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JP2019114303A - 制御チップ及びこれを用いた遊技機 - Google Patents

制御チップ及びこれを用いた遊技機 Download PDF

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JP2019114303A JP2019079419A JP2019079419A JP2019114303A JP 2019114303 A JP2019114303 A JP 2019114303A JP 2019079419 A JP2019079419 A JP 2019079419A JP 2019079419 A JP2019079419 A JP 2019079419A JP 2019114303 A JP2019114303 A JP 2019114303A
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井之川 晋一
Shinichi Inokawa
晋一 井之川
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Abstract

【課題】メモリのアドレス空間と入出力部(I/O)のアドレス空間とが別々に設けられていたことに伴う従来の問題を解決することを目的とする。【解決手段】従来は、I/Oのためのアドレス空間が独立して設けられていたが、I/Oに接続された内蔵デバイスにアクセスするための上位8ビットのアドレスを指定するハードウェアとしてのUレジスタを設け、ここに予め8ビットの上位アドレスを指定しておく。これにより、メモリ用のアドレス空間とは別々に設けられていたI/Oアドレス空間を、メモリ用のアドレス空間に統合して一つのアドレス空間とした。【選択図】図4

Description

本発明は、遊技機を制御するセキュリティチップ及びこのセキュリティチップを組み込んだ遊技機に関する。
遊技機を制御するためのセキュリティチップにマイコンが採用された当初には、インテル社の80系CPU(以下「80系CPU」という)及びモトローラ社の68系CPU(以下「68系CPU」という)が存在しおり、各遊技機メーカはその設計思想や使い易さ等を考慮して、いずれかを選択して使用していたが、現在では遊技機を制御するセキュリティチップとしては、80系CPUが主流となっている。
遊技機では、使用できるメモリ容量が法令により制限されており、さらにユーザプログラムと呼ばれる遊技機メーカが書き込むことができるプログラムの容量も制限されている。そのため、限られたプログラム容量をより有効に活用できるように、現在では80系CPUを踏襲しつつも、より効率の良い命令を追加した80系CPU上位互換のCPUが多く採用されている。このような効率の良い命令の追加は、CPU開発技術の向上により実現可能になった。
通常2バイト必要なアドレスの指定において、上位1バイトのアドレス値を予め特定のレジスタ(「上位アドレスレジスタ」という)に記憶しておき、メモリにアクセスする際には予めレジスタに記憶されているこの上位アドレスを用いつつ下位1バイトのみを指定することで、メモリにアクセスできるようにした遊技機用のセキュリティチップが従来から知られている。例えば、上位アドレスレジスタに1バイトのF0hを記憶しておき、下位アドレスとして、1バイトの00h〜FFhを指定することにすれば、F000hからF0FFhまでを2バイトで指定できるようになり、この範囲で2バイトアドレスのユーザRAM領域にアクセスすることができるが、実質的には下位1バイトでアドレスを指定していることになる。
図9は、従来から知られている80系CPUに基づいた遊技機制御用のセキュリティチップのメモリ及び入出力部(I/O)に関連する部分の回路図である。従来は、図9に示すように、メモリ104のアドレス空間とI/O105のためのアドレス空間とが別々に設けられていた。このため、メモリのアドレス空間にアクセスするかI/Oのアドレス空間にアクセスするかに応じて、セキュリティチップのメモリリクエスト(MREQ)ピン及びI/Oリクエスト(IORQ)ピンからリクエスト信号を出力し、これを論理回路素子(ゲート)107、108、109、110を介してメモリ104及びI/O105の読み出し(RD)端子及び書き込み(WR)端子に送信していた。
