JPH07110772A - データ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 割り込み処理等における内部状態の保存を、
動作速度の低下を招くことなく、データの破壊も起こさ
ずに行えるデータ処理装置を得る。 【構成】 ＰＳＷのレジスタフィールドにレジスタ群中
の汎用レジスタとして使用するレジスタ数の値をあらか
じめ設定して、残りをスタック領域に使用するレジスタ
とし、その値が初期値としてセットされるポインタを設
けてそれを演算器でインクリメント／デクリメントし、
このポインタの値をレジスタ番号としてスタック領域に
使用されるレジスタに対してＰＵＳＨおよびＰＯＰを行
い、また割り込みレベルもしくはスタック領域の使用を
伴う特定命令の種類によって、内部状態の保存処理の方
式を選択可能とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロプロセッサ
などによるデータ処理装置、特に、その割り込み処理に
よる中断時における内部状態の保存、および再開時にお
ける内部状態の回復に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来のデータ処理装置による割り
込み処理を示す説明図であり、図において、１はメイン
ルーチンであり、２は割り込み要求によって実行される
割り込み処理ルーチンである。割り込み処理ルーチン２
内において、３は内部レジスタ値を外部メモリに退避さ
せるレジスタ値保存処理部であり、４は当該割り込み処
理ルーチン２の本体である本体処理部、５は退避させた
内部レジスタ値を回復させるレジスタ値回復処理部であ
る。

【０００３】次に動作について説明する。外部より命令
を読み込んで逐次実行してゆくデータ処理装置において
は、ある命令列（例えば、メインルーチン１）を実行中
に優先度の高い他の処理の割り込み要求が発生すると、
データ処理装置はそのとき実行していた命令列から割り
込み要求時に実行する別の命令列（割り込み処理ルーチ
ン２）に処理を移す。この別の命令列の処理が終わる
と、もとの命令列に戻って中断していたところから処理
を継続する。このように、実行中の命令列の処理を一時
中断して全く関係のない別の命令列を実行し、その処理
が終了した後に中断していた命令列の処理を再開するた
めには、中断時におけるレジスタ値などの内部状態を保
存しておき、再開時にその内部状態を回復しなければな
らない。

【０００４】８ビットマイクロプロセッサなどによるデ
ータ処理装置では、内部レジスタ値の保存および回復
を、ＰＵＳＨ（プッシュ）命令およびＰＯＰ（ポップ）
命令と呼ばれている命令を使用して行っている。即ち、
図４に示すように、メインルーチン１の実行時に割り込
み要求が発生すると割り込み処理ルーチン２に処理が移
る。割り込み処理ルーチン２ではそのレジスタ値保存処
理部３において、ＰＵＳＨ命令を使用して外部メモリに
内部レジスタのデータを退避させる。その後、当該割り
込み処理ルーチン２の本体処理部４の処理を実行する。
本体処理部４の処理が終了すると、レジスタ値回復処理
部５においてＰＯＰ命令を使用して、先に退避させてお
いたデータを外部メモリより読み出してもとの内部レジ
スタに戻す。このようにして、内部レジスタのデータを
復帰させた後にメインルーチン１の処理を再開させる。

【０００５】ところがこのような方式では、割り込みが
発生した場合、退避する内部レジスタの数の２倍の回数
の外部メモリへのアクセスが必要となるため、処理速度
の低下は免れないものとなる。そこで、内部に補助レジ
スタ群を設け、通常のレジスタ群と補助レジスタ群との
切り換え命令を備えたデータ処理装置も提案されてい
る。

【０００６】図５はそのような補助レジスタ群を備えた
マイクロプロセッサによるデータ処理装置を示すブロッ
ク図である。図において、１１は複数の汎用レジスタよ
りなる通常のレジスタ群としての汎用レジスタ群であ
り、１２は同じく複数の汎用レジスタよりなる補助レジ
スタ群としての汎用レジスタ群である。１３はこの汎用
レジスタ群１１、１２の書き込み読み出し信号の切り換
えを行う切り換え回路であり、１４はこの切り換え回路
１３の切り換え信号を生成する制御部、１５は汎用レジ
スタ群１１、１２が接続されたデータバスである。

