JPH07134656A - 割り込み制御方法及びそれを実現するマルチタスクシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 割り込み処理の最後でタスクスイッチのため
の特殊な手続きを必要とすることのない、割り込み処理
の最後が割り込みリターン命令で書かれている割り込み
処理で、リアルタイム処理向けマルチタスクシステムの
割り込み制御が可能な割り込み制御方法を提供すること
を目的とする。 【構成】 多重割り込みか否かの確認をし（Ｓ２）、多
重割り込みでない場合に、割り込みリターン命令での戻
り先を変更する割り込み処理後の戻り先をタスクスイッ
チ処理に変更する（Ｓ３）ことにより、割り込みリター
ン命令でのタスクスイッチ処理の実行が実現される。こ
の戻り先の変更は、特に、割り込み受付時、該割り込み
に対応した処理の実行に先立ち処理される割り込み前処
理で行われる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、リアルタイム処理が要
求されるマルチタスクシステムの割り込み制御方法それ
を実現するマルチタスクシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】リアルタイム処理が要求されるコンピュ
ータシステムにおいては、外界の処理（以下、外部処
理）と同期しながら、プログラムの実行（以下、内部処
理）を行う必要がある。このため、外部処理において許
容されている時間内に、これに対応した内部処理を完了
させなければならない。この時間的要件を満足させるた
めには、外部処理が、現在実行されている内部処理より
も時間的要求の厳しい新な内部処理の実行を要求した時
に、現在の内部処理を一旦中断して新に要求された内部
処理を先行して行わなければならない。

【０００３】従って、このようなリアルタイム処理をコ
ンピュータで可能とするためには、外部処理からのコン
ピュータに対する内部処理の実行要求を伝達するため
に、コンピュータの割り込み処理機構を用いる。また、
時間的要件の厳しい内部処理を優先して行うための方法
として、必要な内部処理をタスクとしてプログラムして
その各タスク毎に優先度を設け、優先度の高いタスク順
にコンピュータのＣＰＵ資源を割り当てるプリエンプテ
ィブな優先度スケジューリングの手法に基づいて、タス
クスイッチを行うマルチタスク制御プログラムを利用し
ている。

【０００４】マルチタスク制御プログラムにおいては、
タスクの生成，中断，再開，終了や優先度変更などとい
った各種の機能は、通常サブルーチンコールやソフトウ
ェア割り込みの形式（以下、システムコール）で提供さ
れている。タスクや割り込み処理内でこれらを呼ぶこと
によって、各機能が実行される。通常、タスクからシス
テムコールが実行され、その結果他タスクへのタスクス
イッチが必要となった場合は、そのシステムコール実行
の終了段階でタスクスイッチ処理が実行される。

【０００５】しかし、タスクと同様に割り込み処理中の
システムコールでタスクスイッチ処理を行なった場合
は、再度のタスクスイッチの発生によってこの割り込み
処理に戻ってくるまで、この割り込み処理の残りの部分
の実行が待たされることになったり、また最悪の場合は
これ以降この割り込み処理へ戻るタスクスイッチが発生
せず、割り込み処理の実行が継続されない可能性もあ
る。さらに、この割り込み処理が終了しない間は、この
割り込み要求レベルと同等かそれより低いレベルの割り
込みをコンピュータが受け付けなくなってしまい、外部
処理からの他の要求を取りこぼしてしまう可能性もあ
る。

【０００６】このような問題を避けるため、従来のリア
ルタイム処理が必要なマルチタスクシステムにおいて、
割り込み処理中にシステムコールが実行された場合に
は、その時点でタスクスイッチの必要性があっても行わ
ず、この割り込み処理の最後で呼ばれるタスクスイッチ
処理のためのシステムコールの実行時点まで、タスクス
イッチが禁止されるようになっている。

【０００７】図３に、リアルタイム処理が要求されるマ
ルチタスクシステムの多重割り込みのタイムチャートを
示す。図のように割り込み処理途上で、更に高いレベル
の割り込みが発生する多重割り込みの場合には、高レベ
ルの割り込み処理を完了させた後、タスクへ戻る最も低
レベル割り込み処理の最後で、タスクスイッチのための
システムコールによってタスクスイッチが実行される必
要がある。このように、割り込み処理内でシステムコー
ルを実行するプログラムは、その終了時に必ずマルチタ
スク制御プログラムに制御を戻し、タスクスイッチを行
う特殊な手続きが不可欠となっている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、リアル
タイム処理が要求されるマルチタスクシステムでは、上
述のように割り込み処理の最後でタスクスイッチのため
の特殊な手続きが必要とされていたので、図２のように
処理の最後が割り込みリターン命令で書かれている一般
的な形式の割り込み処理を用いて、割り込み制御が出来
ないという問題があった。

