JPH10283188A - プロセッサにおけるレジスタ保護方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 命令を実行するプロセッサにおいて、階層的
なサブルーチンのコールを伴うソフトウェアの実行にあ
たって、サブルーチンコール・リターンの際のレジスタ
内容のメモリへの退避・メモリからの復帰を低減する。 【解決手段】 上の階層のルーチンで使用されているた
め内容を破壊してはいけないレジスタの集合、すなわち
保護すべきレジスタの集合の情報を、現在のルーチンに
伝搬し、サブルーチンがコールされた際に、保護すべき
レジスタの集合の情報と現在のルーチンで使用されるレ
ジスタの集合の情報をもとに、内容をメモリに退避すべ
きレジスタの集合を決定する（ステップ１）。また、保
護すべきレジスタの集合の情報を更新（ステップ２）・
退避しながら、あらゆる階層のサブルーチンに継承・伝
搬していくことが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、命令を実行するプ
ロセッサにおけるレジスタ保護方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子技術の発展により、マイクロ
プロセッサをはじめとする情報処理装置が普及し、様々
な分野で用いられている。

【０００３】一般的なノイマン型プロセッサは通常デー
タメモリよりも高速に読み書きを行うことができるレジ
スタを何本か備えており、メモリへの書き込み（ｓｔｏ
ｒｅ）・メモリからの読み出し（ｌｏａｄ）を行う命令
以外では、レジスタ間で操作を行う命令しか用意されて
いない。そして、レジスタの資源が不足した際にレジス
タの内容を保存しておくためのスタックをメモリ内に持
っている。

【０００４】このようなプロセッサでは、レジスタの本
数が許す限りレジスタ内に値を保持しておき、できるだ
けデータメモリへの内容の保存を行わない方が処理が高
速になる。また、メモリへのアクセス回数を減らすこと
は低消費電力化につながる。そのため、このプロセッサ
上でソフトウェアの開発を行う際、それぞれの処理の時
点で現在使用されているレジスタを把握することができ
ていれば、それをもとにデータを効率的にレジスタに割
り当てていき、割り当てが可能なレジスタが存在しない
ときにのみ、いずれかのレジスタのデータをメモリに退
避する、という方法が有効である。

【０００５】しかし、このようなプロセッサ上で構造化
されたプログラム、すなわち階層的なサブルーチンのコ
ールを伴うプログラムを開発する際、あるサブルーチン
がどのルーチンからコールされるのかを特定しておくこ
とができない。そのため、それぞれのサブルーチンで独
自に任意のレジスタを割り当てて処理を行ってしまう
と、そのルーチンをコールしたルーチンや、更に上の階
層のルーチンで使用していたレジスタの有効な内容を破
壊してしまう可能性がある。これを避けるため、サブル
ーチンでの処理はそのサブルーチン内で完結していなけ
ればならないことになる。そこで、サブルーチンをコー
ルする際には、内容が破壊されてはいけないレジスタを
保護する必要がある。

【０００６】ここで用語の定義をしておく。一般的なプ
ロセッサにおいて、レジスタはサブルーチンコールに際
して内容が破壊されても構わないレジスタと、それ以外
のレジスタに区別されている。ここでは、前者を破壊レ
ジスタ、後者のうち特別な用途を持つレジスタを除いた
ものを保護レジスタと呼ぶことにする。

【０００７】従来の方法では、あるサブルーチンがコー
ルされた時点でどのレジスタの内容を破壊してはいけな
いか、という情報を得ることができないため、サブルー
チンをコールする前もしくはサブルーチンがコールされ
てから実際の処理の前に、サブルーチン単位で保護レジ
スタの内容をメモリに退避することによって、有効なレ
ジスタ内容の破壊を回避している。これには大きく分け
て次の２つの方法がある。

【０００８】従来の第１の方法として図１０に示す方法
がある。図１０中、ＳＲ１からＳＲ４まではそれぞれサ
ブルーチン名を表しており、各ルーチンの破線より上に
記述してあるＲ０などの記号はそのルーチン内で使用さ
れる保護レジスタ名を表している。また、ｓｔｏｒｅ
Ｒ０という記述はレジスタＲ０の内容をメモリに退避す
ることを表しており、ｃａｌｌ ＳＲ２という記述はサ
ブルーチンＳＲ２をコールすることを表している。処理
１から処理７までの記述は、そこで任意の処理が実行さ
れることを表している。図１０では、例えばサブルーチ
ンＳＲ１においてサブルーチンＳＲ２をコールする前
に、現在のルーチンＳＲ１で使用される保護レジスタＲ
０の内容をメモリに退避する。このように、この方法で
は各ルーチンでサブルーチンをコールする寸前にそのル
ーチンで使用される全ての保護レジスタの内容をメモリ
に退避しておくことにより、それらのレジスタの内容が
下の階層のサブルーチンで破壊されてしまうことを回避
している、つまりそれらのレジスタを保護しているので
ある。

