JP3699806B2 - 割込みコントローラ及び制御システム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、CPUに対する割込み処理を受付ける割込みコントローラ、及びこの割込みコントローラを有する制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
コンピュータシステムでは、プログラムを逐次的に実行するほか、外部もしくは内部の要因によって実行中のプログラムを一時的に中断し、別の処理を行うプログラムを実行することが、一般的に行われている。これは、通常、割込み処理(もしくは単に割込み)と呼ばれ、一時的に中断されたプログラムは、割込みプログラムが終了した後に、中断された処理を再開する。
【0003】
このような割込み処理を実現するためには、少なくとも、(1)CPUに割込みを要求する機構、(2)プログラムを中断しCPUの状態を保存する機構、 (3)割り込み要因を処理する割込みプログラムの開始番地をCPUに知らせる機構、が必要である。さらに、重要な処理を行っている最中に割込みが発生して、重要な処理の実行が遅れることを防ぐために、割込みにはレベル(優先度)付けをすることが一般的に行われている。すなわち、レベルの高い処理を行っている間はレベルの低い割込みを受付けないように、(4)レベル判定を行う機構も必要となる。また、レベルの高い割込みが発生した場合は、それよりレベルの低い割込みを受付けないように、(5)マスクレベルを切り換える機構も必要となる。
【0004】
従来、これらの機構を実現するためにCPUに割込みコントローラを接続している。CPUと割込みコントローラの機能の振り分けは、次の2つの方式があった。
【0005】
第1の方式は、割込み処理をCPU及び割込みコントローラのハードウェアで自動的に実行する方法である。これを図6を用いて説明する。
【0006】
割込み要求信号#1〜#nは、フリップフロップ111を通して受付けられ、各々にレベル112及びベクタ(割込みプログラムの先頭アドレスを示す)114が割り与えられいる。このうち1つ以上が活性化すると、割込みコントローラ110は、活性化した割込み要求に対応するレベル112の内、最も高いレベルを割り込みレベル信号113Aとして高レベル判定回路113からCPU120へ通知する。
【0007】
CPU120は、割込みレベル113Aとマスクレベル121を比較し、割り込みレベルの方が高ければ現在のCPU120の状態をバス130を介してメモリ140に待避すると共に、ベクタ要求信号115Aを有効にする。すると、割込みコントローラ110内のベクタ選択回路115は、最高レベルの割込み要求に対応するベクタ114をバス130へ出力する。
【0008】
CPU120は、このベクタの値をバスを通して読み出し、その値から割り込みプログラムの先頭アドレスを算出し、該割り込みプログラムを実行に移す。さらに、マスクレベル121に割込みレベルに応じた値の設定も行う。
【0009】
このように、第1の方式では、多くの処理をハードウェアで行うため、高速な処理が可能である。
【0010】
第2の方式は、割込み処理のためのCPUの機能は少なく、割込みコントローラのハードウェアとソフトウェアによって割込み処理を実現する方法である。これを図7を用いて説明する。
【0011】
割り込み要求信号#1〜#nのうち1つ以上が活性化すると、割込みコントローラ210は活性化した要因の割込みレベルとマスクレベル211とを比較し、活性化した要因の割込みレベルの方が高ければ、割込み通知信号210Aを活性化してCPU220に割込み処理を要求する。
【0012】
CPU220は割り込み要求信号が活性化すると、メモリ240中にある割り込み処理プログラムの実行を開始する。この割込み処理プログラムでは、現在の状態をメモリに待避した後、割込みコントローラ210から割込み要因情報212を読み出し、割込み要求信号#1〜#nの中で割り込み要求をした要因を判定し、この割込み要因に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを算出する。そして、この割込み要因のレベルに応じた値をマスクレベル211に書き込み、その後に、先に算出した割り込みプログラムの先頭アドレスに処理を移す。
【0013】
このように多くの処理をプログラムにより行うため、ハードウェア量が少なくコストが安くなるメリットがあると共に、処理に柔軟性を持たせることができる。なお、上記のようにプログラムでCPUの状態を待避するため、待避する前に他の割込みを受付けることが可能である。しかし、待避する前に割込みを受付けるとCPUの状態が破壊されてしまうため、割込み処理プログラムでは、CPUの状態を保存するまでは割込みを禁止するのが一般的である。
【0014】
【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、ハードウェア主体で処理を行うため、割込み応答性(割込み要求を検出してから割込み処理を開始するまでの時間)に優れているものの、処理の柔軟性に欠けるという問題があった。また、第2の方式では、ハードウェア量は少ないものの、多くの処理をプログラムで行わなければならない。例えばプログラムにより割込み要因を1つずつ比較しないければ割込み要因を特定することができないため、割込み応答性に問題があった。
【0015】
