JPH036618A - スタックポインタの異常検出回路 - 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、演算結果データ及び各種パラメータ等のデー
タの記憶手段としてスタック方式を採用してなる演算制
御装置を備えたコンピュータやコントローラ等における
、スタックポインタの異常検出回路に関する。

（従来の技術） 計算機を利用・制御するための命令体系として、スタッ
ク（ＬＩＦＯメモリ：　ＬＡＳＴ　ＩＮ　ＦＩＲ５Ｔ　
ＯＵＴＭＥＭＯＲＹ）方式がある。この方式では、デー
タ転送、加減算の命令のオペランドとしてスタックをレ
ジスタ等の代りに用いている。このスタック方式により
以下の（１）式の演算を行なう場合のスタック操作の一
例を、第３図に示す。

Ａ＋（Ｂ＋Ｃ）　　・・・（１） 以下、このスタック操作を第３図に沿って説明する。

■スタックポインタ値（以下、必要に応じてＳＰという
）の指すスタックメモリ７のアドレスに。

オペランドパへ′″を書き込む（第３図（ａ））。

■ｓｐに１′″を加える（同図（ｂ））。

■■と同様にしてオペランドＬＬ　Ｂ　ＩＩを書き込む
（同図（Ｃ））。

■ｓｐに′ｔ　Ｉ　ＩＩを加える（同図（ｄ））。

■■と同様にしてオペランド“Ｃ”を書き込む（同図（
ｅ））。

■現在のＳＰの指すアドレスの内容（＝”Ｃ”）と前回
の５Ｐ（ＳＰ−”１”）の指すアドレスの内容（＝ｕＢ
ｎ）とを読み出して算術論理演算部（以下、ＡＬＵとい
う）８により演算を行ない、その演算結果を（Ｓ　Ｐ−
”１　”）の指すアドレスに書き込む（同図（ｆ））。

■ＳＰからＬ（Ｉ　ＩＩを減じる（同図（ｇ））。

■■と同様にしてＡ＋（Ｂ＋Ｃ）を演算する（同図（ｈ
））。

■ｓｐからＩＩ　Ｉ　ＩＩを減じる（同図（ｉ））。

以上の操作により、ＳＰの指すスタックメモリ７のアド
レスに演算結果“Ａ＋（Ｂ＋Ｃ）”が保持されることに
なる。

さて、制御演算装置が持つメモリのうちスタックとして
使用できる領域（以下、スタックメモリ領域という）は
限られているので、スタックポインタ値ＳＰの上下限値
（限界値）を設定する必要がある。このため従来では、
スタックポインタ値ＳＰの上限値をスタックメモリ領域
の上限に設定し、下限値をスタックメモリ領域の下限に
設定していた。そして、上限値または下限値を超えた時
をスタックポインタ値ＳＰの異常とみなし、もってスタ
ックポインタ７の異常を検出していた。

第４図は、従来におけるスタックポインタ値ＳＰの異常
検出回路を採用した回路の一例を示すものである。同図
において、前記同様に７はデータのスタックメモリ、８
はＡＬＵであり、また、１はスタックメモリ７のアドレ
スを示すポインタとしてのスタックポインタ、２′はス
タックポインタ値ＳＰを監視する異常検出回路である。

なお、この例において、スタックポインタ１はアップダ
ウンカウンタにより構成されていると共に、異常検出回
路２′により監視するスタックポインタ値ＳＰはスタッ
クメモリ７のアドレスを指している。

そして前述の如く、演算のオペラン下であるデータはス
タックメモリ７に書き込まれ、演算を行なう時にはスタ
ックメモリ７からデータを読み出してＡＬＵ８に入力し
、ＡＬＵ８の出力である２寅算結果がスタックメモリ７
に再び書き込まれる。

第５図は上記異常検出回路２′の詳細を示すものであり
、同図において、２１はスタックポインタ値ＳＰの上限
値が設定された上限値レジスタ、２２は同じくＳＰの下
限値が設定された下限値レジスタ、２３はＳＰと前記上
限値とを比較する上限比較器、２４はＳＰと前記下限値
とを比較する下限比較器、２５は上下限エラー合成ＯＲ
ゲートである。

