JPH04195540A - 割り込み処理方式 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は情報処理装置における割り込み処理方式に関し
、特に割り込み発生時のオーバ・ヘッドを少なくする割
り込み処理方式に関する。

〔従来の技術〕

従来より、情報処理システムの中央処理装置あるいはマ
イクロプロセンサといった情報処理装置においては、割
り込みによる処理の制御や実行プログラムの切り換えが
行われている。

−船釣な割り込み処理方式としては、割り込みの発生に
伴って、命令実行ユニットにおける現在の走行レベルに
おいて使用していたレジスタセットの内容をコンテクス
トとしてまとめ、このコンテクストを情報処理装置の主
記憶などの記憶手段に保存（セーブ）しておくとともに
、割込レベルに対応したコンテクストを記憶手段から読
み出しくリストア）し、これらによりコンテクストをス
イッチして各走行レベルにおけるレジスタ内容の連続性
を保証している。

一方、プログラムを実行する命令実行ユニ７）（プロセ
ッサ）において割り込みレベルの全てに対応する複数組
のレジスタセントをハードウェアで準備し、各割り込み
レベルに応して使用するレジスタセットを切り換えるこ
とにより、各々に保持されるコンテクストの連続性が保
証されるようにした割り込み処理方式も採用されている
。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前述したコンテクストのセーブ／リストアに
よる割り込み処理方式においては、プロセッサのレジス
タ数が増加するにつれて、割り込みの切り換え時にプロ
セッサとメモリとの間で転送されるコンテクストの情報
量が多くなり、割り込み処理のオーバーヘッドが大きく
なる。

ところが、通信制御等のアプリケーションでＬその基本
的な制御に割り込みのレベル制御を多用するので、その
際のコンテクストのセーブ／リストアにかかる時間に対
して厳しい性能が要求される。このため、割り込み処理
の際のオーバーヘッドの増大は、通信制御等の高いリア
ルタイム応答性が要求される分野では使用が制限される
等の問題がある。

一方、前述した複数のレジスタセットを用いる方式では
、走行レベル毎に使用するレジスタセットを切換えるこ
とでで割り込み処理を行えるため、コンテクストの転送
時間が必要なく、迅速な対応が可能である。しかし、情
報処理装置においては、一般にレジスタ部のハードウェ
アが制徘部の八−ドウエアに比べて著しく大きくなる。

従って、多数のレジスタセットを用いようとするとレジ
スタ部のハードウェアだけでも膨大なものとなり、コス
ト的な負担増加に加えて小さく実装することが困難とな
るという欠点がある。

本発明の目的は、処理のオーバ・へンドを小さくできる
とともに、ハードウェア量を小さくできる割り込み処理
方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 本発明は、情報処理装置に対する割り込み要求に応じて
命令実行ユニットの走行状態を切り換える割り込み処理
方式として、 割り込み要求の中で最も高い割込レベルが命令実行ユニ
ットの現走行レベルより高い場合にその割込レベルを新
走行レベルとして出力する割込調停回路と 命令実行ユニットが所定の走行レベルでプログラムの実
行に使用するレジスタセットの内容を含むコンテクスト
を保持可能なフレームを複数存するレジスタファイルと
、 ハードウェアで定義される割込レベルの各々について、
各レベルに対応するコンテクストをレジスタファイルに
常駐させるか否かを示す常駐フラグと、そのコンテクス
トを常駐させるフレームを示すフレーム番号とが登録さ
れたコンテクストテーブルと、 コンテクストテーブルを参照し、割込調停回路からの新
走行レベルおよび命令実行ユニットの現走行レベルに対
応する常駐フラグおよびフレーム番号を調べる常駐チェ
ック回路と、 命令実行ユニットに対し、常駐フラグが常駐である場合
にはフレーム番号で示されるレジスタファイルのフレー
ム内のコンテクストを使用するように指示するとともに
、常駐フラグが常駐でない場合には外部の記憶手段に対
してコンテクストをセーブ／リストアするように指示す
るコンテクスト指示手段と、を備えて割り込み処理方式
を構成したものである。