【０００９】従来の第２の方法として図１１に示す方法
がある。図１１中の表記は図１０のものと同様であり、
各ルーチンで使用される保護レジスタの組み合わせも図
１０の例と同様である。図１１では、例えばサブルーチ
ンＳＲ２がサブルーチンＳＲ１からコールされた時点
で、現在のルーチンＳＲ２で使用される保護レジスタＲ
０の内容をメモリに退避する。このように、この方法で
は各サブルーチンの処理を開始する前にそのサブルーチ
ンで使用される全ての保護レジスタの内容をメモリに退
避することにより、上の階層のルーチンにおいても使用
されているそれらのレジスタの内容を破壊してしまうの
を回避している、つまりそれらのレジスタを保護してい
るのである。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】図１０、図１１の例に
おいて、Ｒ１からＲ５までのレジスタは、サブルーチン
ＳＲ３のみでしか使用されていない。それにもかかわら
ず、従来のレジスタの保護方法では、前記の２つの手法
のいずれの方法を用いてもＲ１からＲ５までのレジスタ
の内容の退避を実施することになる。

【００１１】ここで、例えば図１２のように処理を行う
ことを考えてみる。図１２中の表記、各ルーチンで使用
される保護レジスタの組み合わせは、図１０や図１１の
場合と同様である。図１２では、図１１に示した処理の
うちサブルーチンＳＲ３でのＲ１からＲ５までのレジス
タの内容の退避を省略している。図１２のように処理を
行ったとしても、他のサブルーチンではＲ１からＲ５ま
でのレジスタが使用されていないので、有効なレジスタ
の内容が破壊されることはない。つまり、図１１の処理
におけるＲ１からＲ５までのレジスタの内容の退避は結
果的に必要で無かったといえる。このことは図１０の処
理についても同様である。

【００１２】レジスタを備えたプロセッサにおいては、
レジスタからメモリへのデータの退避の回数が減少すれ
ば減少するほど、処理が高速になりまた低消費電力化に
つながる。

【００１３】しかしながら従来のレジスタの保護方法で
は、サブルーチンにおいて上の階層のルーチンで使用さ
れているレジスタの集合の情報を保持していないため、
必要以上にレジスタからメモリへのデータの退避を行っ
てしまうことがある。

【００１４】本発明はかかる問題点に鑑みその目的は、
階層的なサブルーチンコールに伴うレジスタの内容のメ
モリへの退避を減少するプロセッサにおけるレジスタ保
護方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明の
方法は、命令を実行するプロセッサにおいて、階層的な
サブルーチンのコールを伴う構造化されたソフトウェア
の実行に際して、サブルーチンのコールに伴って、内容
をメモリに退避すべきレジスタの集合を求める方法であ
る。具体的な手段として上の階層のルーチンで使用され
ているため内容を破壊してはいけないレジスタの集合、
すなわち保護すべきレジスタの集合の情報を現在のルー
チンに伝搬し、サブルーチンがコールされた際に、保護
すべきレジスタの集合の情報と現在のルーチンで使用さ
れるレジスタの集合の情報をもとに、内容をメモリに退
避すべきレジスタの集合を決定する、という方法をと
る。

【００１６】これにより、サブルーチンのコールの際
に、実際に上の階層のルーチンでも使用されておりメモ
リへの退避が必要なレジスタの内容のみをメモリに退避
することができ、無駄なメモリアクセス、つまりレジス
タ内容のメモリへの退避を減らすことができる。

【００１７】請求項２記載の本発明の方法は、命令を実
行するプロセッサにおいて、階層的なサブルーチンのコ
ールを伴う構造化されたソフトウェアの実行に際して、
階層的なサブルーチンのコールに伴って、上の階層のル
ーチンで使用されているため内容を破壊してはいけない
レジスタの集合、すなわち保護すべきレジスタの集合の
情報を、下の階層のサブルーチンに順次継承・伝搬して
いき、その情報を利用することにより退避すべきレジス
タの集合を決定していく方法である。具体的な手段とし
て、サブルーチンがコールされた際には、請求項１記載
の方法で退避すべきレジスタを決定し、次にそれらのレ
ジスタの内容をメモリに退避する。そして、現在の保護
すべきレジスタの集合の情報と現在のルーチンで使用さ
れるレジスタの集合の情報をもとに、保護すべきレジス
タの集合の情報を更新する。

【００１８】これにより、保護すべきレジスタの情報を
更新しながら下の階層のルーチンに伝搬していくことが
できるので、どんなに深い階層のルーチンにおいても現
在の保護すべきレジスタの集合の情報を用いてメモリへ
の退避が必要なレジスタを求めることができ、無駄なメ
モリアクセスを減らすことができる。

