JPH01276359A - マイクロプロセッサ - 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】 産業上の利用分野 本発明はマイクロプロセッサの構成に関し、特に、出力
ポートを介して出力される信号のタイムベースエラーの
少々いマイクロプロセッサを提供するものである。

従来の技術 近年、ノイマン方式のマイクロプロセッサはあらゆる方
面で多用されており、その構成としては、順次実行され
る命令群からなるプログラムを格納するプログラム格納
手段と、ディジタルデータの読み書きが可能なデータ格
納手段と、ディジタルデータの演算を実行する演算手段
と、前記データ格納手段の入出力端子と前記演算手段の
入出力端子を接続するデータバスと、前記プログラム格
納手段から送出される命令に基づいて前記データ格納手
段と前記演算手段の動作をコントロールするコントロー
ル手段と、命令の実行タイミンク信号を発生するタイミ
ングジェネレータと、前記タイミングジェネレータの出
力に基づいて前記プログラム格納手段に格納された特定
の命令を選択する命令選択手段を備えていることに特徴
つけられる。

また、その代表的な構成が特公昭６８　３３５８４月公
報（以下、文献１と略記する。）に示されている。

発明力涌イ決しようとする課題 ところて、前Ｓ己文献１に示されるようなノイマン方式
のマイクロプロセッサばあらかじめ定められた順序にし
たか−）でデータの処理を実行していくだめに、プログ
ラムが膨大になるにつれて非同期で入力される外部デー
タの取り込みやそれに基づくデータの処Ｊ４１・のサイ
クルか長くなり、その結果、事象が発生してからマイク
ロプロセッサから出力信乞−が送出される寸での時間の
ばらつき、ず々わち、タイムベースエラーかかなり大き
くなるという問題を有している。このような問題に対し
て、従来は割り込みという手段が用いられてきたが、割
り込み要求があってもその時点て実行している命令を処
理してし寸わないと割り込み処理に移行できないため、
マイクロプロセッサが割り込みを受は付けてから、実際
に割り込みサービスルーチンを開始する寸での時間その
ものにタイムベースエラーが発生してし甘う。

課題を解決するだめの手段 前記した問題点を解決するために本発明のマイクロプロ
セッサは、プリセットデータがデータバスから供給され
るタイマー手段と、プログラム格納手段から送出される
命令に基づいて前記データバスに送出されるデータを取
り込むマスターラッチ部と、前記タイマー手段からの出
力信号によって前記マスターラッチ部のデータあるいは
プログラム格納手段から送出される命令に基づいて前記
データバスに送出されるデータを取り込むスレイブラッ
チ部からなる出力ポートを備えている。