【０００７】次に動作について説明する。切り換え回路
１３は制御部１４より切り換え信号を受け取る度に読み
出し書き込み信号の出力先を、汎用レジスタ群１１と汎
用レジスタ群１２との間で切り換える。ここで、この切
り換え回路１３は、当該マイクロプロセッサ立ち上げ時
においては汎用レジスタ群１１に読み出し書き込み信号
が出力されるように設定されている。制御部１４はこの
汎用レジスタ群１１と１２との交換命令（以下ＥＸ命令
という）が実行されると、切り換え回路１３に対して切
り換え信号を出力する。

【０００８】従って、割り込み処理ルーチンの開始時に
ＥＸ命令を実行すれば、それまで使用されていた汎用レ
ジスタ群、たとえば汎用レジスタ群１１は読み出しも書
き込みもできなくなり、外部メモリにアクセスすること
なく内部レジスタのデータを保存することができる。ま
た、割り込み処理ルーチンの終了時に再度ＥＸ命令を実
行すれば、汎用レジスタ群１１の読み出し書き込みの停
止が解除され、内部レジスタのデータを外部メモリにア
クセスすることなく復帰できる。

【０００９】しかしながら、割り込み処理ルーチンの本
体処理部の中でＥＸ命令が実行されるような場合、すな
わち、割り込み処理ルーチンの最後で内部レジスタ値の
復帰を行う前にＥＸ命令が実行されてしまった場合に
は、割り込み処理ルーチンの開始時において停止させた
汎用レジスタ群１１の読み出し書き込みがその時点で可
能となるため、保存しておいたはずの内部レジスタのデ
ータが破壊されてしまう可能性が生ずる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】従来のデータ処理装置
は以上のように構成されているので、割り込み処理等に
おいて内部状態を保持する必要が生じると、外部メモリ
に対するアクセスのために処理速度の低下を招くという
問題点があり、また、動作速度の低下を防ぐために補助
レジスタなどのハードウェアを追加した場合には、内部
状態の完全な保持が場合によっては確実に行われない可
能性があるなどの問題点があった。

【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、割り込み処理等において必要と
なる内部状態の保持を、動作速度の低下を招くことな
く、かつ、データの破壊も起きないように行うことので
きるデータ処理装置を得ることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るデータ処理装置は、複数のレジスタからなるレジス
タ群中のいくつのレジスタを汎用レジスタとして使用す
るかを指定する値が書き込まれるレジスタフィールドを
もった状態ワードを格納する状態レジスタ、このレジス
タフィールドに書き込まれた値が初期値としてセットさ
れ、その値が演算部によってインクリメントおよびデク
リメントされて、レジスタ群中のスタック領域として使
用されるレジスタの中の１つを指定するポインタ、およ
び汎用レジスタとして使用されている所定のレジスタの
格納データを、ポインタで指定されたレジスタに転送
し、ポインタで指定されたレジスタの格納データを、汎
用レジスタとして使用されている所定のレジスタに転送
する転送手段を備えたものである。

【００１３】また、請求項２に記載の発明に係るデータ
処理装置は、状態ワードの割り込みレベルフィールドに
書き込まれた値と、外部より入力される割り込みレベル
との比較結果に応じて、転送手段を有効とするか否かを
制御する比較器を設けたものである。

【００１４】また、請求項３に記載の発明に係るデータ
処理装置は、命令デコーダで特定命令の１つがデコード
された場合に、状態ワード中のスタック使用命令フィー
ルドを参照し、その値に基づいて、汎用レジスタとして
使用されている所定のレジスタの格納データと、ポイン
タで指定されたレジスタとの間のデータ転送処理を行う
か否かを制御する機能を転送手段に持たせたものであ
る。