ここで、レジスタファイルの各フレームは、走行レベル
に応じて選択されて命令実行ユニットが実行用のレジス
タとして直接使用する構成が利用できるほか、命令実行
ユニットに実行用レジスタセットを別に設ける場合には
、割込レベルに応した保存（内部セーブ）、あるいは読
み出しく内部リストア）に利用する構成も利用できる。

また、レジスタファイルのフレームを直接実行用に用い
る場合、１つのフレームを共用とし、他のフレームを常
駐用とし、走行レベルに応じて常駐用のフレームを選択
する一方、共用フレームが選択された際には当該フレー
ムの内容を外部の記憶手段との間でセーブ／リストアす
るような構成も採用できる。

〔作用〕

このような本発明においては、予めコンテクストテーブ
ルに割込レベル毎の常駐フラグおよびフレーム番号を設
定する。例えば、特定のレベルについては常駐フラグを
「常駐」と設定するとともに、常駐として使用するレジ
スタファイルのフレームの番号を指定しておく。また、
その他のレベルについては常駐フラグを「非常駐」と設
定するとともに、共用するレジスタファイルのフレーム
の番号を指定してお（。

ここで、情報処理装置に対する割り込み要求があると、
割り込み要求は命令実行ユニットの処理中は保留され、
適当な処理の区切りで割込調停回路によって調べられる
。

割込調停回路は、割り込み要求の中で最も高い割込レベ
ルが命令実行ユニットの現走行レベルより高い場合、そ
の割込レベルを新走行レベルとして常駐チェック回路に
出力する。

常駐チェック回路は、コンテクストテーブルを参照し、
割込調停回路からの新走行レベルに対応する常駐フラグ
およびフレーム番号を調べるとともに、命令実行ユニッ
トの現走行レベルに対応する常駐フラグおよびフレーム
番号を調べ、各々の結果をコンテクスト指示手段に出力
する。

コンテクスト指示手段は、命令実行ユニットに対し、現
走行レベルの常駐フラグが「常駐」である場合には現走
行レベルのフレーム番号で示されるフレームを維持し、
「非常駐」の場合には現走行レベルのフレーム番号で示
される共用フレーム内のコンテクストを外部の記憶手段
にセーブさせるように指示する。また、新走行レベルの
常駐フラグが「常駐」である場合には新走行レベルのフ
レーム番号で示されるフレームを実行に使用するように
指示し、「非常駐」の場合には新走行レベルのフレーム
番号で示される共用フレームに外部の記憶手段からコン
テクストをリストアするように指示する。

従って、命令実行ユニットは、コンテクスト指示手段か
らの指示に基づいて、実行用のレジスタセットとして用
いるフレームの切り換え、および共用フレームにおける
コンテクストのセーブ／リストアを行い、各々レベルに
応したコンテクストのスイッチにより割り込み要求を処
理する。

このように、本発明では、常駐させた特定のレベルに関
しては、コンテクストのスイッチが情報処理装置の内部
的な処理として行われ、外部の記憶手段とのデータ転送
等の処理を省略して処理時間の短縮が可能となる。特に
、常駐させるレベルとして適宜割り込みが頻繁なレベル
等を設定することにより、割り込み処理時のコンテクス
トのセーブ／リストアのオーバヘッドを小さくすること
ができる。さらに、レジスタファイルに用いるフレーム
あるいはレジスタセットは、ハードウェアに基づく全て
の割り込みレベルに対応する必要がなく、ハードウェア
の増加を抑えながら効率よい割り込み処理を実現するこ
とができ、これにより前記目的が達成される。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図には、本発明に基づいて割り込み処理を行う情報
処理装置としてのマイクロプロセッサ１が示されている
。

