JP2002196938A - 例外処理フロー用の装置及びその処理実行方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例外ルーチンの設計で必要なより一層の柔軟
性をプログラマにもたらす。 【解決手段】 プロセッサでのソフトウェア制御の例外
処理フロー用の装置及び方法で、これらは利用者モー
ド、前置例外モード、例外モード間の各モード間で切り
替えられる。メイン・ルーチンの実行は例外発生まで続
く。例外発生時、プロセッサは、例外ルーチン実行前に
例外の段取りを実行してルーチンを初期化する。段取り
ルーチンでは、初期化プロセス前、現在モード、リター
ン・アドレスがバッファに保存される。初期化プロセス
では、モードが例外モードに替わっていないので、デー
タは利用可能である。初期化プロセスは、レジスタ・バ
ンク切替前、プログラマにオプションで情報の保存／値
のデバッグを可能にする。ソフトウェアのデバッグ、例
外ルーチン作成時にプログラマが最大限の自由度を持て
る。初期化プロセス終了後、モードが切り替わって例外
モードが実行される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例外を処理するた
めのプロセッサにおける装置及びその方法に関連し、特
に、ソフトウェア制御を用いて例外フローを処理するた
めの例外処理フロー用の装置及びその処理実行（オペレ
ーション）方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】メイン処理モードと１つ以上の例外処理
モードの両方において処理実行可能なＣＰＵ（中央処理
装置）は公知技術である。メイン処理モードは、利用者
が所望するデータ処理実行用の応用ソフトウェアの実行
に使用される。例外処理モードは、通常、外部からの割
込信号に応答するなどの処理実行に用いられる。

【０００３】メイン処理モード及び例外処理モード間の
移行が可逆であり、メイン処理モードに戻ったとき、メ
イン処理モードの処理実行があたかも割り込みされたか
のように継続することが望ましい。このような可逆性を
達成するためには、メイン処理モードを離れる際、ＣＰ
Ｕ内蔵の各種処理レジスタの内容を、例外処理モードで
それらレジスタの使用が終了した後に回復可能に保存し
ておき、そして制御がメイン処理モードに戻るようにす
ることが必要である。

【０００４】これは、従来、メイン処理モードを離れる
際、メイン処理モードでの各レジスタの内容を外部ＲＡ
Ｍ(random access memory)内のスタック・メモリ領域に
保存し、続いて、メイン処理モードに戻る際、スタック
・メモリ領域から各レジスタへとそれら内容を戻すこと
によって達成されている。この従来のアプローチの問題
点は、スタック・メモリへの書込みと同メモリからの読
取りに比較的時間がかかり、その結果、ＣＰＵの性能を
低下させることである。また、この従来のアプローチの
別の問題点は、メイン処理モードから出たり戻ったりす
るときに、処理状態データ（ＣＰＵの所望の又は許可さ
れたオペレーションを特定する各種状態フラグなど）を
保存して復元するのに処理のオーバーヘッドが大きくな
らざるをえないことである。

【０００５】また別の方法が、米国特許第５,３８６,５
６３号の"REGISTER SUBSTITUTION DURING EXCEPTION PR
OCESSING"及び米国特許第５,７０１,４９３号の"EXCEPT
IONHANDLING METHOD AND APPARATUS IN DATA PROCESSIN
G SYSTEMS" に開示されている。

【０００６】上記特許で記載されているように、利用者
プログラムが通常の方法で実行されると、続いてＰＣ(p
rogram counter) が増分する。利用者プログラムの実行
中、プロセッサは、通常の実行フローが割り込みされる
かを検査する。この通常の実行フローが割り込みされる
と、例外が発生する。これら例外又は割込みは、プロセ
ッサに対して、例外を発生したイベントを処理すること
を許可するのである。これらの例外は、様々な理由によ
り、内部や外部のソースに起因して、ハードウェアやソ
フトウェアによって引き起こされる。

【０００７】通常、利用者モード(User32)及び各種例外
モードで有効な各種レジスタが存在する。利用者モード
では、１５個の汎用レジスタ(R0〜R14) がデータ処理オ
ペレーション用として具備される。プログラム・カウン
タ・レジスタ(R15pc) は、実行される命令のシーケンス
内での現在位置を示すプログラム・カウンタとして動作
するように設けられる。ＣＰＳＲ(current program sta
tus register) は、ＣＰＵの制御パラメータを示す各種
フラグ、及び現在処理モードを示す５ビットを保持す
る。上記モード(User32)は、利用者応用ソフトウェアの
実行用に設けられている。

