JP3029355B2 - 命令のシングルステップ実行方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、遅延分岐型の命令実
行パイプライン処理を行う情報処理装置における命令の
シングルステップ実行方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】計算機等の情報処理装置では、デバッグ
作業等のために、命令のシングルステップ実行が行われ
る。従来、このシングルステップ実行の方式として、以
下の２つが知られていた。

【０００３】第１の方式は、ＣＰＵハードウェアがシン
グルステップ割込みをサポートし、ＣＰＵの実行モード
により（具体的には、プログラムステータスワード中の
トレースフラグの指定により）１命令実行する毎に割込
みを発生させることで実現するものである。

【０００４】第２の方式は、シングルステップ実行すべ
き命令の次の命令をブレークポイント割込み発生命令
（以下、ＢＰＴ命令と称する）などに置換えてソフトウ
ェア的に実現するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記第
１の方式では、命令実行後発生する演算エラーなどの割
込みから復帰した際、ハードウェア的にシングルステッ
プ割込みを発生させなければならないため、ハードウェ
ア構成が極めて複雑となる問題があった。

【０００６】また上記第２の方式では、マルチプログラ
ミング環境などにおいてコード部が共有されていたり、
書込み不可であると実現できず、しかもソフトウェア的
に命令を解析しなければならないためオーバヘッドが大
きいという問題があった。

【０００７】この発明は上記事情を考慮してなされたも
のでその目的は、命令（コード部）を書換えることなし
に、ＢＰＴ命令（ブレークポイント割込み発生命令）を
用いた割込み発生によるシングルステップ実行が行え
る、オーバヘッドの少ないシングルステップ実行方式を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、遅延分岐型
の命令実行パイプライン処理のために、割込み発生時
に、次に実行を開始すべき命令の番地であるロケーショ
ン、およびその命令の次に実行すべき命令の番地である
ネックスト（ｎｅｘｔ）ロケーションを含む割込み復帰
情報をセーブするセーブ手段を備え、割込みからの復帰
時には、上記セーブ手段によりセーブされたロケーショ
ンおよびネックストロケーションに従って処理を再開す
る情報処理装置において、

【０００９】シングルステップ実行の対象となる連続す
る２命令のうちの、先に実行すべき命令の番地を保持す
る第１の保持手段と、後から実行すべき命令の番地を保
持する第２の保持手段と、ブレークポイント割込み発生
命令（ＢＰＴ命令）の番地を予め保持する第３の保持手
段と、命令のシングルステップ実行を行うための特定モ
ード（シングルステップモード）では、第１の保持手段
に保持されている番地をロケーション、第３の保持手段
に保持されている番地をネックストロケーションとして
命令実行を行わせる制御手段であって、シングルステッ
プモードでＢＰＴ命令が実行された結果、セーブ手段に
よりロケーションおよびネックストロケーションがセー
ブされた後に、第２の保持手段に保持されている番地を
第１の保持手段に移すと共に、セーブ手段によりセーブ
されたネックストロケーションを第２の保持手段に移す
制御手段とを設け、第１の保持手段に移した番地を新た
なロケーションとし、第３の保持手段に保持されている
番地を新たなネックストロケーションとして、上記制御
手段が命令実行を再開させるようにしたことを特徴とす
るものである。

【００１０】

【作用】命令実行パイプライン処理を行う近年の情報処
理装置では、分岐命令処理が実行されて分岐先の番地が
求められても分岐せず、引き続き後続の命令（本来な
ら、分岐命令に先行して行われるように配置される命
令）を実行してから分岐することにより、分岐命令を含
む命令処理の高速化を図るようにしている。このような
命令処理は、遅延分岐型の命令実行パイプライン処理と
呼ばれる。

【００１１】この遅延分岐型の命令実行パイプライン処
理を適用した場合、割込みの発生時に、割込み復帰後に
最初に実行すべき命令番地（ロケーション）だけをセー
ブしていたのでは、実際に割込みから復帰して命令実行
を再開する場合、２番目に実行すべき命令以降の命令処
理が正しく行える保証はない。

【００１２】そこで、割込み発生時に、割込み復帰後に
最初に実行すべき命令番地（ロケーション）の他、その
次に実行すべき命令番地（ネックストロケーション）
を、プロセッサ状態としてセーブ（退避）するセーブ機
構（セーブ手段）を設け、割込みからの復帰時に、ロケ
ーションおよびネックストロケーションを指定すること
で、ロケーションから正しく実行が再開できるようにし
た一手法が開発されている。

