JPH02157957A - 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に関するもので
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を備えているものがある
。例えば、特公昭５８−３３５８４号公報（以下、文献
１と略記する。）に示されている。

発明が解決しようとする課題 ところで、前記文献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はあらかじめ定められた順序にした
がってデータの処理を実行していくために、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理のサイクルが長く
なり、その結果、事象が発生してからマイクロプロセッ
サから出力信号が送出されるまでの時間のばらつき、す
なわち、タイムベースエラーが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
あってもその時点で実行している命令を処理してしまわ
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までの時間そのものにタイム
ベースエラーが発生してしまっていた。

本発明はかかる点に鑑み、タイムベースエラーの少ない
マイクロプロセッサを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 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
命令に基づいてプログラム格納手段から送出される命令
に基づいてデータバスを介してデータの読み書きが可能
なマスターラッチ部と、タイマー手段からの出力信号に
よってマスターラッチ部のデータを取り込むことができ
、プログラム格納手段から送出される命令に基づいて前
記データバスへデータを送出する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ながら説明
する。

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
の構成図を示したものである。第１図において、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グ
ラマブルロジックアレイ（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（以下、ＲＡ
Ｍと略記する）２００およびレジスタファイル２５０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）３
００および第２の演算器３５０と、ＲＡＭ２００および
レジスタファイル２５０の共通の入出力端子と演算器３
００．３６０の入出力端子を接続するデータバスＡ００
と、ＰＬＡｌｏｏから送出される命令に基づいてＲＡＭ
２００．　　レジスタファイル２５０と演３’Ｅｉ３０
０，３５０の動作をコントロールするコントロールバス
４５０と、外部クロック入力端子１０に供給されるクロ
ック信号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５００と、タイミングジェネレ
ータ５００の出力に基づいてＰＬＡｌｏｏ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６
００と、第１のプログラマブルカウンタ６００による命
令の選択に続いてタイミングジェネレータ５００の出力
に基づいてＰＬＡｌｏｏ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６５０と、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
ラムの開始位置が第１のプログラマブルカウンタ６ｏＯ
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、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！６ビツトのカウンタ８００
と、カウンタ８００のカウント値をデータバス４００に
送出するためのスイッチ回路９００と、カウンタ８００
の特定のビット出力信号と第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、
ｃｏｏｏ・・００］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
きなどに第１のプログラマブルカウンタ６００と第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、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１１００と
、タイマー１１００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、しかもデータバス４００を介
して直接データを読み書きできる両ラッチ部から構成さ
れている出カポ−）１２００と、データバス４００に送
出されるデータを取り込んでアナログ電圧に変換するＤ
−Ａコンバータ１３００と、コントロールバス４５０に
送出される指令にしたがってデータバス４００に特定の
データを送出する読みだし専用メモリ（以下、ＲＯＭと
略記する）１４００と、ＲＡＭ２００およびレジスタフ
ァイル２５０のアドレスを選択する（ＲＡＭ２００およ
びレジスタファイル２５０はた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１７００は、外部信号入力端子
３０，４０，５０，８０．７０．８０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８
００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骨は付はフラ
グをセットする機能を存している。

以上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Ｃ９Ｄ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。また、第２図ＥはＰＬＡｌｏｏからコントロール
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
るデータの切り換えサイクルを表している。

つまり、第１のプログラマブルカウンタ６００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グにおいてコントロールバス４！
５０にその命令が送出された後に、第２のプログラマブ
ルカウンタ６５０によって選択された命令が、第２図Ｅ
のＳ記号を付したタイミングにおいてコントロールバス
４５０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の切り換え期間が第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８００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のプログラマブルカウンタはそれぞれ
第２図Ｃ，Ｄの矢印を付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Ｅ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グが半周
期遅らされているのは、ＰＬＡｌｏｏでの遅延マージン
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のプログラマブルカウンタ６
００と第２のプログラマブルカウンタ６５０が時分割で
交互にアドレッシング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なく、第１のプログラ
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のプログラマブルカウンタ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、ウィンドウ７００には第２のプログラ
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１工０１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
タイマーカウンタ１１０３にプリセットされる。

