JPH11259293A - データ処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同一の命令コード幅で定義できる命令数を増
加させることによって、プログラムのオブジェクトサイ
ズを圧縮すること。 【解決手段】 拡張命令を用いる場合に命令の拡張有及
び拡張の種類を指示するコードを拡張タイプレジスタ１
２に保持し、含まれる拡張のコードを使用する回数を拡
張回数レジスタ１７に保持しておく。こうすれば以後に
続く命令内で拡張の有無や拡張の種類を示すコードを含
ませる必要がなくなる。従って同一の種類の命令が継続
する場合に、プログラムサイズを縮小することができ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、命令コードを圧縮
してプログラムのオブジェクトサイズを小さくするデー
タ処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、マイクロコンピュータはあらゆる
機器に利用されており、処理能力の向上に伴い、より広
い分野でより複雑な制御に応用されている。組込み用途
でも処理プログラムの大規模化によりオブジェクトサイ
ズが増大してきており、プログラム格納用のメモリサイ
ズが増大している。その結果、メモリサイズが組込み用
マイクロコンピュータのチップサイズの大きな部分を占
めるようになってきている。

【０００３】プログラムのオブジェクトサイズを小さく
するため、従来からいくつかのアプローチがなされてい
る。特開平５―４６３８３号（従来例１）では、機械命
令生成装置が良く使用する命令を１バイトの短い命令コ
ードに割り当てることにより全体のオブジェクトサイズ
を小さくしている。又特開平８―３２８８５０号（従来
例２）では、１バイトの半分を単位として命令コードを
拡張し、メモリをより小さな刻みで使用することにより
オブジェクトサイズを小さくしている。特開平９―１６
０７７４号（従来例３）では、分割したメモリ空間毎に
異なる命令体系の命令が使えるようにすることにより、
固定長命令体系における命令の数を拡張している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例１によれば、プログラムの処理内容によっては１バ
イトに割り当てた命令が必ずしも良く使われるとは限ら
ないため、１バイト長以上のコードサイズの命令が多く
使われるとオブジェクトサイズが大きくなるという問題
があった。

【０００５】上記従来例２によれば、従来より小さな単
位で命令が拡張できるため、１バイト長以上のコードサ
イズの命令が多く使われたとしても上記従来例１に比べ
ればオブジェクトサイズを小さくできるが、プログラム
の処理内容によっては依然オブジェクトサイズが大きく
なるという問題があった。

【０００６】上記従来例３によれば、プログラムの処理
に応じてメモリ空間毎に決められた命令体系を選択する
ことができるが、命令体系を切換えるためには異なるメ
モリ空間に分岐する命令が必要となり、頻繁に切換える
と分岐命令によるコードサイズの増大が生じるという問
題があった。

【０００７】本発明は上記の問題点に鑑み、拡張命令を
含む命令コードや演算サイズの異なる命令コードを含む
プログラムについて、使用する命令コードに偏りがある
ことを利用して従来例以上にプログラムのオブジェクト
サイズを小さくすることを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、命令の拡張の有無及び拡張の種類を示すコードを格
納する第１のレジスタと、解読する命令のコードを格納
する第２のレジスタと、前記第１のレジスタの内容と前
記第２のレジスタに格納された命令コードとを入力し、
前記第２のレジスタに格納された命令コードを解読して
処理制御信号を生成する命令解読手段とを備え、前記第
１のレジスタの内容が拡張有りを示すとき、前記第２の
レジスタに格納された命令コードを前記第１のレジスタ
の内容が示す拡張の種類に応じて拡張された命令コード
として解読し、各命令コードに拡張コードの指定を省略
することで命令コードを圧縮することを特徴とするもの
である。

【０００９】本願の請求項２の発明は、請求項１のデー
タ処理装置において、命令拡張コードを使用する回数を
指定する第３のレジスタを備え、前記命令解読手段は、
前記第１のレジスタの内容が拡張有りを示すとき、前記
第３のレジスタの内容が特定の値になるまで、命令実行
の終了毎に前記第３のレジスタを更新し、前記第２のレ
ジスタに格納された命令コードを拡張された命令コード
として解読することを特徴とするものである。