マイクロプロセッサ１は、外部バス２を介して主記憶と
しての記憶手段３が接続されているとともに、内部バス
】１には与えられたプログラムに基づいて処理を実行す
る命令実行ユニット１０が接続されているとともに、命
令実行ユニッ）１０がプログラムの実行に利用するレジ
スタセットを含むレジスタファイル２０が接続されてい
る。

レジスタファイル２０は、マイクロプロセッサｌ内部の
記憶領域を用いたものであり、第２図に示すように、複
数ここでは４つのフレーム１０−１１３を備えている。

各フレームには命令実行ユニット１０のコンテクストが
走行レベル別に保持され、プログラム実行のＷＩにレジ
スタ領域として使用される。

このために、レジスタファイル２０には命令実行ユニッ
ト１０が使用するレジスタを選択するレジスタ指示Ｒ１
が入力されている。

一方、命令実行ユニット１０は、プログラム命令の処理
中あるいはマイクロプログラムの実行中に生じた外部か
らの割り込み要求を一時保留しておくとともに、これら
の割り込み要求を処理するための割込調停回路３０が接
続されている。

割込調停回路３０は、命令実行ユニット１０における処
理の区切り等の一定の区切りで保留中の割り込み要求を
調べ、最も優先順位の高い割り込み要求のレベルが現在
走行中のプログラムのレベルより優先順位が高い場合、
命令実行ユニッ）１０に割込許可信号ＩＥを出力すると
ともに、新走行レベル信号ＮＬをカレント走行レベルレ
ジスタ３１および常駐チェック回路３２に出力する。

カレント走行レベルレジスタ３１は、命令実行ユニット
１０における現在の走行レベルを保持し、命令実行ユニ
ット１０または割込調停回路３０からの要求に応じて現
走行レベルＣＬとして出力するものであり、割込調停回
路３０から新走行レベルＮＬが入力された際に保持した
内容を更新される。

常駐チェック回路３２にはコンテクストテーブル４０が
接続されている。

コンテクストテーブル４０は、第３図に示すように、各
エントリがハードウェアで定義された割込レベル毎にレ
ベル番号４１、常駐フラグ４２およびフレーム番号４３
が設定される。このうち、常駐フラグ４２にはレベル番
号４１で表されたレベルに対応するコンテクストをレジ
スタファイル２０内に常駐させるか（フラグ−１）否か
（フラグ−〇）が設定されており、フレーム番号４３に
は常駐するとされたコンテクストを格納するレジスタフ
ァイル内のフレーム１１０−１３の何れかが指定さ□れ
ている。常駐チェック回路３２は、コンテクストテーブ
ル４０を参照し、任意のレベルしりに対応する常駐フラ
グＲＦおよびフレーム番号ＦＮを調べてコンテクスト指
示手段５０に出力する。

コンテクスト指示手段５０は、常駐フラグレジスタ５１
、セーブ／リストア指示回路５２およびフレーム番号指
示回路５３を備えている。

セーブ／リストア指示回路５２は、常駐チェック回路３
２から送られる常駐フラグＲＦ−０（非常駐）の場合、
命令実行ユニットｌＯに記憶手段３と指定されたフレー
ムとの間で必要なコンテクストのセーブ／リストアを行
わせる。なお、常駐チェック回路３２から送られた常駐
フラグＲＦは常駐フラグレジスタ５１に保持され、適宜
参照することができる。

フレーム番号指示回路５３は、常駐チェック回路３２か
らのフレーム番号ＦＮを保持する第一フレーム番号レジ
スタ５４と、このレジスタ５４がそれまで保持していた
番号ＰＮ２を保持する第二フレーム番号レジスタ５５と
を備えるとともに、これらの何れかの内容を命令実行ユ
ニット１０からの指示ＦＳに基づいて選択してレジスタ
ファイル２０に出力するフレーム番号選択手段５６を備
えている。レジスタファイル２０においては、フレーム
番号選択手段５６から与えられるフレーム番号ＰＮによ
りフレームＩＯ〜婁３の何れかが選択され、このフレー
ムに対して命令実行ユニットｌＯのアクセスが行われる
ように構成されている。