【０００８】各種類の例外処理モードには、プロセッサ
がリセットされたときやソフトウェアの割込命令が実行
されたときに入る監視モード(SVC32) と、未定義の命令
が実行ユニットに入力されたときに入る未定義モード(U
ndef32) と、メモリ・システムがメモリ・アクセス（デ
ータ・アクセス又は命令の先取り）に失敗したときに入
るアボート・モード(Abt32) と、nIRQピンがローに保持
されてＣＰＳＲにおけるIbitがクリアされたときに入
り、低速割込要求が許可されたことを示す低速割込要求
モード(IRQ32) と、nFIQピンがローに保持されてＣＰＳ
ＲにおけるFbitがクリアされたときに入り、高速割込み
が許可されたことを示す高速割込要求モード(FIQ32) と
がある。

【０００９】例外処理モード(SVC32, Abt32, IRQ32, Un
def32)の各々は、これらモードのいずれかに入ると、利
用者モード・レジスタ(R13, R14)にそれぞれ代用し、そ
れらと関連する２個の例外モード・レジスタを有してい
る。R13 は、利用者モード(User32)及び例外モードの双
方でスタック・ポインタを格納するために使用される通
常のレジスタである。いずれかの例外モードに入ると、
そのシステムは、R15pc の内容をそのモード（リターン
・アドレス・レジスタとして動作するための入力）のレ
ジスタ(R14) に格納する。これは、そのモード用の例外
処理コードが終了したときにリターン・アドレスへの準
備の整ったアクセスを提供する。重要なのは、各例外処
理手段ないし機能（ハンドラ）がレジスタの原内容を例
外処理終了時点で復元することである。

【００１０】各例外モードにはＳＰＳＲ(associated sa
ved program status register)が付随する。これらＳＰ
ＳＲは、直前のモードからのＣＰＳＲの内容を保存し、
そして直前のモードに戻るときにＣＰＳＲに復元される
のを許可する。

【００１１】例外の処理後、実行は例外が発生した時点
の位置に戻る必要がある。このためには、例外ハンドラ
はＳＰＳＲからＣＰＳＲの内容を復元しなければならな
い。その後、ＰＣがレジスタ(R14) に格納されていたリ
ターン・アドレスとともに復元されて、メイン・プログ
ラムの実行が継続する。

【００１２】この従来の例外処理フロー方法には、レジ
スタ・バンクの切替え及びモードの変更前に、例外ハン
ドラが重要な情報を保存し、あるいは値をデバッグする
ことが許可されないという深刻な限界がある。そうする
ためのオプションを持つことは、例外ルーチンの設計に
おいて必要とされるより一層の柔軟性をプログラマにも
たらすことができる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情に
鑑みてなされたものであり、例外ルーチンの設計におい
て必要とされるより一層の柔軟性を利用者（プログラ
マ）にもたらすことができる例外処理フロー用の装置及
びその処理実行方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
プロセッサのデータ処理におけるソフトウェア制御の例
外処理フロー用の装置であって、この装置は、利用者モ
ード、前置例外モード及び例外モードでの各処理実行モ
ード間で切り替えられ、前記利用者モードにおいて処理
状態情報を格納するためのプログラム状態レジスタと、
前記利用者モードにおいて現在実行しているプログラム
命令のアドレスを格納するためのプログラム・カウンタ
・レジスタと、例外が発生して前記装置が前記利用者モ
ードから処理実行モードを変える際の前記前置例外モー
ドの例外処理用段取りプロセス中に、前記プログラム状
態レジスタの内容及び前記プログラム・カウンタ・レジ
スタの内容をそれぞれ格納するためのＣＰＳＲバッファ
及びＰＣバッファと、モード変更命令が前記プロセッサ
に入力された後、前記ＣＰＳＲバッファの内容及び前記
ＰＣバッファの内容をそれぞれ格納するための処理状態
保存レジスタ及びレジスタとを備え、前記装置が前記前
置例外モードから前記例外モードに処理実行モードを変
更し、前記装置の前記前置例外モードで処理実行される
期間が利用者のソフトウェア処理実行に十分となること
を特徴とする。

