JPH10333939A - マイクロプロセッサ - Google Patents

マイクロプロセッサ

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JPH10333939A
JPH10333939A JP9138139A JP13813997A JPH10333939A JP H10333939 A JPH10333939 A JP H10333939A JP 9138139 A JP9138139 A JP 9138139A JP 13813997 A JP13813997 A JP 13813997A JP H10333939 A JPH10333939 A JP H10333939A
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Atsushi Ubukata
篤 生形
Shinya Miyaji
信哉 宮地
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複雑なブレーク条件の設定ができ、ブレーク
イベント検出からプログラム中断までの遅延を最小化す
るとともに、チップ内に必要なブレーク判定回路を最小
化したデバッグ機能を有するマイクロプロセッサを提供
する。 【解決手段】 外部ブレーク判定回路140にブレーク
条件のシーケンスの最終段階手前までの設定を行い、内
蔵のブレーク判定回路104にシーケンスの最終段階の
条件を設定する。プログラム実行中プロセッサの動作状
況をモニタして外部ブレーク判定回路140に設定され
た条件が成立したときブレークイネーブル入力端子19
5を介してAND回路105にブレークイネーブル信号
120を入力してマスクをかける。ブレーク判定回路1
04が最終段階の条件を検出したときAND回路105
からブレーク信号127がCPU101に与えられ、直
ちにプログラムの実行が遅延なく中断される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プログラムデバッ
グ用のブレークポイント設定機能を有するマイクロプロ
セッサに関する。
【0002】
【従来の技術】プログラムのデバッグにおいて、メモリ
アクセスのアドレス・データ、実行アドレスなどあらか
じめ設定しておいた条件が成立した時に、デバッグ対象
のプログラムを実行中断(ブレーク)し、モニタプログ
ラムを動作させて、制御レジスタやメモリの値を確認し
てプログラムを解析するデバッグ手法が広くとられてい
る。
【0003】プログラムの実行を設定条件に従ってブレ
ークさせる手法として、従来、下記のような3つの方式
がとられてきた。 (1)ブレーク信号入力方式 デバッグ対象のプログラムのブレーク制御を外部ブレー
ク判定回路で行う方式の一つである。この方式のマイク
ロプロセッサの構成を図7に示す。外部ブレーク判定回
路a740がマイクロプロセッサ700の外部バス71
3、714、内部バス710、711、パイプライン状
態712などの信号をもとに、ブレーク条件の判定を行
ない、あらかじめ設定したブレーク条件になったとき
に、ブレーク信号727をマイクロプロセッサに出力す
る。ブレーク信号727によりマイクロプロセッサは実
行中のプログラムを一時中断し、モニタプログラムを動
作させて実行プログラムを解析する。この方式ではブレ
ーク条件の設定などが柔軟かつ容易に行える利点がある
が、後述するように、実際のプログラムの実行停止に遅
延が生じるという問題がある。
【0004】(2)ブレークヒット信号出力/ブレーク信
号入力方式 この方式もデバッグ対象のプログラムのブレーク(実行
中断)制御を外部ブレーク判定回路で行う方式の一つで
ある。ブレーク条件の一致信号をマイクロプロセッサか
ら出力し、外部のブレーク制御回路により、複雑に条件
付けを行なって、マイクロプロセッサのブレーク入力端
子に入力する方式であり、特開平04−130930号
に記載されたものが知られている。この方式のマイクロ
プロセッサを図9に示す。
【0005】マイクロプロセッサ900の内蔵メモリ
(キャッシュメモリ)903の一単位毎にブレーク情報
ビットを保持する付加ビットメモリ954を用意し、内
蔵メモリ903への外部メモリ930からのデータもし
くは命令のロード時に外部ブレーク判定回路cからブレ