【００１０】本願の請求項３の発明は、請求項１又は２
のデータ処理装置において、前記命令解読手段は、内部
バスに接続されたレジスタの内容をスタックに退避する
退避手段と、内部バスに接続されたレジスタにスタック
の内容を復帰する復帰手段とを備え、前記第１のレジス
タの内容を繰り返し使用して命令コードを拡張された命
令コードとして解読中に割込みが発生すると、前記退避
手段は前記第１のレジスタの内容と前記第２のレジスタ
の内容とをスタックに退避し、割込み処理が終了すると
前記復帰手段はスタックの内容を前記第１のレジスタと
前記第２のレジスタとに復帰することを特徴とするもの
である。

【００１１】本願の請求項４の発明は、演算のサイズを
指定する第１のレジスタと、解読する命令のコードを保
持する第２のレジスタと、前記第２のレジスタに格納さ
れた命令コード中の演算サイズ指定情報の有無を検出す
るサイズ情報検出手段と、前記第１のレジスタの内容、
前記第２のレジスタの内容、及び前記サイズ情報検出手
段の検出結果を入力し、前記第２のレジスタに格納され
た命令コードに演算サイズの情報が含まれている場合に
は当該情報を演算のサイズとし、演算サイズの情報が含
まれていない場合には前記第１のレジスタの内容を使用
して演算サイズを決定し、演算の制御信号を生成する命
令解読手段と、を具備することを特徴とするものであ
る。

【００１２】本願の請求項５の発明は、請求項４のデー
タ処理装置において、前記演算サイズを指定する第１の
レジスタは１ビットで構成され、前記第２のレジスタに
格納される命令は前記第１のレジスタの内容を反転する
命令を備え、演算サイズが前記第２のレジスタで指定さ
れるサイズと異なる時には、あらかじめ前記第１のレジ
スタの内容を反転する命令を実行することを特徴とする
ものである。

【００１３】本願の請求項６の発明は、請求項４又は５
のデータ処理装置において、内部バスに接続されたレジ
スタの内容をスタックに退避する退避手段と、内部バス
に接続されたレジスタにスタックの内容を復帰する復帰
手段とを備え、割込みが発生すると前記退避手段は前記
第１のレジスタの内容をスタックに退避し、割込み処理
が終了すると前記復帰手段はスタックの内容を前記第１
のレジスタに復帰することを特徴とするものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
によるデータ処理装置の構成を示すブロック図である。
図１において、メモリ１にはプログラムが格納される領
域とスタック領域等のワークエリアを有している。命令
先読みバッファ（ＩＢ）２はメモリ１から読出したプロ
グラムの命令コードを格納するものである。命令レジス
タ（ＩＲ）３は解読する命令のコードを格納する第２の
レジスタであり、レジスタ（ＳＲ）４は解読する命令が
複数サイクル必要な場合に解読サイクルのステートを格
納するものである。命令解読器５は命令レジスタ３に格
納された命令を解読して全体の制御信号を生成する命令
解読手段であり、プリフェッチカウンタ（ＰＦＣ）６は
メモリ１から解読に必要な命令をあらかじめ読出すため
のアドレスを格納するものであり、加算器７は制御信号
に基づいてプリフェッチカウンタ６の内容を更新するも
のであり、セレクタ８は加算器７の加算結果と分岐アド
レスとを選択するものであり、分岐命令を実行したとき
には分岐アドレスを選択し、それ以外は加算器７の加算
結果を選択する。