アドレスデコーダ(DEC)1061,1062は、アドレスバスからのアドレス信号をデコードするデコーダで、デコードされた信号はメモリ104又はI/O105のチップセレクト端子(CS)に入力される。これによりメモリ104及びI/O105は、チップセレクト端子(CS)が有効である時、読出し信号(RD)が有効であればデータバスに当該データを出力し、書込み信号(WR)が有効であればデータバス上の当該データをメモリ104及びI/O105に書込みを行う。図9に示したメモリ104及びI/O105は模擬的にチップセレクト端子(CS)のみでデバイスを選択しているが、アドレスバスの下位数ビット(不図示)を接続し、デバイス内メモリやI/Oのアドレスを指定しても良い。
従来のように、メモリのアドレス空間と入出力部(I/O)のアドレス空間とが別々に設けられていると、どちらのアドレス空間にアクセスするかを選択するための論理動作や、アドレス空間が別々に存在することに関連するハードウェア的な回路が必要となる。さらに、上記の論理動作を実行するためには、セキュリティチップのパッケージにそのためのピンが必要となるが、遊技機用のユーザプログラムを開発する際には、より多くのピンを自由に使うことができれば、それだけ柔軟なハードウェア実装とプログラム開発が可能となる。
本発明は、上記事情に基づいてなされたものであり、メモリのアドレス空間と入出力部(I/O)のアドレス空間とが別々に設けられていたことに伴う従来の問題を解決することを目的とする。
上記の課題を解決するために、本発明に係る遊技機用のセキュリティチップは、メモリ用のアドレス空間と入出力部(I/O)用のアドレス空間とを備え、それぞれの空間をアクセスする命令を備えるCPUと上位互換性を有する遊技機用のセキュリティチップであって、前記入出力部用のアドレス空間を前記メモリ用のアドレス空間に統合した。
前記入出力部用のアドレス空間を指定するアドレスの上位ビットは、データ記憶デバイスに予め記憶されており、入出力アドレス空間を指定する際に前記データ記憶デバイスから前記上位ビットのデータを読み出してアドレスを指定する上位ビットとして使用することができる。
前記メモリ用のアドレス空間をアクセスする命令及び前記入出力用のアドレス空間をアクセスする命令により、統合されたメモリ用のアドレス空間のすべてをアクセス可能とすることができる。
前記データ記憶デバイスは、CPU内の専用レジスタとすることができる。
上記の課題を解決するために、本発明に係る遊技機用のセキュリティチップは、アドレスの上位を示す第1のレジスタ及び第2のレジスタを備え、前記第1のレジスタが第1の命令に対応し、前記第2のレジスタが第2の命令に対応し、CPUが前記第1の命令と前記第2の命令ですべてのメモリ空間をアクセスするようにする。
前記第1のレジスタには、対応する裏レジスタが設けられている。
実施の一形態に係る遊技機制御用のセキュリティチップの主要部分であるCPUとメモリユニットの構成を示したブロック図である。 図1に示したCPUコアの内部の構成を示したブロック図である。 実施の一形態に係るCPUの内部状態遷移の様子を示した図である。 実施の一形態に係るレジスタユニットに含まれる各種レジスタを詳細に示した図である。 実施の一形態に係るI/O用のアドレス空間を含むアドレス空間のメモリマップである。 実施の一形態に係る遊技機制用のセキュリティチップの平面図である。 図6に示したセキュリティチップの各ピンの名称及びその説明を表にして示した図である。 実施の一形態に係る遊技機制御用のセキュティチップのCPUとメモリ及び入出力部(I/O)とに関連する部分の回路図である。 従来の遊技機制御用のセキュティチップのCPUとメモリ及び入出力部(I/O)とに関連する部分の回路図である。
