JP3729250B2 - 情報処理装置及び電子機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置及び電子機器に関する。
【0002】
【背景技術及び発明が解決しようとする課題】
多くのプロセッサでは割り込みが発生した際にメモリに対してレジスタの退避を行うか、割り込み用の退避レジスタを用意している。
【0003】
しかし前者の場合には、割り込み発生時にはメモリに対してレジスタの退避を行ってから割り込み後の処理を開始し、また復帰する際にはメモリからレジスタの復帰を行ってから復帰後の処理を開始するため、応答速度が遅くなってしまうという問題点があった。
【0004】
また後者のように割り込み用の退避レジスタを用意している場合でも、割り込みが多重化した場合には、結局メモリへの退避やメモリからの復帰を行うことが必要になる。この場合同じ割り込みでも応答速度が異なってくるという問題点があった。
【0005】
本発明は以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、割り込み時にばらつきなく早い応答速度を実現可能なアーキテクチャを有する情報処理装置及び電子機器の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明はハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う情報処理装置であって、割り込みが発生すると、メモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、当該割り込みにより必要なレジスタの退避処理を行うレジスタ退避処理手段を、含むことを特徴とする。
【0007】
ここにおいて情報処理装置は例えばCPU、DSP、マイクロプロセッサ、コンピュータ等のプロセッサである。
【0008】
また割り込みは、情報処理装置がハードウエアの割り込み信号を受けることにより発生する。例えば割り込みの要因には停電、装置や機器の誤動作、入出力機器からの要求、プログラムの誤り、タイマーからの時間報告等がある。
【0009】
ハーバードアーキテクチャを採用する情報処理装置では命令バスとデータバスが分離されている。
【0010】
ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う場合、メモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルのメモリアクセスステージではデータバスが空き状態となっている。
【0011】
本発明によれば、割り込みが発生すると外部から与えられたインストラクションコードによらずに、割り込み後に実行される処理ルーチンのインストラクションサイクルにおける前記データバスの空きステージで、当該割り込みにより必要なレジスタの退避処理を行う。
【0012】
従って従来のようにコンパイラによって生成されたレジスタ退避の命令を実行した後に割り込み後の処理を実行する場合に比べ、割り込みの応答速度の向上を図ることができる。
【0013】
また割り込み時のレジスタ退避命令を外部から与える必要がないため、その分のオブジェクトコードが削減できる。
【0014】
なおレジスタ退避処理手段は、ハードワイヤード方式で実現してもよいし、マイクロプログラム方式で実現してもよい。
【0015】
(2)本発明の情報処理装置は、割り込み先の処理ルーティンで退避が完了していないレジスタに対してライトしようとした場合には、当該レジスタの退避が完了するまでレジスタへのライト命令の実行を遅らせる手段を、含むことを特徴とする。
【0016】
このようにすることで、割り込み発生後所与のレジスタの退避が完了する前に、割り込み先の処理ルーティンで当該レジスタに対してライトするのを防止することができる。
【0017】
(3)本発明の情報処理装置は、割り込みから復帰を行う際に、復帰後の処理ルーチンにおいてメモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、レジスタの復帰処理を行うレジスタ復帰処理手段を、含むことを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、割り込みから復帰を行う際に外部から与えられたインストラクションコードによらずに、復帰後の処理ルーチンにおいてメモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、レジスタの復帰処理を行う。
【0019】
従来はレジスタの復帰命令を実行してから、復帰後の処理ルーチンの実行を行っていた。しかし本発明では復帰後の処理ルーチンのインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージを利用してレジスタの復帰処理を行う。
【0020】
ここで復帰後にレジスタの復帰処理を開始するためには、例えば復帰命令実行後にレジスタの復帰処理を開始するようにするとよい。
