段による
   格納と前記スタック確保手段による更新とを並列に実行
   させるデータ退避命令実行手段とを備えることを特徴と
   するプロセッサ。
10. 【請求項１０】 前記プロセッサはさらに、 サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出したメイン
    ルーチンに実行順序を復帰させる際の復帰先となる復帰
    アドレスを前記プログラムカウンタに格納するサブルー
    チン復帰手段と、 前記スタックポインタに格納されているアドレスを固定
    値分増加するよう更新するスタック解放手段と、 前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令がサ
    ブルーチン復帰命令である場合に、前記サブルーチン復
    帰手段による格納と前記スタック解放手段による更新と
    を並列に実行させるサブルーチン復帰命令実行手段とを
    備えることを特徴とする請求項９記載のプロセッサ。
11. 【請求項１１】 前記プロセッサはさらに、 前記スタックポインタに格納されているアドレスが示す
    前記データメモリ中の一つの記憶領域に格納されている
    データを前記データ記憶手段に読み出すデータ復元手段
    と、 前記スタックポインタに格納されているアドレスを固定
    値分増加するよう更新するスタック解放手段と、 前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令がデ
    ータ復元命令である場合に、前記データ復元手段による
    読み出しと前記スタック解放手段による更新とを並列に
    実行させるデータ復元命令実行手段とを備えることを特
    徴とする請求項９記載のプロセッサ。
12. 【請求項１２】 前記プロセッサはさらに、 サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出したメイン
    ルーチンに実行順序を復帰させる際の復帰先となる復帰
    アドレスを格納するための記憶領域を有する復帰アドレ
    スレジスタと、 前記復帰アドレスレジスタに復帰アドレスを格納する復
    帰アドレス格納手段とを備え、 前記サブルーチン呼出し命令実行手段は、フェッチされ
    た命令がサブルーチン呼出し命令である場合に、前記サ
    ブルーチン呼出し手段による格納と前記スタック確保手
    段による更新とに加えて、前記復帰アドレス格納手段に
    よる格納を並列に実行させることを特徴とする請求項９
    記載のプロセッサ。
13. 【請求項１３】 前記プロセッサはさらに、 前記復帰アドレスレジスタに格納された復帰アドレス
    を、前記スタックポインタに格納されているアドレスが
    示す前記データメモリ中の一つの記憶領域に格納する復
    帰アドレス退避手段を備えることを特徴とする請求項１
    ２記載のプロセッサ。
14. 【請求項１４】 前記プロセッサはさらに、 前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令が復
    帰アドレス退避命令である場合に、前記復帰アドレス退
    避手段による格納と前記スタック確保手段による更新と
    を並列に実行させる復帰アドレス退避命令実行手段を備
    えることを特徴とする請求項１３記載のプロセッサ。
15. 【請求項１５】 前記プロセッサはさらに、 前記スタックポインタに格納されているアドレスが示す
    前記データメモリ中の一つの記憶領域に格納されている
    復帰アドレスを前記復帰アドレスレジスタに読み出す復
    帰アドレス復元手段を備えることを特徴とする請求項１
    ３記載のプロセッサ。
16. 【請求項１６】 前記プロセッサはさらに、 前記スタックポインタに格納されているアドレスを固定
    値分増加するよう更新するスタック解放手段と、 前記命令フェッチ手段によってフェッチされた命令が復
    帰アドレス復元命令である場合に、前記復帰アドレス復
    元手段による読み出しと前記スタック解放手段による更
    新とを並列に実行させる復帰アドレス復元命令実行手段
    とを備えることを特徴とする請求項１５記載のプロセッ
    サ。
17. 【請求項１７】 ソースプログラムを機械語命令列に変
    換するプログラム変換装置であって、 前記ソースプログラム中にサブルーチン呼出し命令を検
    出すると、サブルーチン呼出しスタック確保命令を生成
    するサブルーチン呼出しスタック確保命令生成手段と、 プロセッサに記憶されたデータであって前記サブルーチ
    ンの実行に先立って退避すべきデータが存在するか否か
    判断するデータ退避判断手段と、 退避すべきデータが存在すると判断された場合に、デー
    タ退避スタック確保命令を生成するデータ退避スタック
    確保命令生成手段とを備え、 前記サブルーチン呼出しスタック確保命令は、以下のオ
    ペレーション(a)及び(c)をプロセッサに並列に実行させ
