ＭＰＵボード

CPUボード

CPUボード　　　　

• 特徴
• レジスタ
• データ型
• 例外処理
• 割り込み入力端子
• 非同期制御信号
• 68000周辺制御信号
• 割り込み入力端子
• バスアービトレーション制御
• プロセッサステータス
• システムコントロール

I/Oボードの機能解説

• 特徴

特徴
　モトローラのMPU 68000は、特別な入出力命令を持たず、I/Oをメモリー空間に配置するメモリー・マップト方式を採用している。
　常に１６Ｍバイトのメモリー空間を一様にアクセスすることができる。
　68000では、常にCLK入力の１０クロック分のE信号を定期的に出力している。
　通常68000のデータ入出力 は、E信号と関係なく非同期に行われている。
　68000は１６ビットＣＰＵでありながら内部レジスタは、すべて３２ビットになっている。
　 又、レジスタは用途に関してあまり制限の少ない汎用レジスタ方式を採用しているので、
　レジスタ間のデータ転送などの回数を減らすことができる。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

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1)レジスタ　

レジスタには 、

　　　　　　　アドレスレジスタ、

　　　　　　　データレジスタ、　

　　　　　　　ステータスレジスタＳＲ、

　　　　　　　プログラムカウンタＰＣ

　がある。

データレジスタ・アドレスレジスタのうち用途が決まっているのは、スーパバイザ用スタックポインタ（ＳＳＰ）とユーザ用スタックポインタ（ＵＳＰ）の２本だけで後は、普通のレジスタとして使うことができる。ＳＳＰ・ＵＳＰ共にA7割り当てられていて、どちらを使うかはＳＲの内容（Ｓビット）によって決まる。

• アドレスレジスタ（Ａ０〜Ａ７）
  Ａ０〜Ａ６までがアドレスレジスタ、Ａ７は裏表に分かれていて、それぞれスーパーバイザ用のスタックポインタ（ＳＳＰ），
  ユーザ用のスタックポインタ（ＵＳＰ）として使用される。

• データレジスタ（Ｄ０〜Ｄ７）
  データレジスタは、いわゆるアキュムレータとして使うのに便利にできていて、
  下から８ビット及び１６ビットに切っても使える。（下の８ビットにデータをロードした時、上の２４ビットは変化しない。）

• プログラムカウンタ（ＰＣ）
  ＰＣは３２ビットである。しかし、使用できるのは下位２４ビットなので、アドレス空間は１６Ｍバイトである。

• ステータスレジスタ（ＳＲ）
  ＳＲは１６ビット長で、上位半分はシステムバイト、下位半分はユーザバイトとなっている。
  システムバイトはシステムの状態を示し、ユーザステートのときはこ内容を書き換えられない。
  ユーザバイトはＺ８０のＦレジスタのようなものである。
  
  
• スーパバイザステートとユーザステート
  68000は、システムプログラムが資源管理などの操作をすることが出来るように、
  実行時の状態をスーパバイザステートとユーザステートに分けて、
  幾つかの命令はスーパバイザステートのときにしか実行できないようにしている。これらの命令は特権命令と呼ばれ、
  ＳＲの変更や割り込み処理に関する命令群がこれに属する。

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2)データ型

１ビット（ビットデータ）、４ビット（ＢＣＤデータ）、8ビット（バイトデータ）、１６ビット（ワードデータ）、３２ビット（ロングワードデータ）のデータを取り扱うことができる。データレジスタは、４種類のデータを保持することができるが、アドレスレジスタは、１６ビット、３２ビットを単位として扱う。

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3)例外処理　

例外処理VECTORは、ＣＰＵが例外処理ルーチンのアドレスを得る為に０〜２５５番までの２５６種類が用意され、０番地から３ＦＦ番地までの１Ｋバイにに配置されている。このため必要とする応じた例外処理プログラムの先頭番地をVECTOR TABLEに書き込んでおかなければならない。