作用 本発明では前記した構成によって、出力ポートを介して
出力される信号のタイムベースエラーの少ないマイクロ
プロセッサを得ることができる。

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照し外から説明
する。

６・＼−・ 第１図は本発明の一実施例におけるマイクロプロセッサ
の構成は１を示したものであり、順次実行される命令群
からなるプログラムが格納されるプロクラマブルロジノ
クアレイ（図中においてＰＬＡなる略記号で示されてい
る。以下、ＰＬＡと略記する。）１００と、ディジタル
データの読み書きを行うランダムアクセスメモリ（図中
においてＲＡＭなる略記号で示されている。以下、ＲＡ
Ｍと略ａ己する。）２００およびし・ジスタフアイル２
５０と、ディジタルデータの算術および論理演算を実行
する第１の演算器（一般にはＡＬＵなる略記号で示され
る。）３００および第２の演算器３５０と、前記ＲＡＭ
２００および前記レジスタファイル２５０の共通の入出
力端子と前記演算器３００．３５０の入出力端子を接続
するデータバス４００と、前記ＰＬＡ１００から送出さ
れる命令に基づいて前記ＲＡＭ２００．レジスタファイ
ル２５０と前記演算器３００，３５０の動作をコントロ
ールするコントロールバス４５０ト、外部クロック入力
端子１０に供給されるクロ、り信号７・＼−７ をもとに命令の実行タイミング信号を発生するタイミン
グジェネレータ（図中においてＴＧなる略記号で示され
ている。）５００と、前記タイミングジェネレータ５０
０の出力に基づいて前記ＰＬＡ１ｏ○に格納された特定
の命令を選択する第１のプログラマブルカウンタ（図中
においてＰＣｌなる略記号で示されている。）ＳＯ○と
、前記第１のプログラマブルカウンタ６００による命令
の選択に続いて前記タイミングジェネレータ５００の出
力に基づいて前記ＰＬＡ１００の特定の命令を選択する
第２のプログラマブルカウンタ（図中においてＰＯ２な
る略記号で示されている。）６５０と、前記第２のプロ
グラマブルカウンタ６５０によって選択されて実行され
るプログラムの開始位置が前記第１のプログラマブルカ
ウンタ６ｏ○によって選択された命令によって格納され
るウィンドウ７００を備えている。また、前記タイミン
グジェネレータ５００の出力信号がクロック信号として
供給される１６ビソトのカウンタ８ｏ○と、前記カウン
タ８００のカウント値を前記データバス４００に送出す
るだめのスイッチ回路９００と、前記カウンタＳＯＯの
特定のビット出力信号と前記第１のプログラマブルカウ
ンタ６００の特定のカウント値を示す出力信号（例えば
、〔○○○・・○○〕をデコードする出力信号。）の周
波数比較を行って、プログラムが無限ループに突入した
ときなどに前記第１のプログラマブルカウンタ６００と
前記第２のプログラマブルカウンタ６５０をリセットす
る周波数比較器１０００を備えている。

さらに、前記タイミングジェネレータ５００の出力信号
をクロック信号とし、外部信号入力端子２０に印加され
る信号のエツジが到来したときもしくはプログラムによ
ってスタートさせられたときに動作するタイマー１１０
０と、前記タイマー１１ｏＯの出力信号によってマスタ
ーラッチ部のデータがスレイブラッチ部に転送されるマ
スタースレイブ形式になっていて、前記スレイブラッチ
部には前記データバス４００から直接データが転送され
るようになっている出力ポート１２００と、前記データ
バス４００に送出されるデータを取り込んで９・・−。

アナログ電圧に変換するＤ−Ａコンバータ１３００と、
前記コントロールバス４５０に送出される指令にしたが
って前記データバス４０ｏＶｃ特定のデータを送出する
読みだし専用メモリ（図中においてＲＯＭなる略記号で
示されている。以下、ＲＯＭと略記する。）１４００と
、前記ＲＡＭ２００および前記レジスタファイル２５０
のアドレスを選択する（前記ＲＡＭ２００および前記レ
ジスタファイル２５０はだがいに異なるアドレス上に配
置されている。）アドレスデコーダ１５００ならびに前
記ＲＯＭ１４００のアドレスを選択するアドレスデコー
ダ１６００を備えている。なお、入力コントローラ１７
ｏＯは、外部信号入力端子３０゜４０．５０，６０，７
０．８０に印加される入力信号のエツジが到来したとき
に、その時点のカウンタ８００のカウント値をレジスタ
ファイル２５０の中の特定のレジスタに転送させる（同
時に複数の入力信号のエツジが到来したときには、複数
のレジスタが選択される。）とともに、図示されてはい
ない入力信号受は付はフラグをセットする機１０１＼−
７ 能を有している。

以」二のように構成されたマイクロプロセッサについて
、第１図に示した構成図と、第２図に示した主要部のタ
イミングチャートによりその動作を説明する。

まず、第２図Ａは第１図の外部クロック入力端子１０に
供給されるクロック信号波形を示したものであり、第２
図Ｂはタイミングジェネレータ５００を介してカウンタ
８００およびタイマー１１００、入力コントローラ１７
００に供給されるクロック信号波形を示したものであり
、第２図Ｇ、Ｄはそれぞれタイミングジェネレータ５０
０を介して第１．第２のプログラマブルカウンタ６００
．６５０に供給されるクロック信号波形を示したもので
ある。寸だ、第２図ＥばＰＬＡ１ｏ○カラコントロール
バス４５０に送出される命令の実行サイクルを表してい
る。さらには、第２図Ｆはデータバス４００に送出され
るデータの切す換えサイクルを表している。

