JPH10507019A - ステートマシンを用いたマイクロプロセッサプログラミングのための一体型構造及びその回路基板の組み立て方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ステートマシンが、マイクロプロセッサを起動し、マイクロプロセッサの動作中にステートマシンの制御の下で一時的にマイクロプロセッサの動作を中断してマイクロプロセッサのメモリからデータを検索する特定の状態を有する。ステートマシンは、マイクロプロセッサとともに回路基板上に取り付けられた後、プログラミングされる。このステートマシンには標準的なバスが接続されており、ステートマシンはその特定の状態を通して、マイクロプロセッサに対するインタフェースをとるとともに、マイクロプロセッサに電源が投入されたときにマイクロプロセッサを起動するための命令を与える。

Description

【発明の詳細な説明】 ステートマシンを用いたマイクロプロセッサプログラミング のための一体型構造及びその回路基板の組み立て方法技術分野 本発明はマイクロプロセッサに関し、特にマイクロプロセッサの起動及びプロ グラミングに関する。発明の背景 プロセッサベースのシステムには常に、非揮発性プログラム−いわゆる“起動 ”プログラムが存在している。この起動プログラムは、主プログラムをロードし たり、非揮発性プログラムメモリ内で主プログラムと結合される。何れの場合で も、起動プログラムにより、初めに電源が投入されたとき、プロセッサが初期動 作を適切に開始することができる。起動プログラムがないと、プロセッサは未知 の状態で動作を開始することになり、最後には“破損”することになる。起動プ ログラムは、製造時にプロセッサボード上に設置されるように設計されている。 このようにすることで、起動プログラムは起動時に常にプロセッサにアクセスす ることができるのである。 従来技術において繰り返し用いられてきたこの方法を、さまざまに改善するこ とができるが、これには少なからぬコストがかかる。第１に、起動プログラムを 汎用（空の）非揮発性メモリチップにコピーし、次いでそのチップをプリント基 板上に設置する製造過程に対して繰り返し発生するコストがある。従来技術によ れば、非揮発性メモリはコア型またはＵＶ型メモリであって、使用にあたっては 特別な装置及び製造過程においてメモリをプロテクトするための注意深く設計さ れたプロセスが必 要である。これらのメモリは着脱自在であること及び個別のソケットと基板上の 領域を必要とし、このことも製造コストを上昇させる。多くの応用対象において 、この起動メモリは、必要な基板上のスペースがより広いアプリケーションプロ グラムで損なわれることのないように、隔離されて設置される。 従来の方法を採用することにより、ハードウェア及び製造工程の設計において かかる費用には一回性のものもいくつかあるが、そのなかで重要なのは起動プロ グラムの開発において発生するコストである。起動プログラムは各プロセッサご とに独特であり、各アプリケーションの初期化設定の特定の必要性に応じて特別 に用いられるものである。この不可避的なカスタマイズのために、全てのシステ ム、全ての違い、全ての必要なメンテナンス及びプログラムサポートに関して、 新たな起動プログラムを作成しなければならず、これももちろんコストを増加さ せる。 ＥＰＲＯＭ及びフラッシュメモリ技術の開発により、メモリソケットを除去し 、ボード設置型ブランクメモリを備えたハードウェアを製造することが可能とな った。このメモリデバイスは外部からプログラミングが可能であり、プログラミ ング技術の１つでは、メモリに命令を入力するためにカードエッジコネクタを用 いる。これが高価である。このような型のメモリデバイスは繰り返しプログラミ ングすることが可能なため、機能（capability）が存在するのはボックスの外部 、いわばＲＳ−３３２またはＲＳ−４２２プロトコルバスのような１つのバス／ レシーバを介して（プロセッサにより実行される起動プログラムに助けを得て） ローディングされるアプリケーションプログラムに機能が存在する。しかし、起 動プログラムそのものは、ブランクメモリを備えた空のボード上にこのようにロ ードすることはできないのは明らかである。なぜならローディングのための起動 プログラムが存在していないからである。 