JPH07200352A - データプロセッサ、プログラム翻訳方法、及びデバッグツール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高級言語で記述されたプログラムでのサブル
ーチンコールの際に引渡されるパラメータを、エミュレ
ータのリアルタイムトレース機能でトレース取得可能に
する。 【構成】 データプロセッサ１は通常の命令とは命令コ
ードのみ相違されるデバッグ用命令を加えた命令セット
を有する。例えばデバッグ用命令はサブルーチンへパラ
メータを引き渡すためのデータ転送命令とされる。デー
タプロセッサ１は、デバッグ用命令をデバッグ用命令解
析部１１で解析し、対応する通常命令と同じ動作を行
う。デバッグ用命令を認識しその実行過程をトレースす
るエミュレータを利用することにより、上記パラメータ
などをトレース取得できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高級言語で記述された
プログラムにおけるサブルーチンコールの際に引き渡さ
れるパラメータを検証可能にするための技術に係り、そ
れを実現するためのデータプロセッサ、コンパイラなど
によって実現されるプログラム翻訳方法、及びエミュレ
ータなどのデバッグツールに関するものである。本明細
書においてデータプロセッサは、ＣＰＵ（セントラル・
プロセッシング・ユニット））、マイクロプロセッサ、
及び１チップマイクロコンピュータを包含する総称的な
概念として位置付けられるものである。

【０００２】

【従来の技術】大型計算機では、プリンタあるいはコン
ソール等の情報出力装置が既に周辺機器として用意され
ているため、プログラムデバッグの際に必要な情報をこ
れらの情報出力装置に出力することが行われている。例
えば、高級言語で書かれたプログラムデバッグの手法と
しては、サブルーチンコールの際にパラメータ（関数の
引数など）を情報出力装置に出力することが行なわれて
おり、ソースファイルをコンパイルする際に、パラメー
タを情報出力装置へ出力する文を挿入する手法等が提案
されている。

【０００３】一方、産業用機器や家庭電気製品などのよ
うにデータプロセッサ若しくはマイクロコンピュータを
制御回路として組込んだ組込み機器におけるプログラム
デバッグでは、組み込み機器上にデバッガやデバッグ用
の入出力装置等のデバッグ用環境を整えることが難し
い。そのためエミュレータが使用されている。エミュレ
ータは、デバッグ対象とされる組込み機器に実装される
マイクロコンピュータと同一の制御機能を少なくとも備
えたエミュレーション用マイクロコンピュータを有し、
このエミュレーション用マイクロコンピュータでデバッ
グ対象プログラムを実行しながら組込み機器を実際に代
行制御する。この代行制御の過程においてエミュレーシ
ョン用マイクロコンピュータから入出力されるデータや
アドレスなどの各種情報がトレースメモリに貯えられ、
所要のブレークポイント毎に上記トレースメモリの内容
を解析可能に提供してプログラムデバッグやシステムデ
バッグを支援する。したがって、このエミュレータを使
用することにより、メモリアクセスの来歴等をそのトレ
ース機能を介して取得することができる。例えば、メモ
リアドレス及びデータなどがバスサイクル単位でトレー
スメモリに貯えられ、このように貯えられた情報をアド
レスをキーとしてそれに対応するデータを参照すること
でメモリアクセスの来歴を判断できる。

【０００４】このように、エミュレータにおいては組込
み機器を実際に動作させて得られるトレース情報を基に
デバッグを行う性質上、デバッグの動作には組込み機器
の動作に対してリアルタイム性が要求される。

【０００５】尚、エミュレータについて記載された文献
例としては、昭和６０年１２月２５日に株式会社オーム
社発行の「マイクロコンピュータハンドブック」第５８
０頁〜第５８４頁がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】近年、組み込み機器を
制御するハードウエアにマイクロコンピュータ、ソフト
ウエアにＣ言語などの高級言語を使用する例が増えてき
ており、そのような組込み機器に対するエミュレータの
トレース機能によるメモリアクセスの来歴取得は、予じ
めアドレスの判明している変数に対して可能であるが、
アドレスの変化する変数（サブルーチンコールの際のパ
ラメータおよびローカル変数等）に対しては不可能であ
る。何故ならば、Ｃ言語のような高級言語で書かれたプ
ログラム上でサブルーチンを呼びパラメータを渡す場
合、Ｃ言語ではスタック領域の変数を使用する。スタッ
クポインタの位置はサブルーチンの呼ばれ方で変化する
ため、あるサブルーチンに着目した場合、同一サブルー
チンの先頭でのスタックポインタの値（およびローカル
変数のアドレス）は常に一定であるとは限らないからで
ある。例えば、図９においてアドレス空間に割当てられ
たデータ領域において、グローバル変数領域は変数のア
ドレスが固定であるが、スタック及びローカル変数領域
は変数のアドレスがスタックポインタ相対で決定される
ため一定にはならない。図１０の（Ａ）、即ちプログラ
ムＡがプログラムＢを呼び、そのプログラムＢの中で更
にプログラムＣが呼ばれた場合と、同図の（Ｂ）、即ち
プログラムＡが直接プログラムＣを呼んでいる場合とを
比べると、夫々の場合のスタックポインタの値は図１１
に示されるように相違される。

【０００７】以上のように、Ｃ言語のような高級言語を
利用して生成されたプログラムを実行するデータプロセ
ッサを備えた組み込み機器に対するデバッグでは、高級
言語で書かれたプログラムでのサブルーチンコールの際
に引き渡されるパラメータを、エミュレータのリアルタ
イムトレース機能でトレース取得することは不可能であ
る。そうだからといって大型計算機システムでのデバッ
グの手法を組込み機器のデバッグに採用しようにもデバ
ッグ環境が整わず、組込み機器の動作に対してリアルタ
イム性が要求されるエミュレータ利用のデバッグではパ
ラメータを出力させる特別な文若しくは記述を挿入する
こともできない。

【０００８】本発明の目的は、高級言語で記述されたプ
ログラムでのサブルーチンコールの際にひき渡されるパ
ラメータやローカル変数を、エミュレータなどのデバッ
グツールのリアルタイムなトレース機能で、トレース取
得可能にする技術を提供することにある。すなわち、そ
れを可能にするためのデータプロセッサ、コンパイラな
どによって実現されるプログラム翻訳方法、及びエミュ
レータなどのデバッグツールを提供するものである。