この異常検出回路２′において、スタックポインタ値Ｓ
Ｐが上限値レジスタ２１の値より大きくなった場合は、
上限比較器２３により上限エラーとして検出され、ＯＲ
ゲート２５を介してスタックポインタ値ＳＰひいてはス
タックポインタ１の異常検出信号が出力される。また、
スタックポインタ値ＳＰが下限値レジスタ２２の値より
小さくなった場合は、下限比較器２４により下限エラー
として検出され、ＯＲゲート２５を介してスタックポイ
ンタ１の異常検出信号が出力されるものである。

（発明が解決しようとする課題） 上述のように、従来においてはスタックポインタ値ＳＰ
が限界値を超えた時をスタックポインタ１の異常として
検出していた。このような検出方式を採る場合、ハード
ウェアの故障やソフトウェアのバグ、ノイズ等何らかの
原因により、あるプログラムモジュール内でスタックポ
インタ値ＳＰに異常が生じたときでもこのＳＰが限界値
に達するまではプログラムは実行され続ける。

例えば、ある一つのプログラムモジュール内でスタック
ポインタ値ＳＰが本来の値よりもｌｌ　１　＋＋多くな
ったとしても、この時点でＳＰが限界値に達していなけ
れば異常を検出することはできず、プログラムは実行さ
れ続ける。そして、何回もこのプログラムモジュールを
実行し、ＳＰが１ずつ増えていって他のプログラムモジ
ュールも含めスタツクのブツシュ動作によりＳＰが上限
値に達したとき、初めて異常が検出されることになる。

また、ノイズのように一過性の異常でＳＰが一回だけ本
来の値よりも“１″多くなってしまったような場合、こ
のときにはＳＰが限界値に達することはないので異常を
検出することができない。

以上のように、ＳＰに異常が発生したにも拘らず限界値
に達しないために検出不能であってプログラムが実行さ
れ続けている間のデータは、正常と言うことができない
。特に、誤動作が重大な障害につながる可能性のあるプ
ログラマブルコントローラ等においては、上記データに
基づいて誤った制御が行なわれる危険性が大きく、ＳＰ
の異常発生時からこの異常を検出するまでの時間を短縮
し、迅速かつ確実にシステムを停止できることが要請さ
れている。

また、信頼性（ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ）　、可用性（
ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）、保守性（ｓｅｒｖｉｃｅ
ａｂｉｌｉｔｙ）等、いわゆるＲＡＳ機能の点からは、
限界値に達した時点で実行していたプログラムモジュー
ルのＲＡＳ情報のみが記憶されているので、ＳＰに異常
が発生した時点で実行していたプログラムモジュールの
ＲＡＳ情報が得られないために故障解析も困難であった
。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、プログラムモジュール実行
中におけるスタックポインタ値の限界値超過による異常
を検出することはもとより、プログラムモジュール実行
終了時におけるスタックポインタ値の異常を監視してハ
ードウェアの故障やソフトウェアのバグ、ノイズ等に起
因するスタックポインタの異常をも検出可能とし、プロ
グラムモジュール単位で異常検出が行なえるようにした
スタックポインタの異常検出回路を提供することにある
。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、スタック方式を採
用した演算制御装置において、一つのプログラムモジュ
ール内のスタックポインタ値は、プログラムモジュール
実行開始時のスタックポインタ値を下回ることがなく、
また、プログラムモジュール実行終了時のスタックポイ
ンタ値は実行開始時の値と等しいと共に、これらの点は
、一つのプログラムモジュール実行中に他のプログラム
モジュールを実行する場合（以下、ネスティングという
）、更には、このネスティングが階層的に複数である場
合にも同様であることに着目してなされたものである。

すなわち本発明は、あるプログラムモジュールを実行中
のスタックポインタ値の異常によりスタックポインタの
異常を検出する異常検出回路において、スタックポイン
タ値をそのプログラムモジュール内で使用するスタック
メモリ領域の上下限値と比較してスタックポインタ値が
上限値または下限値を超えたときに第１の異常検出信号
を出力する手段と、一つのプログラムモジュールの実行
開始時におけるスタックポインタ値を限界値として記憶
する手段と、前記プログラムモジュールの実行終了時に
おけるスタックポインタ値と前記限界値とを比較してこ
れら両者が不一致である場合に第２の異常検出信号を出
力する手段とを備えたものである。

（作用） 本発明によれば、あるプログラムモジュール実行開始時
に記憶したスタックポインタ値をＳＰ。

とした場合、このプログラムモジュール実行中はスタッ
クポインタ値がＳＰｏを下回るか、または上限値を上回
った時点で第１の異常検出信号によりスタックポインタ
の異常が検出される。また、あるプログラムモジュール
実行終了時においてはスタックポインタ値がＳＰｏと等
しくない場合に、スタックポインタに異常が発生したこ
とが第２の異常検出信号によって検出される。