【０００９】本発明は、前記従来の欠点を除去し、リア
ルタイム処理が要求されるマルチタスクシステムにおい
て、割り込み処理の最後でタスクスイッチのための特殊
な手続きを必要とすることなく、割り込み処理の最後が
割り込みリターン命令で書かれている割り込み処理で、
リアルタイム処理向けマルチタスクシステムの割り込み
制御が可能な割り込み制御方法それを実現するマルチタ
スクシステムを提供する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の割り込み制御方法は、リアルタイム処理が
要求されるマルチタスクシステムにおける割り込み制御
方法であって、割り込みが多重割り込みか否かを確認
し、多重割り込みでない場合に、割り込み処理のリター
ン命令での戻り先をタスクスイッチ処理に変更すること
を特徴とする。

【００１１】ここで、前記タスクスイッチ処理への変更
は、リターン命令で参照するスタック上の戻り先アドレ
スをタスクスイッチ処理の先頭アドレスへ変更する処理
を含む。また、前記タスクスイッチ処理への変更は、割
り込み受付時に該割り込みに対応した処理の実行に先立
ち実行される。

【００１２】また、本発明のマルチタスクシステムは、
リアルタイム処理が要求されるマルチタスクシステムに
おいて、割り込みが多重割り込みか否かを確認する確認
手段と、多重割り込みでない場合に、割り込み処理のリ
ターン命令での戻り先を変更する変更手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１３】ここで、前記変更手段は、リターン命令で
参照するスタック上の戻り先アドレスを所望の処理の先
頭アドレスへ変更するアドレス変更手段を含む。また、
前記アドレス変更手段は、スタック上で元の戻り先アド
レスの上に所望の処理の先頭アドレスを積み上げるスタ
ック変更手段と、スタックポインタを所望の処理の先頭
アドレスに変更するスタックポインタ変更手段とを備え
る。また、前記確認手段及び変更手段は、割り込み受付
時に該割り込みに対応した処理の実行に先立ち動作す
る。

【００１４】

【実施例】

（実施例１）以下、本発明の割り込み制御方法の一実施
例を、図１の割り込み前処理のフローチャートと、図７
のシステム構成図にしたがって詳細に説明する。

【００１５】図７のシステム構成図のコンピュータは、
割り込み要求信号線７３から割り込みを受け付けると、
通常処理を中断し再開に必要な現在の実行アドレスと状
態レジスタ値とをスタック領域（以下スタック）７２３
へ保存し、ＩＯからバス７４を通して入力した割り込み
ベクタ番号（以下ベクタ番号）をキーとしてメモリ内の
特定領域に存在する割り込みベクタ表７２１（以下ベク
タ表）を参照し、ベクタ番号に対応した割り込み処理の
先頭アドレス（図７では、割り込み前処理の先頭アドレ
ス）を獲得した後、このアドレスへ実行を移す、といっ
た順で割り込み処理へ移行する。このため、ベクタ表７
２１には、プログラムの実行以前にそのハードウェアの
要件に従った形式で、各ベクタ番号に対応した割り込み
処理の先頭アドレスが登録されている。ここでは、割り
込み処理の実行に先立って割り込み前処理を実行するの
で、予め割り込み前処理の先頭アドレスをベクタ表７２
１へ登録する。

【００１６】さて、割り込みが発生すると、上記の手順
によって図１に示された割り込み前処理へ実行が移る。
この段階では、コンピュータが通常ワークスペースとし
て使用する図７の先入れ後だしメモリ領域であるスタッ
ク７２３に、割り込み処理が完了した後に割り込みリタ
ーン命令で割り込み以前のプログラムへ復帰するのに最
低限必要な、割り込み前のプログラムカウンタ（以下Ｐ
Ｃ）７１２の値である実行アドレスと状態レジスタ７１
４の値とが保存されている。図６に実行中のスタックの
様子が示されている。この段階では図６のａ点までスタ
ックが使用されている。コンピュータ７１（ＣＰＵ）
は、スタックの使用済領域を管理するため、図７のスタ
ックポインタ（以下ＳＰ）７１３を有しており、この段
階のＳＰは点ａのアドレスを指示している。