【００１９】請求項３記載の本発明の方法は、命令を実
行するプロセッサにおいて、階層的なサブルーチンのコ
ールを伴う構造化されたソフトウェアの実行に際して、
下の階層のサブルーチンからのリターンに伴って、上の
階層のルーチンでの保護するべきレジスタの集合の情報
を復元していき、その情報を利用することによりサブル
ーチンコールの時点で退避されていたレジスタの集合を
特定し、それらのレジスタの内容をメモリから復帰する
方法である。具体的な手段として、まずサブルーチンを
コールする際には、保護すべきレジスタの集合の情報を
メモリに退避しておく。サブルーチンからリターンする
際には、退避されていたコール側のルーチンでの保護す
べきレジスタの集合の情報を復元する。そして、その情
報と現在のルーチンで使用されるレジスタの集合の情報
をもとに、現在のルーチンで内容を退避されていたレジ
スタの集合を求め、それらのレジスタの内容をメモリか
ら復帰する。

【００２０】これにより、階層的なサブルーチンのコー
ル、リターンを伴う場合でも、そのそれぞれのルーチン
において保護すべきレジスタの集合の情報を保持してお
くことができるので、その情報を用いることにより退避
されていたレジスタを求めることができ、上の階層のル
ーチンに処理を移すことができる。さらに、あらゆるル
ーチンで現在の保護すべきレジスタの集合の情報を保持
しておくことができるので、各ルーチンでメモリへの退
避が必要なレジスタを求めることができ、無駄な退避を
減らすことができる。

【００２１】請求項１乃至請求項３の方法において、保
護すべきレジスタの集合の情報を専用レジスタや、汎用
レジスタの一つや、ステータスレジスタの一部など、レ
ジスタやレジスタの一部に保持することによって行うこ
とができる。

【００２２】専用レジスタに保持すると、レジスタの内
容を退避・復帰する命令の引数として指定する必要がな
くなる、というメリットがある。また、ステータスレジ
スタの一部として保持すると、コンテキストスイッチの
場合に値の退避がステータスレジスタの退避と同時に行
われるため、オーバーヘッドを低減することができる、
というメリットがある。

【００２３】請求項１乃至請求項３の方法において、現
在のルーチンで使用されるレジスタの集合の指定は、即
値で表すことにより行うことができる。

【００２４】これにより、この情報がコンテキストにな
らない、すなわちタスクを切り替える時に保存の必要が
ない、というメリットがある。

【００２５】また、現在のルーチンで使用されるレジス
タの集合の指定は、専用レジスタや、汎用レジスタの一
つや、ステータスレジスタの一部など、レジスタやレジ
スタの一部を用いることにより行うことができる。専用
レジスタに保持すると、レジスタの内容を退避・復帰す
る命令の引数として指定する必要がなくなる、というメ
リットがある。また、ステータスレジスタの一部として
保持すると、コンテキストスイッチの場合に値の退避が
ステータスレジスタの退避と同時に行われるため、オー
バーヘッドを低減することができる、というメリットが
ある。

【００２６】請求項１または請求項２または請求項３の
方法において、退避の対象となるレジスタの集合を得る
ための方法として、保護すべきレジスタの集合と現在の
ルーチンで使用される保護レジスタの集合との間で論理
積演算を用いることができる。

【００２７】これにより、無駄のない退避の必要なレジ
スタの集合を容易に求めることができる。

【００２８】請求項２の方法において、保護すべきレジ
スタの集合の情報の更新に際して、新しい保護すべきレ
ジスタの集合を得るための方法として、現在の保護すべ
きレジスタの集合と現在のルーチンで使用される保護レ
ジスタの集合との間で論理和演算を用いることができ
る。

【００２９】これにより、現在の階層までの保護すべき
レジスタの集合の和集合を容易に求めることができる。

【００３０】本発明の方法では、サブルーチンがコール
された時点で、そのルーチンより上の階層のルーチンで
使用しており内容を破壊してはいけないレジスタの集
合、すなわちそのサブルーチンで保護すべきレジスタの
集合の情報を保持しているため、メモリへの退避が必要
なレジスタについてのみ退避を行うようにすることがで
きる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。

【００３２】図６は、本発明の実施の形態におけるプロ
セッサ１０１の構成を示している。図６において、１０
２は命令メモリ、１０３はデータメモリ、１０４はプロ
グラムカウンタ、１０５はプログラムカウンタを更新す
る装置、１０６は命令メモリから読み出した命令を解読
する命令解読装置、１０７はレジスタファイル、１０８
は演算器である。

【００３３】プロセッサ１０１の動作は、まず命令メモ
リ１０２中のプログラムカウンタ１０４で示されるアド
レスから命令コードを読み出し、命令解読装置１０６で
解読する。その解読内容によって、演算の種類やデータ
のメモリ空間でのアドレスやレジスタ名などが示され
る。それにしたがってデータメモリ１０３にアクセスし
たり、レジスタファイル１０７にアクセスして演算器１
０８で演算を行ったりする。そして、必要であれば結果
をレジスタファイル１０７に書き出す。また、プログラ
ムカウンタ１０４を変更する種類の命令であった場合、
プログラムカウンタを更新する装置１０５で更新する。
そうでなかった場合は、現在のプログラムカウンタに命
令のバイト長である４を加える処理をする。プロセッサ
１０１は以上の動作を繰り返し実行する。すなわち、次
には更新されたプログラムカウンタで示されるアドレス
から命令コードの読み出しを行うことになる。

