JP2007172105A - 割り込み調停システム及び割り込み調停方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の機器からの割り込み要求の処理優先度の重み付けを、簡易な構成で容易に実現することを可能とする、割り込み調停システムを提供する。
【解決手段】バスを共有する複数の機器と前記機器からの割り込み要求を受け付けて該割り込み要求に対応した割り込み処理を実行する割り込み処理装置と、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるための調停信号を発生する調停信号発生回路と、を備え、前記機器は、複数の調停番号を保持する手段と、当該機器に設定された複数の調停番号の何れかと、前記調停信号の値とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する手段と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は割り込み調停システム及び割り込み調停方法に関し、特に、複数の外部機器からの割り込み要求の処理優先度の重み付けを、簡易な構成で容易に実現することを可能とする、割り込み調停システム及び割り込み調停方法に関する。

ＣＰＵバスに複数の外部機器を接続し、外部機器からの割り込み要求を処理する場合、各外部機器は任意の時期に割り込み要求を発生するため、同時に複数の割り込み要求が発生することがある。しかし、ＣＰＵは同時に複数の割り込み要求を処理することは出来ないため、何らかの方法で割り込み要求を調停し、一つづつ処理する必要がある。

従来、複数の外部機器からの割り込み要求を調停する割り込み調停システムにおいては、デイジーチェーン方式やポーリング方式がとられていた。

デイジーチェーン方式では、複数の外部機器からの割り込み要求信号をデイジーチェーンによって接続するため、各外部機器に優先順位が付されてしまうものとなっている。従って、すべての外部機器からの割り込み要求を平等に処理したい場合には使用できなかった。

一方、ポーリング方式にした場合であっても、通常ではポーリングの順序により優先順位が決まり、優先度をつけたくない場合には処理シーケンスが複雑となってしまう。さらに、外部機器の数が多い場合には、全部の外部機器をポーリングするのに非常に時間がかかってしまうという問題も有している。

このような問題に対応するため、割り込み要求を簡易な構成で平等に処理するための割り込み調停システムを提案しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。

上述した特許文献１の「割り込み調停システム」には、ＣＰＵバスを共有する複数の外部機器からのＣＰＵに対する割り込み要求を調停するシステム、が記載されている。

すなわち、この割り込み調停システムは、外部機器に対して機器番号を符号化した割り込み調停クロックを与える発生回路を備えている。そして、外部機器には、ＣＰＵに割り込みを要求するとともに、ＣＰＵから割り込みアクノレッジ信号を受信したときに割り込みベクトルを出力する手段が備えられている。また、割り込み要求を発生したとき割り込み要求線に他の外部機器からの割り込み要求が無く、かつ、割り込み調停クロックのデコード値が予め各外部機器に設定されている機器番号に一致したときのみ、ＣＰＵの割り込みアクノレッジ信号を受け付け可能とする手段が設けられている。

このことにより、複数の外部機器からの割り込み要求を優先順位を設けることなく、簡易かつ平等に調停することができる、としている。

特公平６−３９１７号公報（第２頁、第１−２図）

上述した従来の割り込み調停システムは、以下のような問題を有している。

まず、デイジーチェーン方式では、複数の外部機器に優先順位が付けられるようになっている。しかしながら、デイジーチェーンにすると、外部機器が取り外し可能な構造でマザーボードに実装されている場合、１つの外部機器が取り外されると、それより優先度の低い外部機器の割り込み要求はすべて受け付け不能になってしまう。

また、ポーリング方式の場合にも、ポーリングの順序により優先順位が決まるようになっている。しかし、外部機器の数が多い場合には、全部の外部機器をポーリングするのに非常に時間がかかってしまうという問題を有している。

さらに、特許文献１に開示された割り込み調停システムでは、各外部機器にあらかじめ設定された唯一の機器番号と調停クロックのデコード値の一致を、割り込みの調停として使用しているため、割り込み処理に優先度を付けることができない。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、従って、本発明の目的は、複数の外部機器からの割り込み要求の処理優先度の重み付けを、簡易な構成で容易に実現することを可能とする、割り込み調停システム及び割り込み調停方法、を提供することにある。

本発明の割り込み調停システムは、バスを共有する複数の機器と前記機器からの割り込み要求を受け付けて該割り込み要求に対応した割り込み処理を実行する割り込み処理装置と、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるための調停信号を発生する調停信号発生回路と、を備え、
前記機器は、複数の調停番号を保持する手段と、
当該機器に設定された複数の調停番号の何れかと、前記調停信号の値とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する手段と、
を備えることを特徴とする。