このように構成された本実施例においては、次のような
動作が行われる。

まず、所定のソフトウェア命令によりコンテクストテー
ブル４０の設定を行う。

第３図に示すように、コンテクストテーブル４０はハー
ドウェアに基づいて６４の割込レベルに対応して配置さ
れている。また、レベル番号４１がＬＶ＝６１、６２．
６３のものに対しては、常駐フラグ４２がＲＦ＝１　（
常駐）と設定され、それぞれフレーム番号４３にはＦＮ
＝４１．１２．１３が割り当てられている。さらに、そ
の他のレベルＬＶ＝　Ｏ〜６０に対しては、常駐フラグ
ＲＦ＝Ｏ（非常駐）とされ、それぞれ共用フレームとし
てＰＮ＝雲０が割り当てられている。

ここで、命令実行ユニット１０がユーザプログラムを実
行するにあたって、カレント走行レベＪレレジスタ３１
において現走行レベルＣＬ＝６３であるとすると、コン
テクストテーブル４０の設定からコンテクスト指示手段
５０の常駐フラグ・レジスタ５１は「常駐」を示し、フ
レーム番号指示手段５３の第一フレーム番号レジスタ５
４は「Ｉ３」を示す。従って、命令実行ユニット１０は
、ユーザプログラムの実行にレジスタファイル２０のフ
レーム＃３を利用する。

この状態で命令実行ユニ・シト１０に割込レベルが「６
２」の割り込み要求が発生したとすると、割込調停回路
３０は現走行レベルＣＬ＝　６３よりも優先順位が高い
ことから割込許可ＩＥを出し、新走行しベルＮＬ＝　６
２を設定する。

ここで、常駐チェンク回路３２は、コンテクストテーブ
ル４０を参照し、各レベルＣＬ、　ＮＬの常駐状態を調
べる。すなわち、現走行レベルＣＬについては、レベル
Ｌν＝６３に対応する常駐フラグＲＦＣ＝　１およびフ
レーム番号ＦＮＣ＝１３が得られ、新走行しベルＮＬに
ついては、レベルＬＶ＝　６２に対応する常駐フラグＲ
ＦＮ＝　１およびフレーム番号ＦＮＮ＝　１１２が得ら
れる。

この場合、現走行レベルＣＬも新しい割込レベルＮＬも
常駐なので、命令実行ユニット１０のコンテクストスイ
ッチはマイクロプロセッサ１の内部で行われる。すなわ
ち、命令実行ユニット１０は、現走行レベルＣＬに対応
したフレーム＃３へのアクセスを中止し、代わって新走
行しベルＮＬに対応したフレーム＄２を実行用に設定し
、このフレーム１１２内のコンテクストに基づいて処理
を再開することで割り込みが実現される。このため、命
令実行ユニントエ０はマイクロプロセッサ１の外部バス
２を介して記憶手段３との間でコンテクストをセーブ／
リストアする必要がなく、オーバーヘッドは殆どないま
でに低減される。

なお、この状態で、カレント走行レベルレジスタ３１は
ＣＬ＝　６２となり、第一フレーム番号レジスタ５４は
ｒ　１２」、第二フレーム番号レジスタ５５は「雲３」
となる。

ここで、命令実行ユニット１０の割り込み処理ルーチン
は、その処理の中で、割り込みを起こしたプログラムの
コンテクストを調べる必要を生じることがある。このよ
うなとき、特別なソフトウェア命令により命令実行ユニ
ット１０からの指示ＦＳとしてフレーム番号選択手段５
６を切り換え、第二フレーム番号レジスタ５５を参照す
ることで割り込みが起きたときの現走行レベルＣＬ＝　
６３を呼び出し、そのレベルに対応するレジスタファイ
ル２０のフレーム雲３内のコンテクストを参照すること
ができる。