【0021】
したがって従来のようにコンパイラによって生成されたレジスタの復帰の命令を実行した後に復帰後の処理ルーチンを実行する場合に比べ、復帰時の応答速度の向上を図ることができる。
【0022】
また割り込み時のレジスタ退避命令を外部から与える必要がないため、その分のオブジェクトコードが削減できる。
【0023】
なおレジスタ退避処理手段は、ハードワイヤード方式で実現してもよいし、マイクロプログラム方式で実現してもよい。
【0024】
(4)本発明の情報処理装置は、復帰後の処理ルーティンで復帰が完了していないレジスタに対してアクセスしようとした場合には、当該レジスタの復帰が完了するまでレジスタへのアクセス命令の実行を遅らせる手段を、含むことを特徴とする。
【0025】
このようにすることで、所与のレジスタの復帰が完了する前に、復帰後の処理ルーティンで当該レジスタに対してアクセスするのを防止することができる。
【0026】
(5)本発明は、ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う情報処理装置であって、割り込みから復帰を行う際に、復帰後の処理ルーチンにおいてメモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、レジスタの復帰処理を行うレジスタ復帰処理手段を、含むことを特徴とする。
【0027】
ここにおいて情報処理装置は例えばCPU、DSP、マイクロプロセッサ、コンピュータ等のプロセッサである。
【0028】
ハーバードアーキテクチャとは命令バスとデータバスが分離されていることを意味する。
【0029】
ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う場合、メモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルのメモリアクセスステージではデータバスが空き状態となっている。
【0030】
本発明によれば、割り込みから復帰を行う際に外部から与えられたインストラクションコードによらずに、復帰後の処理ルーチンにおいてメモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、レジスタの復帰処理を行う。
【0031】
従来はレジスタの復帰命令を実行してから、復帰後の処理ルーチンの実行を行っていた。しかし本発明では復帰後の処理ルーチンにおける空きステージを利用してレジスタの復帰処理を行う。
【0032】
ここで復帰後にレジスタの復帰処理を開始するためには、例えば復帰命令実行後にレジスタの復帰処理を開始するようにするとよい。
【0033】
したがって従来のようにコンパイラによって生成されたレジスタの復帰の命令を実行した後に復帰後の処理ルーチンを実行する場合に比べ、復帰時の応答速度の向上を図ることができる。
【0034】
また割り込み時のレジスタ退避命令を外部から与える必要がないため、その分のオブジェクトコードが削減できる。
【0035】
なおレジスタ退避処理手段は、ハードワイヤード方式で実現してもよいし、マイクロプログラム方式で実現してもよい。
【0036】
(6)本発明の情報処理装置は、復帰後の処理ルーティンで復帰が完了していないレジスタに対してアクセスしようとした場合には、当該レジスタの復帰が完了するまでレジスタへのアクセス命令の実行を遅らせる手段を、
含むことを特徴とする。
【0037】
このようにすることで、所与のレジスタの復帰が完了する前に、復帰後の処理ルーティンで当該レジスタに対してアクセスするのを防止することができる。
【0038】
(7)本発明の電子機器は、上記いずれかに記載の情報処理装置と、前記情報処理装置の処理対象となるデータの入力手段と、前記情報処理装置により処理されたデータを出力するための出力手段とを含むことを特徴とする。
【0039】
本実施の形態の電子機器によれば、割り込みに対し早い応答が可能な電子機器を提供することができる。
【0040】
【発明の実施の形態】
1.情報処理装置
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【0041】
図1〜図3を用いて本実施の形態で採用するアーキテクチャの特徴および従来のアークテクチャとの違いについて説明する。
【0042】
図1は割り込みが発生した場合の処理の概要について説明するための図である。 aルーティン200のインストラクションamの実行中に割り込み210が発生すると、割り込みルーティン220に処理が移行する。そして割り込みルーチン220の処理が終了すると、割り込み復帰インストラクション(リターン)228により、aルーティン200のインストラクションam+1に戻り、そこから再びaルーティンの処理を開始する。すなわち▲1▼〜▲2▼〜▲3▼の順に処理が行われる。
【0043】
図2は割り込みが発生した場合に実行されるインストラクションの従来例について説明するための図である。
【0044】