ーク要求信号921によってブレーク情報を付加ビット
メモリ954に設定する。一方、内蔵メモリのアクセス
のたびにブレーク条件一致信号923を外部に出力し、
そのブレーク条件一致信号923をもとに外部ブレーク
判定回路c940により、条件一致回数、並びに他の条
件と組み合わせた結果を算出し、マイクロプロセッサの
ブレーク入力端子997に入力する構成になっている。
この方式はブレーク条件をプログラム実行回数やその他
の条件に柔軟に組み合わせて設定できるようになってい
るが、後述するように上記ブレーク信号入力方式同様に
実際のプログラムの実行中断に遅延が生じるという問題
がある。
【0006】(3)ブレーク制御回路内蔵方式 ブレーク条件を判定する回路をチップに内蔵し、ブレー
ク信号を生成する方式であり、日経エレクトロニクスN
o.623「ICEの全機能内蔵した32ビット1チップマイコ
ン」に記載されたものが知られている。この方式のマイ
クロプロセッサの構成を図8に示す。
【0007】ブレーク判定回路804が内蔵されてお
り、ブレーク判定回路804は内部バス810、811
のバスサイクルや、実行アドレス819からのデータを
モニタすることによりプログラムの実行状態を把握し、
あらかじめ設定されているブレーク条件の判定を行な
い、ブレーク条件が成立したときにはブレーク信号82
7を中央処理ユニット801に入力する構成をとってい
る。この方式は条件判断および実行中断割り込みを内蔵
回路で行うために処理遅延は生じない利点があるが、後
述するように複雑な条件設定を行うためには回路規模が
大きくなるという問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】マイクロプロセッサの
プログラム開発においては、ブレークしようとする条件
で直ちに実行を中断し、その時のメモリやレジスタの状
態を確認/検証することがデバッグを行なう上での重要
なポイントであり、ブレーク条件検出からプログラム停
止までの遅延を最小化する、あるいは正確に条件が成立
した時点で中断することが要求されている。
【0009】また、特定の実行状態の時のみデバッグを
行なうためには、ブレーク条件は一回の条件成立により
プログラムの実行中断となるだけでは十分でなく、 ・条件1が成立した後に条件2が成立した時に実行中断
するなど、複数の条件が順番に生成した時に実行中断す
る、シーケンシャルブレーク条件。
【0010】・条件1がn回発生した時に実行中断す
る、回数ブレーク条件。 ・回数条件とシーケンシャル条件との組み合わせブレー
ク条件。 など、複雑なシーケンスにおけるブレーク条件の設定が
必要である。
【0011】しかしながら、マイクロプロセッサの動作
クロック周波数は、年々上昇しており、相対的にチップ
外部との入出力に関わる遅延の比重が大きくなってきて
いる。
【0012】そのため、従来例(1)であげた「ブレーク
信号入力方式」、及びその拡張である従来例(2)「ブレ
ークヒット信号出力/ブレーク信号入力方式」では、ブ
レーク信号が外部ブレーク判定回路からチップに入力さ
れてから実際にマイクロプロセッサが割り込みを受理す
るまで、数クロックの遅延が生じ、設定したブレーク条
件の時点から遅れてしまうという不都合が生じるように
なった。図10に、外部からブレーク信号を入力する場
合の、ブレーク条件検出からプログラム実行中断までの
タイミングを示す。チップ外部に実行状態の信号が出る
ための遅延と、外部ブレーク判定回路からブレーク信号
がチップ内部に入力されてから実際に停止するまでの遅
延のために、停止したい実行アドレスEで停止せず、G
になってから停止していることが分かる。
【0013】一方、従来例(3)においては、ブレーク判
定回路がチップ内部にあるため、ブレーク条件検出から
プログラム停止までの遅延時間を最小化することができ
るが、複雑なシーケンスにおけるブレーク条件を実現し
ようとすれば、回路規模が大きくなるためチップ面積の
増大を招くという問題があり、実装できる回路面積に制
限がある場合には、単純なブレーク条件しか設定できな
い。
【0014】本発明は、マイクロプロセッサの動作周波
数が上昇しても、複雑なシーケンスのブレーク条件にお
けるブレークイベント検出からプログラム中断までの遅
延を最小化するとともに、チップ内に必要なブレーク判
定回路を最小化したデバッグ機能を有するマイクロプロ