次に、命令実行ユニット１０にレベルが「１０」の割り
込み要求が発生したとする。

ここで、現走行レベルＣＬ＝　６２は常駐であり、コン
テクストのスイッチにあたって命令実行ユニット１０の
コンテクストを記憶手段３にセーブする必要はないが、
新走行しベルＮＬ＝　１０は、第３図より常駐フラグＲ
Ｆ＝Ｏ（非常駐）であり、命令実行ユニット１０は記憶
手段３からコンテクストをリストアしてくる必要がある
。この際、リストアされるコンテクストは、レベルＬＶ
＝　１０のフレーム番号ＦＬ−婁Ｏより、レジスタファ
イル２０のフレームｓｏに保持され、命令実行ユニット
１０はこのフレームＩＯを利用してプログラムの実行を
再開する。

このような場合、記憶手段３からコンテクストをリスト
アするためのデータ転送を行う必要があるが、現在のコ
ンテクストをセーブする必要がないため、通常のセーブ
／リストアによるコンチフストスインチ処理に比べてオ
ーバーヘッドは半分でよいことになる。

さらに、現走行レベルＣＬ＝　１０で新走行しベルＮＬ
＝６１ノ場合、ＬＶ＝　１０は非常駐（ＲＰ＝　Ｏ、Ｆ
Ｎ＝ＩＯ）でＬシー６１は常駐（ＲＦ＝　１　、　ＦＮ
＝Ｉｌ）であるため、命令実行ユニッ目０はフレーム１
１０内のコンテクストをセーブし、リストアなしにフレ
ームＩＩをアクセスして処理を再開する。このタメ、オ
ーツ１−ヘッドはセーブ動作骨だけでとなる。

また、現走行レベルＣＬ＝１０で新走行しベルＮＬ＝１
１ノ場合、ＬＶ−１０および１１ともに非常駐（ＲＦ＝
０゜ＦＮ−１０）であるため、命令実行ユニシト１０ハ
フレームＩＯに対してセーブ／リストアともに実行する
。

この場合のみ、オーバ・ヘッドは従来のものと同様とな
る。

このような本実施例によれば、次に示すような効果があ
る。

すなわち、予め設定した特定のレベルに関しては、レジ
スタファイル２０内にコンテクストを常駐させることに
より、外部の記憶手段３とのセーブ／リストアを省略す
ることができ、データ転送等に伴う割り込み処理のオー
バーヘッドを解消すとかできる。

第１表にはセーブ／リストアの動作の形態を示す。

第１表 このように、命令実行ユニ７ト１０の現走行レベルと割
り込みによる新走行レベルが共に常駐である場合にはセ
ーブ／リストアの両方を省略することができ、割り込み
処理に要するオーバーヘッドを殆ど零にすることができ
るとともに、何れかのレベルが常駐であれば、従来の半
分のオーバーヘッドで済むことになり、従来のセーブ／
リストア式の割り込み処理方式に対して大幅な処理速度
の向上を実現することができる。

また、レジスタファイル２０に配置するフレームは、ハ
ードウェアの要求に応した全てのレベルに対応する必要
がなく、適宜な数（前記実施例では４つ）のフレームを
準備すればよい。このため１、従来の各割込レベル毎に
レジスタセットを配置する割り込み処理方式に比べ、ハ
ードウェアの大型化を回避できる。

さらに、コンテクストテーブル４０においてハードウェ
アに定義される割込レベルの全てについての設定をして
おくため、各レベルに確実に対応できるとともに、常駐
の設定等の自由度を確保し、かつ特定のソフトウェア命
令により設定を簡単に行うことができる。

このため、アプリケーションプログラムに応して頻繁に
使われるレベルを常駐化させることで、アブリケーシッ
ンファイルのフレームを有効に活用できる。一般に、ハ
ードウェアで与えられる全ての割込レベルを使うアプリ
ケーションは稀であるので、本実施例のように限られた
レベルに対してのみ常駐をサポートすることにより運用
を効率的に行うことができる。

