JPH1049373A - パイプライン・デジタル・プロセッサにおいて多重で高精度の事象を操作する方法と装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、全体的にデジタル・マイクロプロ
セッサの分野関し、特に多重で高精度の事象を操作する
方法に関する。 【解決手段】 集積回路は、デジタル・プロセッサと、
命令セットからの命令を解読する解読ステージと、命令
を実行するために解読ステージに結合した実行ステージ
と、事象コマンドを解読ステージに提示して命令を無効
にするように作動できる解読ステージに結合した事象ロ
ジックとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、全体的にデジタル・マ
イクロプロセッサの分野、特に多重で高精度の事象を操
作する方法に関する。

【０００２】

【従来技術】マイクロプロセッサとマイクロコントロー
ラとデジタル信号プロセッサとを搭載するデジタル・プ
ロセッサは、数多くの需要家及び非需要家アプリケーシ
ョンに用いられている周知の制御デバイスである。リア
ルタイム・アプリケーションでは、プロセッサは、数サ
イクル以下で適正に任意の事象の組合せを操作しなけれ
ばならない。事象という用語は、今の命令スレッドを一
時的に保留し、事象ハンドラと呼ばれる新しいものを実
行することを、プロセッサに要求する、例外、中断、ト
ラップ、又は異常条件を意味し、保留した命令ストリー
ムを適正に再開（そんな事象が発生しなかったようにし
て）しなければならないことを意味する。事象の検出か
ら事象ハンドラの最初に命令にいたるまでの時間が、中
断待ち時間と呼ばれる。中断待ち時間は短いことが、リ
アルタイム・アプリケーションでは望ましい。多重事象
は、同時に又は互いにごく短い時間の間に生じると思わ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高精度事象は、事象の
前の全ての命令が実行され、その後の命令は実行されな
いように、命令が識別できることを意味している。言い
換えれば、プロセッサの状態は、事象の前の全ての命令
がプロセッサの状態を変更させ、事象後に実行される全
ての命令はプロセッサの状態を変更しないような状態で
なければならない。

【０００４】高精度事象は、プロセッサの構造が、比較
的単純であり、１回に１度だけ命令を処理する時は、容
易にサポートできていた。しかし、最近のプロセッサ
は、高精度事象のサポートを複雑にしていた構成を改善
するために、数多くの技術を用いている。この趣旨に沿
う特殊な構造的な改良が、パイプラインの採用である。
プロセッサ・パイプラインは、各々命令がステージで実
行されるように、プロセッサのデータパスを区分けする
技術である。パイプラインは、各々のステージが他のス
テージと平行して動作できることから、並列方式と言え
る。従って、パイプラインは、各々命令が異なる実行ス
テージにある、多重の命令を同時に処理できる。この技
術は、命令に関するプロセッサの処理量を増加して、性
能を改善することになる。

【０００５】典型的なパイプライン・プロセッサは、取
出し、解読、実行、書戻しのステージを含んでいる。第
１のステージはＦＥＴＣＨステージであり、プロセッサ
は次に実行される命令を取り出す。第２のステージはＤ
ＥＣＯＤＥステージであり、プロセッサは、取り出され
たばかりの命令を解読し、オペランドをレジスタ・ファ
イルから読み取り、制御機能をセットアップして、それ
を実行する。第３のステージはＥＸＥＣＵＴＥステージ
であり、プロセッサは命令で指定された動作の全て又は
一部を実際に実行する。第４のステージはＭＥＭＯＲＹ
ステージであり、メモリにアクセスする命令で実際にメ
モリを読み取り又は書き込む。第５のステージはＷＲＩ
ＴＥＢＡＣＫステージであり、命令の結果が、命令で指
定された宛先（例えば、レジスタ・ファイル）に書き込
まれる。パイプラインは同時に実行される多重の命令を
含んでいるので、ある命令の終了と次の命令の開始とに
関する概念は、単純な構造の場合のように直進的でな
い。例えば、ジャンプのような一部の命令はＤＥＣＯＤ
Ｅステージで終了するが、記憶のような他の命令はＭＥ
ＭＯＲＹステージで終了すると考えられる。

【０００６】幾つかの問題が、パイプライン・プロセッ
サに適した高精度事象をサポートする事象ロジックをデ
ザインする際に生じる。これらの問題の一部は、パイプ
ライン使用に起因する直接的な帰結である。これらの問
題として、再開自在及び再開不能の命令、多重事象、パ
イプラインの流れ制御、コスト、紛らわしさがある。

【０００７】周知のように、全ての命令は、パイプライ
ンが関係する事象操作である限り、同じに扱うことがで
きない。ある構造は、ステージが最後のステージを除い
てプロセッサの状態を変更しないことを確認して、パイ
プライン・プロセッサの事象を操作する。この構造にお
ける事象に対する対応として、最後のパイプライン・ス
テージの命令を終了してから、任意の他の命令がその次
のパイプライン・ステージに進まないようにする。事例
のパイプラインは、ＷＲＩＴＥＢＡＣＫステージの命令
がプロセッサ・ステージ（すなわちレジスタ・ファイ
ル）の変更を可能にし、ＦＥＴＣＨ、ＤＥＣＯＤＥ、Ｅ
ＸＥＣＵＴＥ、ＭＥＭＯＲＹステージの命令は放棄され
る。

【０００８】この方式は、プロセッサ・コア外部の構成
要素を含めるために、プロセッサ状態の概念を拡大しな
ければならないので、一部のシステムに適していない。
例えば、ＭＥＭＯＲＹステージで外部の先入れ先出し
（ＦＩＦＯ）メモリから読取を行うプロセッサのケース
を考えてみる。ＷＲＩＴＥＢＡＣＫステージの前にパイ
プラインを停止するシステムでは、ＦＩＦＯ読取が終了
するが、その命令は終了しない。このケースでは、ＦＩ
ＦＯ読取命令が内部状態を変更しないので、プロセッサ
の状態は変わらないが、それは外部状態を変えてしま
う。特に、プロセッサは、異なるＦＩＦＯロケーション
を読み取るので、ＦＩＦＯ読取命令を再実行して、この
事象後に再開することができない。このような命令は、
ここでは再開不能と呼ばれる。再開不能命令は、パイプ
ラインの末端に達する前に内部又は外部の状態を変えて
しまう命令である。従って、再び実行できないので、事
象がパイプラインの末端に達する前に発生しても、その
パスをパイプラインを介して終了しなければならないこ
とになる（このような状態を変える任意の状態を終えて
いるので）。一方で、再開自在の命令は、パイプライン
の全てのステージを通るまで、内部又は外部の状態を変
えない命令である。従って、それは、パイプライン末端
の前に中断される場合でも再実行できる。

【０００９】パイプラインにおける事象操作を紛らわし
くする別の問題は、多重事象がパイプラインの異なるス
テージの命令に対して生じる時にある。この問題は、再
開不能命令要求のために部分的に現れる。再開不能命令
が後のステージで実行している間に、取り出される命令
がＦＥＴＣＨステージの異常に出会うケースについて考
えてみる。取出し異常に対応する事象は、再開不能命令
がまだ終了していないので直ちに発生しない。再開不能
命令の終了に数クロックのサイクルを要するので、一部
の構造は、取出し異常事象の検出を示すある状態を記録
する。しかし、再開不能命令を終了するプロセスは事象
を自ら発生する場合がある。このケースでは、再開不能
命令からの事象が、高精度事象の特質を維持するため
に、取出し異常事象の操作に代わることになる。ある事
象処理が取出し異常の代わりに既に行われているので、
あるプロセスの状態が変更される必要があるか、又は事
象を保留する履歴が、そのケースを操作するために記録
される必要がある。このように多重事象を操作するプロ
セッサは、それらの事象ロジックに非常に複雑な要素を
要求する。この複雑さが、性能とコストと検証を犠牲に
することになる。

【００１０】再開自在の命令の問題に密接に関連する第
３の問題はパイプライン流れ制御の問題である。あるパ
イプライン・ステージが１つのクロック・サイクルで常
に実行するが、他は変更自在の数クロックのサイクルで
実行する。これは、後のステージが複数のクロック・サ
イクルを要求する時に、前半のステージを停止するか又
は進行を妨げることを、ステージ間の流れ制御メカニズ
ムに要求することになる。事象処理が正規命令の冒頭で
重なる時に、流れ制御が複雑になる。多重事象と再開不
能命令との操作は、流れ制御機構との相互作用を事象ロ
ジックに要求する。再開不能の命令がメモリ読取又は書
込動作である時に、それは、事象が検出される前のステ
ージを停止するおそれがある。これらの前半のステージ
のための事象処理は、パイプラインの流れ制御に基づい
て、後に説明するように多重事象を適正に操作しなけれ
ばならない。