従って、プログラムモジュール単位でスタックポインタ
の異常を検出することができ、モジュール単位のＲＡＳ
情報を得ることができる。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図は、この実施例にかかる異常検出回路２をスタッ
クポインタ１と共に示したものである。

なお、図示されていないが、スタックポインタ１からの
スタックポインタ値ＳＰは第４図に示したようにスタッ
クメモリにも送られている。

第１図において、異常検出回路２は、スタックポインタ
値ＳＰの上限値が設定された上限値レジスタ２１と、前
記ＳＰと前記上限値とを比較する上限比較器２３と、Ｓ
Ｐの下限値としての後述するポインタスタック２６の先
頭値ＦＶとＳＰとを比較する下限比較器２４と、上限比
較器２３及び下限比較器２４の出力の論理和をとる上下
限エラー合成ＯＲゲート２５と、プログラムモジュール
の実行開始時におけるスタックポインタ値が記憶される
ポインタスタック２６と、このポインタスタック２６の
先頭値ＦＶとプログラムモジュールの実行終了時におけ
るＳＰとを比較して両者が一致しているか否かを検出す
る終了スタック比較器２７とから構成されている。

以下、この実施例の動作を説明する。

まず、あるプログラムモジュールの実行開始時は、スタ
ックポインタ１からのＳＰをポインタ・スタック２６に
スタックすることにより、このイ直が当該プログラムモ
ジュールで使用されるＳＰの下限値としてのポインタス
タック先頭値ＦＶとなる。

そして、プログラムモジュールの実行中に、ＳＰが上限
値レジスタ２１の値より大きくなった場合は上限比較器
２３により上限エラーとして検出され、ＯＲゲート２５
を介して第１の異常検出信号が出力される。また、ＳＰ
がポインタスタック先頭値ＦＶより小さくなった場合は
、下限比較器２４により下限エラーとして検出され、同
じ＜ＯＲゲート２５を介して第１の異常検出信号が出力
される。従ってこれらの動作により、第５図と同様にス
タックポインタ値ＳＰが限界値に達した場合のスタック
ポインタ１の異常検出が可能になる。

次に、プログラムモジュールの実行終了時におけるＳＰ
はその実行開始時のＳＰと等しいはずであるから、実行
終了時のＳＰがポインタスタック先頭値ＦＶと等しくな
い場合は、終了スタック比較器２７によってこれが検出
され、この比較器２７から第２の異常検出信号が検出さ
れる。なお、実行終了時のＳＰがポインタスタック先頭
値ＦＶと等しい正常時には、ポインタスタック２６はポ
ツプされる。

以上の動作は、あるプログラムモジュールの実行中に他
のプログラムモジュールを実行するネスティング時、更
には、このネスティングが階層的に複数である場合にも
同様であり、この場合には、各プログラムモジュール実
行開始時のＳＰが下限値としてポインタスタック２６に
ブツシュされる。

第２図は、ネスティングが行なわれる場合であって正常
動作時における一連の動作を示すものである。この例で
は、プログラム実行開始時のデータのスタックメモリ領
域の下限値をｒｒ　Ｏｎ、上限値を”１００”としてお
り、モジュール１にモジュール２が、モジュール２にモ
ジュール３がそれぞれネスティングしている。

まず、モジュール１の実行中は、スタックポインタ値Ｓ
Ｐが“Ｏ〜１００”にあるか否かが監視される。このと
き１図示するようにポインタスタック２６には先頭値Ｆ
Ｖとしてｓｐ＝”ｏ”がスタックされている。そして、
モジュール１で２回ブツシュしてＳＰ＝“２”の時にモ
ジュール２がネスティングされると、ｓｐ＝“２″が先
頭値ＦＶとしてポインタスタック２６にスタックされ、
この値が下限値として利用される。すなわち、モジュー
ル２においてはＳＰが２〜ｔ　ｏ　ｏ　”の間にあるか
否かが監視される。同様に、モジュール２で２回ブツシ
ュしてＳＰ＝”４″′の時にモジュール３がネスティン
グされると、ＳＰ＝“４”が先頭値ＦＶとしてポインタ
スタック２６にスタックされ、モジュール３においては
ＳＰが１′４〜１００”の間にあるか否かが監視される
。

