JPS6346460B2

JPS6346460B2 -

Info

Publication number: JPS6346460B2
Application number: JP8764281A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Murao; Mutsuo Sugawara
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1981-06-08
Filing date: 1981-06-08
Publication date: 1988-09-14
Also published as: JPS57203162A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はプログラム・デバツグを含むモニタリ
ングが良好に行なえるようにした１チツプ・マイ
クロ・コンピユータに関する。

近年、マイクロ・コンピユータ（以下マイコン
と称す）の分野では、１チツプのものが大量に出
回つてきた。これは、コストダウンのためには、
１チツプ化が効果的であることと、LSI（大規模
集積回路）の集積能力が向上していることとによ
る。しかして１チツプ・マイコンは、CPU（中央
処理装置）内にプログラム・メモリー，データ・
メモリー等を内蔵するため、従来必要であつたこ
れらメモリーとの間をつなぐ外部バスが不要とな
り、このためこのバスに割当てられていた端子
（ピン）にＩ／Ｏ（入出力）ポートを多数割当てら
れるようになる。この場合外部バスが使えないか
ら、デバツグ等のためのコンソール機能の実現が
困難化される。しかしながら１チツプ・マイコン
においても上記コンソール機能を実現するのは必
要であるから、何らかの対策を考えなければなら
ない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、マ
イコンのコンソール処理にシリアル転送を利用し
かつCPU内部での処理を工夫することにより最
少のピン数でデバツグを含むモニタリングが行な
える１チツプ・マイクロ・コンピユータを提供し
ようとするものである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。第１図は同実施例を示す構成図である。この
図に示される如くCPU１１は、命令解読及び実
行の中心であるプロセサ部（演算処理部）１２、
その基本タイミング信号φ，CLK等を生成する
タイミング・ジエネレータ１３の他に、１チツプ
マイコンであるため、RAM／ROM（Random
Access Memory及びRead Only Memory）１
４をも内蔵しており、更に以下に述べるデバツグ
等に必要な回路を内蔵している。CPU１１外に
は、コンソール動作をコントロールするコンソー
ル用外部回路１５が設けられ、この回路１５より
のシリアル・データはデータ転送兼割込み要求ラ
インSIN（SITRQ）より送出されて、シリアル・
データを受信するためのシフトレジスタ１６に入
力され、正常なフオーマツトで正しく入力された
場合、コントロール部１７でDA（データ・アベ
イラブル）＝１、FE（フレーミング・エラー）＝０
のフラグが立てられる。この時アンド・ゲート１
８と擬似命令発生ロジツク１９とにより、コンソ
ール・ステート・カウンタ２０の値に従つて、擬
似命令の発生／不発生がコントロールされる。こ
の擬似命令の発生は、通常の命令実行の区切り
目、或いはCPUホールト（Halt）時の定期的タ
イミングで発生可能となる。上記擬似命令発生ロ
ジツク１９では、アドレス・ストツプ・イネーブ
ル信号ASTP―ENBもコントロールされ、この
回路例が第４図に示される。上記ロジツク１９内
の擬似命令発生部２１は、基本的には入力３本の
デコーダであり、ゲート１８の出力SIDAとコン
ソール・ステート・カウンタ２０の値とによつ
て、擬似命令となるバス・データBUS―DATA、
擬似命令の発生を許可する信号BUS―ENBがつ
くられ、また信号SIDAと、OH（Operation or
Halt）信号の立上り時に発生する信号OH₁との
論理積をとるアンドゲート２２によつて、アドレ
ス・ストツプ・イネーブル信号ASTP―ENBを
出力するフリツプフロツプ２３のセツト信号がつ
くられる。インバータ２４はフリツプフロツプ２
３のリセツト用である。上記信号BUS―ENBが
“１”になると、上述した一定のセンス・タイミ
ングで、アンド・ゲート２５によりドライバ２６
がイネーブルされ、バスデータBUS―DATAが
内部バス２７上にのせられる。このバス２７上に
のせられたデータは、インストラクシヨンとして
プロセツサ部１２内のインストラクシヨン・レジ
スタにしまわれる。この時当然ながら、通常の命
令フエツチは禁止される。この例では、コンソー
ル・ステート・カウンタ２０の値が“１”及び
“２”の時のみ前記擬似命令が発生され、その内
容はそれぞれ次の(イ)，(ロ)のようなものである。