【００１５】請求項２記載の発明は、請求項１記載の例
外処理フロー用の装置において、前記処理状態情報は、
現在モード、割込マスク及び状態フラグを含むことを特
徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明は、請求項１記載の例
外処理フロー用の装置において、前記ＣＰＳＲバッファ
及びＰＣバッファはランダム・アクセス・メモリである
ことを特徴とする。

【００１７】請求項４記載の発明は、プロセッサのデー
タ処理におけるソフトウェア制御の例外処理フローの処
理実行方法であって、前記プロセッサは、利用者モー
ド、前置例外モード及び例外モードでの各処理実行モー
ド間で切り替えられ、前記プロセッサが前記利用者モー
ドで処理実行するとき、処理状態情報をプログラム状態
レジスタに格納し、前記プロセッサが前記利用者モード
で処理実行するとき、現在実行しているプログラム命令
のアドレスをプログラム・カウンタ・レジスタに格納
し、例外が発生して前記プロセッサが前記利用者モード
から処理実行モードを変える際の前記前置例外モードの
例外処理用段取りプロセス中に、前記プログラム状態レ
ジスタの内容及び前記プログラム・カウンタ・レジスタ
の内容をそれぞれＣＰＳＲバッファ及びＰＣバッファに
格納し、モード変更命令が前記プロセッサに入力された
後、前記ＣＰＳＲバッファの内容及び前記ＰＣバッファ
の内容をそれぞれ処理状態保存レジスタ及びレジスタに
格納し、前記プロセッサが前記前置例外モードから前記
例外モードに処理実行モードを変更し、前記プロセッサ
の前記前置例外モードで処理実行される期間が利用者の
ソフトウェア処理実行に十分となることを特徴とする。

【００１８】請求項５記載の発明は、請求項４記載の例
外処理フローの処理実行方法において、前記処理状態情
報は、現在モード、割込マスク及び状態フラグを含むこ
とを特徴とする。

【００１９】ここで、上記および他の利点を達成するた
めに、また本発明の目的に沿って以下に記載する通り、
本発明は、プロセッサのデータ処理におけるソフトウェ
ア制御の例外処理フロー用の装置及びその処理実行方法
を提供する。その装置は、利用者モード、前置例外モー
ド及び例外モードでの各処理実行モード間で切り替えら
れる。

【００２０】従来の例外処理フローの不足点を克服する
ため、本発明は、プロセッサのデータ処理におけるソフ
トウェア制御の例外処理フロー用の装置を提供する。こ
の装置は、利用者モード、前置例外モード及び例外モー
ドでの各処理実行モード間で切り替えられる。装置は、
プログラム状態レジスタ、プログラム・カウンタ・レジ
スタ、ＣＰＳＲバッファ、ＰＣバッファ、処理状態保存
レジスタ及びレジスタを含む。プログラム状態レジスタ
は、利用者モードにおいて処理状態情報を格納するため
に使用される。ＣＰＳＲバッファ及びＰＣバッファは、
例外が発生して装置が利用者モードから処理実行モード
を変える際の前置例外モードの例外処理用段取りプロセ
ス中に、プログラム状態レジスタの内容及びプログラム
・カウンタ・レジスタの内容をそれぞれ格納するために
使用される。処理状態保存レジスタ及びレジスタは、モ
ード変更命令がプロセッサに入力された後、ＣＰＳＲバ
ッファの内容及びＰＣバッファの内容をそれぞれ格納す
るために使用される。これにより、装置が前置例外モー
ドから例外モードに処理実行モードを変更する。また、
装置の前置例外モードで処理実行される期間が利用者の
ソフトウェア処理実行に十分となる。

【００２１】従来の例外処理フローの不足点を克服する
ため、本発明は、プロセッサのデータ処理におけるソフ
トウェア制御の例外処理フローの処理実行方法を提供す
る。プロセッサは、利用者モード、前置例外モード及び
例外モードでの各処理実行モード間で切り替えられる。
この方法は、プロセッサが利用者モードで処理実行する
とき、処理状態情報をプログラム状態レジスタに格納
し、プロセッサが利用者モードで処理実行するとき、現
在実行しているプログラム命令のアドレスをプログラム
・カウンタ・レジスタに格納し、例外が発生してプロセ
ッサが利用者モードから処理実行モードを変える際の前
置例外モードの例外処理用段取りプロセス中に、プログ
ラム状態レジスタの内容及びプログラム・カウンタ・レ
ジスタの内容をそれぞれＣＰＳＲバッファ及びＰＣバッ
ファに格納するものであり、これにより、プロセッサが
前置例外モードから例外モードに処理実行モードを変更
し、プロセッサの前置例外モードで処理実行される期間
が利用者のソフトウェア処理実行に十分となる。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１はプロセッサのデータ処理に
おけるソフトウェア制御の例外処理フローを示す図であ
り、この図を参照しながら、本発明の例外処理フロー用
の装置及びその処理実行（オペレーション）方法に係る
実施形態を説明する。本装置及び方法は、利用者モー
ド、前置例外モード及び例外モード間の各処理実行モー
ド間で切り替えられる。