【００１１】事象ロジックの問題を解決する現在の方式
は、デスクトップ・コンピュータのマーケットを意図し
たプロセッサであることが多い。デスクトップ・プロセ
ッサのために開発した事象ロジックは、事象処理ロジッ
クをパイプラインの各々ステージと関連づける、例え
ば、ステージごとに事象状況を追跡して、一般的に多重
事象を操作している。一部は、パイプラインを停止し、
次に、事象発生時にパイプラインで非終了状態にあった
命令の全てを再び取り出して、多重事象を操作してい
る。この技術は、保存のための多重プログラム・カウン
タと、多重命令スレッドを再開するメカニズムとを必要
とする。他の構造は、互いに再開自在の命令の問題を無
視している。この過度の紛らわしさが、コアに必要なト
ランジスタの形状を大きくし、シリコンの面積を広く
し、それに伴うコスト高を直接導くことになる。過度の
紛らわしさは、実施時の的確性の検証だけに必要になる
資源を増やすので、営業的にも悪い影響を与えることに
なる。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、多重事象を高
精度で操作する方法と装置を提供することを意図してい
る。これを実現するために、本発明は、デジタル・プロ
セッサと、命令セットからの命令を解読する解読ステー
ジと、命令を実行するために解読ステージに結合した実
行ステージと、複数の異なる事象コマンドを解読ステー
ジに提示して命令を無効にするように作動できる解読ス
テージに結合した事象ロジックとを搭載する、集積回路
を提供する。命令を無効にし、命令処理に用いる流れ制
御機能を活用する機能を提供することによって、デジタ
ル・プロセッサは、多重で高精度の事象を廉価に操作す
ることができる。

【００１３】そこで、本発明は、複数の事象を検出し
て、事象コマンドを発行し、最上位の優先順位の事象を
選択し、最上位の優先順位の事象に相応する事象ベクト
ルとリンク・アドレスとを提示し、事象コマンドが実行
ステージに発行されるまで、事象ベクトルとリンクが上
位の優先順位の事象に相応して修正されることを可能に
するステップを備えている、解読ステージと実行ステー
ジとを搭載するパイプライン・プロセッサにおいて、多
重で高精度の事象を操作する方法も提供する。従って、
本発明は、従来技術に存在する限界を大幅に解決する。

【００１４】本発明のこれらの特徴と他の特徴は、図面
と共に本発明の実施例の次の詳細な説明において、更に
詳細に説明される。しかし、本発明の範囲は、添付の請
求項だけによって制限される。

【００１５】

【実施例】本発明は組込み型マイクロプロセッサの特殊
な実施例を参照しながら説明するが、本発明の多重で高
精度の事象を操作する構成は、マイクロコントローラを
含めた、互換性のあるハードウェア機能を搭載する他の
デジタル処理装置と、デジタル信号プロセッサとに用い
るために適応できることも理解できると思われる。

【００１６】図１に、本発明に準じて実施できるマイク
ロプロセッサ２００の１つの実施例が図示してある。図
のように、マイクロプロセッサ２００は、４つのパイプ
ライン・ステージ、すなわち、取出しステージ２と解読
ステージ４と実行ステージ６と書戻しステージ８（図示
せず）とを搭載している。当業者には自明のように、プ
ロセッサ上で実行される命令は、取出しステージ２を用
いて取り出されるか又は検索される。命令は、解読ステ
ージ４で解読され、実行ステージ６の該当するシーケン
スで実行される。

【００１７】図２に、本発明のプロセッサに関連して実
施できる事象ロジックの１つの典型的な実施例が図示し
てある。事象ロジック１０はプロセッサの解読ステージ
４と実行ステージ６とに相互に作用する。事象ロジック
１０からの事象コマンド１２は、取出しステージ２から
の正則命令とほぼ同様に解読ステージ４で解読される。
３つの事象コマンド１２として、ＥＳＡＶＰＣ（すなわ
ち、事象保存プログラム・カウンタ）とＥＳＡＶＰＳＷ
（すなわち、事象保存プログラム状況ワード）とＥＶＮ
ＯＰがある。事象コマンド１２は２ビットで符号化され
ている。コマンドは、要求されたプロセッサ状態とベク
トルとを適切な事象ハンドラに単純に保存する最小限の
セットである。解読ステージ４は、ＥＳＡＶＰＣとＥＳ
ＡＶＰＳＷに正則命令より高い優先順位が割り当てられ
ているので、事象コマンド１２がＥＶＮＯＰである場合
にだけ正則命令を（取出しステージ２から）解読する。
事象ロジック１０は、事象ベクトル１４と、すなわち、
新しいプログラム・カウンタ（ＰＣ）とリンク１６とを
解読ステージ４に送る。リンク１６は、リターンＰＣと
プログラム状況ワード（ＰＳＷ）とを記憶する事象操作
レジスタ・ファイルにおける４ビット・レジスタ・ナン
バーである。事象ベクトル１４は、メモリ・ロケーショ
ン・ゼロから始まる事象ベクトル・テーブルに対する４
ビット・ワード・アドレスである。解読ステージ・コン
トロール１８から事象ロジック１０に対する入力は、状
況信号２０と解読ステージ事象２２から成る。解読ステ
ージ４は、プロセッサの外部に位置するＨＤＳ（ハード
ウェア開発システム）ロジックからＨＤＳ追跡信号２４
も受信する。ＨＤＳロジックは、コア外部に位置するデ
バッグ関連ロジックのブロックである。解読ステージ・
コントロール１８は、中止信号２６も事象ロジック１０
から受信する。

【００１８】プロセッサ・コアの実行ステージ６の実行
ステージ・コントロール２８は実行ステージ事象３０の
ソースである。実行ステージ事象３０は、命令実行（メ
モリ読取又は書込エラーであり、ゼロで除算される）に
関連する例外（事象）であり、実行ステージ６に解読ス
テージ４で符号化した形態で送られる事象である。実行
ステージ・コントロール２８はｘｒｅａｄｙ制御信号３
２を事象ロジック１０に出力する（ｘｒｅａｄｙ制御信
号３２は、実行ステージ６が解読ステージ４からの新し
い命令に対して準備ができていることを示す）。信号ａ
ｂｏｒｔｘ ３４は数クロックのサイクルを要する乗算
と除算の命令を終えさせる。このような命令が中止され
ると、実行ステージ６は、中止した命令が事象終了後に
再開されることを保証するフリップフロップ（ＳＡＶＸ
ＰＣ）をセットする。実行ステージ６は、メモリ／ＩＯ
システムからｒｄｆａｕｌｔ ３６とｗｒｆａｕｌｔ
３８と呼ぶ読取と書込に関する異常入力を受信し、これ
らの入力を事象ロジック１０にも呈する。

【００１９】事象ロジック１０は、Ｒｅｓｅｔ、Ｎｏｎ
Ｍａｓｋａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ、Ｉｎｔ０、
Ｉｎｔｌを含んでいる外部中断ライン４０に連なってい
る。事象ロジック１０は、小電力動作のためのクロック
・コントロール４２を介してプロセッサ・クロックも制
御する。小電力モードは、Ｄ−ステージ４からのコマン
ドに基づいて入力され、外部作動中断ライン４０によっ
て始動される。図２に示すように、事象ロジック１０
は、取出しステージ２と書戻しステージ８に直接インタ
フェースしない。

【００２０】事象ロジック１０は事象シーケンサ４４と
呼ぶ状態マシンで制御される。事象ロジック１０は、事
象（中断、実行ステージ事象、解読ステージ事象）をラ
ッチする事象レジスタ４６と、ラッチしたと思われる多
くの事象の中から最上位の優先順位の事象を選択する優
先順位ロジック４８と、選択した事象に相応する事象ベ
クトル１４とリンク１６とを送るベクトル／リンク・テ
ーブル５０とから成る。

