JPH01128135A - スタック制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要コ サブルーチンへの分岐の際、汎用レジスタのデータとプ
ログラムカウンタの内容をスタックへ退避する方式の情
報処理装置におけるスタック制御方式に関し、 汎用レジスタのデータをスタックする領域とプログラム
カウンタをスタックする領域を分離し、個別に管理して
サブルーチンからの復帰時にプロダラムの暴走を防止す
るスタック制御方式を提供することを目的とし、 プログラムの実行中にサブルーチンコールが発生したと
き、汎用レジスタおよびプログラムカウンタの内容をス
タックポインタが指示するスタックアドレスに退避する
処理を行う情報処理装置のスタック制御方式において、
レジスタ用スタックとプログラムカウンタ用のスタック
と、レジスタ用スタックポインタとプログラムカウンタ
用スタックポインタとを設け、プログラムの実行におい
て新たなサブルーチンに移る前および元のルーチンに戻
る前に、第１転送手段によりスタックポインタの内容を
レジスタ用スタックポインタへ移し、プログラムカウン
タ用スタックポインタの内容をスタックポインタへ移し
、新たなサブルーチンへ移った後および前のルーチンに
戻った後に、第２転送手段によりスタックポインタの内
容をプログラムカウンタ用スタックポインタへ移し、レ
ジスタ用スタックポインタの内容をスタックポインタへ
移すよう構成する。

［産業上の利用分野コ 本発明はサブルーチンの分岐の際、汎用レジスタのデー
タとプログラムカウンタの内容をスタックへ退避する方
式の情報処理装置におけるスタック制御方式に関する。

近年、マイクロプロセッサの技術において、ＣＰＵ（中
央処理装置）を１６ビツト構成のものが使用されるよう
になった。そのようなＣＰＵにおいて、メモリのスタッ
クエリアをレジスタの内容を一時的に格納して、レジス
タを他の演算に使用することが行われている。その場合
、−時的に格納したレジスタのデータを後で元のレジス
タに戻すことによりスタックは以前の状態に戻り、正常
に動作するが、サブルーチンの処理が含まれる時にプロ
グラムミスがあると重大な影響があり、その対策が望ま
れていた。

［従来の技術］ 従来例の構成を第３図に示す。

第３図において、３０はＣＰＵ、３１は汎用レジスタ、
３２はフラグレジスタ（Ｆ）、３３はプログラムカウン
タ（ＰＣ）、３４はスタックポインタ（ＳＰ）、３５は
プログラム領域、変数領域、スタック領域、作業領域か
らなるメモリを表す。

第３図の構成の汎用レジスタ３１として示す複数のレジ
スタの内容（データ）はプログラムの命令（ＰＵＳＨ）
により必要に応じてメモリ３５のスタック領域の中のス
タックポインタ（ＳＰ）３４が指定する位置へ一時的に
記憶され（積まれ）、その汎用レジスタはその後他の演
算のために用いられる。スタック領域に積まれたデータ
はそのデータを使用する時にスタック領域から命令（Ｐ
ＯＰ）により取り出されて元のレジスタへ格納される。

第３図に示す従来例の構成によるスタック動作例を第４
図に示す。

第４図のプログラム４０の実行過程におけるスタック領
域４１へのスタック動作について説明すると、プログラ
ム番号１の処理は汎用レジスタＡＸに８０Ｈ（但し、Ｈ
は１６進数を表す）を設定し、次の２番目のＰＵＳＨで
レジスタＡＸの内容をスタックポインタ３４が保持する
アドレスｎへ格納する。

なお、周知の通り、スタック領域４１は後入れ先だしく
先入れ後出し）の記憶方式が採用され、スタックポイン
タ３４はスタック領域へデータが積まれる（ＰＵＳＨが
実行される）毎に、保持しているスタックの先頭アドレ
スがマイナスされ、スタック領域から格納されているデ
ータを取り出す（ＰＯＰが実行される）毎にアドレスが
プラスされる。

プログラム番号２の次の番号３に移ると、ＣＡＬ　Ｌ命
令により、ＡＢＣＤという名前のサブルーチンへ移行す
る。このＣＡＬＬ命令（マクロ命令）により、通常新た
なサブルーチンの実行を開始する前に、その前に実行さ
れていたメインルーチンのプログラムカウンタ３３の内
容をスタックへ格納する処理が行われる。従って、スタ
ック領域のスタックポインタ３４が指示する番地ｎ−１
に、この時のプログラムカウンタ３３の内容が格納され
る。