【００２３】ステップＳ１１０でのメイン・ルーチンの
実行は、ステップＳ１２０で例外が発生するまで継続す
る（Ｓ１２０でＮ）。ステップＳ１２０において、例外
がまさに発生すると（Ｓ１２０でＹ）、プロセッサは、
先ず、図１のステップＳ１３０，Ｓ１４０に示すよう
に、例外処理用（例外ハンドラ）の段取りプロセス（図
では例外段取りプロセス）及び初期化プロセスを含む前
置例外モードに入る。ステップＳ１３０の例外処理用の
段取りでは、処理状態レジスタ（ＣＰＳＲ）の内容がＣ
ＰＳＲバッファに一時的にコピーされる。このＣＰＳＲ
バッファは、利用者モードにおける現在の処理状態情報
（例えば、現在モード、割込マスク及び状態フラグ）を
保存する。続いて、利用者モードにおける現在実行して
いるプログラム命令のアドレスを格納するプログラム・
カウンタ（ＰＣ）の内容がＰＣバッファにコピーされ
る。続いて、プロセッサは、ステップＳ１４０における
前置例外モードの初期化プロセスに進む。

【００２４】ステップＳ１４０において、初期化プロセ
スは、操作ないし処理されるデータを保持するためのレ
ジスタ群を持つレジスタ・バンクを切り替える前に、情
報を保存し、値をデバッグないし使用するなどの実行す
るソフトウェア処理のオプションをプログラマが持てる
ようにする。これは、例外ルーチンに入る前に、上記例
示の処理などに対し、プログラマが最大限の柔軟性ない
し自由度を持てるようにするのである。前置例外モード
におけるプロセッサの期間は、利用者の意志で決まる。
従って、利用者がソフトウェアの処理実行ないし操作を
行うためにより多くの時間を必要とするほど、前置例外
モードで処理実行ないし操作されるプロセッサの期間が
より長くなる。前置例外モードにいるための正確な時間
は、モード変更命令などのソフトウェア命令を発行する
ことによって決定可能である。

【００２５】ステップＳ１４０の初期化プロセスが終了
すると、次のステップＳ１５０において、ＣＤＰコプロ
セッサ命令などのモード変更命令が初期化プロセスの後
に続く。プロセッサは、もとの処理状態情報及びリター
ン・アドレスを、それぞれＣＰＳＲバッファ及びＰＣバ
ッファから、関連処理状態保存レジスタ（ＳＰＳＲ）及
びレジスタ(R14) にコピーする。このレジスタ(R14 )
は、リターン・アドレス・レジスタとして働く。つま
り、ＣＤＰコプロセッサ命令が実行されて、レジスタ・
バンク切替えを制御する。

【００２６】ＣＰＳＲバッファの内容は、関連処理状態
保存レジスタ（ＳＰＳＲ）にコピーされる。このレジス
タは、現在モード、割込マスク及び状態フラグを保存す
る。続いて、ＰＣバッファのリターン・アドレスはレジ
スタ(R14) にコピーされる。最後に、プロセッサは、モ
ードを例外モードに変更し、ステップＳ１６０で適切な
例外ルーチンを実行する。

【００２７】この例外ルーチンが終了すると、ステップ
Ｓ１７０において、プロセッサは、メイン・ルーチンに
例外が発生した時点のシステムの状態を呼び出さなけれ
ばならない。ＳＰＳＲの内容がＣＰＳＲにコピーされる
と、ＣＰＳＲは、保存しておいたモード、割込マスク及
び状態フラグなどの処理状態情報を呼び出す。続いて、
リターン・アドレスを保存するために使用されるレジス
タ(R14) の内容がＰＣにコピーされる。