また、前記機器は、前記複数の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする手段を更に備える、ことを特徴とする。

さらに、前記機器は、前記複数の調停番号を動的に変更する手段を備える、ことを特徴とする。

本発明の機器は、バスを共有する割り込み処理装置に対して割り込み要求を出力する機器であって、
複数の調停番号を保持する手段と、
前記複数の調停番号の何れかと、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるため調停信号発生回路から出力された調停信号の値、とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する手段と、を備えることを特徴とする。

また、前記機器は、前記複数の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする手段を更に備える、ことを特徴とする。

さらに、前記機器は、前記複数の調停番号を動的に変更する手段を備える、ことを特徴とする。

本発明の割り込み調停方法は、バスを共有し複数の調停番号を有する機器（複数）と前記機器からの割り込み要求を受け付けて該割り込み要求に対応した割り込み処理を実行する割り込み処理装置とを備えるシステムにおける割り込み調停方法であって、
前記機器は、当該機器に設定された複数の調停番号の何れかと、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるための調停信号の値、とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する、ことを特徴とする。

また、前記機器は、前記複数の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする、ことを特徴とする。

さらに、前記機器は、前記複数の調停番号を動的に変更する、ことを特徴とする。

本発明の割り込み調停システムは、バスを共有する複数の機器と前記機器からの割り込み要求を受け付けて該割り込み要求に対応した割り込み処理を実行する割り込み処理装置と、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるための調停信号を発生する調停信号発生回路と、を備え、
前記機器は、複数の調停番号を保持する手段と、
当該機器に設定された複数の調停番号の何れかと、前記調停信号の値とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する手段と、
を備えることを特徴としている。

このように、各機器は複数の調停番号を保持しているため、割り込み要求を出力するタイミングを識別させる調停信号に対し、複数回の割り込み要求を出力する機会を有するようになる。従って、各機器は、割り込み要求の処理機会を複数回に増すことができる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の割り込み調停システムの一実施形態を示すブロック図である。なお、図中の信号名において、最後の文字がＮで終わる信号はＬｏｗアクティブであり、それ以外の信号はＨｉｇｈアクティブであることを示すものとする。

図１に示す割り込み調停システム１００は、割り込み処理装置１と、４つの外部機器２−１〜２−４と、調停信号発生回路３、とを備え、割り込み処理装置１と外部機器２−１〜２−４は、共有バス４により接続されている。

調停信号発生回路３は、外部機器２−１〜２−４がそれぞれ２つずつ持つ調停番号を符号化した割り込み調停用の調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２を、割り込み調停クロックとして発生する。

外部機器２−１〜２−４内部で割り込み要求が発生し、割り込み要求の条件が揃うと、外部機器２は信号線５に割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力する。

そして、割り込み処理装置１から信号線６を介して割り込み応答信号ＴＩＡＣＫＮが返されると、外部機器２は、割り込みベクタを共有バス４にのせて、自外部機器２が割り込み発生機器であることを、割り込み処理装置１に通知するようになっている。

各外部機器２−１〜２−４からの割り込み要求信号ＴＩＲＱＮは、ワイアードＯＲ接続された信号線５により、割り込み処理装置１に伝達される。

また、割り込み処理装置１からの割り込み応答信号ＴＩＡＣＫＮは、各外部機器２−１〜２−４に接続された信号線６を介して、各外部機器２に伝達される。

調停信号発生回路３では、４つの外部機器２−１〜２−４のうちどの外部機器２が割り込み要求ＴＩＲＱＮを出力するかのタイミングを決定するための３本の調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２を生成し、信号線７を介して出力するようになっている。

次に、図２を参照して、図１に示した外部機器２の構成について説明する。

図２は、外部機器の構成の一例を示す回路図である。なお、図２において図１に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略するものとする。

図２における外部機器２は、制御回路２１と調停番号設定部２６と比較器２５と要求条件判定回路２２から構成されている。

制御回路２１は、外部機器２としての割り込み要求内部信号ＩＲＱＮを出力するとともに、割り込み応答内部信号ＩＡＣＫＮの入力により、割り込みベクタを共有バス４にのせるようになっている。