本発明は、上述の如き従来の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、割込み応答性と処理の柔軟性の向上を可能にする割込みコントローラを提供することである。またその他の目的は、割込み応答性と処理の柔軟性に優れた制御システムを提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第1の発明の特徴は、複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じて、外部制御装置に対する割込み処理についての優先度が付与された割込みレベル信号を前記外部制御装置へ出力する割込み要求受付け部と、前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部とを備えた割込みコントローラであって、前記ベクタ保持部は、前記外部制御装置とバスを介して接続され、前記外部制御装置による前記割込みプログラムの起動時に、前記バスを介して前記外部制御装置に対し、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを読み出す構成にし、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を前記外部制御装置へ出力するベクタアクセス信号出力手段を設けたことにある。
【0017】
この第1の発明によれば、ベクタ保持部から割込みプログラムの先頭アドレスを読み出す構成であるため、割込み要因が高速に特定される。また、ベクタアクセス信号を外部へ出力することで、ベクタ保持部中の先頭アドレスの読み出し時を外部へ知らせることができる。
【0018】
第2の発明の特徴は、複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較して、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーし、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込んで該割込みプログラムの実行を開始すると共に、活性化されたベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルをコピーする中央処理装置とを備えたことにある。
【0019】
この第2の発明によれば、割込み要求を受付けたときに、待避する必要がある情報をプログラムで選択することができるので、処理の柔軟性に富み、またベクタ保持部から割込みプログラムの先頭アドレスを読み出す構成であるため、割込み要因が高速に特定される。
【0020】
第3の発明の特徴は、複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較して、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いまたは同じであるときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーし、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込んで該割込みプログラムの実行を開始すると共に、活性化されたベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルに1を加算した値をコピーすることにある。
【0021】
この第3の発明によれば、マスクレベルと割込みレベルが同一の場合に割込みを受付けても、上記第2の発明と同様の作用を呈する。
【0022】
第4の発明の特徴は、複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較し、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーして割込み通知信号を出力すると共に、活性化された前記ベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルをコピーする割込みマスク装置と、前記割込み通知信号を受信して、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込み、該割込みプログラムの実行を開始する中央処理装置とを備えたことにある。
【0023】
この第4の発明によれば、上記第2の発明と同様の作用を呈する。
【0024】
第5の発明の特徴は、複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタ保持部中の前記先頭アドレスの読み出し時に活性化されてベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較し、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いまたは同じであるときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーして割込み通知信号を出力すると共に、活性化された前記ベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルに1を加算した値をコピーする割込みマスク装置と、前記割込み通知信号を受信して、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込み、該割込みプログラムの実行を開始する中央処理装置とを備えたことにある。
【0025】
この第5の発明によれば、上記第3の発明と同様の作用を呈する。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。
【0027】
この制御システムは、割込みコントローラ10と、CPU20と、割込みプログラム(割込み要因に対応した処理を行うプログラム)及び該割込みプログラムの起動処理を行う割込み処理プログラム等が格納されたメモリ40とが、バス30に接続されて構成されている。
【0028】
割込みコントローラ10は、複数の割込み要求信号#1〜#nを受け付ける割込み要求受付け部11と、各割込み要求信号#1〜#nに対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスを保持するベクタ保持部12とを有している。
【0029】
割込み要求受付け部11は、活性化した割込み要求信号に応じて、CPU20に対する割込み処理についての優先度(レベル)が付与された割込みレベル信号11AをCPU20へ出力する機能を有し、例えば図2(a),(b)に示すように構成される。
