JP3305841B2 - プログラム制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばコンピュータに
おいてプログラムの実行を追跡するトレース機能等の別
の業務への分岐又は割込命令をプログラムの各命令が既
に設定されているアドレスに埋込み、該当アドレスに設
定されていた元の命令を別のアドレスに移動させて実行
するプログラム制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータの記憶部に設定されている
各種業務を実行するためのプログラムを構成する各命令
は、例えば図４に示すように、オペランドと演算子とで
構成されている。オペランドとはこの命令における演算
子が指定する演算の対象となる値や変数を意味する。そ
して、例えば、記憶部のアドレスがこのオペランドとし
て命令内に演算対象として設定される場合もある。

【０００３】図４においては、記憶部の各アドレスＡ
_N-1 ，Ａ_N ，Ａ_N+1 ，Ａ_N+2 に、それぞれ命令１，命令
２，命令３，命令４が記憶されている。このような多数
の命令から構成されるプログラムを実行する場合、クロ
ックでカウント値ＰＣが順番に増加していく図示しない
プログラムカウンタを用いて、カウント値ＰＣが指定す
るアドレスに記憶されている各命令を順番に読出して実
行していく。

【０００４】また、コンピュータにおいては、性能解析
や不具合発生時の原因解析のために、プログラムの実行
を追跡するトレース機能が組込まれる場合がある。この
トレース機能は各命令を実行する毎に、該当命令の所在
や、命令実行直後の各レジスタの内容を表示したり、記
憶保持する。また、トレース機能のなかには、予め指定
した特定の命令を実行する場合のみ、上述したトレース
処理を行う場合もある。

【０００５】この特定の命令をトレースするトレース機
能を実現する割込処理のプログラムは、前記記憶部にお
ける該当命令の直後のアドレス以降に格納されている
が、図４に示すように、記憶部の別のアドレス領域Ａ
_M ，Ａ_M+1 ，…に設定しておき、前記トレース対象命令
のアドレスの次のアドレスに前記トレース機能の先頭ア
ドレス領域Ａ_M にプログラム制御を移動する命令をプロ
グラム実行過程において書込む場合もある。

【０００６】この場合、トレース対象命令の次のアドレ
スに記憶されていた命令は一旦トレース処理の割込処理
プログラム内の別のアドレスに移動させられる。図４に
おいては、アドレスＡ_N-1 の命令１がトレース対象命令
となり、次のアドレスＡ_N の命令２が割込処理プログラ
ム内の別のアドレスＡ_M+n に移動させられる。

【０００７】図５は、プログラムカウンタのカウント値
ＰＣの変遷を示す図である。アドレスＡ_N の指定が終了
すると、カウント値ＰＣがアドレスＡ_M に飛ぶ。そし
て、アドレスＡ_M+n において、割込処理が終了すると、
元のアドレスＡ_N+1 へ戻る。このようなトレース機能に
おいては、命令２はプログラムカウンタのカウント値Ｐ
Ｃが移動先のアドレスＡ_M+n を指定した時点で実行され
る。

【０００８】コンピュータの記憶部に設定される各命令
の演算子の内容によっては、自己のアドレスを参照して
演算を実行する場合もある。具体的には、この自己のア
ドレスとしてプログラムカウンタのカウント値ＰＣを用
いている。

【０００９】このように、プログラムカウンタのカウン
ト値ＰＣを参照して演算処理する命令の場合は、該当命
令２のアドレスが元のアドレスＡ_Nから別のアドレスＡ
_M+nへ移動することによって、異なるカウント値ＰＣを
用いて演算処理するので、処理結果が異なる場合も発生
する。

【００１０】このような事態の発生を未然に防止するた
めに、図６に示すように、トレース機能の割込処理プロ
グラム内に、移動対象命令２の演算子の内容を調べて、
必要に応じて、移動先のアドレスＡ_M+n に書込む命令、
すなわち代替命令の内容を変更するようにしている。

【００１１】図６の流れ図において、移動対象命令２の
演算子の内容を調べる（Ｐ１）。演算子の内容がプログ
ラムカウンタのカウント値ＰＣを参照しない場合は（Ｐ
２）、代替命令は元の命令２のままでよい（Ｐ３）。そ
して、アドレスＡ_N にトレースの割込処理に移行する命
令を書込む。