【００１５】プログラムカウンタ（ＰＣ）９は命令解読
器５が解読する命令がメモリ１の中に配置されているア
ドレスを格納するものである。加算器１０は解読中の命
令の語長情報に基づいてプログラムカウンタ９の内容を
更新するものであり、セレクタ１１は加算器１０の加算
結果と分岐アドレスとを選択するものであり、分岐命令
を実行したときには分岐アドレスを選択し、それ以外は
加算器１０の加算結果を選択する。又拡張タイプレジス
タ（ＥＸＴＹＰ）１２は命令の拡張タイプ情報を格納す
る第１のレジスタであり、セレクタ１３は制御信号に基
づいて拡張タイプレジスタ１２に格納する情報を選択す
るものである。又演算実行部１４は内部バス１５に接続
された複数の汎用レジスタ１６を有し、加えられた演算
命令に応じて演算を実行すると共に、割込み時に退避処
理、割込終了時に復帰処理を行うものである。演算実行
部１４の内部バス１５には更に拡張回数レジスタ（ＥＸ
ＮＵＭ）１７が接続されている。拡張回数レジスタ１７
はカウンタとして用いられ、拡張タイプレジスタ１２の
情報を命令解読器５が使用する回数情報を格納する第３
のレジスタである。又分岐制御部１８は分岐命令を実行
するものであり、分岐結果に応じて命令先読みバッファ
２，セレクタ８，セレクタ１１を制御して、分岐先アド
レスをプリフェッチカウンタ６とプログラムカウンタ９
に格納すると同時に、命令先読みバッファ２の内容をク
リアする。

【００１６】図２及び図３は本発明の第１の実施の形態
における拡張命令の命令コードサイズを圧縮する拡張制
御命令を説明するための図である。図２は従来のデータ
処理装置における拡張命令の命令列を示しており、８ビ
ットの命令コードを拡張するために８ビットの拡張指定
部が各命令に付け加わっており、これらの命令が６命令
並んでいる場合には、全部で１２バイトが必要となる。

【００１７】図３は拡張が必要な６つの命令列の前に、
拡張制御命令を追加した本実施の形態における命令列を
示している。拡張制御命令はそれ自体が拡張命令であ
り、拡張制御命令の後ろに続く拡張命令の命令数をオペ
ランドとする３バイト長の命令である。６つの拡張が必
要な命令列の場合には、このオペランドが６を示す。こ
の拡張制御命令により、その後ろに続く６つの命令に
は、破線で示す拡張指定部が不要となる。従って、従来
例と同じ命令列を全部で９バイトで実現でき、プログラ
ムサイズを縮小することができる。

【００１８】図４は本発明の第１の実施の形態における
命令の動作フローを示す図である。以下図１と合わせて
動作フローを説明する。まず、命令解読器５は命令が拡
張制御命令か否かを判断する（ステップ１００）。拡張
制御命令の場合には、拡張制御命令がオペランドとして
もつ拡張命令の数を拡張回数レジスタ１７にセットし
（ステップ１０５）、拡張制御命令の拡張コードを拡張
タイプレジスタ１２に格納する（ステップ１０６）。ス
テップ１００の判断が拡張制御命令でない場合には、ス
テップ１０１において拡張回数レジスタ１７の値がゼロ
か否かを判断する。拡張回数レジスタ１７の値がゼロの
場合には、拡張制御命令の回数分の拡張命令の実行が終
了していることを意味するので、拡張タイプレジスタ１
２には、拡張命令ではないことを示すコード（通常命
令）を格納する（ステップ１０４）。拡張回数レジスタ
１７がゼロでない場合には、拡張制御命令の回数分の拡
張命令の実行がまだ終了していないことを意味するの
で、ステップ１０２において拡張タイプレジスタ１２の
内容はそのままにし、拡張回数レジスタ１７の内容をマ
イナス１する。拡張制御命令でない場合には、以上のよ
うに拡張タイプレジスタ１２又は拡張回数レジスタ１７
が更新され、命令レジスタ３と拡張タイプレジスタ１２
の内容に基づいて命令解読器５が命令を解読する（ステ
ップ１０３）。

【００１９】このようなフローにより命令が実行される
が、割込みの要求が発生した場合には、図４のステップ
１０３の処理が終了後、拡張タイプレジスタ１２と拡張
回数レジスタ１７の夫々の内容を、内部バス１５を通し
て、割込み時にメモリ１のワークエリアのスタックに作
られる退避領域に退避させる。退避後、拡張タイプレジ
スタ１２は拡張命令でないことを示す通常状態にセット
され、拡張回数レジスタ１７はクリアされる。割込み処
理が終了すると、退避した夫々のレジスタの内容が再度
設定され、割り込み処理開始前の状態に復帰する。