【０００９】本発明の前記並びにその他の目的と新規な
特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるで
あろう。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記
の通りである。

【００１１】〔１〕デバッグの動作には組込み機器の動
作に対してリアルタイム性が要求されるというリアルタ
イム性を損なわない様にするために、デバッグ用命令を
採用する。すなわち、データプロセッサの命令セットに
デバッグ用命令を追加する。追加された命令は以下の特
徴を持つ。 （ａ）デバッグ用命令にはデバッグ用命令と対になる通
常の命令が存在する。 （ｂ）対となる通常の命令とデバッグ用命令との相違
は、命令コードのみであり、命令語長、オペランドのサ
イズと配置、動作、命令実行サイクル数等は、両者の間
での相違はない。

【００１２】〔２〕上記デバッグ用命令を生成するため
の手段としての観点を持つ発明は、、コンパイラ（及び
デバッガ）のようなプログラム翻訳方法に着目するもの
であり、以下の何れかの機能を持つ。 （２−ａ） デバッグ用命令を自動生成する発明は、コ
ンパイルのようなプログラム翻訳時に、その後のデバッ
グ時にデバッグを容易にするために、ソースプログラム
の記述における特定の箇所を認識し、その必要部分に通
常の命令のコードではなく、デバッグ用の命令コードを
生成する。例えば、サブルーチンコールの部分およびパ
ラメータ引き渡しのためのデータ転送命令の箇所を認識
し、当該部分のジャンプサブルーチン命令およびムーブ
命令をデバッグジャンプサブルーチン命令およびデバッ
グムーブ命令に置き換えて、コードを生成する。 （２−ｂ） 上記デバッグ用命令に代わるデバッグ情報
を生成して対処する発明は、上記２−ａでのデバッグ用
の命令コードの生成に代えて、当該位置を示す情報をデ
バッグ情報として生成する。例えば、サブルーチンコー
ルの部分およびパラメータ引き渡しのためのデータ転送
命令の箇所を認識し、当該部分のジャンプサブルーチン
命令およびムーブ命令の位置を示す情報をデバッグ情報
として生成する。上記２−ａでコンパイラが行ってい
た、デバッグ用の命令コードの生成は、デバッグ用のソ
フトウエア（例えばエミュレータのソフトウエア）がデ
バッグ情報を参照して、通常の命令コードからデバッグ
用の命令コードへの置き換えによって行う。

【００１３】〔３〕上記デバッグ用命令を命令セットと
して持つデータプロセッサのためのエミュレータのよう
なデバッグツールに着目した発明は、デバッグツールに
以下の機能を持たせる。 （３−ａ） 上記２−ａのプログラム翻訳方法が採用さ
れる場合、トレース回路に、上記デバッグ用命令を認識
する機能を持たせ、デバッグに必要な部分のみの命令実
行結果をトレース取得する機能を持たせる。例えば、デ
バッグジャンプサブルーチン命令およびデバッグムーブ
命令を認識する機能を持たせ、当該サブルーチンコール
時にデバッグジャンプサブルーチン命令、デバッグムー
ブ命令、および必要な周辺の命令実行結果をトレース取
得する機能を持たせる。また、デバッグツールにはそれ
らトレース結果を編集し、表示する機能を持たせる。 （３−ｂ） 上記２−ｂのプログラム翻訳方法が採用さ
れる場合、上記３−ａの機能に加えて以下の機能をデバ
ッグツールに持たせる。即ち、上記デバッグ情報に基づ
いて必要な部分の命令をデバッグ用命令で置き換える機
能をデバッグツールに持たせる。例えば、サブルーチン
コール時のジャンプサブルーチン命令およびムーブ命令
を、デバッグジャンプサブルーチン命令およびデバッグ
ムーブ命令に置き換える機能を持たせる。

【００１４】

【作用】

〔１〕データプロセッサの命令セットに上記デバッグ用
命令を追加することは、そのようなデータプロセッサを
使用した組み込み機器において、通常の命令のみで構成
されたプログラムとそのプログラムの一部をデバッグ用
命令で置き換えたプログラムとの間で、プログラムのサ
イズ、構成および動作の上での相違点がないということ
を保証する。このことは、対象機器を代行制御しながら
デバッグを支援するデバッグツールに要求されるリアル
タイム性を損なわないように作用する。さらにそのこと
は、プログラム実行時に通常の命令とデバッグ用の命令
をエミュレータのようなデバッグツールが容易に区別で
きるように作用する。これにより、上記デバッグ用命令
を認識してその実行過程をトレースする機能を有するデ
バッグツールを利用することによって、高級言語で記述
されたプログラムでのサブルーチンコールの際にひき渡
されるパラメータやローカル変数を、エミュレータのリ
アルタイムなトレース機能でトレース取得できるように
なり、そのようなパラメータやローカル変数に着目した
デバッグを可能にする。

【００１５】〔２〕上記デバッグ用命令を自動生成する
プログラム翻訳方法は、命令セットに上記デバッグ用命
令を含むアーキテクチャーのデータプロセッサのための
機械語プログラムを簡単に生成する。上記デバッグ用命
令に代わるデバッグ情報を生成するプログラム翻訳方法
は、デバッグにのみ利用される情報によって機械語プロ
グラムのサイズが増大することを抑える。

【００１６】〔３〕デバッグ用命令を認識する機能を持
ち、その命令の実行過程をトレースするデバッグツール
は、高級言語で記述されたプログラムでのサブルーチン
コールの際に引き渡されるパラメータやローカル変数を
そのトレース回路で取得して、そのようなパラメータや
ローカル変数に着目したデバッグを可能にする。デバッ
グ用命令を直接受けて動作されるデバッグツールは、コ
ンパイラなどが生成したデバッグ情報に基づいて必要な
部分の命令をデバッグ用命令で置き換える機能が付加さ
れたデバッグツールに比べ、その物理的な規模を小さく
する。後者のデバッグツールは、デバッグ用命令に割り
当てることができる未定義コードに余裕がない場合に
も、デバッグ用命令を利用して、パラメータやローカル
変数に着目したデバッグを可能にする。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を〔１〕データプロセッサ、
〔２〕コンパイラ、及び〔３〕エミュレータの項目に従
って順次説明する。 〔１〕 データプロセッサ 〔１−ａ〕 デバッグ用命令 本実施例のデータプロセッサはその命令セットにデバッ
グ用命令を有する。デバッグ用命令は（１），（２）の
特徴を有する。 （１）デバッグ用命令にはこれと対になる通常の命令が
存在する。 （２）対となる通常の命令とデバッグ用命令との相違は
命令コードのみであり、命令語長、オペランドのサイズ
と配置、動作、命令実行サイクル数等は、両者の間で相
違はない。