多くの実行に時間のかかるアプリケーションにおいては、アプリケーションプ ログラムの動作中に目的のパラメータを入れたりモニタリングを行う機能は重要 なものとなる。典型的には、このタスクは起動プログラムまたはそれに続いてロ ードされるプログラム、即ち“ソフトウェア開発パッケージ”（ＳＤＰ）プログ ラムと称されることもあるプログラムによって行われる。しかし、ＳＤＰプログ ラムのリアルタイム処理機能の欠点は、多くの状態の下で許容され得ないという 点である。これはつまり、モニタリング及び更新処理が通常バックグラウンドタ スクとして非常に遅い速度で実行されるということである。発明の開示 発明の目的は、従来技術の利用に伴い発生していたコストを低減せしめ、コン ピュータシステムにアプリケーションプログラムの外部からのプログラミング、 モニタリング、及び変更を行う機能を賦与するという、起動ファンクションに対 する要求を満たすことである。 本発明の目的は、プログラミングされた汎用起動エンジンを擁するマイクロプ ロセッサを備えた基板を製造することであり、ここで汎用というのは、回路基板 上に設置され得るさまざまなマイクロプロセッサとともに使用できるという意味 である。このようにして、製造者は選択したマイクロプロセッサエンジンを備え た全ての回路基板を前もって組み立てて、回路基板がメモリチップやコネクタを 使用せずに完全に組み立てられた後、次いでメモリへのプログラミングを行う。 本発明の他の目的は、基板の組み立ての後、起動メモリへの外部からの接続を 不要にすることである。本発明の更に別の目的は、アプリケーションプログラム の処理に割り込みを入れることなく、基板上の任意のプロセッサに状態問合わせ を行う（interrogate）ことである。 本発明によれば、マイクロプロセッサ及びそのメモリユニットが起動 ステートマシンを備えた回路基板上に一体に組み付けられ、該ステートマシンは 、基本的な起動、プログラミング、及びデータ状態問合わせ処理を行う有限の個 数の状態を有している。Ｎビットワードのプログラミング命令は、シリアルバス を介してステートマシンに送られる。この命令は、ステートマシンの状態を制御 し、その状態に基づいて、ステートマシンは起動プログラムが実行するタスクと 同等の基本的タスクを実行する。このタスクには、バスプロトコルの管理、及び マイクロプロセッサのメモリの入出力ポートとのデータのやり取りが含まれる。 上述の内容以外の本発明の他の目的、利点、及び特徴は、以下の説明を参照す ることにより、当業者には明らかとなろう。図面の簡単な説明 第１図は、回路基板上に組み付けられた従来のマイクロプロセッサシステムの 、簡略化したブロック図である。 第２図は、本発明の実施例であるマイクロプロセッサベースのシステムの簡略 化したブロック図である。 第３図は、第２図のシステムに含まれているステートマシンで用いられる起動 状態を示す状態図である。発明の好適実施例の説明 第１図に示す従来の回路は、マイクロプロセッサＭＰ及び多数の付属部品を備 えたプリント基板９上に設置されていることが想定されているが、図面に示され ているのは本発明に密接な関係のある構成要素のみである。マイクロプロセッサ （ＭＰ）には、標準的なＲＳ−２３２入力バス／レシーバ１０（ＲＣＶＲ）が接 続されており、他のバス１２によってＲＡＭ（揮発性メモリ）１４、（起動命令 に対する）“プログラム命令”を含むＥＰＲＯＭ１６（プログラムメモリ）及び 該プロセッサ用の特定の起動命令を含む他のＥＰＲＯＭ１８（起動メモリ）が接 続されて いる。このＲＡＭは、マイクロプロセッサ用の一時メモリ（スクラッチパッドメ モリ）となる。プログラムメモリ１６、マイクロプロセッサが特定のアプリケー ション用の特定の処理及びファンクション（function）を実行するのに用いる機 械語命令を格納しているということは、現在基本的な了解事項である。プログラ ムメモリがプリント基板９に取り付けられた後、プログラムはマイクロプロセッ サを介してプログラムメモリ１６に入力される。プログラム命令は外部のプログ ラム命令ユニット１９から接続部（機械的なクリップ）２０を通して入力される が、これは、プログラムメモリを利用するためには、それが回路基板上に設置さ れるときメモリが空にされていなければならないからである。