　　　例外処理には、ＭＰＵが異常と判断することにより発生するものがあるが、リセットや割り込み、さらにトラップ命令に対しての処理も例外処理として分類されている。

　　　 どの場合にも例外処理は定められたベクタをフェッチし、

　　　 ベクタに書かれたアドレスから命令を実行することにより開始する。

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4)割り込み入力端子（ＩＰＬ０バー〜ＩＰＬ２バー） 　

６８０００は優先順位のついた七つの割り込み（レベル１〜レベル７）を使うことができる。優先度はレベル１がもっとも低くレベル７がもっとも高い。またレベル７はＮＭＩ（Ｎｏｎ Ｍａｓｋａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）として働く。ＩＰＬ０バー〜ＩＰＬ２バーの３本を使って（０００）２〜（１１１）２にコード化した割り込み信号を入力する。（０００）２は割り込み要求のない状態である。

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5）非同期制御信号（ＡＳバー，Ｒ／Ｗバー，ＵＤＳバー，ＬＤＳバー，ＤＴＡＣＫバー）
　　メモリとの接続やデータ転送において最も基本的な信号であり、ＤＴＡＣＫバーを除く信号は同期式のデータ転送にも使われる。
　　ＡＳバー（Ａｄｒｅｓｓ　Ｓｔｒｏｂｅ）はアドレスバス上に有効なアドレスが確定していることを示し、
　　同時にＭＰＵがメモリ（あるいは周辺ＬＳＩ）をアクセスしていることも示している。
　　Ｒ／Ｗバー（Ｒｅａｄ／Ｗｒｉｔｅ）はデータ転送の方向を示しており、Ｈで　リード、Ｌでライトである。
　　ＵＤＳバー，ＬＤＳバー（Ｕｐｐｅｒ　Ｄａｔａ　Ｓｔｒｏｂｅ，Ｌｏｗｅｒ　Ｄａｔａ Ｓｔｒｏｂｅ）はデータ転送をワードサイズで行うか、バイトサイズで行うかを示す。
　　ＵＤＳバーは上位８ビット、ＬＤＳバーは下位８ビットに対応している。両方の信号がアサートされればワードデータ、
　　ＵＤＳバーとＬＤＳバーが単独でアサートされればそれぞれ上位８ビットのみ、下位８ビットのみとなる。
　　 ＤＴＡＣＫバー（Ｄａｔａ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ）は非同期バスを代表する特徴的信号である。
　　ＭＰＵはこの信号が外部から入力されるまでデータ転送のサイクルを終了しない。
　　ＤＴＡＣＫバーが早く入力されればリード／ライトのサイクルは早く終わり、遅ければ遅く終わる。
　　つまり外部デバイス（メモリや周辺ＬＳＩ）のスピードに応じて早くも遅くも自由に調節でき効率のよいデバイスを構成することが可能になる。
　　設計者はこれらのことを考慮してＤＴＡＣＫバー発生の回路を作成しなければならない。

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6）68000周辺制御信号（Ｅ、ＶＭＡバー、ＶＰＡバー）
　　68000ＭＰＵを使ったシステムに、従来の８ビットＭＰＵ（6800や6809）で使っていた周辺ＬＳＩを接続するための端子である。
　　８ビットＭＰＵ用の周辺ＬＳＩは同期式データ転送を行っている。
　　そのためＥ、ＶＭＡバー、ＶＰＡバーを使って同期式データ転送が出来るようになっている。

　　Ｅ（Enable）は同期式データ転送におけるクロックとして働き、Ｅの立ち下がりに同期して、データ転送が行われる。
　　68000のクロックΦ２信号、6809のＥ信号に相当する。

　　ＶＭＡバー（Vaild Memory Address）は68000が同期式でデータを転送していることを示す信号で、
　　周辺ＬＳＩはＶＭＡバーがアサートされている期間のＥの立ち下がりを使わなければならない。6800のＶＭＡに相当する信号である。

　　ＶＰＡバー（Vaild Peripheral Address）はＭＰＵに対して同期式データ転送を要求する信号である。
　　したがって同期式データ転送が必要なデバイスがアクセスされた時、ＶＰＡバーをアサートしてやればよい。
　　ＭＰＵはメモリや周辺ＬＳＩをアクセスした時には、そのデータが同期式であるか非同期式であるかはわからない。
　　ＤＴＡＣＫバーが入力されれば非同期式であり、ＶＰＡバーが入力されれば同期式である。

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7）割り込み入力端子（ＩＰＬ０バー〜ＩＰＬ２バー）
　　68000は優先順位のついた７つの割り込み（レベル１〜レベル７）を使うことができる。
　　優先度はレベル１がもっとも低くレベル７がもっとも高い。またレベル７はＮＭＩ（Ｎｏｎ Ｍａｓｋａｂｌｅ Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）として働く。
　　ＩＰＬ０バーからＩＰＬ２バーの３本を使って（０００）２〜（１１１）２にコード化した割り込み信号を入力する。
　　（０００）２は割り込み要求のない状態である。