以下に、本発明の実施の一形態について説明する。図1は、遊技機制御用のセキュリティチップの主要部分であるCPU1とメモリユニット4の構成を示したブロック図である。CPU1は、CPUコア2とバスコントローラ3を含み、CPUコア2はバス制御信号(Bus Cont)でバスコントローラ3を制御し、メモリユニット4との間でリード/ライト(R/W)信号や入出力データ(Data)のやり取りをする。CPUコア2に対しては割り込み/待ち(INT/WAIT)信号が入力可能な状態となっており、CPUコア2及びバスコントローラ3に対してリセット(RESET)信号が入力可能な状態となっている。ここでメモリユニット4は、CPU1の実行するプログラムを格納するROM、CPU1の実行時に使われるRAM、入出力部(I/O)を含むCPU1がアクセスする対象のものを示す。
図2は、図1に示したCPUコア2の内部の構成を示したブロック図である。同図において、外部入力ユニット10は、外部信号(例えば、RESET、INT、WAIT、BUSREQ等)を受け取って、状態制御ユニット11に渡す。このとき、RESET信号は中央制御ユニット12を含む各ユニットのための初期化信号として渡される。
状態制御ユニット11は、図3に示す内部状態遷移を管理してCPUコア2の動作状態を決定するとともに、中央制御ユニット12へ実際の動作指示を行う。各命令に関する内部状態遷移は、図3に示す命令フェッチ状態(1)から始まり、中央制御ユニット12で行われる命令デコードの結果に応じて次の内部状態遷移が決定され(例えば、演算処理、メモリロード、メモリ記憶等)、したがって各命令ごとに異なる内部状態遷移をもつことになる。なお、各命令の状態遷移の情報は、状態制御ユニット11内に格納されている。
再び図2に戻ると、中央制御ユニット12は、バスコントローラ3を経由してメモリユニット4より入力された入力データDIを読み込んで命令デコーダ13に渡し、命令デコーダ13により命令解析を行う。命令デコーダ13で命令解析が終了して、中央制御ユニット12が命令デコードの結果を状態制御ユニット11に渡すと、状態制御ユニット11内で決定される内部状態遷移による次の動作指示に従い、データパスユニット14に命令動作を順次実行させる。なお、命令デコードの結果と状態制御ユニット11から指示される状態により各命令がどのような動作を行うかのシーケンス情報は、中央制御ユニット12内に格納されている。
データパスユニット14は、レジスタユニット15を含んでいる。レジスタユニット15には、本実施形態の場合、レジスタバンク0及びレジスタバンク1という2つのレジスタバンクの他に、8ビットの割込みベクタレジスタI、リフレッシュレジスタR、16ビットのプログラムカウンタPC、バンクセレクタDST、バンクセレクタSRCが含まれる。2つのレジスタバンク0及びレジスタバンク1の切り替えは、後述の図4に示したフラグレジスタFに含まれるレジスタバンク指定レジスタRBの指示(1ビット)を参照することにより現在使用中のレジスタバンクを知ることができる。すなわち、バンクセレクタDSTが算術論理演算ユニット(ALU)16の演算結果をストアするのがレジスタバンク0かレジスタバンク1かを指定し、バンクセレクタSRCが、ALU16に入力するソースレジスタをバンクレジスタ0かバンクレジスタ1かを選択する。
図4は、レジスタユニット15に含まれる各種レジスタをより詳細に示している。上述のようにレジスタユニット15には2つのレジスタバンク0及びレジスタバンク1が含まれており、各レジスタバンクには、メモリにアクセスするための16ビットアドレスの上位8ビットアドレスを指定するアドレスレジスタQ(以下「Qレジスタ」ともいう)、I/O(入出力部)に接続された内蔵デバイス(タイマ、乱数回路、外部入出力回路等)にアクセスするための16ビットアドレスの上位8ビットアドレスを指定するレジスタU(以下「Uレジスタ」ともいう)、8ビットの演算レジスタA、フラグレジスタF(その具体的内容は、図4に示してある)、汎用レジスタB、C、D、E、H、Lと、16ビットのインデックスレジスタIX、IY、スタックポインタSP、プログラムカウンタPCが含まれる。8ビットのレジスタのうち、汎用レジスタBC、DE、HLは、ペアレジスタとして16ビットのレジスタとして扱うこともできる。