【００２０】又第１の実施の形態では、拡張制御命令の
拡張タイプと一致する拡張命令が続くことを前提に説明
しているが、拡張制御命令のオペランドに拡張タイプ情
報を追加してもよい。拡張タイプ情報は拡張タイプが複
数ある場合に、そのうちの１つを指定するものである。
複数の拡張タイプを設けることによって命令コードの数
を大幅に増加することができる。

【００２１】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。図５は第２の実施の形態によるデータ処理装置
の構成を示すブロック図であり、前述した第１の実施の
形態と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略す
る。この実施の形態では命令解読器５に命令レジスタ３
に格納されたコードに含まれているサイズ情報を検出す
るサイズ情報検出手段２１が接続されている。又演算実
行部１４内にはサイズレジスタ（ＯＰＳＺ）２２が含ま
れる。サイズレジスタ２２は汎用レジスタ１６に格納さ
れたデータの演算サイズ情報を格納する第１のレジスタ
であり、内部バス１５を介して演算実行部１４の汎用レ
ジスタ１６に接続されている。その他の構成は前述した
実施の形態と同様である。ここで演算サイズは２種類と
すると、サイズレジスタは１ビットのレジスタで足りる
こととなる。

【００２２】図６は本発明の第２の実施の形態における
命令の動作フローを示す図である。以下図５と合わせて
動作フローを説明する。まずサイズ情報検出手段２１
は、命令レジスタ３の命令コード中に演算サイズを示す
情報が含まれているか否かを検出し（ステップ２０
０）、命令解読器５に通知する。サイズ情報が含まれて
いない場合には、命令解読器５はサイズレジスタ２２に
あらかじめ格納されたサイズによって演算する制御信号
を出力する（ステップ２０４）。サイズ情報が含まれて
いる場合には、次にその命令がサイズレジスタ２２の内
容を変更する命令か否かを判断する（ステップ２０
１）。サイズレジスタの内容を変更する命令の場合に
は、解読器５はサイズレジスタ２２の内容を反転するた
めの制御信号を出力する（ステップ２０２）。サイズレ
ジスタの内容を変更しない命令の場合には、命令解読器
５は命令コードに含まれる演算サイズの情報により演算
する制御信号を出力する（ステップ２０３）。尚演算サ
イズを２種類とし１ビットのサイズレジスタを用いる場
合には、命令コードとしてサイズレジスタの内容を反転
させる命令のみとしてもよい。

【００２３】このようなフローにより命令が実行される
が、割込みの要求が発生した場合には、拡張タイプレジ
スタ１２と拡張回数レジスタ１７を退避及び復帰する動
作と同様に、サイズレジスタ２２の内容をワークエリア
のスタック領域に退避させる。そして割込み処理が終了
すると、サイズレジスタ２２に元の内容を復帰する。

【００２４】尚、各実施の形態の基本の命令語長は１バ
イトとしたが、本発明はこれに限定されるものではな
い。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本願の請求項１〜
３の発明によれば、拡張命令が連続する場合に各命令毎
に拡張指定コードを付する必要がなくなる。拡張命令は
連続して使用される場合が多く、この場合命令コードを
圧縮することができ、プログラムサイズを縮小すること
ができるという効果がある。

【００２６】又請求項４〜６の発明によれば、同一演算
サイズの命令は連続する場合が多く、この場合各命令毎
に演算サイズの指定コードを付する必要がなくなる。従
って命令コードを圧縮することができ、プログラムサイ
ズを縮小することができるという効果がある。

【００２７】上述したように、本発明に係るデータ処理
装置は、機械命令のオブジェクトサイズの増大を抑え、
その記憶手段のハードウェア規模を小さくする技術であ
るので、特に組込み用途のマイクロコンピュータ等にお
いて多大な貢献をするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態によるデータ処理装
置の構成を示すブロック図である。

【図２】従来のデータ処理装置における拡張命令の命令
列を示した図である。

【図３】本発明による拡張命令の命令コードサイズを圧
縮する拡張制御命令を説明するための図である。

【図４】本発明による第１の実施の形態の命令の動作フ
ローを示す図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態によるデータ処理装
置の構成を示すブロック図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態による命令の動作フ
ローを示す図である。