【００１２】演算子の内容がプログラムカウンタのカウ
ント値ＰＣを参照する場合で、オペランドの型が図４に
示すように、同一記憶部の異なるアドレス領域へ移動す
る場合は（Ｐ５）、演算子の参照するカウント値ＰＣを
現在のアドレスＡ_N に移動先のアドレスＡ_M+n との間の
相対値を加算した値とする即値命令に変更する（Ｐ
６）。また、他のレジスタを参照する場合は、Ｐ７にお
いて、演算子の参照するカウント値ＰＣを現在のアドレ
スＡ_N 値とする即値命令に変更する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】トレース機能を実現す
るために、プログラムの途中に割込処理を挿入してトレ
ース情報を採取する場合、本来のプログラム処理に影響
を与えないように、トレース処理のための割込処理をで
きるだけ高速に実施する必要がある。

【００１４】しかし、トレース処理を実行する割込処理
内に図６に示す複数の判断処理を含む命令書替処理が含
まれるので、割込処理の処理時間が長くなり、本来のト
レース処理時間が増大する。その結果、トレース機能を
付加したために、本来のプログラム処理速度が低下し
て、コンピュータ全体の性能低下を来す懸念がある。

【００１５】特に、複数の命令を同時に実行していく並
列処理型のコンピュータにおいては、プムログラムカウ
ンタ参照命令を即値命令に変更する必要があり、それに
伴って、並列配置してあった命令を別々の実行サイクル
に分割する必要がある。そのために、別のワークレジス
タを必要とし、そのワークレジスタに対する書込，読出
処理が必要となる。このように、トレース機能を実現す
るための割込処理がさらに複雑になり、本来のプログラ
ム処理速度がさらに低下する懸念がある。

【００１６】また、上述した複雑な割込処理機能をコン
ピュータに組込むために、プログラム開発に関する費用
が増大する問題もある。特に、上述した並列処理型のコ
ンピュータにおいては、この費用の上昇率は大きい。

【００１７】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、簡単な命令を加入しかつ簡単なハード手段
を講じることによって、トレース機能等の別の業務を実
行する割込処理ルーチンから移動対象命令に対する判断
等を含む複雑な処理を除去でき、たとえ移動対象命令が
プログラムカウンタのカウント値を参照とする命令であ
ったとしても、本来のプログラム処理速度に何等影響を
与える事なく、トレース機能等の別の業務を能率的にか
つ低い費用で実現できるプログラム制御装置を提供する
ことを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、記憶部におけ
る命令が記憶されている各アドレスのうちの指定したア
ドレスに記憶されているトレース対象命令の次のアドレ
スに記憶されている命令を、退避命令として記憶部内の
特定のルーチン内の別のアドレスに移動し、退避命令が
移動前に存在していたアドレスにルーチンへの移動命令
を挿入して、該当ルーチン内で前記別のアドレスに移動
された退避命令を実行するプログラム制御装置に適用さ
れる。そして、上記課題を解消するために、本発明のプ
ログラム制御装置においては、外部から入力されるクロ
ックに同期して増加し、記憶部の各アドレスを指定する
カウント値を出力するプログラムカウンタと、少なくと
も退避命令の移動前のアドレスを含む切替命令を、特定
のルーチン内の退避命令の一つ前のアドレスに記憶する
切替命令設定手段と、プログラムカウンタから出力され
るカウント値が更新される毎に、記憶部の該当カウント
値が指定するアドレスに記憶されている命令を解読し、
この解読された命令が切替命令のとき書込指令を出力
し、解読された命令が別のアドレスに移動された退避命
令のとき切替信号を出力する切替制御部と、切替制御部
から出力された書込指令に応動して切替命令が示す退避
命令の移動前のアドレスを一時記憶するオペランド記憶
部と、切替制御部から切替信号が出力されているときに
は、プログラムカウンタから出力されるカウント値の代
わりに、オペランド記憶部に記憶されているアドレスを
出力する切替部とを備えている。

【００１９】

【作用】このように構成されたプログラム制御装置にお
いては、記憶部内の指定されたアドレスに記憶された命
令は、別のアドレスに退避命令として移動される。そし
て、少なくとも退避命令の移動前のアドレスを含む切替
命令を、特定のルーチン内の退避命令の一つ前のアドレ
スに記憶する切替命令が設定される。