【００３４】レジスタファイル１０７には、３２ビット
の汎用レジスタが１６本と、３２ビットの専用レジスタ
が数本用意されている。なお、メモリの有効アドレス空
間は２４ビットである。図７には汎用レジスタ１６本の
構成が示されている。１６本の汎用レジスタのうち、Ｒ
０からＲ７までの８本が前に定義した保護レジスタ、す
なわち保護の対象となるレジスタであり、Ｇ０からＧ５
までの６本が破壊レジスタである。そして、１本はリン
クレジスタ（ＬＲ）である。リンクレジスタ（ＬＲ）
は、サブルーチンコールの際に戻りアドレスを保持して
おくために用いられる。また、汎用レジスタの１本を保
護すべきレジスタの集合の情報を保持しておくレジスタ
（ＳＬ）として用いる。保護の対象となるレジスタは８
本であるため、ＳＬは８ビットの情報を保持する能力が
あればよい。なお、リンクレジスタ（ＬＲ）の上位８ビ
ットは保護すべきレジスタの集合の情報の格納に利用さ
れる。保護すべきレジスタの集合の情報をリンクレジス
タ（ＬＲ）の一部に格納するという手段をとらなくて
も、本発明の方法を実現することは可能である。

【００３５】保護すべきレジスタの集合の情報を保持す
るために専用レジスタを用いることもできる。こうする
ことにより、サブルーチンコールの前にレジスタ内容を
メモリに退避する命令（ｓａｖｅ命令）や、サブルーチ
ンをコールする命令（ｃａｌｌ命令）の引数としてこの
情報を指定する必要がなくなる、というメリットがあ
る。また、保護すべきレジスタの集合の情報を保持する
ためにステータスレジスタを用いることもできる。ステ
ータスレジスタは専用レジスタの一つで、フラグ情報や
割り込み等のイネーブル情報を保持するために用いられ
ている。この場合、保護すべきレジスタの集合の情報を
ステータスレジスタの一部として持たせるのである。こ
うすることにより、コンテキストスイッチの場合に値の
退避がステータスレジスタの退避と同時に行われるた
め、オーバーヘッドを低減することができる、というメ
リットがある。

【００３６】図８は、レジスタの集合の情報の保持方法
を示している。この方法ではビットフィールドを用いて
レジスタ識別子のビット位置にフラグを立てることによ
りレジスタの集合を表現している。例えば、全体集合が
Ｒ０からＲ７までの８本のレジスタ集合であるとする
と、図８はレジスタ集合｛Ｒ１，Ｒ２，Ｒ５，Ｒ７｝を
表していることになる。本実施の形態においては、保護
すべきレジスタの集合の情報や、現在のルーチンで使用
されるレジスタの集合の情報や、退避の対象となるレジ
スタの集合の情報の保持にこの方法を用いている。

【００３７】図５は、階層的なサブルーチンコールを伴
うプログラムにおいて本発明の方法を適用した場合の、
あるサブルーチンでの処理の流れを示す図である。図５
においてステップ１２とステップ１４は任意の処理を表
している。

【００３８】あるサブルーチンがコールされた際には、
まずステップ１１のｓａｖｅ命令を実行することにより
退避すべきレジスタ、すなわち上の階層のルーチンで使
用されておりかつこのルーチンで使用される保護レジス
タの内容を退避する。

【００３９】下の階層のサブルーチンをコールする際に
はステップ１３のｃａｌｌ命令を実行することによって
下の階層のサブルーチンに処理を移す。

【００４０】上の階層のルーチンにリターンする際に
は、まずステップ１５のｒｅｓｔｏｒｅ命令を実行する
ことにより現在のルーチンでｓａｖｅ命令によって内容
を退避されていたレジスタの内容を復帰し、それからス
テップ１６のｒｅｔ命令を実行することによって上の階
層のルーチンに処理を移す。

【００４１】以下、ステップ１１のｓａｖｅ命令、ステ
ップ１３のｃａｌｌ命令、ステップ１５のｒｅｓｔｏｒ
ｅ命令、ステップ１６のｒｅｔ命令について、それぞれ
の実際の処理内容を説明していく。

【００４２】図１は、プロセッサ１０１がｓａｖｅ命令
を実行する手順を示す図である。ｓａｖｅ命令は、ｓａ
ｖｅ ＳＬ，Ｉｍｍという形式をとり、引数として保護
すべきレジスタの集合の情報（ＳＬ）と現在のルーチン
で使用される保護レジスタの集合の情報である即値（Ｉ
ｍｍ）が与えられる。以下、ｓａｖｅ命令の動作につい
てステップごとに説明する。