この後サブルーチンＡＢＣＤの実行開始番地がプログラ
ムカウンタ３３にセントされて、プログラムを順次実行
し、その中に汎用レジスタのＢＸへＦＦ（Ｈ）をロード
して、そのデータをスタックへ積む命令がプログラム番
号４．５において実行されると、スタック領域のスタッ
クポインタ３４が指示するアドレスｎ−２にＦＦ（Ｈ）
が格納される。

次に、プログラム番号６のＰＯＰ命令を実行すると、先
の番号５でスタックへ積んでおいたデータＦＦＨがレジ
スタＢＸへ呼戻され（第４図の点線６０）、スタックポ
インタ３４の内容（スタックアドレス）はｎ−１の状態
になる。

この状態の時プログラム番号７でＲＥＴ　（リターン）
命令が実行されると、スタックポインタ３４が指示する
スタック領域のアドレス（ｎ−１）から、メインルーチ
ンへ復帰するためのプログラムカウンタの値が取り出さ
れ、プログラムカウンタ３３へ設定され（第４図の点線
７０）、以後メインルーチンについてプログラムが実行
される。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記の第４図のスタック動作にお゛いて、プログラムの
段階でプログラム番号６のＰＯＰ命令をうっかりして入
れ忘れた場合、このプログラムを番号１から実行すると
、プログラム番号５のＰＵＳＨＢＸから番号７のＲＥＴ
命令が実行されてしまう。この時、メインルーチンのプ
ログラムへ戻るために、スタックからデータを読み出し
て、プログラムカウンタ３３へ設定する動作が行われる
が、その時のスタックポインタ３４が指示するアドレス
はｎ−２であり、そこにはレジスタＢＸからＰＵＳＨ命
令により格納されたデータＦＦ（Ｈ）が存在する。

すると、メインルーチン（呼出し元）へ復帰するつもり
でも、元のプログラム番地が回復せずに、プログラムカ
ウンタ３３はＦＦＸＸ　（Ｈ）番地（８ピント以上のＣ
ＰＵではプログラムカウンタは２バイト以上あるのでＦ
ＦＸＸとなる）を命令開始番地として解して処理を進め
る。

ところが、そのようなデータを開始番地としてプログラ
ムを実行しても本来のプログラムが格納された番地とは
無関係なので、結局プログラムの暴走状態となる。

このように、スタック領域の先頭位置にレジスタのデー
タが存在した状態でプログラムのルーチンが前のルーチ
ンに復帰すると、プログラムの暴走状態となって、プロ
グラムミスが原因であったとしても、暴走状態となるこ
とからデバッグを行うことが困難であり、プログラムの
開発に支障をきたしていた。

また、スタックにより、サブルーチンに対し引数を渡す
時に、スタックポインタの操作が煩雑となり、やはりプ
ログラム開発を効率的に行う上で問題となっていた。

本発明は、汎用レジスタのデータをスタックす　・る領
域とプログラムカウンタをスタックする領域を分離し、
個別に管理してサブルーチンからの復帰時にプログラム
の暴走を防止するスタック制御方式を提供することを目
的とする。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の原理的構成を第１図に示す。

第１図において、ｌは汎用レジスタ（ＧＲ）、２はプロ
グラムカウンタ（ＰＣ）、３はスタックポインタ（ＳＰ
）　、４はスタックポインタ切換部、５はレジスタ用ス
タックの先頭アドレスであるレジスタ用スタックポイン
タ（以下、Ｒ３Ｐという）、６はプログラムカウンタ用
スタックの先頭アドレスであるプログラムカウンタ用ス
タックポインタ（以下、ｐｃｓｐという）、７はレジス
タ用スタック、８はプログラムカウンタ用スタック（以
下、ＰＣ用スタックという）を表す。

本発明は１つのルーチン内のプログラム実行動作中はス
タックポインタ３によりレジスタ用スタック７のスタッ
クアドレスを指示して、データをレジスタ用スタック７
に積み込み、サブルーチンへ移る前にスタックポインタ
３の内容をＰＣ用スタック８を指示するよう切換えて、
サブルーチンへ移行後プログラムカウンタの内容をＰＣ
用スタック８へ退避させ、その後再びスタックポインタ
３の内容をレジスタ用スタック７を指示するよう切換え
、元のルーチンへ戻る場合もスタックポインタ３がＰＣ
３Ｐ６を指示するよう切換えるものである。