【００２１】事象は、３つのソース、すなわち、外部中
断４０、すなわち、リセットと、解読ステージ事象２２
又は実行ステージ事象３０からのマスク自在とマスク不
能の中断の中の１つから始まる。リセットが事象として
も扱われる（最上位の優先順位を有する）ことに注目す
べきである。解読ステージ４は命令又はテキスト読取異
常に起因する事象を導く。任意の命令のテキスト読取異
常は、状況ビットとして命令から送られ、解読ステージ
４による実行時に異常を導く。解読ステージ４は、Ｋｃ
ａｌｌ（核コール）又はＴｒａｃｅ（プロセッサ状況ワ
ードの追跡ビット・セットのために）に起因する事象を
導く。解読ステージ４は、特権違反（ユーザ・モードで
実行する特権命令）と、中断点とシステム中断点命令
と、非実施命令とに関連する実行ステージ６事象に、符
号化された形態で進む。解読ステージ４は、プロセッサ
外部のＨＤＳロジックから始まるＨＤＳ追跡事象を導
く。実行ステージ６は、解読ステージ４によって送られ
た事象、読取又は書込異常及びゼロ除算例外に関連する
事象を導く。

【００２２】解読ステージ４は、取出しステージ２から
の命令より事象コマンド１２に高い優先順位を割り当て
る。事象コマンド１２は、命令のように、解読されて、
動作が通常の方式で実行ステージ６に発行される。今の
命令ストリームは解読ステージ４で中断される。実行ス
テージ６に既に発行されていた命令は、それらが終了す
るのに数多くのクロック・サイクルを要する多重サイク
ル演算命令でない限り、終了できる。従って、次に実行
される命令が正確に分かる、すなわち、解読ステージ４
の事象コマンドで定めた命令、又は実行ステージ６で中
止した多重サイクル演算命令のいずれかになる。従っ
て、２つのＰＣ値があり、その１つは、中断した命令ス
トリーム、解読ステージ・プログラム・カウンタ（ＤＰ
Ｃ）、又は、実行ステージ・プログラム・カウンタ（Ｘ
ＰＣ）を再開する、保存である。どのＰＣが保存される
については、解読ステージ・コントロール１８又は実行
ステージ・コントロール２８から決まる。

【００２３】図３に、事象シーケンサ４４の詳細が状態
図で図示してある。ＥＳＥＱ１状態５４はリセット又は
アイドル状態であり、事象シーケンサ４４は、事象が発
生するまで、その状態を保つ。１つ又は複数の事象が発
生すると、それらは専用事象レジスタ４６にラッチされ
る。ラッチした事象の優先順位設定４８では、最初に操
作される最上位の優先順位の事象を選択する。優先順位
設定４８と平行して、ＥＳＡＶＰＣコマンドがＤ−ステ
ージ４に発行される。Ｘ−ステージ６に、今の動作を中
止するａｂｏｒｔｘ ３４が発行される（ａｂｏｒｔｘ
３４は、再開自在の多重サイクル命令が、乗算又は除
算のように、実行される場合にだけ、表明される）。事
象シーケンサ４４は、ＥＳＥＱ２状態５６に変わる。

【００２４】ＥＳＥＱ２状態５６で発生する任意の新し
い事象が、ラッチされ、前の事象より優先される。従っ
て、新しい事象が、前の選択に代わることになる。操作
のために選択された事象が、該当する選択ラッチでラッ
チされる。実行ステージ６が準備状態になると、事象ベ
クトルが、中断ハンドラの最初の命令を取り出すため
に、取出しステージ２に発行される。ＥＳＡＶＰＳＷ事
象コマンドが発行され、ＥＳＥＱ３状態５８への移行
は、実行ステージ６が準備状態（ｘｒｅａｄｙ制御信号
３２で指示される）である場合にだけ行われる。実行ス
テージ６が準備状態でない（再開不能命令を実行する）
場合、優先順位設定４８が引き続き行われ、より新しい
事象を含むことになる。準備状態の場合、実行ステージ
６は、保存されるＰＣ（ＤＰＣ又はＸＰＣ）を書戻しス
テージ８に送る。

【００２５】ＥＳＥＱ３状態５８では、事象シーケンサ
４４は、選択した事象を操作するように、ここで指示さ
れる。任意の新しい事象の発生は後の操作のために単純
にラッチされる。実行ステージ６はＰＳＷを書戻しステ
ージ８に送る。ＨＤＳ追跡信号２４が表明されない場
合、ＥＳＥＱ４状態６２への移行が行われるか、又はＥ
ＳＥＱ３Ｈ状態６０への移行が行われ、別のＥＳＡＶＰ
Ｃコマンドが発行される。

【００２６】ＥＳＥＱ３Ｈ状態６０は、ＥＳＡＶＰＣと
ＥＳＡＶＰＳＷのコマンドを再発行可能にして、事象ハ
ンドラに対するシングル・ステップを促す。ＥＳＥＱ３
Ｈ状態６０の移行にＥＳＥＱ３状態５８によって発行さ
れたＥＳＡＶＰＣコマンドと、ＥＳＥＱ３状態５８の移
行にＥＳＥＱ３Ｈ状態６０によって発行されたＥＳＡＶ
ＰＳＷコマンドは、入力される事象ハンドラのＰＣが、
プロセッサ・コアの外部に位置するＨＤＳブロックに保
存され、ＰＳＷがデバッグ・シャドーＰＳＷに保存され
るようにする。Ｍｅｍ／ＩＯに対する実行ステージ６の
アクセスはＰＣとＰＳＷを保存するために用いるが、レ
ジスタ・ファイルの書込みは作動不能になる。

【００２７】ＥＳＥＱ４状態６２はシーケンスの最後の
状態であり、それは、事象レジスタ４６と選択した事象
ラッチとをクリアする。ＥＳＥＱ１状態５４への移行
は、新しい命令が取り出された後に行われる。

【００２８】事象処理は、事象を検出して対応するプロ
セッサが行う行為のセットである。事象に対する対応
は、いま命令スレッドを実行している文脈と、事象を操
作又は処置する命令スレッドの転送制御とを一般的に保
存することである。文脈と制御転送の保存は、ソフトウ
ェアでなく、ハードウェア・ロジック回路によって行わ
れる。文脈の正確な意味は、あるプロセッサの構造と次
の構造とによって異なる。古い構造では、文脈は、この
ようなものをスタックのロケーションとレジスタ・ファ
イルの内容として含んでいた。最新の構造では、文脈
は、プロセッサが事象を検出した時に実行していた命令
のアドレスと、事象が検出された時のプロセッサの実行
状況を示すＰＳＷの値とに、限定されることが多い。本
発明は、これらの２つの項目を、その事象を処理してい
る間に、事象コマンドを用いて保存する。それは本発明
の特徴の１つでもある。

【００２９】特殊な事象コマンド・セットと付随する制
御ロジックとを用いて、本発明は、事象制御機能を、従
来の手法ほど紛らわしいことはなく且つ高い性能を備え
て行う。事象コマンドは、事象ハンドラへの転送実行と
事象の文脈を保存するために、解読ステージ４に対して
事象ロジック１０が発行する特殊な命令である。事象コ
マンド１２は、プロセッサの内部にあるので、プログラ
マには見えない。事象コマンド１２は正規の命令より高
い優先順位を備えている。言い換えれば、活動事象コマ
ンド１２と正規の命令が共に同時に現れる場合、事象コ
マンド１２の動作が行われ、正規の命令は無視される。

【００３０】本発明のマイクロプロセッサ・コアの事象
構造は３つの事象コマンド１２を備えている。これらの
事象コマンド１２は、２ビット値００で符号化したＥＶ
ＮＯＰ（活動事象コマンドでなく、正規の命令解読を行
う）と、２ビット値１０で符号化したＥＳＡＶＰＣ（正
規の命令解読を行わないが、中断した命令スレッドのプ
ロセッサ・カウンタを保存する）と、２ビット値１１で
符号化したＥＳＡＶＰＳＷ（正規の命令解読を行わない
が、中断した命令スレッドのプログラム状況ワードを保
存する）である。