【００２０】移動後のアドレスにプログラムカウンタの
カウント値を別の割込処理の先頭アドレスへ移動させる
命令が書込まれ、順次更新されるプログラムカウンタの
カウント値が指定するアドレに記憶されている割込処理
ルーチンを構成する各命令が実行されていく。プログラ
ムカウンタのカウント値が切替命令のアドレスに達する
と、次のアドレスの退避命令の移動前のアドレスがオペ
ランド記憶部に記憶される。そして、次の退避命令を実
行する期間のみ、プログラムカウンタから出力されるカ
ウント値の代わりに、オペランド記憶部に記憶されてい
るアドレスが出力される。

【００２１】その結果、この退避命令に対して、元のア
ドレス値に書替られたカウント値を参照して演算処理が
実施される。すなわち、この退避命令が元のアドレスに
設定されていた条件と同一条件で命令が実行される。

【００２２】このように退避命令が実行されるときのみ
プログラムカウンタのカウント値を元のカウント値に戻
すことによって、退避命令がカウント値を参照して演算
処理を実施する命令であっても、また、カウント値を全
く参照しない通常の命令であっても何等区別する事なく
同一の手順で該当命令を実行できる。

【００２３】したがって、例えはトレース処理等の割込
処理ルーチン内に退避命令の内容を判断したり、該当退
避命をこの令命令に含まれるカウント値を固定した即価
命令に変更する等の複雑な処理手順を組込む必要がな
い。

【００２４】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。図１は実施例のプログラム制御装置の概略構成を示
すブロック図である。このプログラム制御装置１は、プ
ログラムカウンタ２、オペランド記憶部３、切替部４及
び切替制御部５とで構成されている。

【００２５】プログラムカウンタ２は外部から入力され
る周期Ｔ_P を有するクロック信号ｃに同期して増加する
ｍビット構成のカウント値ＰＣを切替部４の一方の入力
端子Ａに印加する。切替部４の他方の入力端子Ｂにはオ
ペランド記憶部３から出力されたｍビット構成のオペラ
ンドが印加されている。この切替部４の切替制御端子Ｇ
には切替制御部５から切替信号ａが印加されている。切
替部４は、切替制御端子Ｇに印加されている切替信号ａ
がハイ（Ｈ）レベル期間の場合のみ、入力端子Ｂに印加
されているオペランドを出力端子Ｙから次の演算部６へ
送出する。切替信号ａがロー（Ｌ）レベル期間において
は、入力端子Ａに印加されているカウント値ＰＣを次の
演算部６へ送出する。

【００２６】演算部６は各命令に含まれる演算子が指定
する処理を実行する。この場合、演算子の処理内容がプ
ログラムカウンタ２のカウント値ＰＣを参照する必要が
ある場合は、切替部４から出力されたカウント値ＰＣ又
はオペランドを使用する。

【００２７】前記切替制御部５は、プロクラムカウンタ
２から出力されるカウント値ＰＣが更新される毎に、図
３に示す記憶部８内の該当カウント値ＰＣが指定するア
ドレスに記憶されている命令の内容を解読していく。そ
して、切替制御部５は、解読した命令がカウント値ＰＣ
の切替命令７であった場合、ロード端子ＬＯＡＤから書
込信号ｂをオペランド記憶部３へ送出して、このオペラ
ンド記憶部３に切替命令７を構成する演算子７ｂに記述
されている退避命令９のオペランド、即ち退避命令９の
移動前のアドレスＡ_N を読込ます。オペランド記憶部３
は記憶したオペランド即ちアドレスＡ_N を切替部４の入
力端子Ｂへ送出する。

【００２８】切替制御部５は、切替命令７の次のアドレ
スに記憶されている命令、すなわち元のアドレスＡ_N か
らこのアドレスＡ_M+n に移動された退避命令９の実行期
間のみ切替信号ａをＨレベルとする。したがって、切替
部４から出力されるカウント値ＣＰはこの実行期間のみ
元のアドレスＡ_N を指定したカウント値となる。