【００１８】デバッグ用命令として、デバッグデータ転
送命令（ＤＢＧＭＯＶ命令とも記す）及びデバッグジャ
ンプサブルーチン命令（ＤＢＧＪＳＲ命令とも記す）を
命令セットに追加する場合について説明する。

【００１９】データプロセッサがデータ転送命令ＭＯＶ
とジャンプサブルーチン命令ＪＳＲを持つ場合、それに
対応されるデバッグ用命令として、ＤＢＧＭＯＶ命令及
びＤＢＧＪＳＲ命令を追加する。

【００２０】ＤＢＧＭＯＶ命令は、データ転送命令ＭＯ
Ｖと同一の動作をする命令である。命令語長、オペラン
ドのサイズと配置は同一で、命令コード（およびそれに
対応する命令ニモニック）のみが異なることを特徴とす
る。両者は、データプロセッサの動作上は全く同一とな
る。ＭＯＶ命令及びＤＢＧＭＯＶ命令の命令ニモニック
と命令コード（機械語のコード）の一例は以下の通りで
ある。 （ＭＯＶ命令） 命令ニモニック；ＭＯＶ．Ｗ Ｒｘ，＠（ｙｙ，
Ｒｚ） 命令コード ；１２３４ｘｘｘｘｘｘｘｘ （ＤＢＧＭＯＶ命令） 命令ニモニック；ＤＢＧＭＯＶ．Ｗ Ｒｘ，＠（ｙｙ，
Ｒｚ） 命令コード ；１Ａ３４ｘｘｘｘｘｘｘｘ

【００２１】ＤＢＧＪＳＲ命令は、ジャンプサブルーチ
ン命令ＪＳＲと同一の動作をする命令である。命令語
長、オペランドのサイズと配置は同一で、命令コード
（およびそれに対応する命令ニモニック）のみが異な
る。両者は、データプロセッサの動作上は全く同一とな
る。以下にはＪＳＲ命令及びＤＢＧＪＳＲ命令の命令ニ
モニックと命令コード（機械語のコード）の一例が示さ
れる。 （ＪＳＲ命令） 命令ニモニック；ＪＳＲ ＠ｘｘｘｘｘｘ 命令コード ；５６７８ｘｘｘｘｘｘｘｘ （ＤＢＧＪＳＲ命令） 命令ニモニック；ＤＢＧＪＳＲ ＠ｘｘｘｘｘｘ 命令コード ；５Ｅ７８ｘｘｘｘｘｘｘｘ

【００２２】〔１−ｂ〕 データプロセッサの構成 図１には上記デバッグ用命令が命令セットに追加された
データプロセッサ１の構成が命令解析部および命令実行
制御部に着目して示される。上記命令解析部１０は、マ
イクロプログラムあるいはハードウエアで命令の解析を
行う回路部分であり、この部分にデバッグ用命令を解析
するためのプログラムあるいはハードウエアで構成され
たデバッグ用命令解析部１１が追加されている。デバッ
グ用命令を実行する場合、命令実行制御部２０はそのデ
バッグ用命令と対を成す通常の命令の実行と同じに動作
する。これに着目して同図の（Ａ）に示されるデータプ
ロセッサ１はデバッグ用命令を実行可能であっても命令
実行制御部２０には特別なハードウエアは追加されてい
ない。この命令実行制御部２０は、算術論理演算器など
の演算回路や汎用レジスタ若しくは各種専用レジスタな
どを有する実行部、メモリ制御部、キャッシュメモリな
ど、命令解析部１０，１１で得られた制御信号に基づい
て命令を実行するための各種回路によって構成される。
本発明においてその様な一般的な回路の具体的構成は一
切制限されない。

【００２３】また、詳細はエミュレータの項で述べる
が、エミュレータのハードウエア構成を簡便にするため
には、デバッグ用命令の実行と通常の命令の実行とを区
別するためのステータス信号などのステータス信号３の
出力機能をデータプロセッサ１に追加することが有効で
ある。これを考慮した図１の（Ｂ）に示されるデータプ
ロセッサ１は、命令実行制御部２０のハードウエアに、
上記ステータス信号３の出力制御回路２１が追加され
る。この出力制御回路２１は、デバッグ用命令解析部１
１がデバッグ用命令のオペレーションコードを解析する
ことによって得られる信号に基づいて上記ステータス信
号３を第１の論理値として出力し、それ以外は第２の論
理値とする。

【００２４】また、データプロセッサが命令コードをデ
コードしないビットの位置を規定した命令セットを作成
し、エミュレータがこのデコードしないビットによって
通常の命令とデバッグ用命令を区別する場合には、デー
タプロセッサの変更は不要である。