【００１３】本発明は、この機能を利用したもので、シ
ングルステップモードでは、第１および第２の保持手段
に保持されているシングルステップ実行すべき連続する
２命令の番地のうち、先に実行すべき命令の番地をロケ
ーション、第３の保持手段に予め保持されているＢＰＴ
命令の番地をネックストロケーションして命令実行が行
われる。そして、シングルステップ実行すべき命令が実
行され、続いてＢＰＴ命令が実行された結果、セーブ手
段が起動されてロケーションおよびネックストロケーシ
ョンがセーブされる。このネックストロケーションは、
通常は第２保持手段に保持されている番地の命令の次に
シングルステップ実行すべき命令の番地となる。

【００１４】そして、第２の保持手段に保持されている
番地を第１の保持手段に移すと共に、セーブ手段により
セーブされたネックストロケーションを第２の保持手段
に移した後、第１の保持手段に移された番地を新たなロ
ケーションとし、第３の保持手段に保持されているＢＰ
Ｔ命令の番地を新たなネックストロケーションとして命
令実行を再開することにより、次のシングルステップ実
行すべき命令とＢＰＴ命令とを順に実行させることがで
きる。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の一実施例に係る遅延分岐型
の命令実行パイプライン処理を適用する情報処理装置の
要部のブロック構成図である。

【００１６】図１において、１は次に実行すべき（現在
実行中の）命令の番地（アドレス）を保持するためのロ
ケーションカウンタ（ＬＯＣ）、２はロケーションカウ
ンタ１の示す命令の次に実行すべき命令の番地を保持す
るためのネックストロケーションカウンタ（ＮＬＯＣ）
である。

【００１７】３ａはシングルステップ実行すべきプログ
ラム等（命令列）が配置されている主記憶上のユーザプ
ログラム領域、３ｂはソフトウェア的に割込みを発生さ
せるためのＢＰＴ命令（ブレークポイント割込み発生命
令）が記憶されている主記憶上の例えばＸ番地の領域
（以下、ＢＰＴ命令記憶域と称する）である。

【００１８】４は割込み処理を司る割込みハンドラであ
る。割込みハンドラ４は、割込み発生時に、ＣＰＵ（プ
ロセッサ）が次に実行を開始する命令の番地をロケーシ
ョン、その命令の実行後に実行すべき命令の番地をネッ
クストロケーションとしてセーブするセーブ機構４１を
有する。５はセーブ機構４１による情報セーブに供され
る例えば主記憶上のセーブ領域である。

【００１９】６はシングルステップ実行の対象となる連
続する２命令の番地を保持するための例えば主記憶上の
領域（以下、シングルステップ実行対象命令番地記憶域
と称する）、７はＢＰＴ命令の番地（Ｘ）を予め保持す
るための例えば主記憶上の領域（以下、ＢＰＴ命令番地
記憶域と称する）である。シングルステップ実行対象命
令番地記憶域６は、次にシングルステップ実行すべき命
令の番地を保持するための、先行シングルステップ実行
対象命令番地記憶域６１と、更にその次にシングルステ
ップ実行すべき命令の番地を保持するための、後続シン
グルステップ実行対象命令番地記憶域６２とからなる。

【００２０】８は命令のシングルステップ実行を行うた
めのシングルステップモードにおいてＢＰＴ命令による
割込み発生後に当該シングルステップ実行を再開させる
ためのシングルステップ実行再開部である。シングルス
テップ実行再開部８は、後続シングルステップ実行対象
命令番地記憶域６２の内容を先行シングルステップ実行
対象命令番地記憶域６１に移すと共に、セーブ領域５に
セーブされたネックストロケーションを記憶域６２に移
した後、記憶域６１および記憶域７の内容をもとに命令
のシングルステップ実行を再開させる。

【００２１】次に、図１の構成の動作を、ユーザプログ
ラム領域３ａ上の番地（アドレス）Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ…の
命令ａ，ｂ，ｃ，ｄ…をシングルステップで実行する場
合を例に説明する。本実施例において、命令のシングル
ステップ実行を行うためには、シングルステップモード
を設定する必要がある。