【００３１】図４に、正規の命令を無効にする典型的な
組合せロジックが図示してある。事象コマンド１２は、
正規の命令と同じポイントで、すなわち、解読ステージ
４でパイプラインに入る。解読ステージ４は、ＥＣＭＤ
レジスタ６４の今の事象コマンド１２と、Ａ／Ｂレジス
タ６６の今の正規の命令を、共に、引き続き調べる。事
象コマンド１２は、２ビット幅であり、正規命令の解読
を変更するので、別の解読パスを要求しない。正規命令
の解読中に、解読ステージ４は、Ａ／Ｂレジスタ６６の
ビットを調べて、ある行為を実施し、命令のオペランド
を作成する。更に、解読ステージ４は、命令が実行ステ
ージ６に進む時に、実行ステージ６に発行される制御ビ
ットを作成する。解読ステージ４は、データパスを用い
て、命令のオペランドを作成する動作を行う。データパ
スは、命令のオペランドを操作する機能ユニット（例え
ば、レジスタ・ファイル、アダー、マルチプレクサ）の
セットである。このデータパスは、解読ステージ・コン
トロール１８によって制御される。他のパイプライン・
ステージは、類似の区分け機能をコントロールとデータ
パスの間に備えている。解読ステージ４で正規の命令を
解読すると、それは、ｉｎｓｔｒｖａｌ ７２と呼ぶ信
号を、すなわち、命令が有効であることを表明して、有
効命令が解読されるＡ／Ｂレジスタ６８に存在すること
を示す。活動事象コマンド（ＥＳＡＶＰＣ又はＥＳＡＶ
ＰＳＷ）がＥＣＭＤレジスタ６４に存在する時に、解読
コントロールは、ｉｎｓｔｒｖａｌが表明されないよう
にする。これは、Ａ／Ｂレジスタ６６の命令の任意の制
御解読が行われることを防止する。代わりに、データパ
スへの制御信号が、ＥＣＭＤレジスタ６４の内容から解
読される。

【００３２】図４は、前述の動作を実現する典型的な組
合せロジックを示す。正規の命令がＡ／Ｂレジスタ６６
に常駐している。命令と取出しステージ２のビットは、
有効命令が任意に与えられたクロック・サイクルに対し
てＡ／Ｂレジスタ６８に存在するかどうかについて指示
するために用いる。この指示は、ｉｎｓｔｒｖａｌ信号
７２を生成するために、事象コマンドの最上位ビットの
補数を有する、ＡＮＤＥＤ ７０である。従って、ｉｎ
ｓｔｒｖａｌ ７２は、事象コマンド１２がＥＳＡＶＰ
Ｃ又はＥＳＡＶＰＳＷでない時にだけ表明される。ｉｎ
ｓｔｒｖａｌ信号７２は、正規命令解読コントロール７
４がデータパス・コントロール７６に伝搬できるように
する。ＥＳＡＶＰＣ又はＥＳＡＶＰＳＷコマンドがＥＣ
ＭＤレジスタ６４に存在する場合、ｉｎｓｔｒｖａｌ
７２は表明されない。ＥＳＡＶＰＣとＥＳＡＶＰＳＷは
ＥＣＭＤレジスタ６４の相互に排他的な値なので、対応
するデータパス・コントロール８０又は８２がデータパ
ス７６に対して作動可能になる。従って、事象コマンド
１２は、解読ステージ４データパスに、正規の命令でな
く、事象コマンド１２の行為を実施させる。

【００３３】図５は、本発明のマルチプレクサのコア上
で動作する組合せロジックの更に詳細なイラストを示
す。この図は、解読ステージ４と実行ステージ６と書戻
しステージ８の一部を示す。取出しステージ２は、任意
の事象固有ロジックを備えていないので、図示してな
い。ロジックは、事象処理に包含される各々パイプライ
ン・ステージの一部だけ示す。

【００３４】ＥＳＡＶＰＣ事象コマンドは、解読ステー
ジ４データパスに、ＤＰＣＭＸマルチプレクサ８８と、
ＤＲＡＡＤＤＭＸマルチプレクサ９０と、ＤＡＤＤＲＡ
ＤＤアダー９２と、ＤＲＯＰＭＸマルチプレクサ９４と
を経由して、ＸＲＯＰレジスタ８６に転送される、ＤＰ
Ｃレジスタ８４の値を選択させることになる。それは、
ＤＰＣレジスタ８４の入力に相応して選択され、ＤＮＰ
Ｃ信号の取出しステージ２に出力される、事象ロジック
１０からのＥＶＶＥＣ信号から構成される、命令アドレ
スにも、結果としてなる。ＥＶＶＥＣ信号は、検出され
た事象に相応する独自のコードを与える４ビット信号で
ある。信号から作成した命令アドレスは、実行がＥＳＡ
ＶＰＣコマンドによって指示される事象ハンドラ（事象
ベクトル）のアドレスである。ＥＳＡＶＰＣコマンド
は、解読ステージ・コントロール１８に、ジャンプ動作
を行うことを取出しステージ２に送信させることにな
る。この送信は、解読ステージ４が正規のジャンプ命令
を解読する時に生成したものと同じである。ＥＳＡＶＰ
Ｃコマンドは、解読データパスに、事象コマンドが現れ
た時に解読ステージ４にあった命令のアドレス（ＤＰＣ
８４の値）を、実行ステージ・コントロール（ＸＣＴ
ＲＬ）９６の制御ビットと共に、実行ステージ・データ
パス（ＸＲＯＰ）８６に転送させることになる。制御ビ
ットは、書戻しステージ８に送られる宛先レジスタ・ナ
ンバー（ＸＤＥＳＴ）９８と実行ステージ６のデータパ
スを制御する信号を含んでいる。実行ステージ６は、Ｗ
ＤＡＴＡレジスタ１０２に転送されるＸＲＯＰ ８６の
内容又はＸＰＣ １００の内容を選択する。ＸＲＯＰ
８６の内容は、ＲＡＤＭＸマルチプレクサ１０４とアダ
ー／ロジック・ユニット１０６とＸＭＸ１マルチプレク
サ１１０とを経由して、ＷＤＡＴＡレジスタ１０２に転
送される。ＸＰＣ １００の内容は、ＸＭＸ１マルチプ
レクサ１１０とＸＷＤＭＸマルチプレクサ１１２とを経
由して、ＷＤＡＴＡレジスタ１０２に転送される。実行
ステージ６はＸＤＥＳＴ ９８の内容をＷＤＥＳＴレジ
スタ１１４に転送する。書戻しステージ８は、ＷＤＡＴ
Ａレジスタ１０２の内容を、ＷＤＥＳＴレジスタ１１４
が与えたアドレスのＧＰＥＨＲＦレジスタ・ファイル１
１６の事象操作バンクに書き込む。この送信とデータ
は、実行ステージ６が登録を実施して移動命令を登録す
る時に生成したものと同じである。

【００３５】ＥＳＡＶＰＳＷ事象コマンドは、解読ステ
ージ４に、２つの行為を行う実行ステージ６の制御ビッ
ト９６を作成させることになる。実行ステージ６は、書
戻しステージ８にＰＳＷの値を移動して、ＰＳＷの内容
をクリアするように命令される。解読ステージ４は、宛
先レジスタ・アドレス（ＸＤＥＳＴ ９８）を実行ステ
ージ６に提示して、古いＰＳＷの値を書戻しステージ８
で記憶しなければならない位置を指示する。この送信
は、ＥＳＡＶＰＳＷコマンドに独自のＰＳＷをクリアす
ることを除けば、実行ステージ６でＰＳＷからＧＰＥＨ
ＲＦレジスタ・ファイル１１６のレジスタにかけての移
動を行う時に生成したものと同じである。書戻しステー
ジ８は、ＷＤＡＴＡレジスタ１０２の最下位の８ビット
の内容を、解読ステージ４のＳＨＡＤＰＳＷブロック１
１８のシャドーＰＳＷレジスタに書き込む。書き込まれ
るシャドーＰＳＷレジスタは、ＷＤＥＳＴレジスタ１１
４から決まる。

【００３６】事象コマンド１２の符号化により、解読ス
テージ４は、正規の命令から事象コマンドにかけの解読
を、基本的に単一のビットで切り替えることができる。
プロセッサの残りの部分は正規命令の実行と区別できな
い制御要素を受信し、特殊な事象実行制御は必要とされ
ない。事象コマンドの処理のために実行ステージ６での
制御機能に追加するものは、ＰＳＷをクリアするための
ＰＳＷロジック１０８と、ＷＤＡＴＡレジスタ１０２に
転送するためにリターン・プログラム・カウンタ値とし
て、ＸＲＯＰ ８６又はＸＰＣ １００を選択するロジ
ックだけである。取出しステージ２と書戻しステージ８
は事象処理専用のロジックを備えていない。従って、事
象コマンドは他の方式より事象処理機能を廉価に呈す
る。

【００３７】事象コマンドは、正規の命令と同様に、パ
イプステージ間の流れ制御送信機能に準じて作動する。
これは、再開不能の命令を操作する機能を犠牲にせず
に、高精度で、多重事象を処理することを可能にする。