【００１７】割り込み前処理では、まず以下に説明する
実行すべき割り込み処理の決定Ｓ１を実行する（図１参
照）。この処理は以下の手順で行われる。

【００１８】（割り込み処理の決定Ｓ１）割り込み前処
理で必要なワークスペースを確保するため、スタック７
２３内のフレームの作成手続きＳ１１を行う。この処理
の結果としては、図６のスタック７２３上のａ点からｂ
点までがフレーム６１として確保される。フレーム確保
により、ＳＰ７１３はフレームの上端であるｂ点へ移動
する。また、ＳＰ７１３と同ようにフレーム内の使用済
領域を管理するためフレームポインタ（以下ＦＰ）６２
を作成する。まず、ＦＰ６２として使用されるレジスタ
７１１の現在の値を保存するため、ｂ点より上の保存レ
ジスタ値領域へその値を積み、その後ＦＰ６２に割り当
てられたレジスタはフレームの下端ａ点をポイントする
ように初期化される。

【００１９】図１のレジスタ値保存手続きＳ１２では、
割り込み前処理で使用される他の全てのレジスタ７１１
の値を、図６の保存レジスタ値領域へ順に積む。

【００２０】割り込みの先頭アドレスの獲得手続きＳ１
３は、割り込み処理の先頭アドレスを、プログラムカウ
ンタ相対アドレシングなどにより、現在の実行アドレス
と実行オブジェクトのリンク時に得られた割り込み処理
までのオフセットアドレス値を加算して得る。

【００２１】割り込み処理の先頭アドレス保存手続きＳ
１４では、割り込み前処理から割り込み処理へ実行を移
すまで、得られた割り込み処理の先頭アドレスをレジス
タ等に一時保存しておく。

【００２２】以上のベクタ番号獲得後の個別処理を実行
した後、ジャンプ処理Ｓ１５で多重割り込み確認Ｓ２へ
ジャンプする。これ以下の処理は、ベクタ番号に依存し
ない共通手続きとして記述可能であり、プログラム領域
として図７に７２２で示すようなメモリ上の配置が可能
となる。

【００２３】（多重割り込み確認Ｓ２）図１に示すよう
に、多重割り込み確認Ｓ２では、多重割り込みの場合と
そうでない場合の割り込み処理終了時のリターン先の切
り替えを行う。多重割り込みフラグ確認手続きＳ２１で
は、割り込み処理中に発生した多重割り込みかどうかを
判断するため、割り込み処理中フラグを確認する。

【００２４】もし、割り込み処理中フラグがセットされ
ていなければ、この割り込みは多重割り込みでないこと
がわかる。この場合は、この割り込み処理途上で発生す
る多重割り込みを検出するため、割り込み処理フラグの
セット手続きＳ２２を行い、更に図２のように、記述さ
れた割り込み処理の最後のリターン命令でタスクスイッ
チ処理へ実行を移すため、割り込み処理後の戻り先変更
Ｓ３へ分岐する。

【００２５】割り込み処理中フラグが既にセットされて
いれば、多重割り込み処理分岐Ｓ４へ分岐する。本手順
以下は、必要に応じコンピュータを多重割り込み可能状
態とすることが出来る。

【００２６】（割り込み処理後の戻り先変更Ｓ３）図１
の割り込み処理後の戻り先変更Ｓ３では、図２のような
割り込み処理の最後のリターン命令でタスクスイッチ処
理へ実行を移すように、戻り先の変更処理を実行する。
タスクスイッチ処理の先頭アドレスと状態レジスタとを
フレームに積む手続きＳ３１は、割り込みリターン命令
の戻り先をＦＰ６２が示している図６のａ点の上に積
む。このとき、割り込み前のタスクの実行アドレスと状
態レジスタとをスタックに残したままにしておくのは、
タスクスイッチ処理によって再び割り込まれたタスクへ
戻れるようにするためである。この処理のあとフレーム
を先入れ後だしメモリとして使用するため、ＦＰ６２の
値をｄ点へ移す手続きＳ３２を実行する。本手順の実行
の後、割り込み処理分岐Ｓ４を実行する。