セッサを提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係るマイクロプロセッサは、CPUと、ブレ
ーク条件前段を保持する手段とプロセッサの実行状態を
モニタする手段とプロセッサの実行状況が前記ブレーク
条件前段を満たしたときにブレークイネーブル信号を出
力する手段とを備えた外部ブレーク判定回路と、ブレー
ク条件後段を保持する手段とプロセッサの実行状況をモ
ニタする手段とプロセッサの実行状況が前記ブレーク条
件後段を満たしたときにブレーク条件一致信号を出力す
る手段を備えたブレーク判定回路と、前記ブレークイネ
ーブル信号とブレーク条件一致信号を入力としてCPU
に対してプレーク信号を出力するAND回路を備える。
【0016】かかる構成により、シーケンシャルブレー
クの前段のブレーク条件検出をチップ外部のブレーク判
定回路で行なうため、複雑な条件を判定する回路をチッ
プ内部に持つ必要がなくなり、チップ内部のブレーク判
定回路の規模を最小化できるとともに、ブレーク条件検
出からプログラム中断にかかる遅延を、チップ内部の遅
延程度にまで最小化できる。
【0017】本発明に係るマイクロプロセッサは、さら
にプルアップ抵抗を備え、前記AND回路のブレークイ
ネーブル信号の入力を固定保持できることが好ましい。
かかる構成により、プログラムデバックのブレーク条件
が簡単なときには外部ブレーク判定回路を介した処理を
行うことなく、AND回路のマスクを固定することによ
り、内蔵のブレーク判定回路の最終段のブレーク条件の
みによる条件判定が可能となり、簡便で確実なデバック
環境を提供することができる。
【0018】本発明に係るマイクロプロセッサは、前記
ブレーク条件前段を保持する手段がブレーク条件を格納
するブレーク条件レジスタであり、前記ブレーク信号を
出力する手段が前記ブレーク条件レジスタの出力値と前
記モニタしたプロセッサの実行状態とを入力とした比較
器であることが好ましい。
【0019】かかる構成により、予め設定された実行ア
ドレス値、内部アドレス値、内部データバス値のいずれ
かに一致した場合にブレーク条件一致信号を出力し、プ
ログラムの実行を中断できるという作用を有する。
【0020】本発明に係るマイクロプロセッサは、前記
外部ブレーク判定回路がさらに前記ブレーク判定回路に
対してブレーク条件を入力する手段を備えることが好ま
しい。
【0021】かかる構成により、ブレーク条件の最終段
階を内蔵のブレーク判定回路に対して書き込みすること
ができ、デバック中においてブレーク条件の設定、書き
換えが容易かつ簡便に行うことができる。ブレーク条件
の検出状態に応じて、ブレーク条件の設定を変更するこ
とにより、前記比較器の数以上のブレーク条件数を処理
し、条件一致検出を可能にするという作用を有する。
【0022】本発明に係るマイクロプロセッサは、前記
ブレーク判定回路がさらに内蔵メモリのアクセス単位毎
に対応するブレーク要求信号をブレーク情報として格納
するブレーク情報記憶領域を備え、前記外部ブレーク判
定回路がさらにブレーク情報記憶領域へのブレーク情報
の書き込み手段を備え、前記内蔵メモリがアクセスされ
た際にブレーク情報記憶領域の対応するブレーク情報を
ブレーク条件一致信号として出力することが好ましい。
【0023】かかる構成により、内蔵メモリに対する、
命令フェッチ、並びにメモリアクセスによるブレーク条
件を複数箇所に設定でき、かつ、外部のブレーク判定回
路で生成されたシーケンシャルブレーク条件など複雑な
ブレーク条件を組み合わせて、プログラムの実行中断を
可能にするという作用を有する。
【0024】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図1から図6を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施形態1に係るマイ
クロプロセッサの回路図を示している。図1においてブ
レーク判定回路104は、中央処理ユニット(CPU)
101からの実行アドレス119や内部アドレスバス1
10、内部データバス111からデータを入力し、ブレ
ークすべき条件に一致しているか否かの判定を行ない、
ブレーク条件に一致した場合は、ブレーク条件一致信号
118を出力する作用を行うものである。AND回路1