【００４３】ステップ１：引数として与えられた保護す
べきレジスタの集合の情報（ＳＬ）と引数として与えら
れた現在のルーチンで使用される保護レジスタの集合の
情報（Ｉｍｍ）との間でビット論理積演算を行うことに
より、上の階層のルーチンで使用されており、かつ現在
のルーチンで使用されるレジスタの集合を求める。求め
られたレジスタの集合が内容を退避すべきレジスタの集
合になるので、それらのレジスタの内容をメモリに退避
する。

【００４４】ステップ２：現在の保護すべきレジスタの
集合の情報（ＳＬ）と現在のルーチンで使用される保護
レジスタの集合の情報（Ｉｍｍ）との間でビット論理和
演算を行うことにより、現在の階層までのルーチンで使
用されているレジスタの集合の和集合、すなわち下の階
層のルーチンで保護すべきレジスタの集合を求める。そ
の結果で保護すべきレジスタの集合の情報（ＳＬ）を更
新する。

【００４５】ただし、最も下の階層のルーチンにおいて
は、ステップ２の保護すべきレジスタの集合の情報を更
新するステップは省略することができる。

【００４６】このように上の階層のルーチンで使用され
ているレジスタの情報を用いてメモリに内容を退避する
レジスタを決定することにより、メモリへの無駄な退避
を減らすことができる。

【００４７】ここで、現在のルーチンで使用される保護
レジスタの集合の指定は、即値での表現（Ｉｍｍ）によ
って行われる。こうすることには、この情報がコンテキ
ストにならない、すなわちタスクを切り替える時に保存
の必要がない、というメリットがある。ユーザやコンパ
イラは現在のルーチンで使用される保護レジスタを把握
しているため、このように即値で指定することが可能で
ある。

【００４８】現在のルーチンで使用される保護レジスタ
の集合の指定は、専用レジスタを介して行うこともでき
る。こうすることにより、ｓａｖｅ命令や、サブルーチ
ンからリターンする際に退避されていたレジスタを復帰
する命令（ｒｅｓｔｏｒｅ命令）の引数としてこの情報
を指定する必要がなくなる、というメリットがある。

【００４９】現在のルーチンで使用されるレジスタの集
合の指定は、ステータスレジスタを介して行うこともで
きる。つまり、現在のルーチンで使用される保護レジス
タの集合の情報をステータスレジスタの一部として持た
せるのである。こうすることにより、コンテキストスイ
ッチの場合に値の退避がステータスレジスタの退避と同
時に行われるため、オーバーヘッドを低減することがで
きる、というメリットがある。

【００５０】図２は、プロセッサ１０１がｃａｌｌ命令
を実行する手順を示す図である。ｃａｌｌ命令は、ｃａ
ｌｌ ＴＡ，ＳＬという形式をとり、引数としてコール
するサブルーチンのターゲットアドレス（ＴＡ）と保護
すべきレジスタの集合の情報（ＳＬ）が与えられる。以
下、ｃａｌｌ命令の動作についてステップごとに説明す
る。

【００５１】ステップ３：引数として与えられた保護す
べきレジスタの集合の情報（ＳＬ）をリンクレジスタ
（ＬＲ）の上位８ビットに格納する。

【００５２】ステップ４：サブルーチンからの戻りアド
レスをリンクレジスタ（ＬＲ）の下位２４ビットに格納
する。

【００５３】ステップ５：リンクレジスタ（ＬＲ）をメ
モリに退避する。 ステップ６：プログラムカウンタ（ＰＣ）に引数として
与えられたサブルーチンのターゲットアドレスをセット
することにより、下の階層のサブルーチンに処理を移
す。

【００５４】前に述べたｓａｖｅ命令で保護すべきレジ
スタの集合の情報を更新し、その情報をサブルーチンコ
ールに伴って継承していくことにより、どれだけ深い階
層のサブルーチンにも保護すべきレジスタの集合の情報
を伝搬していくことができる。

【００５５】図３は、プロセッサ１０１がｒｅｓｔｏｒ
ｅ命令を実行する手順を示す図である。ｒｅｓｔｏｒｅ
命令は、ｒｅｓｔｏｒｅ Ｉｍｍという形式をとり、引
数として現在のルーチンで使用される保護レジスタの集
合の情報である即値（Ｉｍｍ）が与えられる。以下、ｒ
ｅｓｔｏｒｅ命令の動作についてステップごとに説明す
る。

【００５６】ステップ７：リンクレジスタ（ＬＲ）の内
容をメモリから復帰する。 ステップ８：保護すべきレジスタの集合の情報（ＳＬ）
にリンクレジスタ（ＬＲ）の上位８ビットをセットし、
サブルーチンが呼ばれる前のＳＬに戻す。

【００５７】ステップ９：保護すべきレジスタの集合の
情報（ＳＬ）と引数として与えられた現在のルーチンで
使用される保護レジスタの集合の情報（Ｉｍｍ）との間
でビット論理積演算を行うことにより、現在のルーチン
でｓａｖｅ命令によって内容を退避されていたレジスタ
の集合を求め、それらのレジスタの内容をメモリから復
帰する。