【００２７】（割り込み処理分岐Ｓ４）割り込み処理分
岐Ｓ４は、実行すべき割り込み処理へ分岐するための処
理を実行する。割り込み処理の先頭アドレスをフレーム
に積む手続きＳ４１は、すでに先頭割り込み処理決定Ｓ
１で求め、かつ一時的にレジスタ等に保存した割り込み
処理の先頭アドレスを、図６のＦＰ６２が示しているフ
レームのｄ点の上に積む。

【００２８】この処理のあとフレームを先入れ後だしメ
モリとして使用するため、ＦＰ６２の値をｅ点へ移す手
続きＳ４２を実行する。

【００２９】レジスタ値回復手続きＳ４３では、図２の
割り込み処理が仮想的に割り込みの直後に実行されたよ
うに見せるため、ＳＰ７１３とＦＰ６２以外の割り込み
前処理で使用された全てのレジスタ値を元に戻す。

【００３０】フレーム抹消手続きＳ４４では、現在ＦＰ
６２の値が示している図６のｅ点へＳＰ７１３を移動す
る。その後ＦＰ６２は不要になるので、ＦＰ６２に使用
したレジスタの値を図６の保存レジスタ値領域から回復
する。最後のリターン命令の実行Ｓ４５によって、スタ
ックから割り込みの処理の先頭アドレスが取り込まれ、
割り込み処理へ実行が移される。

【００３１】さて、実行が移された図２の割り込み処理
では、この処理の最後にある割り込みリターン命令の実
行によって、スタック上の最上位にあるアドレスと状態
レジスタ値とが読み込まれ、この状態レジスタの値で実
行が再開される。つまり、多重割り込みでない割り込み
の場合は、スタックの最上位にあるのは、図６のｄ点に
あるタスクスイッチ処理の先頭アドレスと状態レジスタ
値とであり、タスクスイッチ処理を一旦経由した後、タ
スク処理へ戻ることになる。タスクスイッチ処理では、
タスクスイッチの実行と共に割り込み処理中フラグがセ
ットされる。

【００３２】一方、多重割り込みの場合は、スタックの
最上位にあるのは、図６のａ点にある割り込み前の実行
アドレスと状態レジスタ値とであり、割り込みをした低
レベル割り込み処理へ戻る。

【００３３】図４に、本実施例による以上の多重割り込
みのタイムチャートを示す。

【００３４】（実施例２）本発明の割り込み制御方法の
他の実施例を図５にしたがって説明する。

【００３５】割り込み前処理の実行の後に割り込み処理
へ実行を移すため、割り込み処理の先頭アドレス（割り
込みベクタ表と同ような構造）の表をメモリ内に別途作
成しておく。

【００３６】図１に示した実施例１では、実行すべき割
り込み処理の決定Ｓ１の結果として、実行すべき割り込
み処理の先頭アドレスを求めたが、本実施例の図５で
は、実行すべき割り込み処理の決定Ｓ５１では、手続き
Ｓ５１３で得た直値として埋めこまれている割り込みベ
クタ（割り込み処理）毎の識別番号を、手続きＳ５１４
でレジスタやメモリへ一旦保存する。

【００３７】後の割り込み処理分岐Ｓ５４では、この識
別番号を使用し手続きＳ５４１で、割り込み処理の先頭
アドレスを表を参照して求める。この手続きとしては、
先に述べた割り込み処理の先頭アドレスをメモリ内に順
に並べた表を作成し、その表の先頭アドレスと識別番号
から得られるオフセットアドレスとを加算し、その加算
結果のアドレスより割り込み処理の先頭アドレスを読み
出す。その後、ジャンプ命令Ｓ５４４で割り込み処理へ
実行を移す。

【００３８】図１の実施例１の多重割り込み確認Ｓ２で
は、割り込み処理中フラグを使用しソフトウェア的に多
重割り込みの判断をした。図５の多重割り込み確認手段
Ｓ５２では、コンピュータ内に多重割り込みの発生を確
認出来る割り込みコントローラ等のハードウェアがある
場合の実施例である。まず、割り込みコントローラのス
テータスを読み（手続きＳ５２１）、このステータスか
ら現在の割り込みよりレベルの低い割り込みが待たされ
ているかどうか手続きＳ５２２で確認する。もし、存在
しなければ多重割り込みでない割り込みであるので、実
施例１と同ようの割り込み処理後の戻り先変更Ｓ３を実
行する。