05は、前記ブレーク条件一致信号118と外部ブレー
ク判定回路a140からのブレークイネーブル信号12
0とのAND出力をCPU101に入力する構成になっ
ている。ブレークイネーブル信号120とAND回路1
05により、ブレーク条件一致信号118のCPU入力
をマスクする作用を行なう。
【0025】本実施形態に係るマイクロプロセッサで
は、外部ブレーク判定回路a140がブレーク条件が成
立するための1つ手前の状態までを検出したときにAN
D回路105に対してブレークイネーブル信号を送り、
CPUへのブレーク信号入力をイネーブルにする。ブレ
ーク条件成立の最後のイベントを内蔵のブレーク判定回
路104で検出し、遅延なく直ちにCPUにブレークを
実行させる。プルアップ抵抗106は、弱くイネーブル
状態にドライブするのみであり、この実施例においては
ブレークイネーブル信号120の作用を阻害しない。本
実施形態に係るマイクロプロセッサの動作例として、実
行アドレス条件がA→B→Eと遷移した時にブレークす
るシーケンシャルブレークの条件を設定した場合の動作
タイミングを図6に示す。CPU101がフェッチした
コードが内部バス出力端子192、193から、またフ
ェッチされたコードのパイプライン遷移状態がパイプラ
イン状態出力端子194から外部ブレーク判定回路a1
40に入力されCPU101の実行アドレスイベントが
検出される。図6に示すようにCPUではA→B→C→
D→Eとコードが実行されて行く。外部ブレーク判定回
路a140はA→Bまでのイベントを検出した場合、ブ
レークイネーブル信号120をAND回路105に入力
し、ブレーク信号入力をイネーブルにする。内蔵のブレ
ーク判定回路104はEのイベントを検出すると直ちに
ブレーク条件一致信号118を出力し、AND回路10
5を介してCPU101にブレーク信号127が入力さ
れ、CPU101のフラグを変化させる実行ステージ前
のデコードステージにおいてプログラムの実行中断が成
立する。
【0026】図3は本発明に係る内蔵のブレーク判定回
路のブロック図を示している。本ブレーク判定回路はプ
ログラムの実行中断の条件を一つ設定するものであり、
デバックの複雑な条件設定の最終段階の条件を格納す
る。図3において、実行アドレスレジスタ371、内部
アドレスバスレジスタ372、内部データバスレジスタ
373に対して、ブレーク条件とするアドレス、データ
を格納する。プログラムデバック中においてブレーク判
定回路は内部アドレスバス、内部データバスおよびCP
Uの実行アドレスをそれぞれ比較器381〜383に取
り込み、前記格納したブレーク条件と比較する。AND
回路384は、内部バスのアドレス条件とデータ条件の
論理積を作るもので特定のバス状態の一致信号を生成す
る。さらにOR回路385は、実行アドレスの比較出力
と内部バスアドレス/データの比較出力の論理和を作る
もので、どちらかの条件が一致した時に、ブレーク条件
一致信号を出力する作用を行なうものである。
【0027】かかる構成により、複雑なブレーク条件で
あっても外部ブレーク判定回路および内蔵のブレーク判
定回路により柔軟に条件を設定することができ、さらに
設定したブレーク条件が成立したとき遅延なくプログラ
ムの実行を中断することができる。それによりプログラ
ムデバックのより柔軟かつ効率的な環境を提供すること
ができる。
【0028】(実施の形態2)図2は本発明の実施形態
2に係るマイクロプロセッサの回路図を示している。本
実施形態2は実施形態1に挙げた回路を改良したもので
ある。プログラムのデバックでは設定するブレーク条件
が比較的簡単なものもあり、内蔵のブレーク判定回路の
みで条件設定が可能な場合がある。本実施形態2はかか
る場合に簡便かつ確実な回路構成を提供する。図2にお
いてプルアップ抵抗206は、AND回路205の一方
の入力220をハイレベルに固定する働きをする。ブレ
ーク条件が比較的簡単なものであり、実施形態1で説明
した外部ブレーク判定回路aを必要としないときに、C
PU201は設定する条件である実行アドレス219を
ブレーク判定回路204に設定する。プルアップ抵抗2
06が接続されているのでAND回路205のブレーク
イネーブル信号220がハイレベルに固定され、ブレー
ク判定回路204が条件一致を検出して出力するとAN
D回路205を介してプログラムのブレーク信号がCP