【００１５】

【作用】請求項１に記載の発明におけるポインタは、状
態レジスタに格納された状態ワードのレジスタフィール
ドに書き込まれた値が初期値としてセットされ、その値
が演算部によってインクリメントおよびデクリメントさ
れて、レジスタ群中のスタック領域として使用されるレ
ジスタの中の１つを指定し、転送手段は汎用レジスタと
して使用されている所定のレジスタの格納データをこの
ポインタで指定されたレジスタに転送し、このポインタ
で指定されたレジスタの格納データを汎用レジスタとし
て使用されている所定のレジスタに転送することによ
り、ポインタで指定されたレジスタをスタック領域とし
て使用して、内部状態を動作速度の低下を招くことなく
確実に保持することのできるデータ処理装置を実現す
る。

【００１６】また、請求項２に記載の発明における比較
器は、外部より入力される割り込みレベルを状態ワード
の割り込みレベルフィールドに書き込まれた値と比較
し、その比較結果に応じて転送手段を有効とすることに
より、ポインタの指定するレジスタをスタック領域とし
て使用するか否かを決定する。

【００１７】また、請求項３に記載の発明における転送
手段は、特定命令の１つがデコードされたとき、状態ワ
ード中のスタック使用命令フィールドの値に基づいて、
自身の転送処理を有効とすることにより、ポインタの指
定するレジスタをスタック領域として使用するか否かを
決定する。

【００１８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の実施例１を図について説明
する。図１は請求項１に記載した発明の一実施例を示す
ブロック図である。図において、２１は複数、例えば１
６本のレジスタＲ１〜Ｒ１６からなるレジスタ群であ
り、２２はこのレジスタ群２１が接続されたデータバス
である。２３は内部の状態を現わす状態ワードであるプ
ロセッサステータスワード（以下ＰＳＷという）が格納
される状態レジスタであり、２４は前記レジスタ群２１
のレジスタＲ１〜Ｒ１６の中の何本を汎用レジスタとし
て使用し、残りの何本をスタック領域となる特定レジス
タとして使用するかを指定するための値が書き込まれ
る、前記ＰＳＷ内のレジスタフィールドである。

【００１９】２５はこのレジスタフィールド２４に書き
込まれた値が初期値としてセットされ、その値によって
スタック領域として使用されるレジスタの中の１つを指
示するポインタであり、２６はこのポインタ２５の値の
インクリメントおよびデクリメントを行う演算器であ
る。２７はこのデータ処理装置としてのマイクロプロセ
ッサの全体制御を行う制御部であり、レジスタ群２１中
の汎用レジスタとして使用されている所定のレジスタに
格納されているデータを、スタック領域として使用され
る特定レジスタ中の前記ポインタ２５の値で指定された
ものに転送し、このポインタ２５の値で指定された特定
レジスタに格納されているデータを、汎用レジスタとし
て使用されている所定のレジスタに転送する転送手段と
しての機能を備えている。

【００２０】また、２８はスタック領域として外部に接
続したメモリを用いる場合に、ＰＵＳＨしようとしたレ
ジスタの格納データを転送する外部メモリを指定するた
めの値が書き込まれるスタックポインタである。２９は
このスタックポインタ２８に格納された値と比較される
値を保持する比較用レジスタであり、３０はこれらスタ
ックポインタ２８の値と比較用レジスタ２９の値とを比
較して、その比較結果を制御部２７に出力する比較器で
ある。３１は外部より読み込んだ命令の解読を行う命令
デコーダである。

【００２１】次に動作について説明する。ここで、前述
のようにＲ１〜Ｒ１６の１６本のレジスタによってレジ
スタ群２１が形成されている場合、ＰＳＷは４ビットの
レジスタフィールド２４を持ち、ポインタ２５は４ビッ
トのデータ部分と１ビットのフラグ部分による５ビット
構成となっている。ユーザはまず、レジスタ群２１の１
６本のレジスタＲ１〜Ｒ１６のうちの何本を汎用レジス
タとし、残りの何本をスタック領域として使用する特定
レジスタとするかを決める。例えば、１０本を汎用レジ
スタとして使用し、残りの６本を特定レジスタとして使
用すると決定した場合、ＰＳＷのレジスタフィールド２
４には“１０１０”が書き込まれる。なお、この書き込
みはＰＳＷへの書き込みを行う命令によって行う。