220’は従来の割り込みルーチンについてコンパイラが展開したインストラクションのリストである。s0〜sx(222’)はレジスタの退避命令であり、b1〜bnは割り込み処理のインストラクション群であり、l0〜lx(222’)はレジスタの復帰命令である。従来の割り込み処理では、割り込みが発生すると、この順でこれらのインストラクションが実行され、割り込み復帰インストラクション(リターン)228により、aルーティン200に復帰していた。
【0045】
このためメモリに対するレジスタの退避命令(222’)が終了してからでないと割り込み後の処理(224’)が開始できないため、割り込み処理の応答がその分だけ遅くなっていた。また復帰する際にはメモリからレジスタの復帰命令(226’)が終了してからaルーティンの処理を開始していため、復帰の際の応答もその分だけ遅くなっていた。
【0046】
図3は本実施の形態で割り込みが発生した場合に実行されるインストラクションの例について説明するための図である。
【0047】
220は本実施の形態の割り込みルーチンについてコンパイラが展開したインストラクションのリストである。本実施の形態では、図2のs0〜sx(222’)に示すようなレジスタの退避命令や、図2のl0〜lx(226’)に示すようなレジスタの復帰命令は生成されず、割り込み処理のインストラクション群b1〜bnとリターン命令228のみが生成される。
【0048】
したがって割り込みが発生すると、すぐに割り込み処理のインストラクション群b1〜bnの実行が開始され、割り込み処理のインストラクション群b1〜bnの実行が終了するとすぐにaルーティンの処理(an+1以降のインストラクション)の実行が開始される。
【0049】
本実施の形態では当該割り込みにより必要なレジスタの退避処理は、割り込み処理のインストラクション群b1〜bn(224)のメモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで行う。すなわちコンパイラが生成したインストラクション(外部から与えられたインストラクションコード)によらずに、例えばハードワイヤード方式やマイクロプログラム方式等で実現される。
【0050】
ここにおいて割り込みルーティンの実行中224に、退避が完了していないレジスタに対してライトしようとした場合には、当該レジスタの退避が完了してからレジスタへのライト命令が実行されるように制御する処理を行う。
【0051】
また本実施の形態では、割り込みから復帰の際に必要なレジスタの復帰処理は、復帰後のaルーティン(204)のメモリに対するアクセスを伴わないサイクルにおけるデータバスの空きステージで行う。すなわちコンパイラが生成したインストラクション(外部から与えられたインストラクションコード)によらずに、例えばハードワイヤード方式やマイクロプログラム方式等で実現される。
【0052】
ここにおいて復帰後のaルーティン(204)実行中に、復帰が完了していないレジスタに対してアクセスしようとした場合には、当該レジスタの復帰が完了してからレジスタへのアクセス命令が実行されるように制御する処理を行う。
【0053】
図4は本実施の形態のアーキテクチャを有するプロセッサ(情報処理装置)の構成について説明するための図である。
【0054】
ここで310はプロセッサ(情報処理装置)であり、320は割り込み信号線、330はレジスタである。また400は外部/内部メモリであり、プロセッサで解読、実行されるインストラクションコード等が記憶されたインストラクションメモリ410と、実行時に使用されるデータ等が記憶されたデータメモリ420とを含む。
【0055】
本実施の形態のプロセッサ(情報処理装置)310はハーバードアーキテクチャを採用しており、命令バス(インストラクションアドレス340、インストラクションデータ350)とデータバス(データアドレスバス360、データバス370)が分離されている。
【0056】
図5は本実施の形態のアーキテクチャを有するプロセッサのパイプライン制御の一例について説明するための図である。
【0057】
本実施の形態では、例えば図5に示すように5段のパイプライン制御をおこなう。IFはインストラクションフェッチステージであり、IDはインストラクションデコードステージであり、EXは実行ステージであり、MEMはメモリアクセスステージであり、WBはレジスタライトステージである。
【0058】
ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う場合、メモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルでは、例えばメモリアクセスステージMEMやレジスタライトステージWB等のメモリアクセスステージではデータバス(図4のデータアドレスバス360やデータバス370)が空き状態となっている。
【0059】
メモリに対するアクセスを伴わないインストラクションとは例えば、分岐命令やレジスタのみ操作する命令等である。
【0060】