さらに、各レジスタバンク内のレジスタA、F、B、C、D、E、H、L、IX、IY、Qについては、これらを表レジスタとして同一構成の裏レジスタが設けられている。各表レジスタに対応する裏レジスタには、表レジスタと同じアルファベットに記号「’」を付してある。表レジスタ及び裏レジスタは、入れ替え命令などによって互いにどちらかのレジスタを瞬間的に選択して入れ替えて使用することができる。一方、レジスタU、レジスタSPについては、単一の(裏レジスタを持たない)構成とされている。CPUは、レジスタバンク指定レジスタRBの示すレジスタバンクの表レジスタのみを動作対象とし、裏レジスタについては動作対象とはしない。
従来は、図9のように、メモリ用のアドレス空間(メモリマップ)とは別に、I/O(入出力部)に接続された内蔵デバイスにアクセスするための256バイト(8ビットで指定される)のI/Oアドレス空間(I/Oマップ)が独立して設けられていた。また、メモリ用のアドレス空間をアクセスする命令としてLD命令が具備され、16ビットのメモリ空間をアクセスしていた。さらにメモリ空間の16ビットアドレスの上位8ビットについてQレジスタを使用してアクセスするLDQ命令が具備され、LDQ命令のオペランド8ビットを下位アドレスとしてメモリ空間をアクセスすることができた。
さらに従来は、I/Oアドレス空間をアクセスするための専用命令としてIN命令、OUT命令が具備され、この命令が実行されるとIORQ信号によりI/Oアドレス空間のアクセスが行われていた。
これに対し、本実施形態では、MREQ、IORQの信号をなくしメモリ、I/O(入出力部)へのアクセスをRD、WR信号で行うことと、I/O(入出力部)に接続された内蔵デバイスにアクセスするための上位8ビットのアドレスを指定するハードウェアとしてのUレジスタを設け、ここに予め8ビットの上位アドレスを指定しておく。これにより、メモリ用のアドレス空間とは別々に設けられていたI/Oアドレス空間を、メモリ用のアドレス空間に統合して一つのアドレス空間とし、従来具備されていたIN命令、OUT命令を実行するとメモリ空間に実装されたI/Oに対し、上位8ビットをUレジスタで指定し下位8ビットはIN命令、OUT命令のオペランドで指定した下位8ビットを用いてアクセス可能とした。
上記のように、本実施形態では、LDQ命令ではQレジスタを用いてメモリ空間(主にデータエリア、ワークエリア)をアクセスし、IN命令、OUT命令ではUレジスタを用いて内蔵デバイス(タイマ、乱数回路、外部入出力回路等)のI/Oをアクセスするようにプログラムを記述できるようになる。これにより、プログラムが見やすくなるという効果の他に、メモリ空間に置かれたメモリとI/Oを本来命令のオペランドとして16ビットのアドレスでアクセスしていたものを下位8ビットのオペランドでアクセスすることが可能になり、プログラム容量を圧縮することができる。さらにQレジスタ、Q’レジスタ、Uレジスタと複数の上位指定レジスタを持つことにより、上位レジスタが1つだけの時よりも上位レジスタの使い回しによる入れ替えの回数が少なくなり、プログラム容量をさらに圧縮することができる。
上記の例ではIN命令、OUT命令でI/Oをアクセスしたが、IN命令、OUT命令でメモリ空間をアクセスしても良い。このことは、例えばメモリ上の3つの256バイト領域をアクセスする場合にQレジスタ、Q’レジスタ、Uレジスタにそれぞれの上位8ビットを指定しておき、LDQ命令とIN命令OUT命令でそれぞれの領域をアクセスしても良い。
図5は、本実施形態のアドレス空間を示した、I/O用のアドレス空間を含むメモリマップである。この1つのメモリマップの中に、メモリのためのアドレス空間の他にI/Oに接続された内蔵デバイスにアクセスするための制御エリア37が設けられている。この制御エリア37を指定する16ビットのうちの上位8ビットは、Uレジスタに予め指定されているデータである。したがって、実際の内蔵デバイスのアドレスは、実質的には下位8ビットによって指定される。