8）バスアービトレーション制御（ＢＲバー、ＢＧバー、ＢＧＡＣＫバー）
　　バスアービトレーションとはバスの配分であり、ＭＰＵ以外にバスを使うデバイスがある場合バスを使う権利
　　（バスマスタ権）のやりとりをするための信号である。

　　ＢＲバー（Ｂｕｓ Ｒｅｑｕｅｓｔ）はＭＰＵ以外のデバイスがＭＰＵに対してバスマスタ権を要求する信号である。 　

　　ＢＧバー（Ｂｕｓ Ｇｒａｎｔ）はＢＲバーに対する対応信号であり、ＭＰＵは次のバスサイクルでバスマスタ権を放棄する。
　　（つまり外部デバイスがバスマスタとしてバスを使える）ことを意味する。

　　ＢＧＡＣＫバーはＢＧバーを受けた外部デバイスが現在バスマスタとしてバスを占有していることを
　　ＭＰＵと他の外部デバイスに知らせる信号である。これら３本の制御信号を使うことにより効率のよいバスマスタ権の受渡しが行われる。

9）プロセッサステータス（ＦＣ０〜ＦＣ２）
　　ＭＰＵがどのような状態で作動しているのかを知らせる信号である。
　　スーパバイザ状態かユーザ状態か、データのアクセスか命令のフェッチか、
　　また割り込み信号を受けた状態等を３ビットにコード化して出力している。

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10）システムコントロール（ＢＥＲＲバー、ＲＥＳバー、ＨＡＬＴバー）
　　　ＢＥＲＲバー（Bus Error）はデータ転送に異常があることをＭＰＵに知らせる信号である。
　　　ＭＰＵはＢＥＲＲバーがアサートされると現在のバスサイクルを中断しバスエラー例外処理を実行する。

　　　ＲＥＳバー（Reset）は通常入力端子として働きシステムリセットを行う。ただし、リセット命令を実行したときは
　　　出力端子として働きリセット端子に接続された外部デバイスのリセットを行う。（ＭＰＵはリセットされない）

　　　ＨＡＬＴバー（Halt）は通常入力端子として働きＭＰＵのホールトに使われる。
　　　ＨＡＬＴバー信号がアサートされるとＭＰＵは現在のバスサイクルを終了後ホールトされる。
　　　ホールト状態ではアドレスバス、データバスはスリーステート状態、Ｒ／Ｗバー、ＡＳバー、ＵＤＳバー、ＬＤＳバーは'Ｈ'になる。
　　　ＨＡＬＴバー端子が出力として動作するのは二重バス障害（ダブルバスフォールト）が発生したときである。
　　　二重バス障害とはバスエラーが続けて２回起こることであり、ＭＰＵは自らホールト状態に入り、リセット以外では回復できない。

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特徴

　割り込みは、全面的に指示を受ける。相互のIPは、二つに分割された割り込み要求により動作を行う。
　 VIPC310は、VMEbusのIRQ1,3,4,6の支援をする。
　
　割込み要求を受けた相互のIPは、自身に8ﾋﾞｯﾄのVECTORを供給しなければならない。このVECTORは、VMEbusに受け取りを知らせる。
　ｻｲｸﾙで、割込みﾊﾞｽ間に供給される。
　
　VIPC310は、VMEbusBERRの操作を受けない。
　
　ｿﾌﾄｳｪｱ上の、意味の無いｱｸｾｽは、動作していないCPUﾎﾞｰﾄﾞ上の停止回路ﾊﾞｽによって、停止される。

　ﾊﾟﾜｰｱｯﾌﾟ､ﾊﾟﾜｰﾀﾞｳﾝ､ﾊﾞｽﾘｾｯﾄ関数は、全面的にｻﾎﾟｰﾄされている。
　
　VIPC310は、5,12,-12［ｖ］の電源をLCpiﾌｨﾙﾀを通して、相互のIPに供給する。これは、精密なﾃﾞｨｼﾞﾀﾙ作用とともに、ｱﾅﾛｸﾞの使用を可能にしている

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