【0030】
すなわち、図2(a)に示す例では、パルストリガの各割込み要求信号#1〜#nを検出するフリップフロップ11aと、割込み要因が活性化すると、設定された割込みレベルを出力するレベル付与回路11bと、複数の割込み要求信号#1〜#nから最も高い割込みレベルを割込みレベル信号11Aとして出力する高レベル判定回路11cとで構成されている。
【0031】
また、図2(b)に示す例は、上記フリップフロップ11aに代えて、レベルトリガの割込み要求信号#1〜#nを検出するラッチ11a’を設けた例である。
【0032】
ベクタ保持部12は、CPU20とバス30を介して接続され、CPU20による割込みプログラムの起動時に、バス30を介してCPU20に対し、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを読み出す機能を有し、例えば図3に示すように構成される。
【0033】
すなわち、ベクタ保持部12は、割込みコントローラ10のアドレス信号S1、ベクタリード信号S2、及びベクタライト信号S3が供給されるアドレス比較回路12aと、ベクタを保持するベクタレジスタ12bとで構成される。アドレス信号S1とベクタリード信号S2が活性化されると、ベクタレジスタ12bがベクタをバス39へ出力すると同時に、ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号12AをCPU20へ出力する。
【0034】
CPU20は、現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部21と、前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部22とを有している。さらに、活性化されたベクタアクセス信号12Aにより現マスクレジスタ21に割込みレベル11Aをコピーするマスクコピー機構23を備えている。
【0035】
次に、図4のフローチャートを用いて本実施形態の動作を説明する。
【0036】
まず、割込み要求信号#1〜#nのうち1つ以上が活性化すると(ステップS1)、割込みコントローラ10は、割込み要求のレベル(割込みレベル)を割込みレベル信号11Aを用いてCPU20へ通知する(ステップS2)。
【0037】
CPU20は、割込みレベルと、現マスクレベル保持部21中の現在のマスクレベルとを比較し(ステップS3)、現在のマスクレベルの方が高ければ(ステップS4)、当該割込みを受付けない(ステップS5)。割込みレベルの方が高ければ(ステップS4)、アドレス信号とベクタリード信号が、割込みコントローラへ供給され(ステップ6)、ベクタの読み出しであれば(ステップ7)、ベクタアクセス信号を活性する(ステップ8)。さらに、現マスクレベル保持部21の値を前マスクレベル22にコピーし(ステップS9)、低いレベルの割込みを受付けないように割込みを禁止状態にする。ベクタは、バスを介して割込みコントローラからCPUへ転送され(ステップ10)、メモリ40中にある割込み処理プログラムを起動する(ステップS11)。この割込み処理プログラムでは、必要ならば前マスクレベル等をメモリ40に待避する。例えば、マスクレベルは、割込みを受付けると現マスクレベルを前マスクレベル保持部22へ待避するが、さらに高いレベルの割込みを受付ける必要がある場合には、この前マスクレベルをメモリ40に待避する必要がある。
【0038】
さらに、割込み処理プログラムは、割込みコントローラ10のベクタ保持部12からベクタを読み出し、このベクタが指し示すメモリ40中のアドレスから始まる割込みプログラムの実行を開始する。
【0039】
また、割込みコントローラ10は、ベクタが読み出されると、ベクタアクセス信号12Aを活性化する。CPU10は、このベクタアクセス信号12Aを受けて、現マスクレベル保持部21に割込みレベルを設定し、ベクタを読み出した後に割込みを許可状態にする。これにより、現在処理中の割込み処理よりも低いレベルの割込みは受付けないようになる。
【0040】
このように本実施形態では、上記従来の第1の方式と比べて同程度のハード量で、ほぼ同じ割込み応答性能を確保しつつ、上記従来の第2の方式のような処理の柔軟性を備えることができる。
【0041】
すなわち、割込み要求を受付けると、ハードウェアでその時の状態をメモリ40に待避する。このとき、待避する必要があるのはマスクレベルだけで良い場合が多い。従来の第1の方式では、多くのケースに対応するために多くの情報を待避する。これは、他のケースでは必要な処理(スタックポインタの待避など)でも、例えば任意の割込み要求を検出できれば良いケースには不要な処理である。
【0042】
本実施形態では、最低限待避する必要がある情報だけをプログラムで選択可能であるため、処理の柔軟性に富み、また、ベクタ読み出し機構を具備していることから、割込み要因の特定を高速に行うことができる。
【0043】
図5は、本発明の第2実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。
【0044】
本実施形態では、CPU20と割込みコントローラ10との間に、マスク回路50を設けた例である。マスク回路50には、上記図1の現マスクレベル保持部21に相当する現マスクレベル保持部51と、前マスクレベル保持部22に相当する前マスクレベル保持部52と、前記マスクコピー機構23に相当するマスクコピー機構53とが設けられている。
【0045】
このように構成しても、上記第1実施形態と同様の作用効果を奏する。
【0046】
なお、上記第1及び第2実施形態において、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いまたは同じである場合に割り込みを受付けても、受付けなくても本発明の適用は可能である。
ベクタ読み出し時に現マスク保持部に設定する値は、前者の場合には割込みレベルに1を加算した値となり、後者の場合では割込みレベルの値そのものとなる。