Uに入力され、直ちにプログラムの実行中断が行われ
る。
【0029】なお、ブレークイネーブルの論理が負論理
である場合には、プルダウン抵抗を用いることにより、
ブレークイネーブル信号220をアクティブ状態に固定
することができる。
【0030】かかる構成により、プログラムデバックの
ブレーク条件が簡単なときには外部ブレーク判定回路を
介した処理を行うことなく、より簡便で確実なデバック
環境を提供することができる。
【0031】(実施の形態3)図4は本発明の実施形態
3に係るマイクロプロセッサの回路図を示している。本
実施形態3は実施形態1に説明したマイクロプロセッサ
を改良したものであり、図4において、外部ブレーク判
定回路440、ブレーク判定回路404、AND回路4
05のそれぞれの基本的構成、基本動作は実施形態1で
説明した外部ブレーク判定回路140、ブレーク判定回
路104、AND回路105と同様である。ブレーク条
件レジスタ470は、ロード可能なフリップフロップで
構成されており、外部ブレーク判定回路a440から、
ブレーク条件設定入力端子496を介してブレーク条件
設定信号421を入力することができる構成になってい
る。
【0032】かかる構成により、外部ブレーク判定回路
に対して複雑なブレーク条件を設定し、ブレーク条件の
最終段階を内蔵のブレーク判定回路404に対して書き
込みすることができ、デバック中においてブレーク条件
の設定、書き換えが容易かつ簡便に行うことができる。
【0033】(実施の形態4)図5は本発明の実施形態
4に係るマイクロプロセッサの回路図を示している。図
5においてブレーク情報メモリ554は内蔵メモリ単位
に対応するブレーク情報の記憶と2回目以降の同じ内蔵
メモリ単位へのアクセスがあった場合に格納されている
ブレーク情報をAND回路505に対して出力する働き
を行うものである。まず、内蔵メモリアドレスバス51
5によってアドレス指定され、メモリまたはキャッシュ
503に命令またはデータをロードする際に、平行して
外部ブレーク判定回路b540からブレーク条件設定信
号入力端子596を経由してブレーク条件設定信号によ
り、ブレーク情報メモリ554にブレーク条件の最終段
の条件であるブレーク情報が設定される。プログラムの
実行が進み、外部ブレーク判定回路b540が前段のブ
レーク条件が成立したと判定したときAND回路505
にブレークイネーブル信号520を出力する。次に2回
目以降の内蔵メモリ503に対するアクセスがされた場
合、ブレーク情報メモリ554から格納されている対応
するブレーク情報がAND回路505に対して出力され
る。また、OR回路552は、外部ブレーク条件回路b
のブレーク条件設定信号と、ブレーク情報メモリ554
の出力の論理和からブレーク条件一致信号518を生成
する作用を有する。
【0034】なお、以上の説明において、AND回路と
OR回路を用いて論理回路を構成した部分に関しては同
様の論理が実現できれば、他の論理回路により構成して
も良い。また、比較器に用いて構成した部分に関しても
同様の比較が実現できれば、大小比較器による領域指定
や、特定のビットをマスクする比較器であっても良い。
また、ブレーク条件レジスタをロード可能なフリップフ
ロップで構成したが、ラッチや、シフトレジスタによっ
て構成しても良い。
【0035】
【発明の効果】本発明に係るマイクロプロセッサよれ
ば、複雑なブレーク条件でのプログラム中断においても
チップに内蔵するブレーク判定回路を最少限にし、回路
面積を抑えることができ、かつブレーク条件検出からプ
ログラム中断までの遅延時間をチップ内部の遅延にまで
最小化できるという有利な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1に係るマイクロプロセッサ
の回路図
【図2】本発明の実施形態2に係るマイクロプロセッサ
の回路図
【図3】本発明におけるブレーク判定回路のブロック図
【図4】本発明の実施形態3におけるマイクロプロセッ
サの回路図
【図5】本発明の実施形態4におけるマイクロプロセッ
サの回路図
【図6】本発明のマイクロプロセッサによるブレーク条
件検出から実行中断までのタイミング図
【図7】従来のブレーク信号入力方式によるマイクロプ
ロセッサの回路図
【図8】従来のブレーク制御回路内蔵方式によるマイク
ロプロセッサの回路図