［作用］ 通常のメインルーチンでプログラムの実行を行っている
時は、プログラムカウンタ２が指定アドレスに従ってメ
モリからプログラムを読出して順次処理を行い、その場
合、スタックポインタ３はレジスタ用スタック７の先頭
アドレスを表示し、そのルーチンにおいて一時的に退避
する汎用レジスタ（フラグレジスタも含む）１のデータ
をレジスタ用スタック７にデータ線１０を介して格納し
、また必要な時に取り出す。

メインルーチンから別のサブルーチンを呼び出す場合は
、サブルーチンへ移る前に、第１転送手段４１が動作し
て、先ずスタックポインタの内容をＲ３Ｐ５へ転送する
動作を制御線１３．１４の駆動により実行する。次にＰ
Ｃ３Ｐ６の内容をスタックポインタ３へ転送する動作を
制御線１５．１３を制御することにより実行する。

この後、サブルーチンの動作に移るが、サブルーチンの
プログラムが開始される前に、プログラムカウンタ２に
あるメインルーチンのプログラム番地がスタックポイン
タ３が指示するＰＣ用スタック８に積まれ、続いて第２
転送手段４２が動作する。すなわち、初めにスタックポ
インタ３にあるＰＣ用スタックポインタをＰＣ３Ｐ６へ
転送する動作を制御線１３．１６を制御することにより
実行し、次にＲ３Ｐ５の内容をスタックポインタ３へ転
送する動作を制御線１７．１３を駆動して行う。

こうして、サブルーチンのプログラムの実行中はスタッ
クポインタ３はレジスタ用スタック７に対してレジスタ
のデータを格納、取出しすることになる。

次にこのサブルーチンの動作が終了してメインルーチン
へ戻る時はその前に、第１転送手段が動作され、前記し
た転送が実行される。次に戻り処理（ＲＥＴ）により、
スタックポインタ３が指示するＰＣ用スクソク８の先頭
アドレスを用いて、ＰＣ用スタック８から以前に格納し
たプログラムカウンタの復帰番地を取り出してプログラ
ムカウンタ２に設定する。この後、第２転送手段４２が
駆動され、上記と同じように転送制御が行われ、スタッ
クポインタ３にはレジスタ用スタック７の先頭アドレス
が保持され、メインルーチンのプログラムを実行する。

［実施例］ 本発明の実施例の構成を第２図に示す。

第２図において、２０はＣＰＵ、２１は汎用レジスタ、
２２はプログラムカウンタ、２３はスタックポインタ、
２４は命令レジスタ、２５は命令実行部、２６はバス、
２７はメモリを表す。

メモリ２７はその中の変数領域に、Ｒ３Ｐ　（レジスタ
用スタックポインタ）２７１とｐｃｓｐ−１２＝ （プログラムカウンタ用スタックポインタ）２７２を設
定し、同じ変数領域にＰＣ用スタックエリア２７３を設
け、スタック領域にはレジスタ用スタックエリア２７４
を設けた。

各スタックエリア２７３．２７４は共にデータが格納さ
れる（積まれる）毎にアドレスがマイナスされて、現在
実行動作中のスタックエリアの先頭番地はスタックポイ
ンタ２３に保持され、他方の現在実行動作していないス
タックエリアの先頭番地はＲ３Ｐ２７１またはＰＣ３Ｐ
２７２に保持される。

第２図（ｂ）に示す実施例の動作例について第２図（ａ
ｌを参照しながら説明すると、先ずメインルーチンから
サブルーチンに動作が移行する時、その前に、命令１０
０が実行される。この命令は、２つの処理すなわち、ス
タックポインタ２３の内容をＲ３Ｐ２７１へ転送する動
作と、メモリのＰＣ８Ｐ２７２の内容をスタックポイン
タ２３へ転送する動作を実行するものである。これによ
りスタックポインタ２３はＰＣ用スタックエリアを指示
するよう切換えられる。

次にサブルーチンが呼び込まれ（ＣＡＬＬ命令、１１０
）、その処理の中でプログラムカウンタ２２の内容（次
に復帰した時に戻るプログラム番地）がスタックポイン
タが指示するＰＣ用スタックエリア２７３に積まれる。