【0047】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、従来と同程度のハード量で、優れた割込み応答性能を確保しつつ、処理の柔軟性を備えることがと可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。
【図2】割込み要求受付け部11の構成例を示す図である。
【図3】ベクタ保持部12の構成例を示す図である。
【図4】第1実施形態の動作を示すフローチャートである。
【図5】本発明の第2実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。
【図6】従来の割込み機構を示す図である。
【図7】従来の割込み機構を示す図である。
【符号の説明】
10 割込みコントローラ
11 割込み要求受付け部
12 ベクタ保持部
20 CPU
21 現マスクレベル保持部
22 前マスクレベル保持部
30 バス
40 メモリ
11A 割込みレベル信号
12A ベクタアクセス信号
#1〜#n 割込み要求信号
Claims (5)
- 複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じて、外部制御装置に対する割込み処理についての優先度が付与された割込みレベル信号を前記外部制御装置へ出力する割込み要求受付け部と、前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部とを備えた割込みコントローラであって、
前記ベクタ保持部は、前記外部制御装置とバスを介して接続され、前記外部制御装置による前記割込みプログラムの起動時に、前記バスを介して前記外部制御装置に対し、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを読み出す構成にし、
前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を前記外部制御装置へ出力するベクタアクセス信号出力手段を設けたことを特徴とする割込みコントローラ。 - 複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、
現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較して、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーし、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込んで該割込みプログラムの実行を開始すると共に、活性化されたベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルをコピーする中央処理装置とを備えたことを特徴とする制御システム。 - 複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、
現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較して、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いまたは同じであるときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーし、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込んで該割込みプログラムの実行を開始すると共に、活性化されたベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルに1を加算した値をコピーすることを特徴とする制御システム。 - 複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、
現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較し、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーして割込み通知信号を出力すると共に、活性化された前記ベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルをコピーする割込みマスク装置と、
前記割込み通知信号を受信して、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込み、該割込みプログラムの実行を開始する中央処理装置とを備えたことを特徴とする制御システム。 - 複数の割込み要求を受け付け可能に構成され、活性化した割込み要求に応じた割込みレベルを出力する割込み要求受付け部、及び前記各割込み要求に対応した割込み処理を実行するための割込みプログラムの先頭アドレスであるベクタを保持するベクタ保持部を有すると共に、前記ベクタの読み出しと同時に、前記ベクタとは異なる前記ベクタが読み出されたことを示すベクタアクセス信号を出力するベクタアクセス信号出力手段を有する割込みコントローラと、
現在のマスクレベルを保持する現マスクレベル保持部、及び前回のマスクレベルを保持する前マスクレベル保持部を有し、前記割込みレベルと前記現在のマスクレベルとを比較し、割込みレベルが現在のマスクレベルよりも高いまたは同じであるときに前記現マスクレベル保持部の値を前記前マスクレベル保持部にコピーして割込み通知信号を出力すると共に、活性化された前記ベクタアクセス信号により前記現マスクレジスタに前記割込みレベルに1を加算した値をコピーする割込みマスク装置と、
前記割込み通知信号を受信して、受け付けた割込み要求に対応する割込みプログラムの先頭アドレスを前記ベクタ保持部から読み込み、該割込みプログラムの実行を開始する中央処理装置とを備えたことを特徴とする制御システム。
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