【００２５】〔２〕 コンパイラ 上記データプロセッサ１に対応されるコンパイラについ
て説明する。 〔２−ａ〕 デバッグ用命令の生成 コンパイル時に、その後のデバッグ時にデバッグを容易
にするために、コンパイラが特定の箇所を認識し、その
必要部分に通常の命令のコードではなく、デバッグ用の
命令コードを生成する。例えば、コンパイル時にコンパ
イラがサブルーチンコールの部分およびパラメータ引き
渡しのためのデータ転送命令の箇所を認識し、当該部分
のＪＳＲ命令およびＭＯＶ命令をＤＢＧＪＳＲ命令およ
びＤＢＧＭＯＶ命令に置き換えて、コードを生成する。
例えば、Ｃ言語で記述されたプログラムの中に、 ／＊ ＳＵＢＲＯＵＴＩＮＥ ＣＡＬＬ＊／ ｓｂｒｔｎ（ａ）； という記述が合った場合、上記デバッグ用命令を考慮し
ないコンパイラは通常 ｘｘ ｘｘ ＭＯＶ．Ｗ Ｒｘ，＠（ｙｙ，Ｒｚ） ｘｘ ＪＳＲ ＿ｓｂｒｔｎ ｘｘ ｘｘ というコードを生成する。これに対して上記デバッグ用
命令を考慮する本実施例におけるコンパイラは、サブル
ーチンコールを認識すると（Ｃ言語でのサブルーチンコ
ールは文字列とそれに続く（）および；で示されるので
容易に認識できる）、当該部分に対し、 ｘｘ ｘｘ ＤＢＧＭＯＶ．Ｗ Ｒｘ，＠（ｙｙ，Ｒｚ） ｘｘ ＤＢＧＪＳＲ ＿ｓｂｒｔｎ ｘｘ ｘｘ というコードを生成する。上記説明では、便宜上、生成
されるコードの代わりにニモニックを使用したが、最終
的に生成されるコードは、機械語の数値コードであるこ
とは言うまでもない。また、コードの生成をコンパイラ
が行うと書いたが、クロスソフトウエアシステムの構成
によっては、アセンブラ、リンカ等と組み合わせてコー
ドを生成する場合があることも言うまでもない。尚、上
記ｘｘは適宜のコードを意味するものと理解されたい。
コンパイラは、エンジニアリングワークステーションな
どのデータ処理システムに適用されて実現される。

【００２６】図２には本実施例のコンパイラによる処理
手順の一例が示される。コンパイラは、Ｃ言語のような
高級言語で記述されたソースファイルの記述に対して記
述行毎にどの命令に対応するかを順次判定していき、対
応する命令があった場合、その命令に対応する機械語の
コードを生成する。例えば、データプロセッサ１の命令
セットに含まれるｘｘの命令とｙｙの命令に対するコン
パイルに着目すると、図２に示されるように、ソースフ
ァイルの現在の処理対象記述行に対してｘｘの命令に対
応するソース記述か否かの判定ステップＳ１とｙｙの命
令に対応するソース記述か否かの判定ステップＳ３が存
在する。本実施例のコンパイラは上記デバッグ用命令を
コンパイルする機能が追加され、例えば上記ＤＢＧＭＯ
Ｖ命令に対応するソース記述かを判定するステップＳ２
が追加されている。ソース記述に対応する命令が存在す
る場合には（上記ステップＳ１，Ｓ２，Ｓ３の何れかに
おいてＹＥＳと判定されたとき）その命令に対応する機
械語のコードが生成される（ステップＳ１０，Ｓ２０，
Ｓ３０）。ソース記述に対応する命令が存在して機械語
コードに翻訳されると、次の命令の処理、即ちソースフ
ァイルの次の記述に対する処理に移行される。このよう
な処理がソースファイルの全ての記述行に対して行われ
る。図２においてデバッグ用命令に対応する処理はステ
ップＳ２とＳ２０が代表的に示されているが、ＤＢＧＪ
ＳＲ命令のようなその他のデバッグ用命令に対する処理
は、ステップＳ１の前に存在することになる同様の多数
の処理ステップ或はステップＳ３の後に存在することに
なる同様の多数の処理ステップに含まれるものと理解さ
れたい。

【００２７】〔２−ｂ〕 デバッグ用命令の生成に代わ
るデバッグ情報の生成 上述のコンパイラはデバッグ用命令を直接生成するもの
であるが、別の実施例に係るコンパイラは、コンパイラ
が特定の箇所を認識し、その必要部分の位置を示す情報
をデバッグ情報として生成する。デバッグ情報は、デバ
ッグ時にデバッグを容易にするための情報として利用さ
れ、特に制限されないが、データプロセッサが実行すべ
き機械語命令コードとは物理的に切り離された存在とさ
れる。例えば、コンパイル時にコンパイラがサブルーチ
ンコールの部分およびパラメータ引き渡しのためのデー
タ転送命令の箇所を認識し、当該部分のＪＳＲ命令およ
びＭＯＶ命令の位置を示す情報をデバッグ情報として生
成する。このようなデバッグ情報は、後述するエミュレ
ータの項でも説明するが、エミュレータのソフトウエア
に参照され、そのようなソフトウェアによって上記実施
例のコンパイラが行っていたＤＢＧＪＳＲ命令及びＤＢ
ＧＭＯＶ命令への置き換えが行われる。デバッグ情報フ
ァイルの内容としては、例えば、デバッグ用命令のアド
レスを順に記録したものがあれば、命令の置き換えは簡
単である。

【００２８】〔３〕 エミュレータ 上記実施例のデータプロセッサ１を搭載した組込み機器
のシステムデバッグ若しくはプログラムデバッグに利用
されるデバッグツールとしてのエミュレータの実施例に
ついて説明する。

【００２９】図３にはデバッグツールの全体を示すブロ
ック図が示される。同図に示されるエミュレータ４は、
親計算機のようなホストシステム５と、デバッグ対象と
される組込み機器としてのマイクロコンピュータシステ
ム（ターゲットシステムとも記す）６との間に接続さ
れ、そのターゲットシステム６を本来制御すべきターゲ
ットマイクロコンピュータの機能を代行する一方でデバ
ッガとしての機能を持ち、詳細なシステム評価やプログ
ラムデバッグを支援する。ホストシステム５とエミュレ
ータ４とは例えばシリアル回線７よって結合される。タ
ーゲットシステム６とエミュレータ４はインタフェース
ケーブル８によって接続される。すなわち、インタフェ
ースケーブル８の先端が、ターゲットシステム６のター
ゲットマイクロコンピュータ用ソケット６１に結合され
ることにより、エミュレータ４がターゲットシステム６
を代行制御する。上記エミュレータ４及びホストシステ
ム５がデバッグツールを構成する。