この後命令１２０が実行され、その命令も２つの処理す
なわち、スタックポインタ２３の内容をＰＣ３Ｐ２’７
２へ転送し、メモリのＲ３Ｐ２７１の内容をスタックポ
インタへ転送する動作を実行するものである。これによ
り、スタックポインタ２３はレジスタ用スタックエリア
２７４の先頭アドレスを指示する状態に切換えられる。

次にサブルーチンのプログラムを実行してスタックオペ
レーションをレジスタ用スタックエリア２７４を用いて
行い、そのサブルーチンの終了時に命令１３０を実行す
る。この命令は上記した命令１００と同しで、これを実
行するとスタックポインタ２３にはＰＣ用スタックポイ
ンタが格納され、次のリターン命令１４０を実行すると
、ＰＣ用スタックエリアから命令１１０の時に退避した
戻りプログラム番地がプログラムカウンタ２２に格納さ
れる。

このリターン命令の実行の後命令１５０が実行され、上
記したプログラム１２０と同様の転送動作を実行するこ
とによりスタックポインタ２３はレジスタ用スタックの
先頭アドレスを指示し、この後メインルーチンのプログ
ラムが実行される。

なお、命令１００（１３０）と命令１２０（１５０）は
、各々２つの転送動作をおこなうマクロ命令を設けてお
き、そのマクロ命令を含むプログラムをアセンブラする
ことにより実行するよう構成する（予めＲ３Ｐ２７１と
ＰＣ３Ｐ２７２を定義して各々のアドレスを設定してお
く）か、その都度２つの転送命令（ＭＯＶ）をプログラ
ム中に組み込むかは任意である。

本発明の方式により、プログラムの上でサブルーチンへ
復帰する時に、従来例で説明したようなミスがあっても
、プログラムカウンタは正しい復帰番地に戻るので暴走
することは防止される。但しこの場合はデータについて
誤ったデータを使用することになり結果が正しくならな
いが、その場合はプログラムデバッグによりプログラム
の誤りを検出できる。

［発明の効果］ 本発明によればプログラムカウンタの内容を退避するた
めのＰＣ用スタックとレジスタのデータを一時格納する
ためのレジスタ用スタックを分離して個別に管理するこ
とができるのでサブルーチンからの復帰時のプログラム
ミスによるプログラムの暴走を防ぐことができる。

また、スタック領域上のプログラムカウンタ値の存在を
意識することなくプログラムすることができ、開発効率
を向上させることができる。さらに、スタックを用いて
サブルーチンに引数を渡すことがプログラム上簡単に行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図（ａ）は
本発明の実施例の構成を示す図、第２図（ｂｌは実施例
の動作例を示す図、第３図は従来例の構成を示す図、第
４図は従来例のスタック動作例を示す図である。 第１図中、 １：汎用レジスタ（ＧＲ） ２ニブログラムカウンタ（ＰＣ） ３ニスタツクポインタ（ＳＰ） ４ニスタックポインタ切換部 ５：レジスタ用スタックポインタ（ＲＳ　Ｐ）６：プロ
グラムカウンタ用スタックポインタ（ＰＣ３Ｐ＞ ７：レジスタ用スタック ８ニブログラムカウンタ用スタック

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プログラムの実行中にサブルーチンコールが発生したと
   き、汎用レジスタ（１）およびプログラムカウンタ（２
   ）の内容をスタックポインタ（３）が指示するスタック
   アドレスに退避する処理を行う情報処理装置のスタック
   制御方式において、 レジスタ用スタック（７）とプログラムカウンタ用のス
   タック（８）と、レジスタ用スタックポインタ（５）と
   プログラムカウンタ用スタックポインタ（６）、および
   スタックポインタ切換部（４）を設け、プログラムの実
   行において新たなサブルーチンに移る前および元のルー
   チンに戻る前に、スタックポインタ切換部（４）の第１
   転送手段（４１）によりスタックポインタ（３）の内容
   をレジスタ用スタックポインタ（５）へ移し、プログラ
   ムカウンタ用スタックポインタ（６）の内容をスタック
   ポインタ（３）へ移し、 新たなサブルーチンへ移った後および前のルーチンに戻
   った後に、スタックポインタ切換部（４）の第２転送手
   段（４２）によりスタックポインタ（３）の内容をプロ
   グラムカウンタ用スタックポインタ（６）へ移し、レジ
   スタ用スタックポインタ（５）の内容をスタックポイン
   タ（３）へ移すことを特徴とするスタック制御方式。