本実施の形態では、割り込みが発生すると例えばレジスタ退避フラグをONにする。レジスタ退避フラグがオンの間は、インストラクションのデコードの際に当該インストラクションがメモリに対するアクセスを伴なうか否かを判断し、メモリに対するアクセスを伴わない場合には当該インストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージであるメモリアクセスステージMEMやレジスタライトステージWBを利用して、レジスタの退避処理を行う。そしてレジスタ退避処理が終わるとレジスタ退避フラグをOFFにする。
【0061】
ここで例えば各レジスタごとにレジスタ退避フラグを用意して、各レジスタの退避処理が終わると各レジスタ退避フラグをOFFにするようにしてもよい。そしてレジスタ退避フラグがONのレジスタに対するライト命令をデコードした場合には、当該レジスタの退避処理が終わるまで、ライト命令の実行を遅らせるようにする。
【0062】
また本実施の形態では、割り込み復帰命令が実行されると例えばレジスタ復帰フラグをオンにする。そしてレジスタ復帰フラグがオンの間は、インストラクションのデコードの際に当該インストラクションがメモリに対するアクセスを伴なうか否かを判断し、メモリに対するアクセスを伴わない場合には当該インストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージであるメモリアクセスステージMEMとレジスタライトステージWBを利用して、レジスタの復帰処理を行う。そしてレジスタ退避処理が終わるとレジスタ復帰フラグをOFFにする。
【0063】
ここで例えば各レジスタごとにレジスタ復帰フラグを用意して、各レジスタの復帰処理が終わると各レジスタ復帰フラグをOFFにするようにしてもよい。そしてレジスタ復帰フラグがONのレジスタに対するアクセス命令をデコードした場合には、当該レジスタの復帰処理が終わるまで、アクセス命令の実行を遅らせるようにする。
【0064】
図6は本実施の形態のプロセッサの割り込みアーキテクチャについて説明するためのフローチャ−ト図である。
【0065】
本実施の形態のプロセッサは各インストラクションサイクルにおいて以下の処理を行う。
【0066】
まず割り込みによるレジスタの退避又は復帰処理は終了しているか否か判断する(ステップS10)。
【0067】
終了している場合にはレジスタの退避又は復帰処理は行わない(ステップS10、S20)。
【0068】
また終了していない場合には、当該インストラクションがLoad又はStore命令であるか判断する(ステップS30)。
【0069】
当該インストラクションがLoad又はStore命令である場合には、レジスタの退避又は復帰処理は行わない(ステップS30、S20)。Load又はStore命令である場合には、当該命令自体がメモリに対してアクセスを行うので、当該インストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージがないからである。
【0070】
当該インストラクションがLoad又はStore命令でない場合には、当該インストラクションがレジスタアクセス命令であるかいなか判断する(ステップS40)。
【0071】
レジスタアクセス命令でない場合には、当該インストラクションの命令サイクルのデータバスの空きステージで退避又は復帰の終了していないレジスタの退避又は復帰を行う(ステップS40、S60)。
【0072】
レジスタアクセス命令である場合には、命令対象レジスタの退避又は復帰が終了しているかいなか判断する(ステップS50)。
【0073】
そして終了している場合には、当該インストラクションの命令サイクルのデータバスの空きステージで退避又は復帰の終了していないレジスタの退避又は復帰を行う(ステップS50、S60)。
【0074】
終了していない場合には当該インストラクションの実行を中断して命令対象レジスタの退避又は復帰をおこない、再びステップS10に戻る(ステップS50、S70)。
【0075】
2.情報処理装置
図7は、本実施の形態のマイクロコンピュータのハードウエアブロック図の一例である。
【0076】
本マイクロコンピュータ700は、CPU510、キャッシュメモリ520、LCDコントローラ530、リセット回路540、タイマー回路550、リアルタイムクロック(RTC)560、DAM570、割り込みコントローラ580、シリアルインターフェース590、バスコントローラ600、A/D変換器610、D/A変換器620、入力ポート630、出力ポート640、I/Oポート650、クロック発生装置560、プリスケーラ570、及びそれらを接続する各種バス680等、各種ピン690等を含む。
【0077】
ここでCPU510は、ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行、図3〜図6で説明した割り込みアーキテクチャを有している。
【0078】
3.電子機器