【００２９】次に、実際のプログラムを用いて動作を説
明する。図３に示すように、記憶部８の各アドレスＡ
_N-1 ，Ａ_N ，Ａ_N+1 ，Ａ_N+2 に、プログラムを構成する
各命令１，命令２，命令３，命令４がそれそれ記憶され
ている。また、記憶部８の各アドレスＡ_M ，…Ａ_M+n+1
にトレース処理を行う割込処理プログラムを構成する各
命令が記憶されている。

【００３０】そして、この場合、アドレスＡ_N-1 に記憶
されている命令１がトレース対象命令である。この命令
１の次のアドレスＡ_N に記憶されている命令２が移動対
象命令、すなわち退避命令９であり、割込処理ルーチン
内のアドレスＡ_M+n に移動させられる。そして、命令２
が移動された後のアドレスＡ_N には割込処理の先頭アド
レスＡ_M にカウント値ＰＣを移動させる命令（移動命
令）が書込まれる。

【００３１】割込処理ルーチンプログラム内の移動され
た退避命令９として命令２が記憶されるアドレスＡ_M+n
の一つ前のアドレスＡ_M+n-1 には切替命令７が新規に設
定される。この切替命令７の演算子７ｂには、前述した
ようにカウント値ＰＣを命令２（退避命令）のオペラン
ド、即ち、このオペランドとして書込まれている、例え
ば元のアドレスＡ_N に切替える命令（切替命令）が記述
されている。

【００３２】このようなプログラム構成において、周期
Ｔ_P のクロックｃに同期してプログラムカウンタ２のカ
ウント値ＰＣが更新されていく。カウント値ＰＣの指定
するアドレスに記憶されている各命令が演算部６で順番
に実行されていく。

【００３３】なお、各命令は、図２に示すように、フエ
ッチ（命令取出し），解読（デコーダ），実行，結果書
込の４つのサイクルを複数の命令に亘って重複して実行
するパイプライン処理手法によって実行される。

【００３４】そして、カウント値ＣＰがアドレスＡ_N-1
を指定したときトレース対象の命令１が実行され、カウ
ント値ＣＰが次のアドレスＡ_N を指定すると、このアド
レスに記憶されている変更後の命令に従ってプログラム
カウンタ３のカウント値ＰＣが割込処理プログラムの先
頭アドレスＡ_M に移動して、割込処理ルーチンプログラ
ム内の各命令が図２に示すパイプライン処理手順で順番
に実行されていく。

【００３５】そして、図２に示すように、アドレスＡ
_M+n-1 の切替命令７がフェッチされ、次の周期で次のア
ドレスＡ_M+n の命令２（退避命令９）がフェッチされ、
かつ切替命令７が解読されると、切替制御部５から書込
信号ｂがオペランド記憶部３へ送出され、オペランド記
憶部３に元のアドレスＡ_M が記憶保持される。

【００３６】次の周期において、切替命令７が実行期間
に入る。すると、切替制御部５はＨレベルの切替信号ａ
を切替部４へ送出する。したがって、次の周期において
は、切替部４から出力されるカウント値ＰＣは、図示す
るように、元のアドレスＡ_Nとなる。また、この周期に
おいては、アドレスＡ_M+n の命令２（退避命令９）が実
行サイクルに入るので、この命令２の演算子に記述され
ている命令が演算部６で実行される。この実行過程でプ
ログラムカウンタのカウント値ＰＣを参照する場合は、
切替部４から出力された移動前のアドレスＡ_N が参照さ
れる。

【００３７】この命令２（退避命令９）に対する実行サ
イクルが終了すると、切替制御部５から出力されている
Ｈレベルの切替信号ａがＬレベルへ解除される。その結
果、次の周期においてはカウント値は元のカウント値Ｐ
Ｃに戻る。

【００３８】そして、割込処理プログラムを構成する全
ての命令の実行が終了すると復旧命令に従って、プログ
ラムカウンタ２のカウント値ＰＣが元のアドレスＡ_N+1
に戻り、本来のプログラムの各命令３．４を実行する。

【００３９】このように構成されたプログラム制御装置
によれば、プログラムの特定の命令をトレースするため
に、トレース処理に関する割込処理を命令が既に設定さ
れているアドレスに動的に書込み、このアドレスに記憶
されていた元の命令２を別のアドレスＡ_M+n に一時移動
（退避）して実行する場合、該当命令２を実行する場合
にはプログラムカウンタのカウント値ＰＣを元のアドレ
スＡ_N に戻している。