【００３９】尚、本実施例では、最初の低レベルの割り
込み処理に入る前に、割り込み前処理でタスクスイッチ
処理へのポインタと状態レジスタとをスタックに積んだ
が、最後の低レベルの割り込み処理からのリターン処理
の前に、同様のリターン前処理でタスクスイッチ処理へ
のポインタと状態レジスタとをスタックに積んでも、本
実施例と同様の効果を達成できる。また、本実施例で示
した割り込み前処理のフローチャートはその一例であ
り、同じ機能を達成できればこれに限定されない。例え
ば、多重割り込み確認を最初に実行し、多重割り込み時
にはレジスタ等の保存／回復を最小限にすれば、多重割
り込み時の処理の迅速化が図れる。また、本実施例の割
り込み前処理は、ソフトウエアにより実現されてもよい
し、ハードウエアにより実現されてもよい。更に、ハー
ドウエアとソフトウエアとを組合わせたファームウエア
による実現も出来る。さらに、本発明は、複数の機器か
ら構成されるシステムに適用しても、１つの機器から成
る装置に適用しても良い。また、本発明はシステム或は
装置にプログラムを供給することによって達成される場
合にも適用できることは言うまでもない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、リアル
タイム処理が要求されるマルチタスクシステムにおい
て、割り込み処理の最後でタスクスイッチのための特殊
な手続きを必要とすることなく、割り込み処理の最後が
割り込みリターン命令で書かれている割り込み処理で、
リアルタイム処理向けマルチタスクシステムの割り込み
制御が可能となった。

【００４１】また、最近では高級言語によって簡単に割
り込みプログラムが記述出来るようになっている。これ
は、コンパイラが割り込み処理であると宣言されたサブ
ルーチンを、図２の形式へコンパイルすることによる。
したがって、高級言語で作成された割り込み処理プログ
ラムも、本発明を適用することによってリアルタイム処
理が要求されるマルチタスクシステム下で使用可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の割り込み前処理の手順を示
すフローチャートである。

【図２】本実施例で使用される割り込み処理の手順を示
すフローチャートである。

【図３】リアルタイム処理が要求されるマルチタスクシ
ステムの多重割り込みのタイムチャートである。

【図４】本実施例による多重割り込みを示すタイムチャ
ートである。

【図５】実施例２に示す割り込み前処理の手順を示すフ
ローチャートである。

【図６】図１のスタックの使用状況を説明する図であ
る。

【図７】本実施例のシステムを説明するための図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 潤二 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 リアルタイム処理が要求されるマルチタ
   スクシステムにおける割り込み制御方法であって、 割り込みが多重割り込みか否かを確認し、 多重割り込みでない場合に、割り込み処理のリターン命
   令での戻り先をタスクスイッチ処理に変更することを特
   徴とする割り込み制御方法。
2. 【請求項２】 前記タスクスイッチ処理への変更は、リ
   ターン命令で参照するスタック上の戻り先アドレスをタ
   スクスイッチ処理の先頭アドレスへ変更する処理を含む
   ことを特徴とする請求項１記載の割り込み制御方法。
3. 【請求項３】 前記タスクスイッチ処理への変更は、割
   り込み受付時に該割り込みに対応した処理の実行に先立
   ち実行されることを特徴とする請求項１または２記載の
   割り込み制御方法。
4. 【請求項４】 リアルタイム処理が要求されるマルチタ
   スクシステムにおいて、 割り込みが多重割り込みか否かを確認する確認手段と、 多重割り込みでない場合に、割り込み処理のリターン命
   令での戻り先を変更する変更手段とを備えることを特徴
   とするマルチタスクシステム。
5. 【請求項５】 前記変更手段は、リターン命令で参照す
   るスタック上の戻り先アドレスを所望の処理の先頭アド
   レスへ変更するアドレス変更手段を含むことを特徴とす
   る請求項４記載のマルチタスクシステム。
6. 【請求項６】 前記アドレス変更手段は、スタック上で
   元の戻り先アドレスの上に所望の処理の先頭アドレスを
   積み上げるスタック変更手段と、スタックポインタを所
   望の処理の先頭アドレスに変更するスタックポインタ変
   更手段とを備えることを特徴とする請求項５記載のマル
   チタスクシステム。
7. 【請求項７】 前記確認手段及び変更手段は、割り込み
   受付時に該割り込みに対応した処理の実行に先立ち動作
   することを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１つに
   記載のマルチタスクシステム。