【００３８】正規命令のための流れ制御は、ｘｒｅａｄ
ｙ制御信号３２とｄｒｅａｄｙ信号１２０とを用いて行
われる。ｄｒｅａｄｙ信号１２０は、命令の流れを取出
しステージ２から解読ステージ４にかけて制御する。ｄ
ｒｅａｄｙ信号１２０が表明されると、取出しステージ
２は、新しい命令をＡ／Ｂレジスタ６６にロードする。
ｄｒｅａｄｙ信号１２０が表明されない時に、取出しス
テージ２は新しい命令をＡ／Ｂレジスタ６６にロードし
ない。ｘｒｅａｄｙ制御信号３２は、コマンドの流れを
解読ステージ４から実行ステージ６にかけて制御する。
ｘｒｅａｄｙ制御信号３２は、実行ステージ６で新しい
コマンドを受け取ることができる時にだけ表明される。
実行ステージ６でいまコマンドを実行している場合、そ
れはｘｒｅａｄｙ制御信号３２の表明を解除する。ｘｒ
ｅａｄｙ制御信号３２の表明が解除されると、解読ステ
ージ４は新しいコマンドを実行ステージ６に発行しな
い。

【００３９】この事象構造は、ｘｒｅａｄｙ ３２とｄ
ｒｅａｄｙ信号１２０とを用いて、パイプラインを介す
る事象コマンドの実施状態を制御して、高精度の事象を
保証する。事象コマンドが解読ステージ４のＥＣＭＤレ
ジスタ６４にロードされると、ｄｒｅａｄｙ信号１２０
の表明は、解読ステージ４で事象コマンドが終えるま
で、取出しステージ２が新しい命令をＡ／Ｂレジスタ６
６に発行することを禁止するために、解除される。これ
は、事象誘導命令後の任意の命令が、コアの内部又は外
部における任意の状態を変更させることを禁止する。事
象コマンドは、実行ステージ６が準備状態になるまで、
事象に付随する実行コマンドの発行を遅延する実行ステ
ージ流れ制御に準じて作動する。高精度事象は、保存し
たＰＣ値が、事象誘導命令、又は再開自在の命令、又は
解読ステージ４がまだ発行していない命令のいずれかを
示す事象である。これは精度に関する前の定義と一致し
ている。事象コマンドが解読ステージ４に存在する時
に、事象を高精度にする適正なプログラム・カウンタ値
は、ＤＰＣ ８４の値又はＸＰＣ １００の値になる。
事象を高精度にするには、事象を導く命令のアドレス、
又は命令に起因しない事象（例えば、外部の非同期性中
断）の再開自在命令のアドレスのいずれかを保持するレ
ジスタの選定が必要になる。事象が解読ステージ４の命
令で発生していたとすると、その命令のアドレスがＤＰ
Ｃ ８４になる。事象が実行ステージ６の命令で発生し
ていたとすると、その命令のアドレスがＸＰＣ １００
になる。事象がパイプラインの命令で導かれていなかっ
た場合、保存されるアドレスは、ＤＰＣ ８４又はＸＰ
Ｃ １００になる。

【００４０】適正なアドレスが、解読ステージ４のロジ
ックと事象ロジック１０との組合せによって選択され
る。解読ステージ４は、ＤＰＣ ８４又はＸＰＣ １０
０が、ＥＳＡＶＰＣ事象コマンドのために実行ステージ
６に発行するコマンドに基づいて、保存されるかどうか
について選択する。ＥＳＡＶＰＣ事象コマンドはＸＰＣ
レジスタ１００を変えない。解読ステージ４は、いまコ
マンドを実行ステージ６に発行した同じ立ち上がりクロ
ック端でＥＳＡＶＰＣ事象コマンドを受信すると、その
実行ステージ６に対するコマンドが、ＸＰＣレジスタ１
００を事象リターン・アドレスとして保存することにな
る。いま実行ステージ６に発行された（従って、ＸＰＣ
１００によってアドレス指定された）命令は任意の状
態を変更できない。なぜならば、事象ロジック１０は、
ＥＳＡＶＰＣコマンドが実行ステージ６に発行されると
同時に実行ステージ６の処理を（ａｂｏｒｔｘ信号３４
を介して）中止するからである。解読ステージ４が、Ｅ
ＳＡＶＰＣ事象コマンドを受信しても、コマンドを実行
ステージ６に発行しなかった場合、それは、実行ステー
ジ６に、ＤＰＣ ８４を（ＸＲＯＰ ８６を介して）保
存アドレスとして転送するように指示する。実行ステー
ジ６は、ＥＳＡＶＰＣコマンドが解読ステージ４に発行
された時に、再開自在のコマンドを実行していた場合、
それは、解読ステージ４からのＤＰＣ ８４／ＸＰＣ
１００の選択を無視して、ＸＰＣ １００を選定する。
このケースでは、再開自在の命令（マシン状態を変えな
かった命令）のアドレスが事象リターン・アドレスとし
て保存されるので、事象は高精度になる。しかし、実行
ステージ６がアイドル又は再開不能のコマンドを実行し
ていた場合、それは、解読ステージ４のＥＳＡＶＰＣコ
マンドに準じて、ＤＰＣ８４をレジスタ・ファイルに事
象リターン・アドレスとして保存する。このケースで
は、事象の前の再開不能の命令が終了し、事象リターン
・アドレス（解読ステージ４のもの）によって指示され
た命令は任意の状態を変えていなかったので、事象は高
精度になる。実行ステージ６が、再開不能の命令を実行
していて、その命令に起因する事象を検出する、最終的
なケースが考えられる。このケースでは、実行ステージ
６は、ＸＰＣ １００を事象リターン・アドレスとして
選択するように指示するａｂｏｒｔｘ信号３４を受信す
る。これは、事象誘導命令のアドレスが保存されるの
で、事象を高精度にする。全てのこれらのケースにおい
て、ｘｒｅａｄｙ制御信号３２が表明されるまで、ＥＳ
ＡＶＰＣ実行コマンドは実行ステージ６に発行されな
い。従って、再開不能命令の高精度事象がサポートされ
る。

【００４１】事象コマンドを発行する事象制御ロジック
は、任意の履歴バッファを必要とせずに、事象コマンド
の解読に依存せずに、多重事象を操作する制御機能を含
んでいる。例えば、下位の優先順位の非同期性中断のた
めに事象コマンドを処理している間に、上位の優先順位
のデータ読取異常が発生する場合、データ読取異常は事
象ロジック１０で透過的に操作される。この特長は、事
象コマンド解読に関する本発明の結合解除機能と、保存
するリターン・アドレスとレジスタ・ファイルの事象操
作バンクのそのレジスタ・アドレスとを示す情報とから
可能になる。

【００４２】図６は、事象コマンドのタイミングと、事
象ベクトル１４の適用がこの特長を実現する様子を示
す。この例の場合、解読ステージは、ＥＳＡＶＰＣ事象
コマンドが現れる時に命令（その１つはＩＮＳＴＲによ
って指示される）のストリームを処理している。この事
象コマンド１２は、そのサイクルに存在する命令の解読
を無効にし、代わりに事象シーケンスを開始する。ＥＳ
ＡＶＰＣ事象コマンドが動作を実行ステージ６に発行す
るので、それは、実行ステージの流れ制御信号、ｘｒｅ
ａｄｙ ３２に準じて、ｘｒｅａｄｙ ３２が表明され
るまで実行ステージ６にコマンドを発行することを遅延
しなければならない。この間に、事象ロジック１０は事
象ベクトル１４を提示している。図６に示すように、解
読ステージ４が事象コマンド１２の処理を始めても、事
象ベクトル１４は、実行ステージ６がＥＳＡＶＰＣに付
随する実行コマンド１２を受け取るまで変わることがで
きる。図示する展開では、実行ステージ６は、解読ステ
ージ４が非同期性中断のための事象コマンドを受信した
時に、ロード命令を処理していたと思われる。実行ステ
ージ６がロードを終える際にデータ読取異常に気づく
と、それは、事象コマンドについて、解読ステージ４の
解読に関与せずに、事象ベクトル１４を非同期性中断
（最初のベクトル）からデータ読取異常（最後のベクト
ル）に変更できる事象ロジック１０に知らせる。