【００２２】シングルステップモードが設定されると、
まず、最初にシングルステップ実行すべき命令ａの番地
Ａが先行シングルステップ実行対象命令記憶域６１に初
期設定され、命令ａの次にシングルステップ実行すべき
命令ｂの番地Ｂが後続シングルステップ実行対象命令記
憶域６２に初期設定される。

【００２３】この状態で、シングルステップ実行再開部
８は、先行シングルステップ実行対象命令記憶域６１の
内容（命令ａの番地Ａ）をロケーションカウンタ１に設
定すると共に、ＢＰＴ命令番地記憶域７の内容（ＢＰＴ
命令の番地Ｘ）をネックストロケーションカウンタ２に
設定して、命令実行を行わせる。

【００２４】すると、まず、ロケーションカウンタ１の
示す番地Ａを用いて（主記憶上の）ユーザプログラム領
域３ａから命令ａをフェッチし、同命令ａをデコードし
て実行する動作が行われる。

【００２５】次に、ネックストロケーションカウンタ２
の内容（Ｘ）がロケーションカウンタ１に移されると共
に、命令ｂの次にシングルステップ実行すべき命令ｃの
番地Ｃがネックストロケーションカウンタ２に設定され
る。すると、ロケーションカウンタ１に移された番地Ｘ
を用いて（主記憶上の）ＢＰＴ命令記憶域３ｂからＢＰ
Ｔ命令をフェッチし、同ＢＰＴ命令をデコードして実行
する動作が行われる。

【００２６】ＢＰＴ命令が実行されると、ソフトウェア
的に割込みが発生して、割込みハンドラ４に制御が移
る。すると、割込みハンドラ４内のセーブ機構４１は、
割込みからの復帰のための情報をセーブ領域５にセーブ
する。この割込み復帰情報は、ＢＰＴ命令実行前のプロ
セッサ（ＣＰＵ）状態を示すもので、ロケーションとし
てのＢＰＴ命令の番地Ｘと、ネックストロケーションと
しての命令ｃの番地Ｃを含む。なお、命令ａが分岐命令
であるならば、その分岐先アドレスがネックストロケー
ションとされる。ここでは、命令ａは分岐命令でないも
のとする。

【００２７】シングルステップ実行再開部８は、ＢＰＴ
命令の実行による割込み発生の後、命令（のシングルス
テップ）実行を再開したい場合、まず後続シングルステ
ップ実行対象命令番地記憶域６２の内容（命令ｂの番地
Ｂ）を先行シングルステップ実行対象命令番地記憶域６
１に移すと共に、セーブ領域５にセーブされている割込
み復帰情報中のネックストロケーション（命令ｃの番地
Ｃ）を後続シングルステップ実行対象命令番地記憶域６
２に移す。

【００２８】次にシングルステップ実行再開部８は、命
令ａの番地Ａを記憶域６１に、次の命令ｂの番地Ｂを記
憶域６２に初期設定した場合と同様に、記憶域６１の内
容（命令ｂの番地Ｂ）をロケーションカウンタ１に設定
すると共に、ＢＰＴ命令番地記憶域７の内容（ＢＰＴ命
令の番地Ｘ）をネックストロケーションカウンタ２に設
定して、命令実行を行わせる。

【００２９】これにより、まず、ロケーションカウンタ
１の示す番地Ｂを用いて主記憶上のユーザプログラム領
域３ａから（命令ａの次の）命令ｂをフェッチし、同命
令ｂをデコードして実行する動作が行われる。

【００３０】次に、ネックストロケーションカウンタ２
の内容（Ｘ）がロケーションカウンタ１に移されると共
に、命令ｃの次にシングルステップ実行すべき命令ｄの
番地Ｄがネックストロケーションカウンタ２に設定され
る。すると、ロケーションカウンタ１に移された番地Ｘ
を用いて主記憶上のＢＰＴ命令記憶域３ｂからＢＰＴ命
令をフェッチし、同ＢＰＴ命令をデコードして実行する
動作が行われ、割込みが発生する。

【００３１】以下、同様にして、命令ｃ、ＢＰＴ命令、
命令ｄ、ＢＰＴ命令…のように、シングルステップ実行
すべき命令とＢＰＴ命令とが繰り返し実行され、ユーザ
プログラム領域３ａ上の命令ａ，ｂ，ｃ，ｄ…がシング
ルステップ実行される。