【００２２】命令デコーダ３１は当該命令をデコードす
ると、命令コードの中に含まれている“１０１０”の値
を、状態レジスタ２３に格納されているＰＳＷのレジス
タフィールド２４に書き込むとともにポインタ２５にも
入力する。このような初期設定を行うことによって、ユ
ーザがプログラム上で使用できる汎用レジスタはレジス
タＲ１〜Ｒ１０の１０本となる。

【００２３】このような状態でＰＵＳＨ命令が実行され
ると、制御部２７はポインタ２５の値を演算器２６によ
って１だけインクリメントした値をレジスタ番号とする
レジスタ群２１中のレジスタ、すなわちこの場合にはレ
ジスタＲ１１に、ＰＵＳＨしようとした汎用レジスタの
データを書き込む。レジスタＲ１１への書き込みが終了
した後のポインタ２５の値は、演算器２６によって１だ
けインクリメントされているため“１０１１”となって
いる。次にＰＯＰ命令が実行されると、このポインタ２
５の値“１０１１”をレジスタ番号とするレジスタ、す
なわちレジスタＲ１１のデータをＰＯＰする汎用レジス
タに書き込む。この書き込みが終了した後、ポインタ２
５の値は演算器２６によって１だけデクリメントされて
“１０１０”に戻る。

【００２４】また、ＰＵＳＨ命令が続けて発生して、ポ
インタ２５の値をインクリメントすると“１１１１”を
超えてしまうような場合には、ポインタ２５のフラグ部
分に“１”をたててオーバーフローであることを表示す
る。制御部２７はポインタ２５のフラグがたっている
と、ＰＵＳＨしようとした汎用レジスタのデータをスタ
ックポインタ２８の値で指定される外部メモリに書き込
む。そのとき同時に、ポインタ２５には“００００”を
書き込み、またこのときのスタックポインタ２８の値を
比較用レジスタ２９に書き込む。以後、ＰＵＳＨ命令は
このスタックポインタ２８の値を用いて実行される。

【００２５】一方、この比較用レジスタ２９に値が書き
込まれた後にＰＯＰ命令が実行されるときには、スタッ
クポインタ２８で指示される外部メモリからＰＯＰする
データを読み出すとともに、スタックポインタ２８の値
と比較用レジスタ２９の値とを比較器３０で比較する。
比較の結果、両者が一致すると制御部２７はポインタ２
５のフラグを“０”にクリアする。フラグがたっていな
いときにＰＯＰ命令が実行されると、制御部２７は前述
したポインタ２５を使用したＰＯＰを行う。ただし、フ
ラグがクリアされた直後のポインタ２５ではその値が
“００００”となっている。そのような場合にはレジス
タ群２１中のレジスタＲ１６から読み出したデータをＰ
ＯＰする汎用レジスタに書き込む。書き込み終了後には
このポインタ２５の値は演算器２６によってデクリメン
トされて“１１１１”となる。

【００２６】実施例２．次に、この発明の実施例２を図
について説明する。図２は請求項２に記載した発明の一
実施例を示すブロック図である。図において、２１はレ
ジスタ群、２２はデータバス、２３は状態レジスタ、２
４はレジスタフィールド、２５はポインタ、２６は演算
器、２７は転送手段としての機能を備えた制御部、２８
はスタックポインタであり、図１に同一符号を付してた
ものと同一、もしくは相当部分であるため詳細な説明は
省略する。

【００２７】また、３２は状態レジスタ２３に格納され
たＰＳＷのレジスタフィールド２４とは異なる位置に設
定され、前記実施例１におけるポインタ２５の値に基づ
く内部状態の保存処理を行うべき割り込みレベルを指定
する値が書き込まれる割り込みレベルフィールドであ
る。３３は外部より入力される割り込みレベルをこの割
り込みレベルフィールド３２の値と比較して、その比較
結果に応じて制御部２７の転送手段の機能の有効／無効
を制御する比較器である。