また、第一および第二のフレーム番号レジスタ５４、５
５を設けたため、割り込み前のコンテクストを簡単に参
照することができ、処理中のプログラムの要求などにも
確実に対応できる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
以下に示すような変形をも含むものである。

すなわち、レジスタファイル２０に設定するフレームの
数は４つに限らず、使用頻度が高くて常駐化したいレベ
ルの数などに応じて適宜設定すればよい。

また、非常駐レベルで使用する共用フレームにはフレー
ムＩＩＯに限らず、他のフレーム番号Ｉ３を充ててもよ
く、あるいは共用の頻度等に応じて共用フレームを２つ
以上として非常駐レベルをグループ分けしてもよい。

さらに、コンテクストテーブル４０に設定する項目とし
ては、レベル番号４１、常駐フラグ４２およびフレーム
番号４３に限らず、各レベルをグループ分けする場合の
グループ番号、あるいはセーブ／リストアする記憶手段
３の装置番号等を併記してもよく、実施にあたって適宜
設定すればよい。

また、コンテクストテーブル４０に設定するレベルの数
は６４に限らず、マイクロプロセッサ１におけるハード
ウェア上の設定に応して適宜変更すればよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、プロセッサで定義される
割込レベルのうち一部についてそのコンテクストをプロ
セッサ内部に常駐化させることにより、そのレベルのコ
ンテクストスイッチにあたってのセーブ／リストアに伴
うオーバ・ヘッドを小さくでき、ハードウェアの増加を
抑えながら割り込み処理の高速化を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
前記実施例で用いるレジスタファイ、ルの構成を示す説
明図、および第３図は前記実施例で用いるコンテクスト
・テーブルの構成例を示す説明図である。 １・・・情報処理装置であるマイクロプロセッサ、２・
・・外部バス、３・・・外部の記憶手段、１０・・・命
令実行ユニット、１１・・・内部ハス、２０・・・レジ
スタファイル、３０・・・割込調停回路、３１・・・カ
レント走行レベルレシスタ、３２・・・常駐チェック回
路、４０・・・コンテクストテーブル、５０・・・コン
テクスト指示手段、５２・・・セーブ／リストア指示回
路、５３・・・フレーム番号指示回路、ＩＥ・・・割込
許可、ＣＬ・・・現走行レベル、ＮＬ・・・新走行しベ
ル、ＲＰ・・・常駐フラグ、ＦＮ・・・フレーム番号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報処理装置に対する割り込み要求に応じて命令
   実行ユニットの走行状態を切り換える割り込み処理方式
   であって、 割り込み要求の中で最も高い割込レベルが命令実行ユニ
   ットの現走行レベルより高い場合にその割込レベルを新
   走行レベルとして出力する割込調停回路と 複数のフレームの各々に命令実行ユニットが所定の走行
   レベルでプログラムの実行に使用するレジスタセットの
   内容を含むコンテクストを保持するレジスタファイルと
   、 ハードウェアで定義される割込レベルの各々について、
   各レベルに対応するコンテクストをレジスタファイルに
   常駐させるか否かを示す常駐フラグと、そのコンテクス
   トを常駐させるフレームを示すフレーム番号とが登録さ
   れたコンテクストテーブルと、 コンテクストテーブルを参照し、割込調停回路からの新
   走行レベルおよび命令実行ユニットの現走行レベルに対
   応する常駐フラグおよびフレーム番号を調べる常駐チェ
   ック回路と、 命令実行ユニットに対し、常駐フラグが常駐である場合
   にはフレーム番号で示されるレジスタファイルのフレー
   ム内のコンテクストを使用するように指示するとともに
   、常駐フラグが常駐でない場合には外部の記憶手段に対
   してコンテクストをセーブ／リストアするように指示す
   るコンテクスト指示手段とを備えたことを特徴とする割
   り込み処理方式。