調停番号設定部２６は、外部機器２が有する２つの調停番号を設定しておく調停番号設定部２６−１、２６−２とから構成されている。なお、調停番号設定部２６は、調停番号を任意にイネーブル（有効とする）／ディスエーブル（無効とする）できる手段を備えている。調停番号を任意にイネーブル／ディスエーブルできる手段は、例えば、スイッチにより構成することが可能である。調停番号をイネーブルするときは、該スイッチをＯＮさせて、調停番号設定部２６−１（或いは、調停番号設定部２６−２）を比較器２５と接続させる。また、調停番号をディスエーブルするときは、該スイッチをＯＦＦとして、調停番号設定部２６−１（或いは、調停番号設定部２６−２）と比較器２５との接続を切断させる。

比較器２５は、調停信号発生回路３からの調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２と、調停番号設定部２６に設定してある調停番号の比較を行う。調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２と、調停番号設定部２６（２６−１或いは２６−２）の調停番号が一致する場合は、一致信号ＳＥＬＲを出力するようになっている。

要求条件判定回路２２は、一致信号ＳＥＬＲと、他の外部機器２からの割り込み要求信号ＴＩＲＱＮおよび割り込み要求内部信号ＩＲＱＮから、自外部機器２が割り込み要求を出力できるか否かを判定する。判定の結果、割り込み要求条件（後述する）を満足した場合には、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力するようになっている。要求条件判定回路２２から出力する割り込み要求信号ＴＩＲＱＮは、オープンドレインのバッファ２３を介して信号線５へ出力される。要求条件判定回路２２から割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力した後は、割り込み処理装置１からの割り込み応答信号ＴＩＡＣＫＮを入力可能とするようになっている。

なお、図２に示す外部機器２は、４つの外部機器２−１〜２−４の内の外部機器２−１を代表として示すものとする。そのため、調停番号設定部２６には、外部機器２−１が有する２つの調停番号が設定され、調停番号設定部２６−１には２進数の「０００」、調停番号設定部２６−２には２進数の「１００」が設定されている。４つの外部機器２−１〜２−４には、それぞれ重複しない調停番号を設定しておくものとする。

次に、図３を参照して、図１に示した割り込み処理装置１の構成について説明する。

図３は、割り込み処理装置の構成の一例を示す回路図である。なお、図３において図１に示す構成要素に対応するものは同一の参照数字または符号を付し、その説明を省略するものとする。

図３における割り込み処理装置１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ：中央処理装置）１１により構成されている。

ＣＰＵ１１は、信号線５からの割り込み要求信号ＴＩＲＱＮをバッファ経由で入力されると、内部信号ＩＲＱＮ’として受け付ける。この時、この割り込み要求を処理可能な状態であれば、割り込み応答信号ＩＡＣＫＮ’をオープンドレインのバッファ１２より出力し、ＴＩＡＣＫＮとして信号線６に出力する。そして、共有バス４から割り込みベクタを読み込むようになっている。

次に、図４を参照して、図１〜図３に示した本実施形態の動作について説明する。なお、以下の記述において、「アサート」とは、Ｈｉｇｈアクティブ信号ではＨｉｇｈ電位を、Ｌｏｗアクティブ信号ではＬｏｗ電位を出力することを表すものとする。「ネゲート」は、逆に、Ｈｉｇｈアクティブ信号のＬｏｗ電位出力、および、Ｌｏｗアクティブ信号のＨｉｇｈ電位出力を表すものとする。

また、本実施形態において、３つの外部機器２−１〜２−３にはそれぞれ２つの調停番号が設定されており、外部機器２−４には調停番号が１つだけ設定されているものとする。具体的には、外部機器２−１には調停番号「０００」と「１００」、外部機器２−２には調停番号「００１」と「１０１」、外部機器２−３には調停番号「０１０」と「１１０」が設定されている。そして、外部機器２−４には調停番号「０１１」が１つだけ設定されており、もう一つの調停番号はディスエーブルされているものとする。すなわち、外部機器２−４の調停番号設定部２６−１には２進数「０１１」が設定されているが、外部機器２−４の調停番号設定部２６−２はディスエーブルされている。

図４は、本実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。以下において、外部機器２の代表として外部機器２−１をとりあげ、外部機器２−１の動作を中心に説明を行っていくものとする。

各外部機器２の制御回路２１は、任意の時期に割り込み要求を発生し、割り込み要求内部信号ＩＲＱＮをアサートする。しかし、本実施形態において、各外部機器２−１〜２−４が割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力できるのは、次の３つの条件が揃ったときのみである。