【００５８】前に述べたｃａｌｌ命令で退避されていた
保護すべきレジスタの集合の情報をｒｅｓｔｏｒｅ命令
で復帰することにより、サブルーチンコール時にｓａｖ
ｅ命令で退避されていたレジスタの集合を特定すること
ができ、それらのレジスタ内容を復帰することができ
る。

【００５９】図４は、プロセッサ１０１がｒｅｔ命令を
実行する手順を示す図である。ｒｅｔ命令は、ｒｅｔと
いう形式をとり、引数はとらない。ｒｅｔ命令では、プ
ログラムカウンタ（ＰＣ）に戻りアドレスであるリンク
レジスタ（ＬＲ）の下位２４ビットをセットすることに
より、上の階層のルーチンに処理を移す。

【００６０】本発明の実施の形態を図９にて説明する。
図９において、ＳＲ１からＳＲ３まではそれぞれサブル
ーチン名を表しており、処理１から処理５までは任意の
処理を表している。また、各サブルーチンの破線より上
に記述してあるＲ０などの記号は、そのルーチンで使用
される保護レジスタ名を表している。

【００６１】全体の処理の流れは、まずサブルーチンＳ
Ｒ１にて必要なレジスタの退避を行った後、処理１を実
行する。そしてサブルーチンＳＲ２がコールされ、レジ
スタの退避を行った後、処理３が実行される。さらにサ
ブルーチンＳＲ３がコールされ、レジスタの退避を行っ
た後、処理５を実行する。次に、このルーチンＳＲ３で
退避されていたレジスタを復帰してからサブルーチンＳ
Ｒ２にリターンする。そして、処理４を実行し、このル
ーチンＳＲ２で退避されていたレジスタを復帰してから
サブルーチンＳＲ１にリターンする。最後に処理２を実
行する。

【００６２】以下、図９の各命令の右側に記された
（ａ）から（ｉ）までの各ステップについて、実行され
る順に処理内容を詳細に説明する。なお、ｓａｖｅ命令
とｒｅｓｔｏｒｅ命令の引数の即値（Ｉｍｍ）は、その
ルーチンで使用されるレジスタの集合の情報が２進数値
で表されている。つまり、Ｉｍｍの値はサブルーチン固
有の値ということになる。図９での表記のように以後２
進数の表記には頭に０ｂを付する。

【００６３】ステップ（ａ）：図１のｓａｖｅ命令の手
順にしたがって実行される。初期状態では、保護すべき
レジスタの集合は空集合なのでＳＬの値は０になってい
る。まず、ＳＬと引数として与えられた現在のルーチン
で使用されるレジスタの集合の情報（Ｉｍｍ）０ｂ１１
１０００００とで論理積演算を行う。結果は０ｂ０００
０００００になるので、退避の対象となるレジスタは存
在しない。次に、ＳＬとＩｍｍとで論理和演算を行い、
その結果０ｂ１１１０００００でＳＬを更新する。

【００６４】ステップ（ｂ）：図２のｃａｌｌ命令の手
順にしたがって実行される。まず、ＳＬの下位８ビット
０ｂ１１１０００００をリンクレジスタ（ＬＲ）の上位
８ビットに格納する。次に、サブルーチンからの戻りア
ドレスとして、現在のアドレスにこの命令のバイト長４
を加えた値をリンクレジスタ（ＬＲ）の下位２４ビット
に格納する。そして、リンクレジスタ（ＬＲ）をメモリ
に退避する。最後に、プログラムカウンタ（ＰＣ）に引
数として与えられたサブルーチンＳＲ２のアドレスをセ
ットする。

【００６５】ステップ（ｃ）：図１のｓａｖｅ命令の手
順にしたがって実行される。引数として与えられたＳＬ
（０ｂ１１１０００００）と引数として与えられたＩｍ
ｍ（０ｂ００１１１０００）とで論理積演算を行う。そ
の結果０ｂ００１０００００より、レジスタＲ２の内容
をメモリに退避する。次に、ＳＬとＩｍｍとで論理和演
算を行い、その結果０ｂ１１１１１０００でＳＬを更新
する。

【００６６】ステップ（ｄ）：図２のｃａｌｌ命令の手
順にしたがって実行される。まず、ＳＬの下位８ビット
０ｂ１１１１１０００をリンクレジスタ（ＬＲ）の上位
８ビットに格納する。次に、サブルーチンからの戻りア
ドレスとして、現在のアドレスにこの命令のバイト長４
を加えた値をリンクレジスタ（ＬＲ）の下位２４ビット
に格納する。そして、リンクレジスタ（ＬＲ）をメモリ
に退避する。最後に、プログラムカウンタ（ＰＣ）に引
数として与えられたサブルーチンＳＲ３のアドレスをセ
ットする。