【００４３】この特長は事象シーケンサ４４（図３を参
照）の最初の２つの状態から実現される。サイクルＡの
間、事象シーケンサ４４がＥＳＥＱ１状態５４になる。
この状態で、事象シーケンサ４４は、事象レジスタにラ
ッチした事象の優先順位を設定し、最上位の優先順位を
選択して操作し、ＥＳＡＶＰＣコマンドを発行する。サ
イクルＢ〜Ｄで、事象シーケンサ４４はＥＳＥＱ２状態
５６になる。解読ステージ４は、表明が解除されるｘｒ
ｅａｄｙ ３２を待機するＥＳＡＶＰＣコマンドを受信
すると、このコマンドを実行ステージ６に発行できる。
ＥＳＥＱ２状態５６で、事象シーケンサ４４は、ＸＤＥ
ＳＴ ９８にロードされるレジスタ・アドレス（リンク
ＰＣとＰＳＷが保存される位置を示す）と、事象コマン
ド１２が発行される時に取り出される事象ベクトル１４
とを呈する。事象シーケンサ４４は、ＥＳＥＱ状態５６
の間に、再び優先順位設定４８を行う。それが上位の優
先順位の事象が表明されたことを知ると、それは、レジ
スタ・アドレスと事象ベクトル１４とを変更し、新しい
最上位の優先順位の事象を反映する。ＥＳＡＶＰＣコマ
ンドは処理される事象に依存しない。従って、解読ステ
ージ４が実行ステージで終了する再開不能の命令を待機
している間に、事象ロジック１０は、任意の事象処理を
取り消さずに、次の事象を操作できる。

【００４４】組込み型システムの事象操作の規定とし
て、周辺装置に対する読取と書込は、いちど周辺装置に
アクセスすると、再び実行することができない。これら
の命令は再開自在でないが、他の命令は再開自在でなけ
ればならない。パイプライン・プロセッサの他の事象構
造は、この規定を無視し、プロセッサ・マシンの状態を
変更しなかった全ての命令を再開する。普通、マシン状
態は、周辺装置の状態でなく、プロセッサ・コア内の状
態を意味するにすぎない。リターン・アドレス条件から
の事象コマンド解読に関する本発明の結合解除機能は、
実行パイプライン・ステージに制御機能を呈することに
よって、中断待ち時間に関与せずに、少し制御するだけ
で、再開自在と再開不能の命令を区別する。再開不能命
令の操作は実行ステージ６（図５を参照）で行われる。
実行ステージ６は、再開自在の命令を処理している時
に、ｒｓｔｂｌ信号１２２を表明して、事象ロジック１
０に連絡する。ｒｓｔｂｌ信号１２２が表明され、実行
ステージ６がある動作を実行している時に、事象ロジッ
ク１０は、ａｂｏｒｔｘ信号３４を表明して、実行ステ
ージ６の処理を中断し、それに、ＥＳＡＶＰＣ事象コマ
ンドに付随するコマンドを実施している時にＸＲＯＰ
８６の代わりにＸＰＣ １００を選択させる。実行ステ
ージ６は、再開不能の命令を処理している時に、ｒｓｔ
ｂｌ信号１２２を表明しない。そこで、事象ロジック１
０に、ａｂｏｒｔｘ信号３４を表明できないことを連絡
するので、再開不能命令で終了を実行することになる。
更に、実行ステージ６は、ＥＳＡＶＰＣ事象コマンドに
付随するコマンドを実施している時に、ＸＰＣ １００
の代わりに、ＸＲＯＰ ８６（解読ステージＰＣを含ん
でいる）を選択する。従って、適正なリターン・アドレ
スがレジスタ・ファイルの事象操作バンクに保存され
る。

【００４５】事象制御／コマンドの方式は、リセットと
追跡の事象を含めた、全ての事象を同じに扱う。追跡事
象はシングル・ステップ事象とも呼ばれる。事象操作の
特に難しいところは、事象を介するシングル・ステップ
である。多くのプロセッサがこの機能を提供していな
い。本発明は、この機能を最小限度の紛らわしさのもと
で提供する。事象状態マシンでは、ある更なる状態、す
なわち、ＥＳＥＱ３Ｈ状態６０が、シングル・ステップ
事象を呈する。更なる事象コマンドの解読は、同じ事象
コマンドが他の事象のようにシングル・ステップに用い
られないので、必要とされない。事象を介するシングル
・ステップは、他に同時の事象が発生する時に、シング
ル・ステップ事象の優先順位を最下位から最上位に劇的
に変更することによって可能になる。

【００４６】図７は、事象ハンドラに対するシングル・
ステップの行為を示す。図７に示すように、（ａ）と
（ｂ）とラベル表示したアセンブリ言語命令の２つのリ
ストと、命令と事象コマンドのタイミングを示す（ｃ）
とラベル表示したタイミング図がある。リスト（ａ）
は、開発中のアプリケーション・プログラムの実行を制
御するデバッグ・プログラムを表す。このアプリケーシ
ョン・プログラムは、リスト（ｂ）で表され、試験中の
コードと呼ばれる。試験中のコードは、ある事象ハンド
ラ（その一例が、ゼロ・ハンドラによる除算として、図
示してある）とアプリケーション・コード（ｍｕｌ／ｄ
ｉｖ／ｌｄシーケンスで示す）とから成る。デバッグ・
プログラムの機能の１つは、試験中のコードの正確に１
つのアセンブリ命令を実行することを可能にする。この
機能は、試験中のコードのシングル・ステップと呼ばれ
る。実行がシングル・ステップ後にデバッグ・プログラ
ムに戻ると、試験中のコードの状態は、次のシングル・
ステップが次のアセンブリ言語命令を実行するようにな
る。シングル・ステップされるアセンブリ言語命令が事
象に出会うと、ロジックは、シングル・ステップされる
次の命令がその事象のハンドラの最初の命令になるよう
なマシン状態で、デバッグ・プログラムに戻るように作
動する。図７はゼロ事象による除算の展開を示す。この
例の場合、デバッグ・プログラムはそのコードの末端で
実行している。実行は、試験中のコードに戻り、変更ア
ーク（ｉ）で示す別の命令にステップする。ステップさ
れる命令は除算であり、除数は試験中のコードにおいて
０である。この除算が実行されている間、事象の優先順
位設定機能は、ＨＤＳ追跡（又はシングル・ステップ）
事象を最下位の優先順位にする。従って、ゼロ事象によ
る除算が検出され、２つの事象コマンドがこの事象に対
応するために発行される。この結果、変更アーク（ｉ
ｉ）で示すゼロ事象ハンドラによる除算に転送する実行
になる。０事象ハンドラによる除算のリターン・アドレ
スは、ｄｉｖｌｏｏｐであり、レジスタ・ファイルの事
象操作バンクのレジスタに保存される。これらの２つの
事象コマンドが実行される時に、優先順位は、ＨＤＳ追
跡事象だけ可能になるように効果的に変更される。この
例の場合、この信号が表明されると、第２の一対の事象
コマンドが、変更アーク（ｉｉｉ）で示すように、デバ
ッグ・プログラムに実行を戻すために発行される。この
事象のリターン・アドレスはｅｖ＿ｄｉｖ０であり、こ
れはコアの外部のＨＤＳブロックのレジスタに保存され
る。従って、除算命令のシングル・ステップは、ゼロ・
ハンドラによる除算の最初の命令がシングル・ステップ
される次の命令になるようなマシン状態で、デバッグに
戻る。これは、ユーザが、ステップ機能を引き続き実施
して、ゼロ事象ハンドラによる除算をデバッグすること
を可能にする。