【００２８】続いて、プロセッサは、利用者モードに戻
って、命令の実行を継続する。

【００２９】先行技術では、例外の切替えはハードウェ
アによって制御される。ソフトウェアには切替え時間を
決定する仕組みないし機能がない。本実施形態では、例
外処理フローでソフトウェア制御機能が提供される。ソ
フトウェアは、利用者モード又は例外モード間のモード
を切り替えるための正確な時間を決定することができ
る。それは、例外直後またはリターン用の情報保存後、
モードを切り替えることができる。本質的に、上記機能
は、例外ルーチンを設計するプログラマにとってより大
きな柔軟性を与えるものである。

【００３０】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、例外ルーチンの設計において必要とされるよ
り一層の柔軟性を利用者（プログラマ）にもたらすこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係るプロセッサのデータ
処理におけるソフトウェア制御の例外処理フローを示す
図である。

【符号の説明】

Ｓ１１０，Ｓ１２０ 利用者モード Ｓ１３０，Ｓ１４０ 前置例外モード Ｓ１５０〜Ｓ１７０ 例外モード

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセッサのデータ処理におけるソフト
   ウエア制御の例外処理フロー用の装置であって、この装
   置は、利用者モード、前置例外モード及び例外モードで
   の各処理実行モード間で切り替えられ、 前記利用者モードにおいて処理状態情報を格納するため
   のプログラム状態レジスタと、 前記利用者モードにおいて現在実行しているプログラム
   命令のアドレスを格納するためのプログラム・カウンタ
   ・レジスタと、 例外が発生して前記装置が前記利用者モードから処理実
   行モードを変える際の前記前置例外モードの例外処理用
   段取りプロセス中に、前記プログラム状態レジスタの内
   容及び前記プログラム・カウンタ・レジスタの内容をそ
   れぞれ格納するためのＣＰＳＲバッファ及びＰＣバッフ
   ァと、 モード変更命令が前記プロセッサに入力された後、前記
   ＣＰＳＲバッファの内容及び前記ＰＣバッファの内容を
   それぞれ格納するための処理状態保存レジスタ及びレジ
   スタとを備え、 前記装置が前記前置例外モードから前記例外モードに処
   理実行モードを変更し、前記装置の前記前置例外モード
   で処理実行される期間が利用者のソフトウェア処理実行
   に十分となることを特徴とする例外処理フロー用の装
   置。
2. 【請求項２】 前記処理状態情報は、現在モード、割込
   マスク及び状態フラグを含むことを特徴とする請求項１
   記載の例外処理フロー用の装置。
3. 【請求項３】 前記ＣＰＳＲバッファ及びＰＣバッファ
   はランダム・アクセス・メモリであることを特徴とする
   請求項１記載の例外処理フロー用の装置。
4. 【請求項４】 プロセッサのデータ処理におけるソフト
   ウェア制御の例外処理フローの処理実行方法であって、
   前記プロセッサは、利用者モード、前置例外モード及び
   例外モードでの各処理実行モード間で切り替えられ、 前記プロセッサが前記利用者モードで処理実行すると
   き、処理状態情報をプログラム状態レジスタに格納し、 前記プロセッサが前記利用者モードで処理実行すると
   き、現在実行しているプログラム命令のアドレスをプロ
   グラム・カウンタ・レジスタに格納し、 例外が発生して前記プロセッサが前記利用者モードから
   処理実行モードを変える際の前記前置例外モードの例外
   処理用段取りプロセス中に、前記プログラム状態レジス
   タの内容及び前記プログラム・カウンタ・レジスタの内
   容をそれぞれＣＰＳＲバッファ及びＰＣバッファに格納
   し、 モード変更命令が前記プロセッサに入力された後、前記
   ＣＰＳＲバッファの内容及び前記ＰＣバッファの内容を
   それぞれ処理状態保存レジスタ及びレジスタに格納し、
   前記プロセッサが前記前置例外モードから前記例外モー
   ドに処理実行モードを変更し、前記プロセッサの前記前
   置例外モードで処理実行される期間が利用者のソフトウ
   ェア処理実行に十分となることを特徴とする例外処理フ
   ローの処理実行方法。
5. 【請求項５】 前記処理状態情報は、現在モード、割込
   マスク及び状態フラグを含むことを特徴とする請求項４
   記載の例外処理フローの処理実行方法。