【００６７】ステップ（ｇ）：図１のｓａｖｅ命令の手
順にしたがって実行される。引数として与えられたＳＬ
（０ｂ１１１１１０００）と引数として与えられたＩｍ
ｍ（０ｂ１０００１１００）とで論理積演算を行う。そ
の結果０ｂ１０００１０００より、レジスタＲ０とＲ４
の内容をメモリに退避する。次に、次にＳＬとＩｍｍと
で論理和演算を行い、その結果０ｂ１１１１１１００で
ＳＬを更新する。なお、サブルーチンＳＲ３は最も下の
階層のルーチンなので、ＳＬの更新は省略することがで
きる。

【００６８】ステップ（ｈ）：図３のｒｅｓｔｏｒｅ命
令の手順にしたがって実行される。まず、リンクレジス
タ（ＬＲ）をメモリから復帰する。保護すべきレジスタ
の集合の情報（ＳＬ）に復帰したＬＲの上位８ビット０
ｂ１１１１１０００をセットする。ＳＬと、引数として
与えられた現在のルーチンで使用されるレジスタの集合
の情報（Ｉｍｍ）０ｂ１０００１１００とで論理積演算
を行う。その結果である０ｂ１０００１０００から、レ
ジスタＲ０とＲ４がこのルーチンでメモリに退避されて
いたことがわかるので、Ｒ０とＲ４の内容をメモリから
復帰する。

【００６９】ステップ（ｉ）：図４のｒｅｔ命令の手順
にしたがって実行される。復帰したリンクレジスタ（Ｌ
Ｒ）の下位２４ビットに、ルーチンＳＲ２の戻り先アド
レスが格納されているので、プログラムカウンタ（Ｐ
Ｃ）にその値をセットする。

【００７０】ステップ（ｅ）：図３のｒｅｓｔｏｒｅ命
令の手順にしたがって実行される。まず、リンクレジス
タ（ＬＲ）をメモリから復帰する。保護すべきレジスタ
の集合の情報（ＳＬ）に復帰したＬＲの上位８ビット０
ｂ１１１０００００をセットする。ＳＬと、引数として
与えられた現在のルーチンで使用されるレジスタの集合
の情報（Ｉｍｍ）０ｂ００１１１０００とで論理積演算
を行う。その結果である０ｂ００１０００００から、レ
ジスタＲ２がこのルーチンでメモリに退避されていたこ
とがわかるので、Ｒ２の内容をメモリから復帰する。

【００７１】ステップ（ｆ）：図４のｒｅｔ命令の手順
にしたがって実行される。復帰したリンクレジスタ（Ｌ
Ｒ）の下位２４ビットに、ルーチンＳＲ１の戻り先アド
レスが格納されているので、プログラムカウンタ（Ｐ
Ｃ）にその値をセットする。

【００７２】以上に示したように、本発明の方法を用い
ることにより、全てのサブルーチンにおいてコールされ
た時点での保護すべきレジスタの必要十分な集合を把握
することができるようになり、メモリへの無駄な退避を
減らすことができる。

【００７３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レジスタ
の内容のメモリへの保存およびメモリからレジスタへの
復帰に無駄がなくなり、従来よりメモリアクセスの回数
を減らすことができる。この結果、低消費電力化という
有利な効果が得られる。

【００７４】また、無駄なレジスタ保存命令および復帰
命令を除去することができるため、プログラムの実行サ
イクル数を減少させることができ、動作の高速化という
有利な効果が得られる。