つ寸り、第１のプロクラマプルカウンタ６ｏ○によって
ＰＬＡｌｏｏの特定の命令が選択されて、第２図ＥのＭ
記号を付したタイミンクにおいてコントロールバス４５
０にその命令が送出された後に、第２のプロクラマブル
カウンタ６５０によって選択された命令が、第２図Ｅの
Ｓ記号を伺したタイミングにおいてコントロールバス４
５０に送出されることになる。第２図Ｆに示されたデー
タバス４００の切シ換え期間が第２図Ｅに示されたコン
トロールバス４５０のそれに比べて半分になっているの
は、第２図Ｂの信号波形がアクティブレベルにある期間
を入力コントローラ１７００によるカウンタ８ｏ○のカ
ウント値のレジスタファイル２５０への転送に割り当て
ているためである。

なお、第１．第２のプロクラマブルカウンタはそれぞれ
第２図Ｃ，Ｄの矢印を伺したエツジにおいてカウント値
を更新させられるが、第２図Ｆにおいて、実際に命令が
コントロールバス４５０に送出されるタイミンクが半周
期遅らされているのは、ＰＬＡ１ｏ○ての遅延マージン
を考慮したためである。

このように、第１図に示したマイクロプロセッサでは、
ＰＬＡｌｏｏに対して第１のプロクラマブルカウンタ６
００と第２のプロクラマブルカウンク６５０が時分割で
交互にアドレノンンクを行うことになるが、両者が独立
して別個の処理を実行するのでは々く、第１のプロクラ
マブルカウンタ６００による命令群の実行に伴って発生
する事後処理を第２のプロクラマブルカウンタ６５０に
よって実行される処理において引き受ける形をとってい
る。このために、ウィンドつ７００には第２のプロクラ
マブルカウンタ６５０による処理の開始位置が格納され
る。

さて、第３図は第１図のタイマー１１００と出力ポート
１２００の内部構成図を示したもので、タイミングジェ
ネレータ５００からの出力信号が信号線路１１０１およ
びＡＮＤゲート１１０２を介してクロック信号としてタ
イマーカウンタ１１０３に供給され、データバス４００
からのプリセットデータと、ローカルバス１１１０から
のあらかじめ準備された固定のプリセットデータが切換
器１３、、−　； １１０４に供給され、必要に応じてタイマーコントロー
ラ１１５０からの切換信号によって切り換えられて前記
タイマーカウンタ１１０３にプリセットされる。前記タ
イマーコントローラ１１５０は、信号線路１１０５を介
して外部イ言号のエツジが到来したときには固定のプリ
セットデータを前記タイマーカウンタ１１Ｑ３にプリセ
ラｌ−Ｌ、コントロールバス４５０の一部である信号線
路４５１からのタイマースタート信号が到来したときに
は前記データバス４００からのプリセットデータを前記
タイマーカウンタ１１０３にプリセットする。

前記タイマーコントローラ１１５ｏは、前記切換器１１
０４に切換信号を送出した後に前記タイマーカウンタ１
１０３にプリセット信号を送出し、次にＮＯＲゲート１
１０６にスタート信号を送出する。前記タイマーカウン
タ１１Ｑ３がカウントダウンを開始してそのカウント値
が〔○Ｏ・・・○ＯＯ〕になると、ＮＯＲゲート１１０
アからの信号によって前記ＮＯＲゲート１１０６とＮＯ
Ｒゲート１１０８によるフリップフロップの出力状１４
・＼−７ 態が反転してタイマーの動作は終了する。なお、前記タ
イマーカウンタ１１０３がカウント動作を続けている間
は信号線路１１０９にはタイマー動作中を示す信号が現
れる。

一方、出力ボート１２００の部分はデータバス４００に
送出されるデータを取り込むマスターラッチ部１２１０
と、信号線路１１０５を介して外部入力信号の状態を取
り込むレベルラッチ１２２０と、タイマー１１００を構
成するＮＯＲゲート１１０γからの出力信号によって前
記マスターラッチ部１２１０および前記レベルラッチ１
２２０のデータあるいはデータバス４００に送出される
データを取り込むスレイブラッチ部１２３０とからなる
。データバス４００から前記マスターラッチ部１２１０
へのデータの取９込みはＰＬＡｌｏｏから送出される命
令によって行われるが、前記マスターラッチ部１２１０
および前記レベルラッチ１２２０から前記スレイブラッ
チ部１２３０へのデータの転送はタイマー１１００によ
って行われることになる。