【００２８】次に動作について説明する。ユーザは状態
レジスタ２３に格納されたＰＳＷのレジスタフィールド
２４に実施例１の場合と同様に値を設定するとともに、
その割り込みレベルフィールド３２にも値を設定する。
この割り込みレベルフィールド３２に設定された値は、
割り込み処理におけるレジスタの格納データの退避時
に、ポインタ２５を使用したＰＵＳＨおよびＰＯＰを行
うか、スタックポインタ２８を使用した通常のＰＵＳＨ
およびＰＯＰを行うかの選択に使用される。

【００２９】外部から割り込みが要求されたとき、制御
部２７はその割り込みレベルと割り込みレベルフィール
ド３２に設定されている値とを比較器３３にて比較す
る。比較の結果、外部から要求された割り込みの割り込
みレベルの方が割り込みレベルフィールド３２に設定さ
れた値よりも小さかった場合には、その割り込み処理に
おけるＰＵＳＨおよびＰＯＰは、実施例１で説明したポ
インタ２５とレジスタ群２１を用いて当該データ処理装
置の内部で行われる。一方、要求された割り込みレベル
の方が割り込みレベルフィールド３２の設定値よりも大
きければ、スタックポインタ２８を用いて、当該データ
処理装置に外部接続されたメモリとの間でＰＵＳＨおよ
びＰＯＰを実行する。

【００３０】このようにして、この実施例２によれば、
ポインタ２５を用いて当該データ処理装置の内部で行う
ＰＵＳＨとＰＯＰを、ユーザの希望する優先度の割り込
み要求に対してのみ実行することが可能となる。

【００３１】実施例３．次に、この発明の実施例３を図
について説明する。図３は請求項３に記載した発明の一
実施例を示すブロック図で、相当部分には図１と同一の
符号を付してその説明を省略する。図において、３４は
状態レジスタ２３に格納されたＰＳＷのレジスタフィー
ルド２４とは異なる位置に設定され、スタック領域の使
用を伴う各種特定命令毎に、実施例１にて説明したポイ
ンタ２５の値に基づく内部状態の保存処理を行うか否か
を指定する値が書き込まれたスタック使用命令フィール
ドである。

【００３２】なお、転送手段を実現している制御部２７
は、命令デコーダ３１で前記特定命令のいずれかがデコ
ードされた場合に、状態レジスタ２３に格納されたＰＳ
Ｗのスタック使用命令フィールド３４を参照し、その値
に基づいて当該転送手段の機能を有効とするか否かを決
定する点で、実施例１のそれとは異なっている。

【００３３】次に動作について説明する。スタック領域
へデータを書き込む命令には、前記ＰＵＳＨ命令やＰＯ
Ｐ命令の他にもサブルーチンへの分岐命令など、複数種
類の命令がある。そのため、この実施例３においては、
それらスタック領域の使用を伴う各特定命令毎に１ビッ
トのフィールドをスタック使用命令フィールド３４とし
てもたせ、スタック領域として外部のメモリを用いる場
合には“０”を、内部のレジスタ群２１を用いる場合に
は“１”をそこに書き込んでおく。

【００３４】命令デコーダ３１にてスタック領域の使用
を伴う特定命令の１つがデコードされると、スタック使
用信号と当該特定命令毎に固有の信号が制御部２７に送
られる。制御部２７は状態レジスタ２３に格納されたＰ
ＳＷのスタック使用命令フィールド３４の該当するフィ
ールドを検索し、そこに設定されている値が“０”であ
れば、スタックポインタ２８を使用して当該データ処理
装置の外部に接続されたメモリをスタック領域としてＰ
ＵＳＨあるいはＰＯＰを行う。一方、そこに設定されて
いる値が“１”であれば、ポインタ２５を使用して当該
データ処理装置内部のレジスタ群２１をスタック領域と
してＰＵＳＨあるいはＰＯＰを行う。なお、このポイン
タ２５を使用した動作については実施例１の場合と同様
である。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明に
よれば、ＰＳＷのレジスタフィールドの値が初期値とし
てセットされるポインタを設け、その値を演算器でイン
クリメントおよびデクリメントして、レジスタ群中のス
タック領域に使用されるレジスタ中の１つを指定するよ
うに構成したので、外部のメモリに対するアクセスが生
じず、内部状態の保存／復帰の際に動作速度の低下を招
くようにことがなくなるばかりか、通常のプログラムが
使用するレジスタの領域と、内部状態の保存のためのレ
ジスタの領域とが厳密に区別されてデータの破壊が防止
され、確実な内部状態の保存が可能となり、さらに、そ
の領域をユーザが自由に設定することが可能となって、
ハードウェアをより有効に活用できるなどの効果があ
る。