【００７５】また、無駄なレジスタの退避を行うことが
なくなるため、退避領域を有効に活用でき、また容量を
削減することができるという有利な効果が得られる。

【００７６】これらの有利な効果を得るため本発明の手
法を実現するにあたって、複雑なハードウェアを追加す
る必要がない、というメリットもある。

【図面の簡単な説明】

【図１】プロセッサ１０１がｓａｖｅ命令を実行する手
順を示す図

【図２】プロセッサ１０１がｃａｌｌ命令を実行する手
順を示す図

【図３】プロセッサ１０１がｒｅｓｔｏｒｅ命令を実行
する手順を示す図

【図４】プロセッサ１０１がｒｅｔ命令を実行する手順
を示す図

【図５】階層的なサブルーチンコールに伴うあるサブル
ーチンでの処理フロー図

【図６】本発明の実施の形態におけるプロセッサの構成
図

【図７】レジスタファイル１０７の汎用レジスタの構成
図

【図８】レジスタの集合の情報の保持方法を示す図

【図９】本発明の実施の形態に係るサブルーチンコール
に伴うレジスタの保護の方法を示す図

【図１０】従来のサブルーチンコールに伴うレジスタの
保護の方法の第１の方法を示す図

【図１１】従来のサブルーチンコールに伴うレジスタの
保護の方法の第２の方法を示す図

【図１２】従来のサブルーチンコールに伴うレジスタの
保護の方法の第２の方法の、不必要な退避を抹消した方
法を示す図

【符号の説明】

１ プロセッサ１０１の処理ｓａｖｅ命令のステップ ２ プロセッサ１０１の処理ｓａｖｅ命令のステップ ３ プロセッサ１０１の処理ｃａｌｌ命令のステップ ４ プロセッサ１０１の処理ｃａｌｌ命令のステップ ５ プロセッサ１０１の処理ｃａｌｌ命令のステップ ６ プロセッサ１０１の処理ｃａｌｌ命令のステップ ７ プロセッサ１０１の処理ｒｅｓｔｏｒｅ命令のステ
ップ ８ プロセッサ１０１の処理ｒｅｓｔｏｒｅ命令のステ
ップ ９ プロセッサ１０１の処理ｒｅｓｔｏｒｅ命令のステ
ップ １０ プロセッサ１０１の処理ｒｅｔ命令のステップ １１〜１６ 階層的なサブルーチンコールに伴うあるサ
ブルーチンでの処理ステップ １０１ プロセッサ １０２ 命令メモリ １０３ データメモリ １０４ プログラムカウンタ １０５ プログラムカウンタを更新する装置 １０６ 命令解読装置 １０７ レジスタファイル １０８ 演算器

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 命令を実行するプロセッサにおいて、階
   層的なサブルーチンのコールを伴うソフトウェアの実行
   にあたって、サブルーチンのコールに伴って、内容をメ
   モリに退避すべきレジスタの集合を求める方法であっ
   て、 上の階層のルーチンで使用されているため内容を破壊し
   てはいけない保護すべきレジスタの集合の情報を現在の
   ルーチンで保持し、サブルーチンがコールされた際に、
   保護すべきレジスタの集合の情報と現在のルーチンで使
   用されるレジスタの集合の情報をもとに、内容をメモリ
   に退避すべきレジスタの集合を決定するステップを有す
   ることを特徴とするレジスタ保護方法。
2. 【請求項２】 命令を実行するプロセッサにおいて、階
   層的なサブルーチンのコールを伴うソフトウェアの実行
   にあたって、 請求項１記載のレジスタの集合決定ステップと、 サブルーチンがコールされた際に、前記レジスタ集合決
   定ステップで決定された退避すべきレジスタの内容をメ
   モリに退避するステップと、 サブルーチンがコールされた際に、上の階層のルーチン
   で使用されているため内容を破壊してはいけない保護す
   べきレジスタの集合の情報と、現在のルーチンで使用さ
   れるレジスタの集合の情報をもとに、保護すべきレジス
   タの集合の情報を更新するステップとを有することを特
   徴とするレジスタ保護方法。
3. 【請求項３】 命令を実行するプロセッサにおいて、階
   層的なサブルーチンのコールを伴うソフトウェアの実行
   にあたって、 サブルーチンをコールする際に、上の階層のルーチンで
   使用されているため内容を破壊してはいけない保護すべ
   きレジスタの集合の情報を退避しておくステップと、 サブルーチンからリターンする際に、前記レジスタの集
   合の情報退避ステップで退避されていた保護すべきレジ
   スタの集合の情報を復元するステップと、 サブルーチンからリターンする際に、前記レジスタの集
   合の情報復元ステップで復元された保護すべきレジスタ
   の集合の情報と、現在のルーチンで使用されるレジスタ
   の集合の情報をもとに、内容を退避されていたレジスタ
   の集合を特定するステップと、 サブルーチンからリターンする際に、前記レジスタの集
   合特定ステップで求めた退避されていたレジスタの内容
   をメモリから復帰するステップとを有することを特徴と
   するレジスタ保護方法。
4. 【請求項４】 保護すべきレジスタの集合の情報を専用
   レジスタや、汎用レジスタの一つや、ステータスレジス
   タの一部など、レジスタやレジスタの一部に保持するこ
   とによって行われる請求項１乃至請求項３に記載のレジ
   スタ保護方法。
5. 【請求項５】 現在のルーチンで使用されるレジスタの
   集合の指定が、即値で表すことにより行われる請求項１
   乃至請求項３に記載のレジスタ保護方法。
6. 【請求項６】 現在のルーチンで使用されるレジスタの
   集合の指定が、専用レジスタや、汎用レジスタの一つ
   や、ステータスレジスタの一部など、レジスタやレジス
   タの一部を用いることにより行われる請求項１乃至請求
   項３に記載のレジスタ保護方法。
7. 【請求項７】 退避の対象となるレジスタの集合を得る
   演算が、保護すべきレジスタの集合と、現在のルーチン
   で使用される保護の対象となるレジスタの集合との論理
   積演算であることを特徴とする請求項１乃至請求項３に
   記載のレジスタ保護方法。
8. 【請求項８】 新しい保護すべきレジスタの集合を得る
   演算が、現在の保護すべきレジスタの集合と、現在のル
   ーチンで使用される保護の対象となるレジスタの集合と
   の論理和演算であることを特徴とする請求項２に記載の
   レジスタ保護方法。