（１）割り込み要求内部信号ＩＲＱＮがアサートされている。

（２）割り込み要求信号ＴＩＲＱＮがネゲートされている。

（３）一致信号ＳＥＬＲがアサートされている。

すなわち、外部機器２の内部に割り込み要求が発生している（上記（１）の条件）。自分以外のすべての外部機器２が割り込み要求を出力していない（上記（２）の条件）。調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２と自外部機器２の保持する調停番号のうちのひとつが一致した（上記（３）の条件）。以上の３条件が揃った場合にのみ、外部機器２は割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力することができる。

図４において、期間Ｔ１では、外部機器２−１は、割り込み要求内部信号ＩＲＱＮをアサートしたが、他の外部機器２が割り込み要求信号ＴＩＲＱＮをアサートしている。つまり、上記（１）の条件は満たしているが、上記（２）の条件が満たされていない。従って、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力する条件が揃っていない。

図４の続く期間Ｔ２では、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮがネゲートされた。つまり、上記（２）の条件が満たされた。

しかし、調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２が、外部機器２−１の有する調停番号と一致していない。期間Ｔ２の（ａ）点のＳＥＬ２、ＳＥＬ１、ＳＥＬ０は、「０１０」であり、（ｂ）点のＳＥＬ２、ＳＥＬ１、ＳＥＬ０は、「０１１」である。この調停信号は、外部機器２−１が有する２つの調停番号「０００」、「１００」の何れとも一致していない。つまり、上記（３）の条件が満たされていない。従って、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力する条件が揃っていない。

図４の、これに続く期間Ｔ３では、上記３条件がすべて揃ったため、外部機器２−１は割り込み要求信号ＴＩＲＱＮをアサートしている。

具体的には、割り込み要求内部信号ＩＲＱＮをアサートしており、上記（１）の条件は満たしている。また、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮがネゲートされており、上記（２）の条件が満たされている。さらに、期間Ｔ３の（ｃ）点のＳＥＬ２、ＳＥＬ１、ＳＥＬ０は「１００」であり、外部機器２−１が有する２つの調停番号のうちのひとつ「１００」と一致している。そこで、一致信号ＳＥＬＲがアサートされている。つまり、上記（３）の条件も満たされた。従って、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力する条件が揃ったため、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮをアサートしたものである。

以上の動作により、外部機器２−１内部で割り込み要求が発生したのち、割り込み要求の条件が揃った時点で、外部機器２−１は信号線５に割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力している。

そして、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮが割り込み処理装置１で受け付けられ、割り込み処理装置１から信号線６を介して割り込み応答信号ＴＩＡＣＫＮが返される。

すると、外部機器２−１は、割り込みベクタを共有バス４にのせて、自外部機器２−１が割り込み発生機器であることを、割り込み処理装置１に通知する。これにより、外部機器２−１からの割り込み要求が割り込み処理装置１によって処理されることとなる。

以上説明した本実施形態においては、外部機器２の内部で割り込み要求が発生したとき、割り込み要求３条件が揃った外部機器２だけが割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを出力できるようになっている。従って、複数の外部機器２−１〜２−４が、割り込み要求信号ＴＩＲＱＮを同時に出力することを、簡易な構成で防ぐことができるようになっている。

また、外部機器２−１〜２−３には２つの調停番号が設定されているが、外部機器２−４には１つだけの調停番号が設定されている。従って、外部機器２−１〜２−３は、調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２が「０００」〜「１１１」まで一周する間に、それぞれ２回の割り込み要求信号ＴＩＲＱＮの出力機会がある。これに対し、外部機器２−４は、調停信号ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２が一周する間に、１回のみの割り込み要求出力機会しか持たない。これにより、外部機器２−４は他の外部機器２（２−１、２−２、２−３）に比べて、割り込み要求出力の優先度が半分になっている。

このように、本実施形態の割り込み調停システムにおいては、外部機器２の調停番号設定部２６に設定する調停番号を２つとし、また、設定した調停番号を任意にイネーブル／ディスエーブルできるようになっている。従って、外部機器２から出力される割り込み要求の処理機会を増減させることが可能となり、割り込み要求の処理優先度の重み付けを、簡易な構成で実現することが可能となる。

なお、上述した本実施形態においては、外部機器２の数を４つとし、各外部機器２に設定する調停番号の数を２つ、としている。しかし、これらの数は、これに限定されるものではなく、任意に増加させることが可能である。そのためには、調停信号発生回路３からの調停信号のビット数を増やすことによって実現可能となる。