一方、起動プログ ラムメモリ１８は、通常予めプログラムされて次いで製造工程の中で基板上に設 置されるが、このことによりメモリが損傷を受けるリスクが生ずるのは明らかで ある。起動メモリ１８に格納された起動プログラムがどのようなものかは、プロ セッサが必要とするプログラムコードの型に応じて決まる。両者のプログラムコ ードの型は一致していなければならないのである。 次に第２図を参照すると、本発明の一実施例が示されており、ここには第１図 のものと同じ構成要素が存在している。プログラムメモリ１６は回路基板９に設 置されるときには空にされておりプログラム命令が入力されるのを待つ状態とな っているが、第２図の回路は、バス１０と、マイクロプロセッサＭＰ及びプログ ラムメモリ１６及びＲＡＭ１４の間にいわゆる“ステートマシン”２０を有して いる。バス１２は、バス１０とマイクロプロセッサＭＰとを接続しておらず、ス テートマシン２０に接続されており、このステートマシン２０は、その状態に基 づいて、バス１２を介してプログラムメモリ及びＲＡＭとやり取りすることによ り命令を実行する。ステートマシンはよく知られたものであり、いくつ かの点でマイクロプロセッサとは異なっている。これについての具体的な説明は 、“Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａ１ｓ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉ ｎｇ（Ｈｅｒｍａｎ Ｌａｍ，Ｊｏｈｎ Ｏ’Ｍａｌｌｅｙ著、１９８８年Ｊｏ ｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ社刊）”に記載されている。ステートマシンは有限 の個数の安定状態を有しており、各状態はこのステートマシンに対する入力の状 態のファンクションとしてアクセスされる。このような処理は非常に高速で決定 論的(deterministic)である。この処理はプログラムに従っていないことから、 非常に高速である一方、複雑さに欠ける。このステートマシン２０は、第２図の 回路では、非常に限定的な機能を有するものとして企図されている。このステー トマシンはマイクロプロセッサの起動を開始するための独立した複数の状態を有 する。つまり、このステートマシンはＲＳ−２３２バスを通してアプリケーショ ンプログラム命令を受け取り、これをＥＰＲＯＭ１６にロードすることが可能と なる必要十分な数の状態を有するものとして形成されているのである。回路上の 全ての要素に電源が投入されると、ステートマシンは自動的にある状態に入る。 第３図を参照すると、バスからのコマンドに応じて入った１つの状態の下で、ス テートマシンが周辺装置からのデータを受け取り、それをバス１２を通してＲＡ Ｍ及びプログラムメモリにロードする準備ができている。マイクロプロセッサＭ Ｐはこのプロセスには関与しておらず、外部より入力されたリセットコマンドに よってディスエーブル状態にされている。ステートマシンはバス１２上にデータ を出力する限られた数の状態を有することができ、マイクロプロセッサの動作が 不要になるという点で効果的な機構である。ライン２０．１を通してリセット信 号（ＲＥＳＥＴ）が外部からマイクロプロセッサＭＰ及びステートマシン２０に 供給される。この信号は、ステートマシンがプログラムロード処理を行った後、 マイクロプロセッ サを再スタートさせる信号である。ステートマシンに対する命令及びプログラミ ング状態はマイクロプロセッサとは無関係である。というのは、プロセッサでは なくステートマシンが、プログラムメモリに状態問い合わせ（interrogating） をするためのノードとしての役目を果たすからである。 第３図に示すのは、ステートマシン２０の各状態を示す状態図である。状態Ｓ １、即ち初期化状態には電源が投入されたときに入り、その後ステートマシン２ ０は状態Ｓ２に入り、ここではバス１２を介して行われるステートマシンへの入 力がモニタリングされＮビットの入力データにおける同期バイトデータ対（ｓｙ ｎｃ．バイトデータ対）を探す。同期バイトデータ対が存在しない限り、状態は 状態Ｓ２に留まる。データ対が見つかると、ステートマシンの状態は状態Ｓ３に 移動し、ここではどんな処理をすべきか（次の状態）を命令するコマンドバイト を受け取る。