さらに、図5のメモリマップに示したメモリ領域には、遊技機用プログラムが配置される「使用領域」と、遊技機用プログラムとは関係なく、法令で定められているチップの試験に必要な処理及び不正防止を目的としたプログラムが配置される「使用領域外」とが含まれる。使用領域には、0000hから始まるユーザプログラムエリア30(Y1バイト)、ユーザデータエリア31(Y2バイト)、アドレスがXXXX7から始まるY4バイトの第1ユーザRAM32、アドレスがXXXX9から始まるY5バイトの第2ユーザRAM33が含まれる。ユーザプログラムエリア30及びユーザデータエリア31は、ROMなどの書き換え不能なメモリで構成され、第1ユーザRAM32、第2ユーザRAM33は、RAMなどの書き換え可能なメモリで構成される。
ユーザプログラムエリア30には、各遊技機メーカがそれぞれの遊技機ごとに開発した遊技機制御用のプログラムが格納される。ユーザデータエリア31には、ユーザプログラムエリア30に格納されている遊技機制御用のプログラムの実行時に参照するデータテーブルが格納される。第1ユーザRAM32及び第2ユーザRAM33は、ユーザプログラムエリア30に格納されている遊技機制御用のプログラムの実行中におけるワークエリアとして使用される。パチンコのプログラムの場合は第1ユーザRAM32のみを使用し、パチスロのプログラムの場合は第1ユーザRAM32と第2ユーザRAM33の両方を使用する。遊技機制御用のプログラムは、通常、遊技機の制御プログラムと割込みプログラムが実行される。第1ユーザRAM32及び第2ユーザRAM33は、ワークエリアの他に、レジスタ退避やサブルーチン、割込み処理の復帰アドレスを一時的に格納するスタックエリアとしても使用される。Qレジスタの初期値はXXXX7の上位8ビットとし、第1ユーザRAM32の上位バイトを示し、Q’レジスタの初期値はXXXX9の上位8ビットとし、第2ユーザRAM33の上位バイトを示している。
使用領域外は、アドレスがXXXX5から始まる外部プログラムエリア34(Y9バイト)と、アドレスがXXXX11から始まる外部ユーザRAM35(Y6バイト)が含まれる。外部プログラムエリア34はROMで構成され、外部ユーザRAM35は、使用領域外で更新可能なメモリで構成される。外部ブログラムエリア34には、遊技機の制御以外の、チップの試験に必要な処理及び不正防止を目的としたプログムが配置され、外部ユーザRAM35は、外部プログラムエリア34のプログラムが実行中にワークエリアとしてレジスタ退避やサブルーチンの復帰アドレスを一時的に格納するスタックエリアとして使用される。
内蔵デバイス設定エリア36は、遊技機制御用チップの内蔵デバイス(タイマ、乱数回路、外部入出力回路等)の設定のためのレジスタが配置されたエリアである。内蔵デバイス制御エリア37は、遊技機制御用の内蔵デバイスのアクセス制御を行うためのエリアである。前述のように、このエリアにアクセスするための16ビットのアドレスのうち上位8ビットはUレジスタに予め初期値として設定された例えばXXXX15の上位8ビットとされている。
図6は、本実施形態に係る遊技機制用のセキュリティチップ50の平面図であり、図7は、図6に示したセキュリティチップ50の各ピンの名称及びその説明を表にして示している。図6に示すように、セキュリティチップ50には、パッケージ本体の左側に35本、右側に36本、計71本のピンが設けられている。セキュリティチップ50が基板に実装される際に、これらのピンが基板に設けられた各種信号線や電源線と接続される。遊技機制御用のセキュリティチップは、規則上、表面実装部品や多層基板を採用できないことになっており、図6に示すようなDIP形状のパッケージとしなければならない。このため、パッケージの強度と製造工程を考慮すると現状のピン数71本が設けうる最大のピン数である。
遊技機用メーカは、それぞれに自社の遊技機用のプログラムを開発するが、その際に自由に使うことのできるピンの数が多ければそれだけ開発の自由度も高くなる。しかし、実際のセキュリティチップは、図6に示すように、非常に狭い間隔で多数(71本)のピンが設けられている。この中で、前述のように検査のために使用されるピンを除いたピンが、遊技機メーカが独自の演出等のために使用できるピンとなる。このため、遊技機の演出等に自由に使うことのできるピンの数を増やしてほしいという要請が以前からあった。