具体的に例示する。

上述した本実施形態では、調停信号発生回路３からの調停信号として、ＳＥＬ０〜ＳＥＬ２の３ビットの信号を用いるようにしている。３ビットの調停信号は「０００」〜「１１１」の８種類の出力であるため、外部機器２の数（４つ）×各外部機器２の調停番号の数（２つ）＝８、のすべてに対応できるビット数となっている。

この調停信号を、４ビットに増やした場合、「００００」〜「１１１１」の１６種類の出力となる。従って、外部機器２の数＝８、各外部機器２の調停番号の数＝２、の場合に対応可能であり、或いは、外部機器２の数＝４、各外部機器２の調停番号の数＝４、の場合にも対応可能である。以下、調停信号を５ビット、或いは、それ以上、とした場合も同様である。

このように、外部機器数×調停番号数に対応可能なビット数の調停信号を用いるようにすることにより、外部機器２の数を可変にする、或いは、各外部機器２に設定する調停番号の数を可変にする、ことが可能となる。

また、上述した本実施形態においては、各外部機器２の保持する調停番号は、一度設定したら変更せず、固定的な調停番号を使用するものとして説明したが、動的に調停番号を変更できるようにすることも可能である。

そのためには、例えば、外部機器２の調停番号設定部２６を、データのリード／ライトが可能なＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：ラム）により構成する。そして、制御回路２１から該ＲＡＭに、調停番号を設定する手段、及び、該ＲＡＭ内の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする手段を設けるようにすればよい。

このようにすることにより、外部機器２の調停番号を動的に変更可能な割り込み調停システムを構成することもできる。

本発明の割り込み調停システムの一実施形態を示すブロック図である。 外部機器の構成の一例を示す回路図である。 割り込み処理装置の構成の一例を示す回路図である。 本実施形態の動作を説明するタイミングチャートである。

符号の説明

１ 割り込み処理装置
１１ ＣＰＵ
１２ バッファ
２ 外部機器
２１ 制御回路
２２ 要求条件判定回路
２３ バッファ
２５ 比較器
２６ 調停番号設定部
３ 調停信号発生回路
４ 共有バス
５ 信号線
６ 信号線
７ 信号線
１００ 割り込み調停システム

Claims (9)

1. バスを共有する複数の機器と前記機器からの割り込み要求を受け付けて該割り込み要求に対応した割り込み処理を実行する割り込み処理装置と、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるための調停信号を発生する調停信号発生回路と、を備え、
   前記機器は、複数の調停番号を保持する手段と、
   当該機器に設定された複数の調停番号の何れかと、前記調停信号の値とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する手段と、
   を備えることを特徴とする割り込み調停システム。
2. 前記機器は、前記複数の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の割り込み調停システム。
3. 前記機器は、前記複数の調停番号を動的に変更する手段を備える、ことを特徴とする請求項１或いは請求項２の何れか１項に記載の割り込み調停システム。
4. バスを共有する割り込み処理装置に対して割り込み要求を出力する機器であって、
   複数の調停番号を保持する手段と、
   前記複数の調停番号の何れかと、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるため調停信号発生回路から出力された調停信号の値、とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する手段と、
   を備えることを特徴とする機器。
5. 前記機器は、前記複数の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする手段を更に備える、ことを特徴とする請求項４に記載の機器。
6. 前記機器は、前記複数の調停番号を動的に変更する手段を備える、ことを特徴とする請求項４或いは請求項５の何れか１項に記載の機器。
7. バスを共有し複数の調停番号を有する機器（複数）と前記機器からの割り込み要求を受け付けて該割り込み要求に対応した割り込み処理を実行する割り込み処理装置とを備えるシステムにおける割り込み調停方法であって、
   前記機器は、当該機器に設定された複数の調停番号の何れかと、前記機器が割り込み要求を出力するタイミングを識別させるための調停信号の値、とが一致したときに割り込み要求信号を前記割り込み処理装置に対して出力する、ことを特徴とする割り込み調停方法。
8. 前記機器は、前記複数の調停番号をイネーブル／ディスエーブルする、ことを特徴とする請求項７に記載の割り込み調停方法。
9. 前記機器は、前記複数の調停番号を動的に変更する、ことを特徴とする請求項７或いは請求項８の何れか１項に記載の割り込み調停方法。
   

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