また、前記スレイブランチ部１２３０は、タイマー１１
００を用いずにＰＬ人１００から送出される命令によっ
て直接データバス４００からデータを取り込むこともで
きる。

すなわち、タイムベースエラーを考慮しなくてもよい出
力信号あるいは即座に送出しなければならない出力信号
については、タイマー１１００を用いなくてもＰＬＡｌ
ｏｏから送出される特定の命令によシ出力ポート１２０
０から送出させることができる。

上記説明のように、マスターラッチ部１２１０からスレ
イブラッチ部１２３０へのデータの転送がタイマー１１
００によって自動的に行われるように構成することによ
って、非同期で入力される外部信号のエツジを検出して
からあらかじめ決められた時間後に出力ポート１２００
から出力信号を送出させる場合にはタイムベースエラー
を最小限に押さえることができる。

すなわち、第３図の信号線路１１０５を介して入力され
る外部信号に対してはソフトウェアを介さずに、ローカ
ルバス１１１ｏから供給されるプリセットデータとタイ
マーカウンタ１１０３に供給されるクロック信号の周期
に比例した時間後にスレイブラッチ部１２３０から出力
信号が送出されるので、タイムベースエラーは実質的に
前記クロック信号の一周期以内となるが、第１図の外部
信号入力端子３０〜８０に印加される入力信号のエツジ
が到来してから一定時間経過後に出カポ−）１２００を
介して出力信号を送出する場合にも同様にタイムベース
エラーを最小限に押さえることができる。例えば、第１
図に示した実施例において外部信号入力端子３０〜８Ｑ
のいずれかに印加される入力信号のエツジが到来すると
、その直後に入カコントｏ−ラ１７００がその時点のタ
イミング情報としてカウンタ８００のカウント値をレジ
スタファイル２５０の該当エリアに転送するので、入力
信号の正確な到来時点はソフトウェアによっても確認す
ることが可能であシ、その時点を起点にしてソフトウェ
アによるカウンタ（一般にはＲＡＭ２００の中の任意の
エリアに設置され１７・＼−７ る。）を用いて出力ポート１２ｏｏから出力信号を送出
すべき目標時点が近づくまで、他の処理を含む巡回プロ
グラムループにおいてチエツクを続行し、目標時点捷で
の残り時間がタイマー１１００の動作可能範囲内になっ
た時点でその時間差データをデータバス４００に送出し
てタイマー動作を開始させれば、出力ポート１２００か
らはタイムベースエラーの少ない出力信号が得られる。

この場合には、結果的にタイマー１１００と出力ポート
１２００の構成がソフトウェアタイマーによるタイムベ
ースエラーを吸収することになる。

一方、プログラム上の処理モードにより出カポ−）１２
００から出力信号を即座に送出したい場合には、ＰＬＡ
ｌｏｏから送出される特定の命令によりスレイブラッチ
部１２３０ヘデータバス４００から直接データを転送す
ることによって、出カポ−）１２００からは即座に出力
信号が得られる。その他、プログラム上の処理モードに
よっては出力信号のタイムベースエラーを考慮しなくて
もよい場合があり、このときにもＰＬＡｌ　００１８へ
一ノ から送出される特定の命令によりスレイブラッチ部１２
３０ヘテ゛−タバス４００から直接データを転送すれば
、出力ポート１２００からはタイマー１１００を用いる
よりも速く出力信号が得られ、寸だ、ＰＬＡｌｏｏに格
納されているプログラムも縮小できる。

したがって、第１図および第３図に示したマイクロプロ
セッサでは、タイムベースエラーの少ない出力信号をタ
イマーを用いることにより容易に得ることができ、さら
にタイムベースエラーを考慮しなくてもよい出力信号あ
るいは即座に送出しなければならない出力信号について
も、タイマーを用いることな（ＰＬＡｌｏｏから送出さ
れる特定の命令により得ることができる。