【００３６】また、請求項２に記載の発明によれば、比
較器によって外部より入力される割り込みレベルとＰＳ
Ｗの割り込みレベルフィールドの値と比較し、その比較
結果に応じて転送手段の機能を有効とするように構成し
たので、ポインタと内部のレジスタ群を用いたＰＵＳＨ
およびＰＯＰを、ユーザの希望する優先度の割り込み要
求に対してのみ行うことが可能となり、限られたハード
ウェアによって、ユーザの望む処理については確実にそ
の動作速度の低下をおさえることができる効果がある。

【００３７】また、請求項３に記載の発明によれば、Ｐ
ＳＷ中のスタック使用命令フィールドの値に基づいて、
スタック領域の使用を伴う各特定命令における内部状態
の保存処理の方式を選択するように構成したので、ポイ
ンタと内部のレジスタ群を用いたＰＵＳＨおよびＰＯＰ
を、ユーザの希望する特定命令に対してのみ行うことが
可能となり、限られたハードウェアによって、ユーザの
望む処理については確実にその動作速度の低下をおさえ
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１によるデータ処理装置を示
すブロック図である。

【図２】この発明の実施例２によるデータ処理装置を示
すブロック図である。

【図３】この発明の実施例３によるデータ処理装置を示
すブロック図である。

【図４】従来のデータ処理装置による割り込み処理の様
子を示す説明図である。

【図５】従来の補助レジスタ群を備えたデータ処理装置
を示すブロック図である。

【符号の説明】

２１ レジスタ群 ２３ 状態レジスタ ２４ レジスタフィールド ２５ ポインタ ２６ 演算器 ２７ 制御部（転送手段） ３１ 命令デコーダ ３２ 割り込みレベルフィールド ３３ 比較器 ３４ スタック使用命令フィールド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 データを記憶するための複数のレジスタ
   からなるレジスタ群と、前記レジスタ群のレジスタ中の
   いくつを汎用レジスタとして使用し、残りのいくつを特
   定レジスタとして使用するかを指定する値が書き込まれ
   るレジスタフィールドをもつ状態ワードが格納される状
   態レジスタと、前記レジスタフィールドに書き込まれた
   値が初期値としてセットされるポインタと、前記ポイン
   タの値をインクリメントおよびデクリメントするための
   演算器と、前記汎用レジスタとして使用されているレジ
   スタ中の所定のものに格納されているデータを、前記特
   定レジスタとして使用されるレジスタ中の前記ポインタ
   の値で指定されたものに転送し、前記特定レジスタとし
   て使用されるレジスタ中の前記ポインタの値で指定され
   たものに格納されているデータを、前記汎用レジスタと
   して使用されているレジスタ中の所定のものに転送する
   転送手段とを備えたデータ処理装置。
2. 【請求項２】 前記状態レジスタに格納された状態ワー
   ドが、前記ポインタの値に基づく転送処理を行う割り込
   みレベルを指定する値が書き込まれた割り込みレベルフ
   ィールドをもち、外部より入力される割り込みレベルを
   前記割り込みレベルフィールドの値と比較し、比較結果
   に応じて前記転送手段を有効とする比較器を設けたこと
   を特徴とする請求項１に記載のデータ処理装置。
3. 【請求項３】 前記状態レジスタに格納された状態ワー
   ドが、前記ポインタの値に基づく転送処理を行うか否か
   を指定する値がスタック領域の使用を伴う各特定命令毎
   に書き込まれたスタック使用命令フィールドをもち、前
   記転送手段が、命令デコーダで前記特定命令のいずれか
   がデコードされた場合に前記スタック使用命令フィール
   ドを参照し、その値に基づいて前記転送処理を行うか否
   かを決定するものであることを特徴とする請求項１に記
   載のデータ処理装置。