タイマーコントローラ１１５０は、信号線路１１０５を
介して外部信号のエツジが到来したときには固定のプリ
セットデータをタイマーカウンタ１１０３にプリセット
し、コントロールバス４５０の一部である信号線路４５
１からのタイマースタート信号が到来したききにはデー
タバス４００からのプリセットデータをタイマーカウン
タ１１０３にプリセットする。タイマーコントローラ１
１５０は、切換器１１０４に切換信号を送出した後にタ
イマーカウンタ１１０３にプリセット信号を送出し、次
にＮＯＲゲー）１１０Ｂにスタート信号を送出する。タ
イマーカウンタ１１０３がカウントダウンを開始してそ
のカウント値が［００・・・０００コになると、ＮＯＲ
ゲート１１ｏ７からの信号によってＮＯＲゲート１１０
６とＮＯＲゲート１１０８によるフリップフロッ゛プの
出力状態が反転してタイマーの動作は終了する。

なお、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、出カポ−）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１１０７からの出力信号によってマ
スターラッチ部１２１０およびレベルラッチ１２２ｏ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１２３ｏとからなる。

データバス４００からマスターラッチ部１２１０へのデ
ータの取り込みはＰＬＡｌｏｏから送出される命令によ
って行われるが、マスターラッチ部工２１０およびレベ
ルラッチ１２２ｏがらスレイブラッチ部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、スレイブラッチ部１２３０は、タイマー１１００
を用いずにＰＬＡｌｏｏ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１−１００を用いなくてもＰＬＡ
ｌｏｏから送出される特定の命令により出力ポート１２
００から送出させることができる。　　なお、マスター
ラッチ部１２１０とスレイブラッチ部１２３０に転送さ
れたデータは、ＰＬＡｌｏｏから送出される命令により
データバス４００を介して読み取ることができる。

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カポ−）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１１１０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力ポート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３０〜８０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、その直後に入力コントローラ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り、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ＲＡＭ２０
０の中の任意のエリアに設置される。）を用いて出カポ
−）１２００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、目標時点ま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と出カポ−）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ヘデータパス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（
てもよい場合があり、このときにもＰＬＡｌｏｏ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れば、出カポ
−）　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、また、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くＰＬＡｌｏｏから送出さ
れる特定の命令により得ることができる。

また、マスターラッチ部１２１０とスレイブラッチ部１
２３０にラッチされたデータはＰＬＡｌｏｏから送出さ
れる特定の命令により各々自由に読み取れるので、必要
に応じて現在出力されてぃるデータを確認することがで
きる。また、マスターラッチ部１２１０とスレイブラッ
チ部１２３０にラッチされたデータをソフトウェアで比
較判断することができ、タイマーを用いて出力した時に
何時データがマスターラッチ部１２１０からスレイブラ
ッチ部１２３０に転送されたのかをソフトウェアで知る
ことができる。その結果、タイマーが動作中であること
を示す第３図の信号線路１１０８の代わりにソフトウェ
アでその役割りを果たすこともできる。

発明の効果 以上のように、本発明のマイクロプロセッサは命令の実
行タイミング信号を発生するタイミングジェネレータの
出力に基づいて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、プログラム
格納手段から送出される命令に基づいてデータバスを介
してデータの読み書きが可能なマスターラッチ部と、タ
イマー手段からの出力信号によってマスターラッチ部の
データを取り込むことができ、プログラム格納手段から
送出される命令に基づいてデータバスへデータを送出す
るスレイブラッチ部からなる出力ポートを備え、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信
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な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
ができ、マスターラッチ部とスレイブラッチ部にラッチ
された各々のデータをデータバスを介して読み取れるの
で、現在出力されているデータの確認やタイマーの動作
状況を知ることのできるマイクロプロセッサを得ること
ができ、大なる効果を奏する。

【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グチャー
ト、第３図はタイマ一部と出力ポート部の具体的な構成
例を示すブロック構成図である。 １００・・・ＰＬＡ、　　　　２００・・・ＲＡＭ１　
　３００・・・演算器、　　３５０・・・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のプログラマブルカウンタ、　　１
１００・・・タイマー、１２００・・・出カポ−）、　
　１２１０・・・マスターラッチ部、　　１２３０・・
・スレイブラッチ部。 代理人の氏名　弁理士　栗野　重孝　ほか１名τ ｄ） Ω しＪ 随

Claims (3)

【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を介してデータの読み書き
   が可能な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を取り
   込むことができ、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へデータを送出するス
   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。
3. （３）プログラム格納手段から送出される命令に基づい
   て直接データバスからデータを取り込むことができるス
   レイブラッチ部からなる出力ポートを構成してなる請求
   項１記載のマイクロプロセッサ。