【００３０】上記エミュレータ４は、特に制限されない
が、ターゲットシステム６を本来制御すべきターゲット
マイクロコンピュータの機能を代行するためのエミュレ
ーション用データプロセッサ４０と、エミュレーション
のための条件設定などエミュレータ全体の制御を司るた
めのコントロール用データプロセッサ４１を備える。エ
ミュレーション用データプロセッサ４０は、エミュレー
ションバス４２に結合され、コントロール用データプロ
セッサ４１はコントロールバス４３に結合され、双方の
バス４２，４３には、エミュレーション制御回路４４、
ブレーク制御回路４５、トレース回路４６、代行メモリ
回路４７が夫々接続される。エミュレーション用データ
プロセッサ４０は、ターゲットシステム６のために開発
され若しくは開発途上のターゲットプログラムを実行し
てターゲットシステム６を代行制御する途上において、
ターゲットシステム６との間でやりとりされるアドレス
並びにデータなどの各種バス情報や制御信号などはエミ
ュレーションバス４２にも与えられる。このようにして
与えられた情報は、例えばエミュレーション用データプ
ロセッサ４０のバスサイクルに従ってトレース回路４６
にトレースされる。また、エミュレーションバス４２の
状態をブレーク制御回路４５が監視して、予め設定され
ている状態に到達したときにエミュレーション動作を停
止させる。上記代行メモリ回路４７は、ターゲットシス
テム６に未だ用意されていないメモリを補うための記憶
領域や、ターゲットプログラムの格納領域として利用さ
れる。ブレーク制御回路４５に対するブレーク条件の設
定や、トレース回路４６に対するトレース開始アドレス
の設定などの各種条件設定や初期設定はコントロールバ
ス４３を介してコントロール用データプロセッサ４１が
行う。上記ブレーク制御回路４５によってエミュレーシ
ョン動作が停止されている状態において、トレース回路
４６が保有するトレース情報は、コントロール用データ
プロセッサ４１に読出されてホストインタフェース４８
を通じホストシステム５に転送される。ホストシステム
５は転送されたトレース情報を表示したりその解析を行
ったりしてデバッグを支援する。

【００３１】図４には上記トレース回路４６の一例が示
される。同図に示されるトレース回路４６は、アドレ
ス、データ、その他のデータプロセッサ情報（例えばス
テータス情報やアクセス制御信号）に基づいてトレース
メモリへの書き込みを制御するトレース条件判定回路４
６０と、その制御に基づいて所要に情報を格納するトレ
ースメモリ４６１を備える。このトレース回路４６はデ
ータプロセッサによる命令プリフェッチを考慮してデー
タプロセッサの動作を解析するため、ＰＣ追跡回路４６
２及び命令解析回路４６３を備える。アドレス、デー
タ、その他のデータプロセッサ情報は、エミュレーショ
ン用バス４２の情報であり、基本的にはインタフェース
ケーブル８を介してエミュレーション用データプロセッ
サ４０とターゲットシステム６とがやり取りする情報と
等価な情報である。

【００３２】上記命令解析回路４６３はデータプロセッ
サ４０がデバッグ用命令をフェッチしたか否かを解析す
る。上記命令解析回路４６３は命令フェッチを示すデー
タプロセッサ４０のステータス情報及び命令コードから
デバッグ用命令を認識できる。図１の（Ｂ）で説明した
ようにデータプロセッサがデバッグ用命令と通常命令と
を識別可能にするステータス信号３を出力する場合には
そのステータス信号を以ってデバッグ用命令のフェッチ
を認識すればよい。デバッグ用命令を認識すると、命令
解析回路４６３はエミュレーションバス４２上のデバッ
グ用命令をトレースメモリ４６１に書込み制御する。プ
リフェッチされた命令が実行されるか否かは、ＰＣ追跡
回路４６２が監視する。例えばその制御には、プリフェ
ッチした命令をデコード回路に供給したことを示すステ
ータス信号やプリフェッチした分岐先の命令を実行しな
いことを示すステータス信号をデータプロセッサ４０か
ら受け取って判定する。例えば、ＰＣ追跡回路４６２
は、プリフェッチされたデバッグ用命令が実行されると
き、それによって起動されるバスサイクルなどで転送さ
れるパラメータなどをトレースメモリ４６１に記憶させ
るためにトレースメモリ４６１に対する書込み制御を行
う。このように、トレース回路４６は、デバッグ用の命
令のフェッチサイクルそしてその実行サイクルをトレー
ス取得できる機能を有する。

【００３３】コンパイラがデバッグ情報を生成する場合
において、エミュレータを含むデバッグツールは、コン
パイラが生成したデバッグ情報に基づいて必要な部分の
命令をデバッグ用命令で置き換える機能を必要とする。
この機能は、エミュレータで検証すべきプログラムをホ
ストシステム５がダウンロードするときに当該ホストシ
ステム５で実現できる。或は、エミュレータ４のコント
ロールプロセッサ４１で行うようにしてもよい。

【００３４】図５には、データプロセッサが上記ＤＢＧ
ＭＯＶ命令を実行した際の、トレース取得の様子を示す
タイミングチャートの一例が示される。ここでは、ＤＢ
ＧＭＯＶ命令の実行により、ｃｃｃｃ番地へのデータｄ
ｄｄｄの書き込みが行われる場合を概略的に説明する。
まず、データプロセッサ１，４０はａａａａ番地から始
まるＤＢＧＭＯＶ命令（命令コードの第１オペレーショ
ンコード＝１ａ３４、第２オペレーションコード＝ｘｘ
ｘｘ）をフェッチする。エミュレータの命令解析回路４
６３はＤＢＧＭＯＶ命令のフェッチであることを認識
し、トレースメモリ４６１に対して、フェッチされるべ
き命令の書き込みを指示する。命令解析回路４６３はこ
れに入力されるデータバス上の情報が命令情報であるの
かそれ以外のデータ情報であるかの識別を、データプロ
セッサが出力するステータス信号の一種であるＬＩＲ信
号に基づいて判定する。ＬＩＲ信号はそのローレベルに
よってデータプロセッサが命令の先頭をフェッチしてい
ることを示す信号である。次にＰＣ追跡回路４６２が、
この命令の実行を確認すると、トレースメモリ４６１に
対して、データの転送サイクル（ｃｃｃｃ番地へのデー
タｄｄｄｄの書込み）のデータ取得を指示する。命令プ
リフェッチを行うデータプロセッサの場合、プリフェッ
チされた命令は実行されないことがある。ＰＣ追跡回路
４６２は、プリフェッチされた命令が実際に実行された
か否かをＬＩＤ信号によって識別する。ＬＩＤ信号は、
データプロセッサがプリフェッチした命令を命令デコー
ダへ転送したことを示す信号である。