【００４７】事象シーケンサ４４がこの特長を実現す
る。図７に示すように、事象シーケンサ４４は、ＥＳＥ
Ｑ１状態５４、すなわち、そのアイドル状態にもともと
位置している。それがゼロ事象による除算を検出する
と、それは、ＥＳＡＶＰＣ事象コマンドを発行して、Ｅ
ＳＥＱ２状態５６に入る。この例の場合、事象シーケン
サ４４は、ａｂｏｒｔｘ ３４を表明して、実行ステー
ジ６のゼロ動作による除算を中止する。従って、それ
は、ＥＳＡＶＰＳＷコマンドを発行して、ＥＳＥＱ２状
態５６からＥＳＥＱ３状態５８に移る。このＥＳＡＶＰ
Ｃ／ＥＳＡＶＰＳＷは、一対で、ゼロによる除算のアド
レスをレジスタ・ファイルの事象操作バンクのレジスタ
に保存し、今のＰＳＷ値をシャドーＰＳＷの１つに保存
する。ＥＳＥＱ３状態５８では、事象シーケンサ４４が
表明されたＨＤＳ追跡事象を検出し、そのＨＤＳモード
は表明されない。この組合せにより、シーケンサは、Ｅ
ＳＡＶＰＣコマンドを発行して、ＥＳＥＱ３Ｈ状態６０
に移る。シーケンサは、ＨＤＳモード信号をセットし
て、ＥＳＡＶＰＳＷコマンドを発行し、ＥＳＥＱ３状態
５８に必ず戻る。再びＥＳＥＱ３状態５８に戻り、ＨＤ
Ｓモード信号の表明された状態により、シーケンサは、
再びＥＳＥＱ３Ｈ状態６０に移ることが禁止され、代わ
りにＥＳＥＱ４状態６２に移る。この第２のＥＳＡＶＰ
Ｃ／ＥＳＡＶＰＳＷは、一対で、ゼロ事象ハンドラによ
る除算（ゼロ事象ベクトルによる除算）のアドレスを、
ｄｄａｔａ出力バス５２（図２に図示してある）上で、
外部デバッグ・ロジック・ブロックに転送し、ゼロ事象
ハンドラＰＳＷ値による除算をＨＤＳシャドーＰＳＷに
転送する。ＨＤＳシャドーＰＳＷは、他のシャドーＰＳ
Ｗが事象の他のクラスの今のＰＳＷを保存する場合と同
様に、デバッグ事象の今のＰＳＷを保存する。

【００４８】パイプラインが事象進行中に停止する一般
的な期間は４クロック・サイクル（１クロック・メモリ
の場合）である。これらのサイクルのなかの２つは、Ｐ
ＣとＰＳＷを保存するためのものである。他の２つは、
事象ハンドラの最初の命令を取り出すためのものであ
り、ジャンプ命令に要求される２サイクルの停止と同じ
である。

【００４９】

【発明の効果】本発明の長所は、事象制御機能／コマン
ドが、多重事象、再開不能と再開自在の命令、事象を介
するシングル・ステップ、待ち時間を保ちながら正規の
命令に対する影響を僅かにして高精度の事象を操作する
機能を提供することにある。

【００５０】前述の説明から、図面を基準にして説明し
た実施例は単なる標準的なものであり、当業者は本発明
の精神と範囲から逸脱せずに図示した実施例に変更と修
正を加えることが可能なことを認めるものと思われる。
全てのこのような変更と修正は、添付の請求項で定める
本発明の範囲に属することを意図している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に準じて記載するプロセッサ・パイプラ
インの１つの実施例を示す図である。

【図２】どのように事象ロジックがプロセッサの解読と
実行のステージと相互に作用するかについて示す図であ
る。

【図３】プロセッサの事象シーケンサ（状態マシン）の
典型的な状態を示す図である。

【図４】どのようにして事象コマンドが正規の命令解読
コントロールを無効にするかについて示す図である。

【図５】デジタル・プロセッサ・コアを概略的に示す図
である。

【図５Ａ】デジタル・プロセッサ・コアを概略的に示す
図である。

【図５Ｂ】デジタル・プロセッサ・コアを概略的に示す
図である。

【図６】事象コマンドとベクトル・タイミング図を示す
図である。

【図７Ａ】アセンブリ言語命令のリストを示す図であ
る。

【図７Ｂ】アセンブリ言語命令のリストを示す図であ
る。

【図７Ｃ】ラベル表示したタイミングを示す図である。

【符号の説明】

２ 取出しステージ ４ 解読ステージ ６ 実行ステージ ８ 書戻しステージ ２００ マイクロプロセッサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シャウン パトリック ファレン アメリカ合衆国 18106 ペンシルヴァニ ア，ウェスコスヴィル，ハノヴァー ドラ イヴ 5301

