• アドレスバス
  
• データバス
  
• 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
  
• その他の信号

１、１　特徴

モトローラのMPU68000は、特別な入力命令を持たず、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に一様にアクセスすることが出来る。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。また、レジスタは用途に関してあまり制限の多く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出来る。

１、２　レジスタ

68000のレジスタは、データレジスタDn(n：０〜７)、アドレスレジスタAn(n:０〜７)、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本だけであとは、汎用レジスタとして使うことが出来る。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。

１、３　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。

１、４　68000が扱えるデータ型

68000は１、４、８、１６、３２ビット長のデータを取り扱うことが出来る。これらの内容としてはビットデータ、２進化１０進数、バイトデータ、ワードデータ、ロングバイトデータがある。データレジスタは４種類のデータを保持することが出来るが、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。

１、５　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バイトに配置されている。このため必要に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。

例外処理とは、ＭＲＵ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ーをフェッチし、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。

１、６　バスインターフェイス機能

68000のバスインターフェイスの大きな特徴は非同期式インターフェイスである。この非同期式インターフェイスは、バスクロックを持たない。その代わりバスサイクルの終了はＩ／Ｏ側からの応答信号（ＤＴＡＣＫバー、Date Transfer Acknowledge）によって行われる。この方式は多少回路の増大があるものの、システムの融通性が増すので１６ビットシステムとしては適切なものである。68000は更に同期型インターフェイスモードに切り替えて、従来より開発されている８ビット周辺ＬＳＩにも接続できる。８ビット周辺ＬＳＩは１６ビットシステムにおいても重要なＩ／Ｏ機器を接続可能にする。

１、７　MPU68000の端子機能

• アドレスバス（Ａ１〜Ａ２３）
  Ａ１からＡ２３の２３本のアドレスバスがある。端子としては２３本あるが、後述のＵＤＳバー、ＬＤＳバーの信号線と合わせて２４ビットのアドレス信号により１６Ｍバイトのメモリ空間にアクセスすることが出来る。１６進表示で＄000000番地から＄FFFFFF番地となる。

• データバス（Ｄ１〜Ｄ１５）
  １６ビットの双方向性で１度に１６ビットのデータを転送することが出来る。場合によっては上位８ビット（Ｄ８〜Ｄ１５）だけを使ったり、下位８ビット（Ｄ０〜Ｄ７）だけを使うことも出来る。３２ビットのデータ転送は１６ビットずつ２回に分けて行われる。68000では３２ビットデータをロングワード、１６ビットデータをワード、８ビットデータをバイトと呼んでいる。

• 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。
  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。

• 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。

• 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。

• 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。
  1. 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。 　
  2. 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。
  3. 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。

• 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。

• 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。

• その他の信号（ＣＬＫ，Ｖｃｃ，Ｖｓｓ）
  ＣＬＫ（Ｃｌｏｃｋ）はＭＰＵが動作する基本となるクロック状態であり、一定の周期をもっていなければならない。またいかなる場合にも止まってはならない。最高周波数はバージョンにより６．０，８．０，１２．５ＭＨｚのものがある。いずれのバージョンでも最低周波数は４．０ＭＨｚである。Ｖｃｃ（電源）、Ｖｓｓ（設置）は各２ピンある。これはＬＳＩのチップ内での電位を安定に保つためであり、２ピンとも接続しなければならない。

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  参考資料

  URL:http://www2.denshi.numazu-ct.ac.jp/mirsdoc/mirs97/tech_data/MPU_board/