例えば、“格納コマンド”により、ステートマシン２０は状態Ｓ４ に入り、ここでステートマシンは単にこのコマンドの処理を実行、例えばその命 令を適当なメモリに格納する。次いでステートマシンの状態は状態Ｓ２に戻る。 コマンドバイトが“ボーレート変更”の命令である場合にはコマンドバイトは別 の状態Ｓ５に移動する。状態Ｓ５において、ステートマシン２０はこのコマンド セットが照合（balancc）されるのを待つ。このコマンドセットが正しい、即ち ＯＫである場合は、ステートマシンの状態は状態Ｓ６に移動してボーレートが設 定され、次いで状態Ｓ２に戻る。コマンドセットが正しくない場合には、ステー トマシンは直接状態Ｓ２に戻る。プロセッサの動作中（リセットモードに入って いない）ときにコマンドオペレーションをチェックするために、ステートマシン ２０は“チェック”コマンドに応答して状態Ｓ７に入ることができる。この状態 Ｓ７では、チェックコマンドにより特定されたデータがマイク ロプロセッサに対するＤＭＡ（データメモリアドレス）リクエストを実行し、マ イクロプロセッサアクセス時間を与えたときデータの取込みを行うことができる 。状態Ｓ７から、ステートマシンは再びＳ２に戻る。状態Ｓ３において、“未定 ”コマンドが与えられると状態Ｓ８に進み、ここではコマンドバイトに関連する コマンドパケットの残りを受け取るが、使用しないでおくことができる。状態Ｓ ８においてひとたびパケットが受け取られると、ステートマシンはバス１０上に データを送出した後、再び状態Ｓ２に戻る。状態Ｓ２とＳ３との間には、肯定応 答（ＡＣＫ）及び否定応答（ＮＡＫ）プロトコルが与えられており、“データ対 ”を受け取り状態Ｓ３に入ったことを示すハンドシェイキングが確立される。 バス１０からステートマシンへの入力は、“コマンドパケット”と称するが、 以下このコマンドパケットについて説明し、本発明に基づくステートマシンの制 御の一方法について具体的に説明する。コマンド用言語それ自体は本発明の必要 不可欠な特徴ではなく、マイクロプロセッサを起動するためのプログラムをステ ートマシンに外部からプログラミングできるようにするためには、入力バスと整 合しておりステートマシンが認識可能な構造さえあればよいということを強調し ておくことは重要であろう。この説明において提示されている実施例は、ＲＳ− ２３２バスプロトコルと共に使用されている。コマンドパケットの基本的な構造 は、同期ブロック、それに続くコマンドブロック、更にそれに続くコマンドブロ ックのチェックサム（checksum）からなる。初めに、コマンドパケットの開始部 は、２つの同期バイト（Ｓｙｎｃ．バイト）によって示される。第２に、コマン ドブロックは、基本的な“スタンダードデベロップメントプログラム”（ＳＤＰ ）コマンド及びバイトカウント、それに続く特定のコマンドのために定義された データバイトを含む。コマ ンドパケットの最終バイトは、コマンドブロックにおける全てのバイトのチェッ クサムであり、データ伝送の完全性についてのチェックを行う。つまり、全ての コマンドパケットの標準的なフォーマットは、ＳＹＮＣ／ＳＹＮＣ／ＣＯＭＭ／ ＢＣＮＴ／ＤＡＴＡ／ＤＡＴＡ／．．．．／ＣＳＵＭなるフォーマットである。 ここでＳＹＮＣは、同期をとるために送られる各コマンドパケットにおける初め の２バイトであり、ＣＯＭＭはコマンドパケットにおける第３バイトであり、常 に１つのコマンドを表す。前に述べたように、このバイト（ワード）はパケット によって伝送されたデータを用いて行われる処理の型を定義する。ＢＣＮＴ、即 ちコマンドパケットとにおける第４のバイトは、データバイトのカウントであり 、それに続くチェックサム（ＣＳＵＭ）ＤＡＴＡ、即ち第５バイトはＣＯＭＭバ イトの性質に従属している。コマンドによってはターゲット（即ちアドレス）を 特定するためにデータではなくＤＡＴＡを用いることもある。ＣＵＳＭ、標準的 フォーマットにおける最終バイトは、コマンドバイト、バイトカウントバイト、 及び全てのデータバイトのモジュール２８チェックサムである。 前に説明したように、状態Ｓ２とＳ３との間には、応答パケットの形でハンド シェイキングが確立されている。典型的な応答パケットは、肯定応答（ＡＣＫ） 及び否定応答（ＮＡＫ）パケットからなり、所望に応じてコマンド応答が含まれ ることもある。前に説明したように、ＡＣＫ／ＮＡＫパケットは、同期ブロック バイトから始まり、それに続くＡＣＫ／ＮＡＫコードを有している。