【００３５】データプロセッサ４０がデバッグ用の命令
を実行したことを示すステータス信号を出力し、或はデ
バッグ用命令をフェッチしたことを示すステータス信号
及びフェッチしたデバッグ用命令を実行したことを示す
ステータス信号を出力する場合には、エミュレータの命
令解析回路４６３およびＰＣ追跡回路４６２は不要とな
り、ステータス信号の解析回路を代わりに置くこととな
る。この場合、データプロセッサの複雑な命令コードお
よび動作の解析が不要となるため、エミュレータの物理
的な回路規模を小さくできる。上記夫々のステータス信
号は図１で説明したステータス信号３の一例とされる。

【００３６】トレース取得終了後に、エミュレータ若し
くはホストシステムは、トレースメモリの内容を解析
し、表示する。図５のＤＢＧＭＯＶ命令の実行結果を例
に取ると、トレースメモリの内容は図６の（Ａ）に示さ
れる様になる。図６の（Ａ）の内容を整理して表示する
と、図６の（Ｂ）に示される通りとされる。また、トレ
ース取得の例では説明しなかったが、これを更にＤＢＧ
ＪＳＲ命令と組み合わせて表示すると、図６の（Ｃ）の
ようになる。これを高級言語記述での表示とすれば、図
６の（Ｄ）に示されるようになる。

【００３７】コンパイラが、デバッグ用命令ではなく、
デバッグ用命令の位置をデバッグ情報として生成した場
合のエミュレータの動作は、以下の通りとなる。まず、
プログラムおよびデバッグ情報をダウンロードする。次
に、デバッグ情報で指示されたアドレスの命令（必要が
あればユーザがエミュレータコマンドで指示したアドレ
ス情報を加味して）をデバッグ用命令のコードに置き換
える。次に、プログラムを実行し、トレースを取得し、
その後表示する。この部分の動作は、前に説明した通り
である。さらに必要があれば、ユーザが別なアドレス情
報をエミュレータコマンドで指示し、再度命令の置き換
え、プログラムの実行、トレースの取得を行うことにな
る。

【００３８】次に、データプロセッサ４０がプリフェッ
チを行う場合のトレース取得のタイミングを図７及び図
８を参照しながら更に詳述する。ここでは、プリフェッ
チキューは１段とし、条件分岐命令に続く命令のプリフ
ェッチの際には、条件分岐命令の次のアドレスの命令及
び分岐先の命令の両者が、この順でプリフェッチされる
ものとする。尚、この例では、条件分岐命令（Ｂｃｃ、
この例ではＢＥＱ命令）の次にＤＢＧＭＯＶ命令が続
き、これが実行される場合には、ｃｃｃｃ番地へのデー
タｄｄｄｄの書き込み（例えばパラメータの転送）が行
われるものとする。すなわち、図７の（Ａ）に示される
命令記述に着目する。このとき、データプロセッサ４０
はステータス信号としてＬＩＲ信号、ＬＩＤ信号、及び
ＢＣＢ信号を出力し、エミュレータ４は当該信号ＬＩ
Ｒ，ＬＩＤ，ＢＣＢを基に、プリフェッチされた命令の
実行を監視する。ＬＩＲ信号は、データプロセッサ４０
が命令の先頭をフェッチしていることを示す信号であ
る。データ転送サイクルでは出力されない。エミュレー
タは、これに入力されるデータバス上の情報が命令情報
であるのかそれ以外のデータ情報であるかの識別にＬＩ
Ｒ信号を利用する。ＬＩＤ信号は、データプロセッサ４
０がプリフェッチした命令を命令デコーダ（図１の命令
解析部１０及びデバッグ用命令解析部１１に含まれる）
へ転送したことを示す信号である。命令プリフェッチを
行うデータプロセッサ４０の場合、プリフェッチされた
命令が実行されないことがある。エミュレータ４は、プ
リフェッチされた命令が実際に実行されたか否かをＬＩ
Ｄ信号及びＢＣＢ信号によって識別する。ＢＣＢ信号
は、データプロセッサ４０がプリフェッチした条件分岐
命令などの分岐先の命令を実行しないことを示す信号で
ある。

【００３９】図７には上記条件の下でＢＥＱ命令におけ
る分岐先命令（ｚｚｚｚ番地の命令）が実行されない場
合のタイミングチャートが示される。まず、データプロ
セッサはＢＥＱ命令をプリフェッチした後、ａａａａ番
地から始まるＤＢＧＭＯＶ命令をプリフェッチする。エ
ミュレータ４の命令解析回路４６３はＤＢＧＭＯＶ命令
のプリフェッチであることをＬＩＲ信号を用いて認識す
る。この時、トレースメモリ４６１に対して、トレース
取得（データ及びアドレスなどの情報書き込み）を指示
する。次に、ＢＥＱ命令の飛び先であるｚｚｚｚ番地の
プリフェッチを開始するが、この時ＢＣＢ信号がローレ
ベルにされて分岐先の命令実行を無効とする場合、すな
わちＢＥＱ命令における条件不成立によってブランチし
ない場合、ＤＢＧＭＯＶ命令が実行されることになり、
ＰＣ追跡回路４６２がＢＣＢ信号およびＬＩＤ信号によ
りＤＢＧＭＯＶ命令の実行を確認した上でトレースメモ
リ４６１に対して、データの転送サイクル（ｃｃｃｃ番
地へのデータｄｄｄｄの書き込み）のトレース取得を指
示する。

【００４０】図８には上記条件の下でＢＥＱ命令におけ
る分岐先命令（ｚｚｚｚ番地の命令）が実行される場合
のタイミングチャートが示される。ＢＣＢ信号が無効
（ブランチする、従ってＤＢＧＭＯＶ命令は実行されな
い）の場合には、ＰＣ追跡回路４６２は、トレースメモ
リ４６１へのＤＢＧＭＯＶ命令のプリフェッチのデータ
取得のキャンセルを指示する。これによって、トレース
メモリ４６１の次に書込み可能なカレントアドレスはＤ
ＢＧＭＯＶ命令のプリフェッチのトレース取得前に戻さ
れ、次回の書き込み時にオーバーライトされることによ
り、今回の書き込みを無効とすることができる。