【００３２】なお、シングルステップモードでない場
合、即ち通常のモードでは、割込みから復帰して命令実
行を再開する際に、セーブ領域５にセーブされているロ
ケーション，ネックストロケーションが図示せぬ命令実
行再開部によりロケーションカウンタ１，ネックストロ
ケーションカウンタ２に設定されて、命令実行が再開さ
れる。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
遅延分岐型の命令実行パイプライン処理では、割込み発
生時に、次に実行を開始すべき命令の番地であるロケー
ション、およびその命令の次に実行すべき命令の番地で
あるネックスロケーションを含む割込み復帰情報をセー
ブしておき、割込みからの復帰時には、このセーブされ
たロケーションおよびネックストロケーションに従って
処理を再開することに着目し、命令のシングルステップ
実行を行うためのシングルステップモードにおいて、次
にシングルステップ実行すべき命令の番地を新たなロケ
ーション、ＢＰＴ命令（ブレークポイント割込み発生命
令）の番地を新たなネックストロケーションとして指定
して命令実行を再開させることにより、シングルステッ
プ実行すべき命令の実行後にＢＰＴ命令を実行させると
共に、先にセーブされたネックストロケーションを更に
その次にシングルステップ実行すべき命令の番地として
利用できるように保持しておく構成としたので、シング
ルステップ実行すべき命令の列を先頭から順に実行し
て、しかも１命令実行毎にＢＰＴ命令により割込みを発
生させることができる。

【００３４】即ち、この発明によれば、ＢＰＴ命令を用
いた割込み発生によるシングルステップ実行が命令（コ
ード部）を書換えることなしに行える。またＢＰＴ命令
を用いて割込みを発生させるため、他の割込みが発生し
た場合でも問題ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る遅延分岐型の命令実
行パイプライン処理を適用する情報処理装置の要部のブ
ロック構成図。

【符号の説明】

１…ロケーションカウンタ（ＬＯＣ）、２…ネックスト
ロケーションカウンタ（ＮＬＯＣ）、３ａ…ユーザプロ
グラム領域、３ｂ…ＢＰＴ命令記憶域、４…割込みハン
ドラ、５…セーブ領域、７…ＢＰＴ命令番地記憶域（第
３の保持手段）、８…シングルステップ実行再開部（制
御手段）、４１…セーブ機構、６１…先行シングルステ
ップ実行対象命令番地記憶域（第１の保持手段）、６２
…後続シングルステップ実行対象命令番地記憶域（第２
の保持手段）。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 遅延分岐型の命令実行パイプライン処理
   のために、割込み発生時に、次に実行を開始すべき命令
   の番地であるロケーション、およびその命令の次に実行
   すべき命令の番地であるネックスト（ｎｅｘｔ）ロケー
   ションを含む割込み復帰情報をセーブするセーブ手段を
   備え、割込みからの復帰時には、前記セーブ手段により
   セーブされたロケーションおよびネックストロケーショ
   ンに従って処理を再開する情報処理装置において、 シングルステップ実行の対象となる連続する２命令のう
   ちの先に実行すべき命令の番地を保持する第１の保持手
   段と、 前記シングルステップ実行の対象となる連続する２命令
   のうちの後から実行すべき命令の番地を保持する第２の
   保持手段と、 ブレークポイント割込み発生命令の番地を予め保持する
   第３の保持手段と、 命令のシングルステップ実行を行うためのシングルステ
   ップモードでは、前記第１の保持手段に保持されている
   番地をロケーション、前記第３の保持手段に保持されて
   いる番地をネックストロケーションとして命令実行を行
   わせる制御手段であって、前記シングルステップモード
   で前記ブレークポイント割込み発生命令が実行され、前
   記セーブ手段により前記ロケーションおよびネックスト
   ロケーションがセーブされた後に、前記第２の保持手段
   に保持されている番地を前記第１の保持手段に移すと共
   に、前記セーブ手段によりセーブされた前記ネックスト
   ロケーションを前記第２の保持手段に移す制御手段とを
   具備し、 前記制御手段は、記第１の保持手段に移した番地を新た
   なロケーション、前記第３の保持手段に保持されている
   番地を新たなネックストロケーションとして、命令実行
   を再開させるようにしたことを特徴とする命令のシング
   ルステップ実行方式。