(イ) 擬似セーブ命令（データ掃出し命令）（ステ
ートつまりカウンタ２０の値が“１”の時）：
プロセツサ部１２のプログラム・カウンタ
（PCと略す）２８、コンデイシヨン・コード・
レジスタ（CCRと略す）、アキユミユレータ
（Ａと略す）（図示せず）のデータを、この順に
シフトレジスタ２９のシリアル・データ出力ラ
インSOUTに出力する。その後シフトレジス
タ１６の内容をメモリーアドレスと見なし、こ
のメモリーアドレスから読出したデータを出力
ラインSOUTに出力する。

(ロ) 擬似リストア命令（データ取込み命令）（ス
テートつまりカウンタ２０の値が“２”の
時）：上記(イ)項の場合とは逆に、入力ライン
SINよりシフトレジスタ１６に入力したデータ
を、順に前記PC，CCR，Ａに格納する。その
後シフトレジスタ１６に入つたデータをメモリ
ーアドレスのデータとみなすことにより、メモ
リー１４への書込みを行なう。

ただし上記命令(イ)，(ロ)はあくまでも一例であ
り、命令の実行内容は各システムに最適なものを
選べばよい。またこの例ではデータの同期転送を
仮定しており、その同期クロツクが前記CLKで
ある。クロツク・コントロール部３０では、クロ
ツク信号CLKにより２つのシフトレジスタ１６，
２９のシフト・イン・クロツクCLKIとシフト・
アウト・クロツクCLKOがつくられている。
CPU１１からの送信データは、外部にシリア
ル・データを送信するためのシフトレジスタ２９
に内部バス２７より書込まれると、自動的にシフ
トレジスタ２９の内容が出力ラインSOUT上に、
一定のフオーマツトに従つてのせられる。

上記コンソール処理の制御状態が、現在どこに
あるかを表示／コントロールするものとして上記
コンソール・ステート・カウンタ２０が用いら
れ、その動作は第２図に示されている。このカウ
ンタ２０は２つのリセツト入力R₁，R₂（いずれで
もリセツト可能）をもち、それぞれリセツト信号
RESET、信号OH₁が入力されている。信号
RESETは、CPU１１全体のリセツト信号（イニ
シヤライズ）でもあり、パワー・オン時等にアク
テイブになる。信号OH₁は第２図ｂに示される
如く実際のOH信号（実効OH信号）OH_effの立上
りで、一定のパルス幅だけアクテイブになり、信
号OH_effの立上りを意味する。カウンタ２０のカ
ウント・アツプ用クロツクは、信号OH_effの立下
り時に発生する信号OH₂とコントロール部１７
からの信号DAとの論理和で得られ、ゲート３１
はそのためのノア・ゲートである。信号DAは、
上述した通り外部よりデータを受信したことを示
し、この信号DAは、シフトレジスタ１６からメ
モリーアドレスが読出されると零にクリアされ
る。また第２図ａに示される如くカウンタ２０
は、カウント値“３”で飽和するようになつてお
り、ゲート３２はそのためのものである。このカ
ウンタ飽和機能は、後述するようにレジスタ及び
メモリーのデータ書込み時に必要となるもので、
多種のデータが入力ラインSINから送られてきた
時に、いちいちカウント・アツプしないためのも
のである。第１図のゲート３３，３４、デイレイ
３５、インバータ３６は信号OH₁，OH₂を得る
ためのものである。