そして、モジュール３の実行が終了すると、終了時にお
ける５Ｐ（＝“４”）とポインタスタック先頭値ＦＶ（
＝”４”）とが終了スタック比較器２７により比較され
１両者が等しいかどうか監視される。

仮りにこれらが等しくない場合には、終了スタック比較
器２７からの第２の異常検出信号により、モジュール３
内においてスタックポインタ１に異常が発生したことを
検出することができる。また。

両者が等しい場合には、ポインタスタック２６はボツブ
され、ポインタスタック先頭値ＦＶがＩｆ　２　Ｉｆに
なる。

同様にモジュール２の実行が終了すると、５Ｐ（＝”２
”）とポインタスタック先頭値ＦＶ（＝”２”）とが比
較され、ポインタスタック２６はポツプされる。

なお、この例では、スタックポインタ値ＳＰの上限値を
データのスタックメモリ領域の終わりに設定しであるた
め、ネスティング時においては上限値を固定して下限値
のみを更新している。しかし、プログラムモジュールの
ネスティング毎に上限値を設定し直したい場合もある。

この場合には、上限値を変化させる手段、例えば、下限
値とスタック使用可能数との加算をＡＬＵで行ない、そ
の結果を上限値に設定する手段と、ネスティング毎に上
限値をスタックする手段とを備えることにより可能であ
る。

また５本実施例ではスタックポインタ１がクリア及びア
ップダウンのみのカウンタであるため、スタックメモリ
領域はネスティングに関係なく連続して使用することに
なるが、ネスティング毎にスタックポインタ１に新しい
値を設定することにより、ブロック単位でスタックメモ
リ領域を非連続的に使用することも可能である。この場
合にも本発明にかかる異常検出回路によってスタックポ
インタの異常を検出することができる。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、プログラムモジュー
ル実行中のポツプ方向に異常が発生した場合にはスタッ
クポインタ値の下限値超過時に、ブツシュ方向に異常が
発生した場合には上限値超過時に出力される第１の異常
検出信号によって直ちにスタックポインタの異常を検出
することができる。また、限界値に達していなくとも一
つのプログラムモジュールにおけるブツシュ、ポツプ回
数が一致しない場合には、そのプログラムモジュール実
行終了時にスタックポインタ値とポインタスタック先頭
値とを比較することによって異常検出が可能である。

以上によりプログラマブルコントローラ等においては、
データのスタックポインタ値の異常発生時に誤った制御
が行なわれる異常動作時間を短縮することができ、確実
かつ迅速にシステムを停止することができる。また、プ
ログラムモジュール単位でのＲＡＳ情報が得られるので
故障解析が容易になり、特にプログラムデパック時のプ
ログラムの不良モジュールの特定と、その不良の度合い
（スタックのずれの数や異常なスタック操作ループの有
無）が判明し、ボード試験においても不良プログラムモ
ジュールの処理の判断により使用ハードウェアを検索し
、ハードウェアの故障部を特定するための有力な手助け
になる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図はネス
ティング時におけるこの実施例の動作説明図、第３図（
ａ）〜（ｉ）はスタック方式による演算時におけるスタ
ックポインタの動作説明図、第４図は従来の異常検出回
路とスタックポインタとの接続構成図、第５図は従来の
異常検出回路の構成図である。 １・・・スタックポインタ ２１・・・上限値レジスタ ２４・・・下限比較器 ２５・・・上下限エラー合成ＯＲゲート２６・・・ポイ
ンタスタック ２７・・・終了スタック比較器 ＳＰ・・・スタックポインタ値 ＦＶ・・・ポインタスタック先頭値 ２・・異常検出回路 ２３・・・上限比較器

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 あるプログラムモジュールを実行中のスタックポインタ
   値の異常によりスタックポインタの異常を検出する異常
   検出回路において、 スタックポインタ値をそのプログラムモジュール内で使
   用するスタックメモリ領域の上下限値と比較してスタッ
   クポインタ値が上限値または下限値を超えたときに第１
   の異常検出信号を出力する手段と、 一つのプログラムモジュールの実行開始時におけるスタ
   ックポインタ値を限界値として記憶する手段と、 前記プログラムモジュールの実行終了時におけるスタッ
   クポインタ値と前記限界値とを比較してこれら両者が不
   一致である場合に第２の異常検出信号を出力する手段と
   を備えたことを特徴とするスタックポインタの異常検出
   回路。