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6502 マイコン・ボード製作記
連 載 マイコン・システムのしくみを基礎から理解する 6502 マイコン・ボード製作記 〈第 6 回〉6502 の信号と バス・タイミング（後編） ∼制御信号の役割と詳細∼ 桑野 雅彦 Masahiko Kuwano 前回（第 5 回，2006 年 9 月号）は，A 0 ∼ A 15 ，BE， D0 ∼ D7 の各信号について解説しました．今回は，そ れます．‘ 1’になっていると割り込み要求は受け付 けられず，‘0’になった時点で受け付けられます． のほかの信号とバス・タイミングについて詳しく解説 Z 6502 の割り込み処理 します． 6502 は割り込みを受け付けると，プログラム・カ ウンタの値（割り込み復帰後に実行すべき命令のある CPU の信号とその役割 ② アドレス）の上位 8 ビット，下位 8 ビット，P レジスタ をこの順でスタックに待避します．続いて I ビットを ● IRQB （Interrupt Request） マスク可能割り込み要求信号です．IRQB がアサー ‘ 1’にセットして立て続けに割り込みが入ってしま うことを防ぎます． ト（“L”）されたとき，プロセッサ・ステータス・レジ この後，割り込みベクタ領域（$FFFE,$FFFF）に書 スタ（P レジスタ：フラグ・レジスタ）の I ビット（ビ ット 2）が‘0’になっていれば割り込みが受け付けら かれている割り込み処理ルーチン（マニュアルでは 「割り込みハンドラ」）の先頭アドレスを読み出してジ CPU メモリ I NT 割り込み要求 CPU 割り込み コントローラ ① I /OがCPUに割り込み 要求 I/O メモリ 割り込みベクタ番号 D0∼D7 割り込みアクノリッジ 割り込み I NTA コントローラ I NT ② CPUの割り込み受け 付けサイクルで割り 込みベクタ番号を渡 す（このステップがな いものもある） I/O ベクタ・テーブル・ アドレス CPU 割り込みベクタ メモリ 割り込み コントローラ I/O ③ 受け取ったベクタ番 号に対応するベクタ・ アドレスに書かれた 図6−1 割り込みベクタを読 割り込みベクタ番号を持つ CPU の割り込み む 応答動作 6502 は②のステップがない Keywords IRQB，MLB，NMIB，PHI2，PHI2O，PHI1O，RWB，RDY，RESB，SOB，SYNC，VPB，割り込みのネスティング，リード・モ ディファイ・ライト・サイクル，マルチプロセッサ・システム，ウェイト，セットアップ・タイム，ホールド・タイム 2006 年 10 月号 215 ャンプし，割り込み処理を開始します．このときのバ スの動きは，VPB 信号がアサートされる以外は通常 レス情報）という 3 バイトのコードを CPU に送るとい う仕様になっていました． のメモリ・リード・サイクルと同様です． IRQB は，割り込み処理ルーチンのなかで，割り込 現在ではこのような，命令コードをフェッチする， というものはまれで，ここで説明したようなベクタ番 み要因がクリアされるまでアサートしておきます． 号を読むという方法か，6502 と同様に直接割り込み 割 り 込 み 処 理 の 最 後 で は ， RTI（ ReTurn from Interrupt）命令を実行します．この命令では，スタッ ベクタ領域を読むという方法が使われています． 6502 の場合には②の段階がありませんが，ベクタ クから P レジスタ，プログラム・カウンタの下位 8 ビ ット，上位 8 ビットを順次取り出し，元のプログラム 領域をリードしているということは VPB 信号を見て いるとわかります．もし，割り込み要求元に応じた先 の実行を再開します． に分岐させたいときは，このサイクルではメモリ・ア 割り込みマスク用のフラグ・ビットである I ビット は，割り込み処理に入ったときに自動的にセットされ クセスをさせずに，I/O 側からベクタ・アドレスを出 力したり下位の何ビットかだけを I/O のデータとすり （CLear Interrupt disable bit）命 ますが，これを CLI 令などでクリアすると，新たな割り込み要求を受け付 替えるという方法も考えられます． 今回は，I/O は 16550 一つだけなので，このような けられるようになります．このように，割り込み処理 細工はせず，単純に IRQB に 16550 の割り込み要求信 のなかでさらに割り込みを受け付けることを割り込み のネスティングと言います． 号端子を接続しています． Z割り込みベクタを持つ CPU の割り込み処理 6502 の場合，IRQB に対応する割り込みベクタは一 ● MLB （Memory Lock） メモリ・ロック信号です． つだけです．しかし，数多くの割り込み要因に配慮し た CPU では，割り込みを受け付けたときに，対応す Zリード・モディファイ・ライト・サイクル CPU のメモリ・アクセスのなかには，1 命令の処理 る割り込みベクタ番号を受け取るようになっています． のなかでメモリのデータを読み出して変更したものを なお，複数の割り込み要因のどれを先に受け付けるか という判定やベクタ番号の生成などは少々面倒なため， 書き戻すという，リード・モディファイ・ライト・サ イクルを実行するものがあります． 割り込みコントローラという専用 IC が用意されてい ます（現在はマイコン内部に組み込まれることが多い） ． （Set Memory Bit 0） 6502 の場合には，例えば SMB0 命令などがこれに相当します．SMB0 は指定されたア 図 6 − 1 に，割り込みベクタ番号をもつ CPU の割り ドレスのビット 0 を‘1’にする命令ですが，CPU と 込み応答動作を示します． メモリの間は 8 ビット単位でのデータ転送しかできな いので，CPU はいったん 8 ビットぶんを読み取って， ① I/O から割り込み要求が発生すると，割り込み コントローラは CPU に対して割り込み要求を行う ビット 0 を‘1’にしたデータを作成しメモリに書き 込むという動作を行います（図 6 − 2）． ② CPU は割り込みを受け付けると，バス上に割り Zマルチプロセッサ・システムで生じる問題 込み応答サイクルを生成する（ここでは INTA 信号 で通知するように書いている）．割り込みコントロ CPU が一つであればよいのですが，マルチプロセ ッサ・システムなどで，複数の CPU が同一のメモリ ーラは割り込み応答サイクルを検出すると，割り込 みベクタ番号をデータ・バス上に出力し，CPU が 領域をアクセスするようなときには問題が生じます． 図 6 − 3 のように，CPU が二つあり，CPU#1 側で， これを読む ③ CPU は割り込みベクタ番号に対応したメモリ 上の割り込みベクタ・テーブルをアクセスする． SMB0 $80 CPU#2 側で， SMB1 $80 CPU はスタックにフラグや戻り先の番地などを待 避し，割り込み禁止状態にしてからベクタ・テーブ を実行したとします．メモリの初期値は $00 であっ たとしましょう．このとき CPU#1 と CPU#2 による ルに書かれていた割り込み処理ルーチンのアドレス に制御を移す 命令実行が交互に行われていれば，メモリの内容はビ ット 0 とビット 1 の両方がセットされて $03 になるは ずです． なお，8080 の割り込み応答サイクルは，3 バイトの 命令フェッチ・サイクルになっていました．このため， ところが，図のようにちょうどタイミングが一致し て,リード・モディファイ・ライト・サイクルの間に 8080 用の割り込みコントローラ 8259（8259A を 8080 モードで動かしたときも同じ）では，割り込み応答サ 相手のアクセスが挟まったとしたらどうなるでしょう． （CD は CALL 命令，XX XX はアド イクルで CD XX XX 216 ① CPU#2 がメモリの内容を読む（$00 が読める） 2006 年 10 月号