後述のアドレスストツプ機能を実現するため、
CPU１１の内部に、内部OH信号である_iotを
得るコンパレータ３７を具備している。実効的な
OH信号OH_effは、外部OH信号をOH_extとすると OH_eff＝OH_iot・OH_ext ……(1) と表わせる。これはOH_iot＝１（_ext＝０）でか
つOH_ext＝１（_ext＝０）の時、OH_eff＝１つま
り高レベルでプロセツサ部１２（実質的にCPU
１１）をオペレーシヨン状態とし、一方OH_eff＝
０つまり低レベルとなつた時プロセツサ部１２を
ホールト状態とすることを意味する。信号OH_iot
のためにフリツプフロツプ３８が設けられ、この
フリツプフロツプ３８は２つのセツト入力S₁，S₂
（いずれによつてもセツト可能）と１つのリセツ
ト入力Ｒとを有する。セツト入力S₁とS₂には、そ
れぞれCPUリセツト信号である信号RESETと、
CPU内部で生成されるコントロール信号である
ISETが入力されている。この信号ISETは第３図
に示される如く生成される。即ち第３図ａに示さ
れる如く信号ISETは、アンドゲート３９、デイ
レイ４０により、_iot・SIDAがデイレイされ
た信号であり、この信号でフリツプフロツプ３８
による信号OH_iotのセツト、信号SIDAのクリア
が行なわれる。これを第３図ｂで更に詳述すれ
ば、信号OH_iotが低レベルの時（後述のアドレ
ス・ストツプがかかつた時）でかつ信号SIDAが
立上つた時（入力ラインSINからデータが入つた
時）信号ISET_pを出し、この信号を遅らせて信号
ISETとし、この信号で信号OH_iotを高レベル、信
号SIDAを低レベルとするものである。更に信号
ISETは、第５図に示される後述の信号
TRQACKもクリアする。一方、フリツプフロツ
プ３８のリセツト入力Ｒにはアンドゲート４１の
出力がつながれる。このゲート４１では、プログ
ラム・カウンタ２８とシフトレジスタ１６とのデ
ータ比較結果であるコンパレータ３７の出力
EQU（一致信号）とアドレス・ストツプ・イネー
ブル信号ASTP―ENBとのアンドが、内部基本
クロツクφでセンスされている。即ちこれらによ
り、アドレス一致が検出された時信号OH_iotリセ
ツト、つまりフリツプフロツプ３８のリセツト入
力Ｒが“１”で出力が“１”となつて、MOS
トランジスタ４２がオン、従つて実効OH信号
OH_effが“０”（低レベル）でCPU１１はホール
ト状態（アドレス・ストツプ実行）となる。信号
OH_effの出力端には、トランジスタ４２に対しバ
イポーラ・トランジスタ４５がCPU外部で並列
接続され、また信号OH_effの出力端は抵抗４６を
介して5V電源に接続される。トランジスタ４５
はコンソール用外部回路１５側から、信号_ext
で制御される。

またコンソール用外部回路１５とのハンド・シ
エイキングのために、信号TRQACKを得るフリ
ツプフロツプ４３が用意されている。このフリツ
プフロツプ４３は第５図に示されるように３つの
リセツト入力R₁，R₂，R₃（いずれによつてもリセ
ツト可能）と１つのセツト入力Ｓを有する。リセ
ツト入力R₁，R₂及びR₃には、それぞれ信号
ISET，ICLR及びCPUリセツト信号である信号
RESETが入力される。信号ISETは既に述べた
通りであり、信号ICLRは擬似命令の処理の一環
として出力される。アンド・ゲート４４の入力に
は、信号SIDAと、シフトレジスタ２９が空か否
かを示す信号TRBE（トランスミツシヨン・バツ
フア・エンプテイ）が与えられ、ゲート４４の出
力はフリツプフロツプ４３のセツトＳの入力とな
る。上記第５図の回路によれば、信号TRQACK
が“１”（高レベル）の時、出力ラインSOUTか
ら出力されるデータが所期のデータであると知る
ことができ、またCPU動作がこれまで進行した
か等のモニタリングとか、入力ラインSINのデー
タ転送制御が行なえる。

しかして、プログラム・デバツグに要求される
コンソール機能は、下記の(a)〜(d)の機能である。

(a) レジスタ及びメモリーからのデータ・リード
（データ掃出し） (b) レジスタ及びメモリーへのデータ・ライト
（データ書込み） (c) アドレス・ストツプ（或る番地にきたら
CPUの動作をとめる） (d) シングル・ステツプ（１命令実行する毎に
CPUの動作をとめる）これら(a)〜(d)項のうち、(d)項はCPU内部／外
部のメモリー・アクセス時のアドレス・ストロー
ブ信号ADRを、OH_eff＝１（オペレーシヨン中）
の時内部アクセス／外部アクセスに無関係に、ア
ドレス・ストローブ・タイミングで常に出力し、
またOH_eff＝０（ホールト中）の時、一切出力し
ないというようにし、外部回路でOH_ext＝１にし
た後の最初のADR信号の立上りで、OH_ext＝０
（_ext＝１）とすれば実現できる。これは一般
によく知られた方法であり、(d)項の実現方法は本
発明の主旨とは直接関係ない。従つて以下では(a)
〜(c)項の実現方法を述べる。