    る機械語命令であり、 前記データ退避スタック確保命令は、以下のオペレーシ
    ョン(b)及び(c)を前記プロセッサに並列に実行させる機
    械語命令であることを特徴とするプログラム変換装置。 (a)実行順序を前記サブルーチンに分岐させる (b)退避すべき前記データをスタックポインタが指すメ
    モリのスタック領域に退避する (c)スタックポインタを固定値分更新してスタック領域
    をメモリに確保する
18. 【請求項１８】 前記プログラム変換装置はさらに、 サブルーチン復帰スタック解放命令を生成するサブルー
    チン復帰スタック解放命令生成手段を備え、 前記サブルーチン復帰スタック解放命令は、以下のオペ
    レーション(a)及び(b)を前記プロセッサに並列に実行さ
    せる機械語命令であることを特徴とする請求項１７記載
    のプログラム変換装置。 (a)前記サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出し
    たメインルーチンに実行順序を復帰させる (b)スタックポインタを固定値分更新してメモリのスタ
    ック領域を解放する
19. 【請求項１９】 前記プログラム変換装置はさらに、 データ復元スタック解放命令を生成するデータ復元スタ
    ック解放命令生成手段を備え、 前記データ復元スタック解放命令は、以下のオペレーシ
    ョン(a)及び(b)を前記プロセッサに並列に実行させる機
    械語命令であることを特徴とする請求項１７記載のプロ
    グラム変換装置。 (a)スタックポインタが指すメモリのスタック領域に退
    避されたデータを前記プロセッサが有するデータ記憶手
    段に読み出す (b)スタックポインタを固定値分更新してメモリのスタ
    ック領域を解放する
20. 【請求項２０】 前記サブルーチン呼出しスタック確保
    命令は、前記オペレーション(a)及び(c)に加えて以下の
    オペレーション(d)を前記プロセッサに並列に実行させ
    る機械語命令であることを特徴とする請求項１７記載の
    プログラム変換装置。 (d)前記サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出し
    たメインルーチンに実行順序を復帰させる際の復帰先と
    なる復帰アドレスを前記プロセッサが有する復帰アドレ
    ス記憶手段に格納する
21. 【請求項２１】 プロセッサによって実行される機械語
    命令列が記録されたコンピュータ読み取り可能な記録媒
    体であって、 前記機械語命令列にサブルーチン呼出しスタック確保命
    令とデータ退避スタック確保命令とが含まれ、 前記サブルーチン呼出しスタック確保命令は、以下のオ
    ペレーション(a)及び(c)を前記プロセッサに並列に実行
    させる機械語命令であり、 前記データ退避スタック確保命令は、以下のオペレーシ
    ョン(b)及び(c)を前記プロセッサに並列に実行させる機
    械語命令であ ることを特徴とする記録媒体。 (a)実行順序を前記サブルーチンに分岐させる(b)前記サブルーチンの実行に先立って退避すべきデー
    タをスタックポインタが指すメモリのスタック領域に退
    避する (c)スタックポインタを固定値分更新して スタック領域
    をメモリに確保する
22. 【請求項２２】 前記機械語命令列にはさらにサブルー
    チン復帰スタック解放命令が含まれ、 前記サブルーチン復帰スタック解放命令は、以下のオペ
    レーション(a)及び(b)を前記プロセッサに並列に実行さ
    せる機械語命令であることを特徴とする請求項２１記載
    の記録媒体。 (a)前記サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出し
    たメインルーチンに実行順序を復帰させる (b)スタックポインタを固定値分更新してメモリのスタ
    ック領域を解放する
23. 【請求項２３】 前記機械語命令列にはさらにデータ復
    元スタック解放命令が含まれ、 前記データ復元スタック解放命令は、以下のオペレーシ
    ョン(a)及び(b)を前記プロセッサに並列に実行させる機
    械語命令であることを特徴とする請求項２１記載の記録
    媒体。 (a)スタックポインタが指すスタック領域に退避された
    データを前記プロセッサが有するデータ記憶手段に読み
    出す (b)スタックポインタを固定値分更新してメモリのスタ
    ック領域を解放する
24. 【請求項２４】 前記サブルーチン呼出しスタック確保
    命令は、前記オペレーション(a)及び(c)に加えて以下の
    オペレーション(d)を前記プロセッサに並列に実行させ
    る機械語命令であることを特徴とする請求項２１記載の
    記録媒体。(d) 前記サブルーチンからそのサブルーチンを呼び出し
    たメインルーチンに実行順序を復帰させる際の復帰先と
    なる復帰アドレスを前記プロセッサが有する復帰アドレ
    ス記憶手段に格納する