【００４１】上記実施例によれば以下の作用効果があ
る。 〔１〕データプロセッサ１，４０の命令セットに上記デ
バッグ用命令を追加することは、そのようなデータプロ
セッサを使用した組み込み機器において、通常の命令の
みで構成されたプログラムとそのプログラムの一部をデ
バッグ用命令で置き換えたプログラムとの間で、プログ
ラムのサイズ、構成および動作の上での相違点がないと
いうことを保証できる。このことは、対象機器を代行制
御しながらデバッグを支援するエミュレータ４に要求さ
れるリアルタイム性を損なわないように作用する。さら
にそのことは、プログラム実行時に通常の命令とデバッ
グ用の命令をエミュレータ４が容易に区別できるように
作用する。これにより、上記デバッグ用命令を認識して
その実行過程をトレースする機能を有するエミュレータ
４を利用することによって、高級言語で記述されたプロ
グラムでのサブルーチンコールの際にひき渡されるパラ
メータやローカル変数を、エミュレータ４のリアルタイ
ムなトレース機能でトレース取得できるようになり、そ
のようなパラメータやローカル変数に着目したデバッグ
が可能になる。

【００４２】〔２〕上記デバッグ用命令を自動生成する
コンパイラは、命令セットに上記デバッグ用命令を含む
アーキテクチャーのデータプロセッサのための機械語プ
ログラムを簡単に生成できる。上記デバッグ用命令に代
わるデバッグ情報を生成するコンパイラは、デバッグに
のみ利用される情報によって機械語プログラムのサイズ
が増大することを抑えることができる。

【００４３】〔３〕デバッグ用命令を認識する機能を持
ち、その命令の実行過程をトレースするエミュレータ４
は、高級言語で記述されたプログラムでのサブルーチン
コールの際に引き渡されるパラメータやローカル変数を
そのトレース回路で取得して、そのようなパラメータや
ローカル変数に着目したデバッグを可能にする。デバッ
グ用命令を直接受けて動作されるエミュレータは、コン
パイラなどが生成したデバッグ情報に基づいて必要な部
分の命令をデバッグ用命令で置き換える機能が付加され
たエミュレータに比べ、その物理的な規模を小さくでき
る。後者のデバッグツールは、デバッグ用命令に割り当
てることができる未定義コードに余裕がない場合にも、
デバッグ用命令を利用して、パラメータやローカル変数
に着目したデバッグが可能になる。

【００４４】〔４〕デバッグ用命令の実行と通常の命令
の実行とを区別するためのステータス信号、さらにはデ
ータプロセッサ４０がデバッグ用の命令を実行したこと
を示すステータス信号、或はデバッグ用命令をフェッチ
したことを示すステータス信号及びフェッチしたデバッ
グ用命令を実行したことを示すステータス信号などのス
テータス信号３を出力する機能をデータプロセッサ１、
４０が有することにより、エミュレータの物理的な回路
規模を小さくできる。

【００４５】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲におい
て種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、
エミュレータの全体的な構成は図３に限定されず、コン
トロールプロセッサを用いないものなど適宜変更可能で
ある。また、デバッグ用命令の種類も上記実施例に限定
されず、パラメータやローカル変数などに着目したデバ
ッグのために必要な命令に対応して設定することができ
る。また、データプロセッサが出力するステータス信号
ＬＩＲ、ＬＩＤ、ＢＣＢの意義は、図７及び図８で説明
した内容とは逆であってもよい。すなわち、命令の先頭
をフェッチしていないことを示す第一の信号、プリフェ
ッチした命令を命令デコーダへ転送しないことを示す第
二の信号、プリフェッチした分岐先の命令を実行するこ
とを示す第三の信号として定義されてもよい。或いはそ
の他の定義を与えてもよい。

【００４６】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記
の通りである。

【００４７】〔１〕データプロセッサの命令セットに上
記デバッグ用命令を追加することにより、上記デバッグ
用命令を認識してその実行過程をトレースする機能を有
するデバッグツールを利用することによって、高級言語
で記述されたプログラムでのサブルーチンコールの際に
ひき渡されるパラメータやローカル変数を、エミュレー
タのようなデバッグツールのリアルタイムなトレース機
能でトレース取得できるようになり、そのようなパラメ
ータやローカル変数に着目したデバッグが可能になる。

【００４８】〔２〕上記デバッグ用命令を自動生成する
プログラム翻訳方法は、命令セットに上記デバッグ用命
令を含むアーキテクチャーのデータプロセッサのための
機械語プログラムを簡単に生成を実現する。上記デバッ
グ用命令に代わるデバッグ情報を生成するプログラム翻
訳方法は、デバッグにのみ利用される情報によって機械
語プログラムのサイズが増大することを抑える。

【００４９】〔３〕デバッグ用命令を認識する機能を持
ち、その命令の実行過程をトレースするデバッグツール
は、高級言語で記述されたプログラムでのサブルーチン
コールの際に引き渡されるパラメータやローカル変数を
そのトレース回路で取得して、そのようなパラメータや
ローカル変数に着目したデバッグを可能にできる。デバ
ッグ用命令を直接受けて動作されるデバッグツールは、
コンパイラなどが生成したデバッグ情報に基づいて必要
な部分の命令をデバッグ用命令で置き換える機能が付加
されたデバッグツールに比べ、その物理的な規模を小さ
くできる。後者のデバッグツールは、デバッグ用命令に
割り当てることができる未定義コードに余裕がない場合
にも、デバッグ用命令を利用して、パラメータやローカ
ル変数に着目したデバッグを可能にする。

【００５０】〔４〕デバッグ用命令の実行と通常の命令
の実行とを区別するためのステータス信号、さらにはデ
ータプロセッサがデバッグ用の命令を実行したことを示
すステータス信号、或はデバッグ用命令をフェッチした
ことを示すステータス信号及びフェッチしたデバッグ用
命令を実行したことを示すステータス信号などのステー
タス信号を出力する機能をデータプロセッサが有するこ
とにより、エミュレータの物理的な回路規模を小さくで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るデータプロセッサのブ
ロック図である。