図8に、本実施の形態の電子機器のブロック図の一例を示す。本電子機器800は、マイクロコンピュータ(またはASIC)810、入力部820、メモリ830、電源生成部840、LCD850、音出力部860を含む。
【0079】
ここで、入力部820は、種々のデータを入力するためのものである。マイクロコンピュータ810は、この入力部820により入力されたデータに基づいて種々の処理を行うことになる。メモリ830は、マイクロコンピュータ810などの作業領域となるものである。電源生成部840は、電子機器800で使用される各種電源を生成するためのものである。LCD850は、電子機器が表示する各種の画像(文字、アイコン、グラフィック等)を出力するためのものである。 音出力部860は、電子機器800が出力する各種の音(音声、ゲーム音等)を出力するためのものであり、その機能は、スピーカなどのハードウェアにより実現できる。
【0080】
本実施の形態の電子機器は例えばCDとかDVD等である。
【0081】
本実施の形態の電子機器によれば、割り込みに対し早い応答が可能な電子機器を提供することができる。
【0082】
なお、本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
【0083】
例えばパイプラインの構成も図5で説明した場合にかぎられない。
【0084】
またレジスタの本数も図4の場合に限られない。
【0085】
また図6で説明した処理も内容は例えばハードワイヤード方式で実現する場合でもよいし、マイクロプログラム方式等で実現する場合でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】割り込みが発生した場合の処理の概要について説明するための図である。
【図2】割り込みが発生した場合に実行されるインストラクションの従来例について説明するための図である。
【図3】本実施の形態で割り込みが発生した場合に実行されるインストラクションの例について説明するための図である。
【図4】本実施の形態のアーキテクチャを有するプロセッサの構成について説明するための図である。
【図5】本実施の形態のアーキテクチャを有するプロセッサのパイプライン制御の一例について説明するための図である。
【図6】本実施の形態のプロセッサの割り込みアーキテクチャについて説明するためのフローチャ−ト図である。
【図7】本実施の形態のマイクロコンピュータのハードウエアブロック図の一例である。
【図8】マイクロコンピュータを含む電子機器のブロック図の一例を示す。
【符号の説明】
310 プロセッサ(情報処理装置)
320 割り込み信号線
330 レジスタ
340 インストラクションアドレスバス
350 インストラクションデータバス
360 データアドレスバス
370 データバス
400 外部/内部メモリ
410 インストラクションメモリ
420 データメモリ
510 CPU
530 LCDコントローラ
540 リセット回路
550 プログラマブルタイマ
560 リアルタイムクロック(RTC)
570 DRAMコントローラ兼バスI/F
580 割り込みコントローラ
590 シリアルインターフェース
600 バスコントローラ
610 A/D変換器
620 D/A変換器
630 入力ポート
640 出力ポート
650 I/Oポート
660 クロック発生装置(PLL)
670 プリスケーラ
680 各種バス
690 各種ピン
700 マイクロコンピュータ
710 ROM
720 RAM
800 電子機器
Claims (3)
- ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う情報処理装置であって、
ハードウエア割り込みが発生すると、メモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、当該割り込みにより必要なレジスタの退避処理を行うレジスタ退避処理手段と、
割り込み先の処理ルーティンで退避が完了していないレジスタに対してライトしようとした場合には、当該レジスタの退避が完了するまでレジスタへのライト命令の実行を遅らせる手段と、
を含むことを特徴とする情報処理装置。 - ハーバードアーキテクチャを採用しパイプライン制御を行う情報処理装置であって、
ハードウエア割り込みから復帰を行う際に、復帰後の処理ルーチンにおいてメモリに対するアクセスを伴わないインストラクションサイクルにおけるデータバスの空きステージで、レジスタの復帰処理を行うレジスタ復帰処理手段と、
復帰後の処理ルーティンで復帰が完了していないレジスタに対してアクセスしようとした場合には、当該レジスタの復帰が完了するまでレジスタへのアクセス命令の実行を遅らせる手段と、
を含むことを特徴とする情報処理装置。 - 請求項1乃至2のいずれかに記載の情報処理装置と、
前記情報処理装置の処理対象となるデータの入力手段と、
前記情報処理装置により処理されたデータを出力するための出力手段とを含むことを特徴とする電子機器。
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