【符号の説明】

１ メモリ ２ 命令先読みバッファ ３ 命令レジスタ ４ ステータスレジスタ ５ 命令解読器 ９ プログラムカウンタ １２ 拡張タイプレジスタ １４ 演算実行部 １６ 汎用レジスタ １７ 拡張回数レジスタ １８ 分岐制御部 ２１ サイズ情報検出手段 ２２ サイズレジスタ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 命令の拡張の有無及び拡張の種類を示す
   コードを格納する第１のレジスタと、 解読する命令のコードを格納する第２のレジスタと、 前記第１のレジスタの内容と前記第２のレジスタに格納
   された命令コードとを入力し、前記第２のレジスタに格
   納された命令コードを解読して処理制御信号を生成する
   命令解読手段とを備え、 前記第１のレジスタの内容が拡張有りを示すとき、前記
   第２のレジスタに格納された命令コードを前記第１のレ
   ジスタの内容が示す拡張の種類に応じて拡張された命令
   コードとして解読し、各命令コードに拡張コードの指定
   を省略することで命令コードを圧縮することを特徴とす
   るデータ処理装置。
2. 【請求項２】 命令拡張コードを使用する回数を指定す
   る第３のレジスタを備え、 前記命令解読手段は、前記第１のレジスタの内容が拡張
   有りを示すとき、前記第３のレジスタの内容が特定の値
   になるまで、命令実行の終了毎に前記第３のレジスタを
   更新し、前記第２のレジスタに格納された命令コードを
   拡張された命令コードとして解読するものであることを
   特徴とする請求項１記載のデータ処理装置。
3. 【請求項３】 前記命令解読手段は、内部バスに接続さ
   れたレジスタの内容をスタックに退避する退避手段と、 内部バスに接続されたレジスタにスタックの内容を復帰
   する復帰手段とを備え、 前記第１のレジスタの内容を繰り返し使用して命令コー
   ドを拡張された命令コードとして解読中に割込みが発生
   すると、前記退避手段は前記第１のレジスタの内容と前
   記第２のレジスタの内容とをスタックに退避し、割込み
   処理が終了すると前記復帰手段はスタックの内容を前記
   第１のレジスタと前記第２のレジスタとに復帰すること
   を特徴とする請求項１又は２記載のデータ処理装置。
4. 【請求項４】 演算のサイズを指定する第１のレジスタ
   と、 解読する命令のコードを保持する第２のレジスタと、 前記第２のレジスタに格納された命令コード中の演算サ
   イズ指定情報の有無を検出するサイズ情報検出手段と、 前記第１のレジスタの内容、前記第２のレジスタの内
   容、及び前記サイズ情報検出手段の検出結果を入力し、
   前記第２のレジスタに格納された命令コードに演算サイ
   ズの情報が含まれている場合には当該情報を演算のサイ
   ズとし、演算サイズの情報が含まれていない場合には前
   記第１のレジスタの内容を使用して演算サイズを決定
   し、演算の制御信号を生成する命令解読手段と、を具備
   することを特徴とするデータ処理装置。
5. 【請求項５】 前記演算サイズを指定する第１のレジス
   タは１ビットで構成され、 前記第２のレジスタに格納される命令は前記第１のレジ
   スタの内容を反転する命令を備え、演算サイズが前記第
   ２のレジスタで指定されるサイズと異なる時には、あら
   かじめ前記第１のレジスタの内容を反転する命令を実行
   することを特徴とする請求項４記載のデータ処理装置。
6. 【請求項６】 内部バスに接続されたレジスタの内容を
   スタックに退避する退避手段と、 内部バスに接続されたレジスタにスタックの内容を復帰
   する復帰手段とを備え、 割込みが発生すると前記退避手段は前記第１のレジスタ
   の内容をスタックに退避し、割込み処理が終了すると前
   記復帰手段はスタックの内容を前記第１のレジスタに復
   帰することを特徴とする請求項４又は５記載のデータ処
   理装置。