【図２】本実施例の一時司令に係るコンパイラによる処
理手順の一例フローチャートである。

【図３】本発明の一実施例に係るエミュレータの全体を
示すブロック図である。

【図４】エミュレータに含まれるトレース回路の一例ブ
ロック図である。

【図５】データプロセッサがＤＢＧＭＯＶ命令を実行し
た際のトレース取得の様子を示す一例タイミングチャー
トである。

【図６】図５のＤＢＧＭＯＶ命令の実行結果によってト
レースメモリに得られる内容並びにそれに基づく表示内
容の一例説明図である。

【図７】ＢＥＱ命令における分岐先命令が実行されない
場合を例としてデータプロセッサがプリフェッチを行う
場合のトレース取得のタイミングを詳細に示すタイミン
グチャートである。

【図８】図７のＢＥＱ命令における分岐先命令が実行さ
れる場合のタイミングチャートである。

【図９】Ｃ言語のような高級言語で書かれたプログラム
に基づいて割当てられるアドレスマップの一例説明図で
ある。

【図１０】サブルーチンのような同一プログラムであっ
てもその呼ばれ方が相違されることを示す説明図であ
る。

【図１１】同一プログラムであってもその呼ばれ方が異
なると変数のアドレスが一定にならないことを示す説明
図である。

【符号の説明】

１ データプロセッサ １０ 命令解析部 １１ デバッグ用命令解析部 ２０ 命令実行制御部 ２１ 出力制御回路 ３ ステータス信号 ４ エミュレータ ４０ エミュレーション用データプロセッサ ４６ トレース回路 ４６０ トレース条件判定回路 ４６１ トレースメモリ ４６２ ＰＣ追跡回路 ４６３ 命令解析回路 ５ ホストシステム ６ ターゲットシステム

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フェッチした命令を解析する命令解析部
   と、命令の解析結果に従って命令を実行するための命令
   実行制御部とを備えたデータプロセッサにおいて、 上記命令解析部で解析対象とされる命令セットに含まれ
   る所定の命令に対して命令コードが相違されたデバッグ
   用命令を解析するためのデバッグ用命令解析部を設け、 上記デバッグ用命令解析部は、デバッグ用命令と対を成
   す上記所定の命令に対する命令解析部での解析結果と同
   一の解析結果を少なくとも得るものであることを特徴と
   するデータプロセッサ。
2. 【請求項２】 上記デバッグ用命令は、それと対を成す
   上記所定の命令に対し、命令語長、オペランドのサイズ
   と配置、命令実行サイクル数が等しくされるものである
   ことを特徴とする請求項１記載のデータプロセッサ。
3. 【請求項３】 上記デバッグ用命令解析部の解析結果を
   受けて、データプロセッサがデバッグ用の命令を実行し
   たことを示すステータス信号、又はデバッグ用命令をフ
   ェッチしたことを示すステータス信号及びフェッチした
   デバッグ用命令を実行したことを示すステータス信号を
   出力する出力制御回路を備えて成るものであることを特
   徴とする請求項１又は２記載のデータプロセッサ。
4. 【請求項４】 高級言語で記述されたソースプログラム
   から請求項１乃至３の何れか１項記載のデータプロセッ
   サのための機械語のプログラムを生成するプログラム翻
   訳方法であって、 ソースプログラムの記述におけるサブルーチンコール及
   びそれに伴うパラメータ引渡の箇所に対し、上記デバッ
   グ用命令の命令コードを生成するステップを含むことを
   特徴とするプログラム翻訳方法。
5. 【請求項５】 上記デバッグ用命令は、当該部分のジャ
   ンプサブルーチン命令に対して命令コードのみ相違され
   るデバッグジャンプサブルーチン命令と、当該部分のム
   ーブ命令に対して命令コードのみ相違されるデバッグム
   ーブ命令を含むものであることを特徴とする請求項４記
   載のプログラム翻訳方法。
6. 【請求項６】 高級言語で記述されたソースプログラム
   から請求項１乃至３の何れか１項記載のデータプロセッ
   サのための機械語のプログラムを生成するプログラム翻
   訳方法であって、 ソースプログラムの記述におけるサブルーチンコール及
   びそれに伴うパラメータ引渡の箇所に対し、その位置を
   示すためのデバッグ情報を生成するステップを含むこと
   を特徴とするプログラム翻訳方法。
7. 【請求項７】 請求項４記載のプログラム翻訳方法で生
   成された機械語プログラムのデバッグを行うためのデバ
   ッグツールであって、 デバッグツールによる対象機器に対する制御情報をトレ
   ースメモリに貯えるトレース回路に、上記デバッグ用命
   令を認識してその実行過程をトレースメモリに格納させ
   るデバッグ用命令制御回路を設けて成るものであること
   を特徴とするデバッグツール。
8. 【請求項８】 請求項６記載のプログラム翻訳方法で生
   成された機械語プログラムのデバッグを行うためのデバ
   ッグツールであって、 上記プログラム翻訳方法で生成されたデバッグ情報に基
   づいて必要な部分の命令をデバッグ用命令で置き換える
   回路を備え、 デバッグツールによる対象機器に対する制御情報をトレ
   ースメモリに貯えるトレース回路に、上記デバッグ用命
   令を認識してその実行過程をトレースメモリに格納させ
   るデバッグ用命令制御回路を設けて成るものであること
   を特徴とするデバッグツール。
9. 【請求項９】 上記デバッグ用命令制御回路は、命令の
   先頭をフェッチしているか否かを示す第１の信号と、プ
   リフェッチした命令を命令デコーダへ転送したか否かを
   示す第２の信号と、プリフェッチした分岐先の命令を実
   行するか否かを示す第３の信号とをデータプロセッサの
   ステータス信号として受け、これに入力されるデータバ
   ス上の情報が命令情報であるか否かの識別を上記第１の
   信号によって行い、プリフェッチされた命令が実行され
   たか否かを上記第２の信号によって識別し、プリフェッ
   チした分岐先の命令が実行されたか否かを第３の信号で
   判定して、プリフェッチされたデバッグ用命令の実行過
   程をトレースメモリに格納させるものであることを特徴
   とする請求項７又は８記載のデバッグツール。