図8は、本実施形態に係る遊技機制御用のセキュティチップのメモリ及び入出力部(I/O)に関連する部分のハードウェア的な回路図である。本実施形態では、図5に示したよう、I/O(入出力部)に接続された内蔵デバイスのためのアドレス空間をメモリアドレス空間と一体化したことによって、I/Oアドレス空間とメモリアドレス空間とが別々だったこれまでの遊技機用のセキュリティチップにおいて必要とされたメモリリクエスト(MREQ)及びI/Oリクエスト(IORQ)という2つのピンが不要となる。そのため従来メモリリクエスト(MREQ)及びI/Oリクエスト(IORQ)が割り振られていた2つのピンを、遊技機メーカが自由に使うことのできるピンとして解放できる。これにより、遊技機メーカでプログラム開発の自由度が高まり、より高度な遊技機用のプログラムを開発する上で有益となる。
さらに、本実施形態のように、I/Oアドレス空間をメモリアドレス空間と一体化したことによって、図9に示したような論理回路素子(ゲート)107、108、109、110は不要となり、ハードウェアが簡素化されコストも低減される。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、これらのあくまでも実施の一形態であり、本発明の技術的範囲は上述の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載に基づいて判断されるべきである。
1 :CPU
2 :CPUコア
3 :バスコントローラ
4 :メモリ(ユニット)
5 :入出力部(I/O)
1,62:アドレスデコーダ(DEC)
10 :外部入力ユニット
11 :状態制御ユニット
12 :中央制御ユニット
13 :命令デコーダ
14 :データパスユニット
15 :レジスタユニット
30 :ユーザプログラムエリア
31 :ユーザデータエリア
32 :第1ユーザRAM
33 :第2ユーザRAM
34 :外部プログラムエリア
35 :外部ユーザRAM
36 :内蔵デバイス設定エリア
37 :内蔵デバイス制御エリア
50 :セキュリティチップ
53 :第2ユーザRAM
57 :制御エリア
101 :CPU
104 :メモリユニット
105 :入出力部(I/O)1061,1062:アドレスデコーダ(DEC)
107,108,109,110:論理回路素子

Claims (7)

  1. メモリ用のアドレス空間と入出力部(I/O)用のアドレス空間とを備え、それぞれの空間をアクセスする命令を備えるCPUと上位互換性を有する遊技機用のセキュリティチップであって、
    前記入出力部用のアドレス空間を前記メモリ用のアドレス空間に統合した遊技機用のセキュリティチップ。
  2. 前記入出力部用のアドレス空間を指定するアドレスの上位ビットは、データ記憶デバイスに予め記憶されており、入出力アドレス空間を指定する際に前記データ記憶デバイスから前記上位ビットのデータを読み出してアドレスを指定する上位ビットとして使用する、請求項1に記載のセキュリティチップ。
  3. 前記メモリ用のアドレス空間をアクセスする命令及び前記入出力用のアドレス空間をアクセスする命令により、統合されたメモリ用のアドレス空間のすべてをアクセス可能とした請求項1又は2に記載のセキュリティチップ。
  4. 前記データ記憶デバイスは、CPU内の専用レジスタである、請求項2に記載のセキュリティチップ。
  5. アドレスの上位を示す第1のレジスタ及び第2のレジスタを備え、前記第1のレジスタが第1の命令に対応し、前記第2のレジスタが第2の命令に対応し、CPUが前記第1の命令と前記第2の命令ですべてのメモリ空間をアクセスする、遊技機用のセキュリティチップ。
  6. 前記第1のレジスタには、対応する裏レジスタが設けられている、請求項5に記載のセキュティチップ。
  7. 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のセキュリティチップを搭載した遊技機。
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