第６図は上記(a)，(b)項で述べたメモリー・リー
ド／ライト時の動作を示すタイミング波形図であ
る。

外部回路１５では、まず信号OH_ext＝０とす
る。するとCPU１１の内部では、前記(1)式に
より OH_eff＝OH_iot・OH_ext＝０従つて信号OH₂がアクテイブとなり、コン
ソール・ステート・カウンタ２０がカウント・
アツプされ、第２図ａ及び第６図に示される如
くステート＝１となる。上記OH_eff＝０によ
り、CPU１１はホールト状態に入る。なおこ
こでCPUホールト状態とは、外部から見てホ
ールト状態、つまりプロセツサ部１２がメモリ
ー１４からプロセツサ部１２内のインストラク
シヨン・レジスタにインストラクシヨンを取出
してこれを実行するということが止められる
が、前記擬似命令は実行できる状態にあること
は勿論である。

また外部回路１５では、入力ラインSINから
メモリーアドレスつまりリード／ライトさせた
いメモリーアドレスを、正規のフオーマツトで
シリアル転送する。これにより入力ラインSIN
上に、スタート・ビツトなどの“０”情報がの
ると、CPU１１内部ではアドレス・ストツプ
イネーブル信号ASTP―ENBが、第４図及び
第６図に示される如くクリアされる。前記メモ
リーアドレスはシフトレジスタ１６内にあり、
また該レジスタ１６にメモリーアドレスが正し
く受信された時DA＝１，FE＝０となつてDA
が立つから、カウンタ２０がカウント・アツプ
されてステート＝２となる。このとき、ステー
ト＝１の状態でSIDA＝１となるから、前記(イ)
項の擬似セーブ命令が発生される。

この時CPU内部では、SIDA＝１でかつ出力
ラインSOUTのTRBE＝１となつた時点で、
第５図及び第６図に示される如くTRQACK＝
１となる。ここでもし、通常の命令の処理を実
行中であればその処理が終つた後、前記発生さ
れた擬似セーブ命令の実質的な実行に入る。こ
れは、割込み受付時に一般のCPUにおいて行
なわれる処理と全く同様である。次に上記メモ
リーアドレスがメモリー１４のリード／ライト
の為の擬似命令の場合は、メモリーアドレスが
付与されていないレジスタ（例えばPC２８，
CCR，Ａ等）がまず一定の順序に従い、一定
の間隔で、一定のフオーマツトに従つて出力ラ
インSOUTより送出される。最後にシフトレ
ジスタ１６に格納されているアドレスに対応す
るメモリーデータが読出され、上記と同様にし
て出力ラインSOUTに送出される。この処理
が終ると自動的に信号ICLRが生成され、信号
TRQACKをクリアする。一方外部回路１５で
は、前記TRQACK＝１を見て、出力ライン
SOUT上にのるデータをPC，CCR，Ａ及びメ
モリーデータと見なして順に拾い、表示処理等
を行なう。

― 外部回路１５では、前記TRQACKのク
リアによる該信号の立下りを見て、新しいPC，
CCR，Ａ及びメモリーデータを入力ラインSIN
より転送する。即ち信号TRQACKの立下り
を、次データの転送許可と見なしている。
CPU内部では、カウンタ２０のステート＝２
での信号SIDAの立上りにより、擬似リストア
命令を発生する。この命令の実行により、入力
ラインSINからのデータを順にPC２８，CCR，
Ａ及びメモリー１４のもとあつた位置に格納す
る。この場合メモリー１４以外のPC，CCR等
はメモリー・アドレスを与えられておらず、固
有の識別手段によつて識別される。信号
TRQACKは信号SIDAの立上りで“１”にな
り（TRBE＝１）、擬似命令実行中に自動的に
発生される信号ICLRで１データ毎に低レベル
にされる。

外部回路１５では、最後に生じる信号
TRQACKの立下りを見てOH_ext＝１にする。
CPU内部では、前記OH_ext＝１によりOH_effが
立上り、従つて信号OH₁がアクテイブとなつ
てカウンタ２０がクリアされるものである。