【００４０】したがって、たとえ該当命令２がカウント
値ＰＣを参照する処理を含んでいたとしても、従来手法
のように、移動後の命令の演算子の内容を判断して、こ
の内容に応じて、命令自体を変更する必要は全くない。

【００４１】すなわち、別のアドレスＡ_M+n に元の命令
２（退避命令９）をそのまま書込み、書き込んだアドレ
スＡ_M+n の一つ前のアドレスＡ_M+n=1 にカウント値ＰＣ
を書替える書替命令７を設定するみのである。

【００４２】したがって、トレース処理を実行するため
の割込処理プログラムが大幅に簡素化され、本来のプロ
グラム処理速度に悪影響を与えることはない。また、割
込処理プログラムが簡素化されるので、プログラム開発
に関する費用が大幅に低減される。特に、並列処理型の
コンピュータにおいては、この費用低下の効果はより著
しくなる。

【００４３】また、移動された命令（退避命令９）がプ
ログラムカウント値ＰＣを参照するか否かに拘らず、ト
レース処理を実行するための割込処理時間はほとんど変
化しなのでトレース機能の安定化を図ることが可能とな
る。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明のプログラム
制御装置においては、プログラムカウント値を元のアド
レス値に一時的に切替えるという極く簡単な命令を加入
し、かつオペランド記憶部やカウント値切替部等の簡単
なハード手段を用いることによって、トレース処理等の
別の業務を実行する割込処理プログラムから移動対象命
令に対する判断等を含む複雑な処理を除去している。し
たがって、たとえ移動対象の退避命令がプログラムカウ
ンタのカウント値を参照とする命令であったとしても、
コンピュータにおける本来のプログラム処理速度に何等
影響を与える事なく、トレース機能等の別の業務を能率
的にかつ低い費用で実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わるプログラム制御装
置の概略構成を示すプロック図。

【図２】 同実施例装置の動作を示すタイムチャート。

【図３】 同実施例装置を適用したコンピユータの記憶
部に記憶されたプログラムの各命令及びトレース処理を
実施するための割込処理プログラムに含まれる各命令を
示す図。

【図４】 従来のコンピユータの記憶部に記憶されたプ
ログラムの各命令及びトレース処理を実施するための割
込処理プログラムに含まれる各命令を示す図。

【図５】 従来のプログラム制御装置におけるプログラ
ムカウンタのカウント値の変遷を示す図。

【図６】 従来のプログラム制御装置の動作を示す流れ
図。

【符号の説明】

１…プログラム制御装置、２…プログラムカウンタ、３
…オペランド記憶部、４…切替部、５…切替制御部，６
…演算部、７…切替命令、８…記憶部、９…退避命令。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記憶部における命令が記憶されている各
   アドレスのうちの指定したアドレスに記憶されているト
   レース対象命令の次のアドレスに記憶されている命令
   を、退避命令として前記記憶部内の特定のルーチン内の
   別のアドレスに移動し、前記退避命令が移動前に存在し
   ていたアドレスに前記ルーチンへの移動命令を挿入し
   て、該当ルーチン内で前記別のアドレスに移動された退
   避命令を実行するプログラム制御装置において、 外部から入力されるクロックに同期して増加し、前記記
   憶部の各アドレスを指定するカウント値を出力するプロ
   グラムカウンタと、少なくとも退避命令の移動前のアドレスを含む切替命令
   を、前記特定のルーチン内の前記退避命令の一つ前のア
   ドレスに記憶する切替命令設定手段と、 前記プログラムカウンタから出力されるカウント値が更
   新される毎に、前記記憶部の該当カウント値が指定する
   アドレスに記憶されている命令を解読し、この解読され
   た命令が前記切替命令のとき書込指令を出力し、前記解
   読された命令が前記別のアドレスに移動された退避命令
   のとき切替信号を出力する切替制御部と、 前記切替制御部から出力された書込指令に応動して前記
   切替命令が示す退避命令の移動前のアドレスを一時記憶
   するオペランド記憶部と、 前記切替制御部から切替信号が出力されているときに
   は、前記プログラムカウンタから出力されるカウント値
   の代わりに、前記オペランド記憶部に記憶されているア
   ドレスを出力する切替部とを備えたプログラム制御装
   置。