コマンド応 答パケットの基本的な構造は、コマンドパケットの構造に類似しており、ＳＹＮ Ｃ／ＳＹＮＣ／ＯＰＣＤ／ＤＣＮＴ／ＤＡＴＡＴ／ＤＡＴＡ／．．．ＣＵＳＭな るフォーマットを有する。 このようなバス１０からのステートマシンへの入力は“コマンドパケ ット”と称され、本発明に基づきステートマシンを制御するための一方法を示し ている。コマンド用言語それ自体は本発明の必要不可欠な特徴ではなく、マイク ロプロセッサを起動するためのプログラムをステートマシンに外部からプログラ ミングできるようにするためには、入力バスと整合しておりステートマシンが認 識可能な構造さえあればよいということを強調しておくことは重要であろう。こ の説明において提示されている実施例は、ＲＳ−２３２バスプロトコルと共に使 用されている。 本発明の好適実施例の説明をもとに、当業者は本発明の範囲及び精神を逸脱す ることなく、その全体若しくは一部分についてさまざまな変更を加えることがで きよう。 以上説明してきた本発明の請求の範囲は以下の通りである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カイザー、エドワード・ジェイ・ザサード アメリカ合衆国コネチカット州06013・バ ーリントン・フォードロード 50 (72)発明者 スペイン、レナード アメリカ合衆国コネチカット州06082・エ ンフィールド・ミドルセックスドライブ 34 (72)発明者 オスカーソン、エドワード・エム アメリカ合衆国コネチカット州06057・ニ ューハートフォード・ベーレンスロード 70 (72)発明者 クリサフリ、マイケル・シー アメリカ合衆国ニューヨーク州13905・ブ リンガムトン・ファーンデイルドライブ 296

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．マイクロプロセッサと、 プログラム命令を格納するための第１メモリと、 データを格納するための第２メモリと、 入力データバスと、 マイクロプロセッサ起動するための機構とを有する一体型構造（combination ）において、 前記入力バスが第３メモリに接続されていることを特徴とし、 前記マイクロプロセッサを起動するための機構が、前記マイクロプロセッサを 起動するための第１状態を含む複数の安定状態を有するステートマシンを含むこ とを特徴とし、 前記ステートマシンからの出力を前記マイクロプロセッサ上の制御入力に接続 することによって、前記ステートマシンが前記第１メモリ及び前記第２メモリか ら情報を検索し、または情報を格納するようにするデータバスを有することを特 徴とする一体型構造。 ２．前記ステートマシンが、１つの状態にある前記マイクロプロセッサにデータ メモリアドレス信号を供給して、前記マイクロプロセッサが前記データメモリア ドレス信号に応じて動作を中断している間に、前記第１メモリ及び前記第２メモ リからデータを検索することを特徴とする請求項１に記載の一体型構造。 ３．前記入力データバスに接続されて、前記ステートマシンにプログラム命令を 入力すべく前記ステートマシンにプログラムコマンドを供給するプログラミング ユニットを有する請求項２に記載の一体型構造。 ４．マイクロプロセッサを有する回路基板の組み立て方法であって、 前記回路基板上に前記マイクロプロセッサを取り付ける過程と、 前記回路基板上にステートマシンを組み込む過程と、 プログラマブルメモリの出力が第１データバスを介して前記マイクロプロセッ サの入力に接続されるように。前記回路基板上にプログラマブルメモリと第１デ ータバスとを組み付ける過程と、 追加的なメモリが、前記プログラマブルメモリからのプログラム命令を第２デ ータバスを通して受け取り、前記マイクロプロセッサにプログラム命令を送るよ に、前記回路基板上に少なくとも１つの追加的なメモリと第２データバスとを組 み付ける過程と、 前記プログラマブルメモリのための特定の状態を設定する命令を含む入力装置 を接続し、前記プログラマブルメモリへ前記第１データバス及び前記第２データ バスを介して命令を与える過程と、 前記状態が前記プログラマブルメモリに格納された後、前記入力装置を取り除 く過程とを有することを特徴とするマイクロプロセッサを有する回路基板の組み 立て方法。