第７図は前記(C)項で述べたアドレス・ストツプ
時の動作を示すタイミング波形図である。この動
作も基本的に前記メモリー・リード／ライトの場
合と同様である。即ちこの場合は、外部信号
OH_extでOH_effを低レベルとしてCPU１１をホー
ルド状態とし、外部回路１５からストツプ番地を
入力ラインSINでシフトレジスタ１６にシリアル
転送しておき、第６図のに相当する′の位置
で、CPU１１がPCデータを出力ラインSOUT上
に出し始めた時に、外部回路１５でOH_ext＝１に
して、第４図のロジツクによりアドレス・ストツ
プ・イネーブル信号ASTP―ENBを高レベル
（“１”レベル）にする。この時擬似セーブ命令処
理は、カウンタ２０の値“０”（ステート＝０）
であることを検知して、PCデータのみを掃き出
して処理を終了し、CPU１１は通常の命令の実
行に戻る。これは、信号OH_extを外部で制御して
メモリー・リード／ライトを中断できることによ
る。あとはシフトレジスタ１６の値とPC２８の
アドレス一致が生じるとEQU＝１となり、第７
図ののタイミングで信号OH_iotがリセツトされ、
OH_eff＝０となるから外部回路１５は、この
OH_eff＝０を見てメモリー・リード／ライト等を
行なえばよい。この図では、入力ラインSINより
任意のデータを入れて通常の命令に復帰させてい
る。なおこの時ステート＝０となつているため、
擬似命令が発生されることはない。また上記′
のタイミングでOH_eff＝１（CPUオペレーシヨン
状態）とCPUホールト時の擬似セーブ命令実行
が重なつているが、これはたとえOH_eff＝１とな
つても、擬似セーブ命令を終了してからでないと
次のCPU通常動作に戻れないからである。

上記構成による利点は、CPU１１と外部回路
１５間をつなぐ配線数が数本で済むため、最少の
ピン数でデバツグを含むモニタリングを行なえる
ことである。

なお本発明は実施例のみに限られるものではな
く、種々の応用が可能である。例えば出力ライン
SOUTを、CPU内のデータをコンソール用外部
回路に転送するためにのみ用いたが、他の用途に
共用してもよい。また実施例では、本構成をプロ
グラム・デバツグに用いたが、デバツグ段階での
見落しをデバツグすること、実装段階での検査、
故障発見などのモニタリングに用いることもでき
る。また実施例では、CPUホールト状態でデバ
ツグのためのメモリー・リード／ライトを行なつ
たが、CPUオペレーシヨン状態で行なうことも
できる。また実施例ではCPUをホールト状態に
してアドレス・ストツプのアドレス・データを
CPUに送出するようにしたが、必ずしもCPUを
ホールト状態にする必要はなく、これもCPUオ
ペレーシヨン状態で行なうことができる。

以上説明した如く本発明によれば、CPUとコ
ンソール用外部回路回をつなぐ配線数が極めて少
なくて済むため、最少のピン数でデバツグのため
のメモリー・リード／ライトが行なえる１チツ
プ・マイクロ・コンピユータが提供できるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク構成
図、第２図ａ，ｂは同構成の一部動作を示す信号
波形図、第３図ａは同構成の一部詳細回路図、同
図ｂは同回路の動作を示す信号波形図、第４図、
第５図は第１図の構成の一部詳細回路図、第６
図，第７図は第１図の構成の動作を示す信号波形
図である。１１……CPU、１２……プロセツサ部（演算
処理部）、１４……RAM（データ・メモリー）／
ROM（プログラム・メモリー）、１５……コンソ
ール用外部回路、１６，２９……シフトレジス
タ、１７……コントロール部、１９……擬似命令
発生ロジツク、２０……コンソール・ステート・
カウンタ、SIN，SOUT……シリアル・データ転
送ライン。

Claims

【特許請求の範囲】

１演算処理部とプログラム・メモリー及びデー
タ・メモリーとを１チツプ内に内蔵してなり、少
くともデバツグを行なうためのコンソール用外部
回路とつながる１チツプ・マイクロ・コンピユー
タにおいて、前記コンソール用外部回路からシリ
アル転送されるアドレス・データを取込み記憶す
る第１の手段と、該手段へのデータ取込みを検出
する第２の手段と、該手段によるデータ取込み検
出動作及び前記アドレス・データに応じて少くと
も前記プログラム・メモリー或いはデータ・メモ
リーに記憶されたデータを掃出す第３の手段と、
該手段で掃出されたデータを前記コンソール用外
部回路へシリアル転送する第４の手段と、前記第
１の手段を介して前記外部回路から返還されるシ
リアル・データを少くとも元のメモリーに書込む
第５の手段とを具備したことを特徴とする１チツ
プ・マイクロ・コンピユータ。