【図9】従来のブレークヒット信号出力/ブレーク信号
入力方式によるマイクロプロセッサの回路図
【図10】従来のマイクロプロセッサによるブレーク条
件検出から実行中断までのタイミング図
【符号の説明】
100、200、400、500、700、800、9
00 マイクロプロセッサ 102、202、402、502、702、802、9
02 バス制御回路 503、903 メモリまたはキャッシュ 106、206 プルアップ抵抗 110、210、410、510、710、810、9
10 内部アドレスバス 911 内部データバス 112、212、412、512、712、812、9
12 パイプライン状態 113、213、413、513、713、813、9
13 外部アドレスバス 114、214、414、514、714、814、9
14 外部データバス 115、215、415、515、715、815、9
15 内部メモリアドレスバス 116、216、416、516、716、816、9
16 内部メモリデータバス 118、218、418、518 ブレーク条件一致信
号 119、219、419、819 実行アドレス 120、220、420、520 ブレークイネーブル
信号 190、290、490、590、790、890、9
90 外部アドレスバス出力端子 191、291、491、591、791、891、9
91 外部データバス出力端子 192、292、492、592、792、892、9
92 内部アドレスバス出力端子 193、293、493、593、793、893、9
93 内部データバス出力端子 194、294、494、594、794、894、9
94 パイプライン状態出力端子 195、295、495、595 ブレークイネーブル
信号入力端子 371、372、373 ブレーク条件レジスタ 421、521、921 ブレーク条件設定信号 496、596、996 ブレーク条件設定信号入力端
子 554、954 ブレーク情報メモリ 127、227、427、527、727、827、9
27 ブレーク信号 797、997 ブレーク信号入力端子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CPUと、ブレーク条件前段を保持する
    手段とプロセッサの実行状態をモニタする手段とプロセ
    ッサの実行状況が前記ブレーク条件前段を満たしたとき
    にブレークイネーブル信号を出力する手段とを備えた外
    部ブレーク判定回路と、ブレーク条件後段を保持する手
    段とプロセッサの実行状況をモニタする手段とプロセッ
    サの実行状況が前記ブレーク条件後段を満たしたときに
    ブレーク条件一致信号を出力する手段を備えたブレーク
    判定回路と、前記ブレークイネーブル信号とブレーク条
    件一致信号を入力としてCPUに対してプレーク信号を
    出力するAND回路とを備えたマイクロプロセッサ。
  2. 【請求項2】 さらに、前記AND回路のブレークイネ
    ーブル信号の入力ラインにプルアップ抵抗を備えた請求
    項1に記載のマイクロプロセッサ。
  3. 【請求項3】 前記ブレーク条件前段を保持する手段が
    ブレーク条件を格納するブレーク条件レジスタであり、
    前記ブレーク信号を出力する手段が前記ブレーク条件レ
    ジスタの出力値と前記モニタしたプロセッサの実行状態
    とを入力とした比較器である請求項1に記載のマイクロ
    プロセッサ。
  4. 【請求項4】 前記外部ブレーク判定回路がさらに前記
    ブレーク判定回路に対してブレーク条件を入力する手段
    を備えた請求項1に記載のマイクロプロセッサ。
  5. 【請求項5】 前記ブレーク判定回路がさらに内蔵メモ
    リのアクセス単位毎に対応するブレーク要求信号をブレ
    ーク情報として格納するブレーク情報記憶領域を備え、
    前記外部ブレーク判定回路がさらにブレーク情報記憶領
    域へのブレーク情報の書き込み手段を備え、前記内蔵メ
    モリがアクセスされた際にブレーク情報記憶領域の対応
    するブレーク情報をブレーク条件一致信号として出力す
    る請求項1に記載のマイクロプロセッサ。
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