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 命令セットを処理するデジタル・プロセ
   ッサを具備する、集積回路であって、 命令セットから命令を解読する、解読ステージと、 前記の命令を実行するために前記の解読ステージに結合
   された実行ステージと、 解読される前記の命令を無効にするために前記の解読ス
   テージに事象コマンドを提示する前記の解読ステージに
   結合された事象ロジックにおいて、前記の解読ステージ
   と前記の実行ステージは、事象に対応して命令セットか
   らの命令を処理するために、前記の実行と解読ステージ
   のデータ・パスと制御ロジックに結合されていることを
   特徴とする集積回路。
2. 【請求項２】 前記の事象コマンドに前記の命令より上
   位の優先順位が割り当てられる、請求項１に記載の集積
   回路。
3. 【請求項３】 前記の事象コマンドが２ビットで符号化
   される、請求項１に記載の集積回路。
4. 【請求項４】 前記の事象コマンドが前記の解読ステー
   ジにプログラム・カウンタを保存するように命令し、前
   記の事象コマンドは、事象ベクトルによって指示された
   事象ハンドラに制御要素を転送するために、前記の命令
   セットからの命令を実行する、複数の制御とデータパス
   信号を介して処理される、請求項１に記載の集積回路。
5. 【請求項５】 前記の事象コマンドが前記の解読ステー
   ジにプログラム状況ワードを保存するように命令し、前
   記の事象コマンドは、リンクによって指示されたシャド
   ーＰＳＷレジスタに前記のプログラム状況ワードを保存
   するために、正規の命令を実行する制御とデータパス信
   号を介して処理される、請求項１に記載の集積回路。
6. 【請求項６】 前記の事象コマンドが前記の命令の実行
   を可能にする非動作コマンドである、請求項１に記載の
   集積回路。
7. 【請求項７】 前記の事象ロジックが、前記の解読ステ
   ージに事象ハンドラのアドレスを提示するために事象ベ
   クトルを更に呈する、請求項１に記載の集積回路。
8. 【請求項８】 前記の事象ベクトルが事象ベクトル・テ
   ーブルの４ビット・アドレスである、請求項７に記載の
   集積回路。
9. 【請求項９】 前記の事象ロジックが、前記の解読ステ
   ージに中断された命令のプログラム・カウンタを記憶す
   るレジスタ・アドレスを提示するリンクを更に呈する、
   請求項１に記載の集積回路。
10. 【請求項１０】 前記のリンクが、どのシャドーＰＳＷ
    が前記のプログラム状況ワードを記憶するについて指示
    し且つプログラムを記憶する、事象操作レジスタ・ファ
    イルにおいて、４ビット・レジスタ・ナンバーである、
    請求項９に記載の集積回路。
11. 【請求項１１】 前記の解読ステージが状況信号と事象
    とを前記の事象ロジックに入力する、請求項１に記載の
    集積回路。
12. 【請求項１２】 前記の事象ロジックが前記の実行ステ
    ージから事象を受信する、請求項１に記載の集積回路。
13. 【請求項１３】 多重事象を高精度に処理するために、
    前記の解読ステージと前記の実行ステージとに関する混
    雑／準備状況を示す、複数のパイプライン流れ制御信号
    を更に備えている、請求項１に記載の集積回路。
14. 【請求項１４】 前記の事象ロジックが、事象をラッチ
    する事象レジスタと、同時に発生する複数の事象から上
    位の優先順位の事象を選択する優先順位設定ロジック
    と、前記の選択された事象に相応する事象ベクトルとリ
    ンクを呈するベクトル／リンク・テーブルとを更に備え
    ている、請求項１に記載の集積回路。
15. 【請求項１５】 前記の事象ロジックがシーケンサを具
    備し、前記のシーケンサが有限状態マシンである、請求
    項１に記載の集積回路。
16. 【請求項１６】 前記の事象コマンドが事象保存プログ
    ラム・カウンタ・コマンドと事象保存プログラム状況ワ
    ード・コマンドと非動作コマンドとを含んでいるグルー
    プから選択される、請求項１に記載の集積回路。
17. 【請求項１７】 前記の事象が例外と中断とトラップと
    異常とを含んでいるグループから選択される、請求項１
    に記載の集積回路。
18. 【請求項１８】 命令セットを処理するデジタル・プロ
    セッサであって、 命令セットから命令を解読する、解読ステージと、 前記の命令を実行するために前記の解読ステージに結合
    された実行ステージと、 解読される前記の命令を無効にするために前記の解読ス
    テージに事象コマンドを提示する前記の解読ステージに
    電気的に結合された事象ロジックにおいて、前記の解読
    ステージと前記の実行ステージは、事象に対応して命令
    セットからの命令を処理するために用いられるメカニズ
    ムを活用する、前記の事象ロジックとを搭載する集積回
    路。
19. 【請求項１９】 前記の事象コマンドに前記の命令より
    上位の優先順位が割り当てられる、請求項１８に記載の
    集積回路。
20. 【請求項２０】 前記の事象コマンドが２ビットで符号
    化される、請求項１８に記載の集積回路。
21. 【請求項２１】 前記の事象コマンドが前記の解読ステ
    ージにプログラム・カウンタを保存するように命令し、
    前記の事象コマンドは、事象ベクトルによって指示され
    た事象ハンドラに制御要素を転送するために、正規の命
    令を実行する、複数の制御とデータパス信号を介して処
    理される、請求項１８に記載のデジタル・プロセッサ。
22. 【請求項２２】 前記の事象コマンドが前記の解読ステ
    ージにプログラム状況ワードを保存するように命令し、
    前記の事象コマンドは、リンクによって指示されたシャ
    ドーＰＳＷレジスタに前記のプログラム状況ワードを保
    存するために、正規の命令を実行する制御とデータパス
    信号を介して処理される、請求項１８に記載のデジタル
    ・プロセッサ。
23. 【請求項２３】 前記の事象コマンドが前記の命令の実
    行を可能にする非動作コマンドである、請求項１８に記
    載のデジタル・プロセッサ。
24. 【請求項２４】 前記の事象ロジックが、前記の解読ス
    テージに事象ハンドラのアドレスを提示するために事象
    ベクトルを更に呈する、請求項１８に記載のデジタル・
    プロセッサ。
25. 【請求項２５】 前記の事象ベクトルが事象ベクトル・
    テーブルの４ビット・アドレスである、請求項２４に記
    載のデジタル・プロセッサ。
26. 【請求項２６】 前記の事象ロジックが、前記の解読ス
    テージに中断された命令のプログラム・カウンタを記憶
    するレジスタ・アドレスを提示するリンクを更に呈す
    る、請求項２５に記載のデジタル・プロセッサ。
27. 【請求項２７】 前記のリンクが、どのシャドーＰＳＷ
    が前記のプログラム状況ワードを記憶するについて指示
    し且つプログラムを記憶する、事象操作レジスタ・ファ
    イルにおいて、４ビット・レジスタ・ナンバーである、
    請求項２６に記載のデジタル・プロセッサ。
28. 【請求項２８】 前記の解読ステージが状況信号と事象
    とを前記の事象ロジックに入力する、請求項１８に記載
    のデジタル・プロセッサ。
29. 【請求項２９】 前記の事象ロジックが前記の実行ステ
    ージから事象を受信する、請求項１８に記載のデジタル
    ・プロセッサ。
30. 【請求項３０】 多重事象を高精度に処理するために、
    前記の解読ステージと前記の実行ステージとに関する混
    雑／準備状況を示す、複数の正規パイプライン流れ制御
    信号を更に備えている、請求項１８に記載のデジタル・
    プロセッサ。
31. 【請求項３１】 前記の事象ロジックが、事象をラッチ
    する事象レジスタと、同時に発生する複数の事象から上
    位の優先順位の事象を選択する優先順位設定ロジック
    と、前記の選択された事象に相応する事象ベクトルとリ
    ンクを呈するベクトル／リンク・テーブルとを更に備え
    ている、請求項１８に記載のデジタル・プロセッサ。
32. 【請求項３２】 前記の事象ロジックがシーケンサを具
    備し、前記のシーケンサが有限状態マシンである、請求
    項１８に記載のデジタル・プロセッサ。
33. 【請求項３３】 前記の事象コマンドが事象保存プログ
    ラム・カウンタ・コマンドと事象保存プログラム状況ワ
    ード・コマンドと非動作コマンドとを含んでいるグルー
    プから選択される、請求項１８に記載のデジタル・プロ
    セッサ。
34. 【請求項３４】 前記の事象が例外と中断とトラップと
    異常とを含んでいるグループから選択される、請求項１
    ８に記載のデジタル・プロセッサ。
35. 【請求項３５】 前記の事象ロジックが、デバッグを可
    能にするために、事象ハンドラに対するシングル・ステ
    ップの方法を更に提供する、請求項１に記載の集積回
    路。
36. 【請求項３６】 前記のシングル・ステップの方法が、 （ａ）ハードウェア・シングル・ステップ・モードにお
    けるデバッグ事象ハンドラからデジタル・プロセッサの
    動作を戻し、 （ｂ）ＨＤＳ−モード信号をクリアして、プロセッサの
    状態を変更し、デバッグ・モードから離れ、 （ｃ）単一命令の実行を開始し、 （ｄ）事象を検出し、 （ｅ）事象コマンドを発行してプログラム・カウンタを
    解読ステージに保存し、 （ｆ）事象コマンドを発行してプログラム状況ワードを
    解読ステージに保存し、 （ｇ）ハードウェア・シングル・ステップ可能信号が表
    明され、ＨＤＳ−モード信号が表明される場合に、事象
    コマンドを発行して、プログラム・カウンタを保存し、 （ｈ）ハードウェア・シングル・ステップ可能信号が表
    明され、ＨＤＳ−モード信号が表明される場合に、事象
    コマンドを発行して、プログラム状況ワードを保存し、 （ｉ）ハードウェア・シングル・ステップ可能信号が表
    明され、ＨＤＳ−モード信号が表明されない場合に、Ｈ
    ＤＳ−モード信号をセットして、 （ｊ）デバッグ事象ハンドラに戻る、ステップを備えて
    いる、請求項３５に記載の集積回路。
37. 【請求項３７】 前記の事象ロジックが、デバッグを可
    能にするために、事象ハンドラに対するシングル・ステ
    ップの方法を更に提供する、請求項１８に記載の集積回
    路。
38. 【請求項３８】 前記のシングル・ステップの方法が、 （ａ）ハードウェア・シングル・ステップ・モードにお
    けるデバッグ事象ハンドラからデジタル・プロセッサの
    動作を戻し、 （ｂ）ＨＤＳ−モード信号をクリアして、プロセッサの
    状態を変更し、デバッグ・モードから離れ、 （ｃ）単一命令の実行を開始し、 （ｄ）事象を検出し、 （ｅ）事象コマンドを発行してプログラム・カウンタを
    解読ステージに保存し、 （ｆ）事象コマンドを発行してプログラム状況ワードを
    解読ステージに保存し、 （ｇ）ハードウェア・シングル・ステップ可能信号が表
    明され、ＨＤＳ−モード信号が表明される場合に、事象
    コマンドを発行して、プログラム・カウンタを保存し、 （ｈ）ハードウェア・シングル・ステップ可能信号が表
    明され、ＨＤＳ−モード信号が表明される場合に、事象
    コマンドを発行して、プログラム状況ワードを保存し、 （ｉ）ハードウェア・シングル・ステップ可能信号が表
    明され、ＨＤＳ−モード信号が表明されない場合に、Ｈ
    ＤＳ−モード信号をセットして、 （ｊ）デバッグ事象ハンドラに戻る、ステップを備えて
    いる、請求項３７に記載の集積回路。
39. 【請求項３９】 解読ステージと事象ロジックと実行ス
    テージとを有するパイプライン・プロセッサにおいて多
    重で高精度の事象を操作する方法であって、 （ａ）複数の事象を検出し、事象コマンドを事象ロジッ
    クから解読ステージに発行して、命令の流れを中断し、 （ｂ）前記の複数の事象から最上位の優先順位の事象を
    選択し、 （ｃ）前記の最上位の優先順位の事象に相応して事象ベ
    クトルとリンク・アドレスを提示し、 （ｄ）実行ステージが前記の事象コマンドに対して準備
    状態になるまで、前記の事象ベクトルと前記のリンクと
    が、上位の優先順位の事象に相応して修正されることを
    可能にする、ステップを備えている方法。
40. 【請求項４０】 選択するステップの前に、事象レジス
    タに全ての事象を記憶するステップを更に備えている、
    請求項３９に記載の方法。
41. 【請求項４１】 可能にするステップが事象入力をラッ
    チするステップを更に含んでいる、請求項３７に記載の
    方法。
42. 【請求項４２】 検出するステップが、外部中断と解読
    ステージ事象と実行ステージ事象とから成るグループか
    らの全ての事象をラッチするステップを含んでいる、請
    求項３９に記載の方法。
43. 【請求項４３】 前半のパイプライン・ステージに付随
    する選択された事象をクリアするステップを更に含んで
    いる、請求項３９に記載の方法。