発明の効果 本発明のマイクロプロセッサは以上の説明からも明らか
なように、順次実行される命令群からなるプログラムを
格納するプログラム格納手段（ＰＬＡｌｏｏ）と、ディ
ジタルデータの読み書きが可能なデータ格納手段（ＲＡ
Ｍ２００）と、ディジタルデータの演算を実行する演算
手段（演算器３００゜３５０）と、前記データ格納手段
の入出力端子と前記演算手段の入出力端子を接続するデ
ータバス４ｏ○と、前記プログラム格納手段から送出さ
れる命令に基づいて前記データ格納手段と前記演算手段
の動作をコントロールするコントロール手段（コントロ
ールバス４５０）と、命令の実行タイミング信号を発生
するタイミングジェネレータ５００の出力に基づいて前
記プログラム格納手段に格納された特定の命令を選択す
る命令選択手段（第１のプロクラマプルカウンタ６００
）と、プリセットデータが前記データバスから供給され
るタイマー手段（タイマー１１００）と、前記プログラ
ム格納手段から送出される命令に基づいて前記データバ
スに送出されるデータを取シ込むマスターラッチ部と、
前記タイマー手段からの出力信号によって前記マスター
ラッチ部のデータあるいは前記プログラム格納手段から
送出される命令に基づいて前記データバスに送出される
データを取り込むスレイブランチ部からなる出力ポート
１２００を備えたことを特徴とするもので、タイマーを
用いることにより出力ポートを介して出力されるイ言号
のタイムベースエラーを少なくできるとともに、タイム
ベースエラーを考慮しなくてもよい出力信号あるいは即
座に送出しなければならんい出力信号については、タイ
マーを用いることなく特定の命令により送出することの
できるマイクロプロセッサを得ることかでき、犬なる効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例におけるマイクロプロセッサ
の構成図、第２図は第１図の主要部のタイミンクチャー
ト、第３図はタイマ一部と出力ポート部の具体的な構成
例を示ずブＤ、り構成図である。 １ｏ□　　　ＰＬＡ、２００−−ＲＡＭ、ｓｏ。 演算器、３６０　　　演算器、４００　　データバス、
４５０　　コントロールバス、５００・タイミングジェ
ネレータ、６００　　第１のプロクラマブルカウンタ、
１１００　　　タイマー、１２００　　出力ポート、１
２１０　・マスターラッチ部、１２３０　　スレイブラ
ンチ部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第３
図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）順次実行される命令群からなるプログラムを格納
   するプログラム格納手段と、ディジタルデータの読み書
   きが可能なデータ格納手段と、ディジタルデータの演算
   を実行する演算手段と、前記データ格納手段の入出力端
   子と前記演算手段の入出力端子を接続するデータバスと
   、前記プログラム格納手段から送出される命令に基づい
   て前記データ格納手段と前記演算手段の動作をコントロ
   ールするコントロール手段と、命令の実行タイミング信
   号を発生するタイミングジェネレータと、前記タイミン
   グジェネレータの出力に基づいて前記プログラム格納手
   段に格納された特定の命令を選択する命令選択手段と、
   プリセットデータが前記データバスから供給されるタイ
   マー手段と、前記プログラム格納手段から送出される命
   令に基づいて前記データバスに送出されるデータを取り
   込むマスターラッチ部と、前記タイマー手段からの出力
   信号によって前記マスターラッチ部のデータあるいは前
   記プログラム格納手段から送出される命令に基づいて前
   記データバスに送出されるデータを取り込むスレイブラ
   ッチ部からなる出力ポートを備えてなるマイクロプロセ
   ッサ。
2. （２）タイミングジェネレータからの出力信号をクロッ
   ク信号とし、データバスからのプリセットデータとあら
   かじめ準備された固定のプリセットデータとを切り換え
   てプリセット可能なタイマーカウンタと、外部信号のエ
   ッジが到来したときには前記固定のプリセットデータを
   前記タイマーカウンタにプリセットし、コントロールバ
   スからのタイマースタート信号が到来したときには前記
   データバスからのプリセットデータを前記カウンタにプ
   リセットするタイマーコントローラによってタイマー手
   段を構成してなる請求項１記載のマイクロプロセッサ。