標準ＴＴＬだけ（！）でCPUをつくろう！（組立てキットです！）
(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第２４９回］

●ＴＫ８０のステップ動作（モニタプログラム）の説明です

前回は、ＴＫ８０のステップ動作について、ハードウェアから見た、動作の仕組みについて、説明をしました。

ステップ動作をするために、割込みが使われていることを説明しました。
その割込みは、フリップフロップによって、ユーザープログラムを１命令だけ実行したあとに、受け付けられるようにしてあります。
しかし、ただ割込みが受け付けられただけで、ワンステップ動作が行われるわけではありません。
当然そこには、割込み処理を含めた、モニタプログラムの仕組みがあって、はじめてワンステップ動作が可能になるわけで、プログラムがなければお話になりません。

今回はＴＫ８０のステップ動作について、ソフトウェア（モニタプログラム）の面から見ていくことにいたします。

「つくるＣＰＵ版」ＴＫ８０のモニタプログラムリストは［第２４１回］でお見せしました。
そして［第２４２回］で、ステップ動作モードのときに、ＩＮＴ信号入力によってＲＳＴ７割込みが発生して、そこで実行される割り込み処理プログラムがモニタプログラムの０１５１番地に書かれていることをお話しました。
そして、そのプログラムをたどっていくと、どういうわけか［ＲＥＴ］キーの処理ルーチンに行ってしまいます、という説明をしました。
しかしそのときは、さらに進んで、そのプログラムの説明までは、しないままで終わってしまいました。

いやあ、ここは、ちょっと難しいのです。
説明する側としましても、なかなか説明が難しいという感じがします。
でもまあ、ここを説明しないで素通りしてしまうのは、いかにも中途半端です。
ですから、まあ、ぼちぼち、少しずつ説明していくことにいたしましょう。

●割込み処理（ＲＳＴ７）プログラムです

ステップ動作の割込みは、ＩＮＴ信号だけで、データバスには何ものせませんから、ＲＳＴ７割込みになります。

ここでちょいとおさらいです。
８０８０の割込みは、ＩＮＴ信号を入力するとともに、データバスに８ビットの命令コード（通常はＲＳＴ命令）を乗せることで行われます。
データバスに何ものせないで、ＩＮＴ信号だけを入力すると、データバスは通常は抵抗でプルアップしているため、命令コードＦＦの割込み命令が実行されることになります。
ＲＳＴ命令のうち、ＲＳＴ７は命令コードがＦＦ（１１１１１１１１）ですから、ＩＮＴ信号のみを入力すると、ＲＳＴ７割込みが実行されます。

ＲＳＴ７命令は１バイトのＣＡＬＬ命令です。
固定アドレス００３８番地からのサブルーチンをＣＡＬＬします。
普通は００３８から、だらだらっと割込みプログラムを書いたりはしないで、割込みプログラムは特殊な処理ですから、割とプログラムの後ろの方に書くことが多いようです。

００３８には、その後ろの方に書いた割込み処理プログラムへのジャンプ命令だけを書いておきます。

では、モニタプログラムを見てみることにしましょう。

                ORG $0038
0038 C35101     JMP BRENT

００３８には、０１５１番地へのＪＭＰ命令が書いてあります。

それでは、その０１５１からの割込み処理プログラムを見てみましょう。
少しずつ細切れにして、説明しながら進むことにいたします。

              ;
              ; BREAK ENTRY 
              ; BREAK & ONE STEP OPERATION
              ;
                ORG $0151
              ;
0151 E3       BRENT:XTHL
0152 22E0FF     SHLD PSAVE
0155 F5         PUSH PSW
0156 210400     LXI H,$0004
0159 39         DAD SP
015A F1         POP PSW
015B 22E2FF     SHLD SSAVE
015E E1         POP H
015F 31ECFF     LXI SP,DATA
0162 F5         PUSH PSW
0163 C5         PUSH B
0164 D5         PUSH D
0165 E5         PUSH H

いきなり何がなんだかさっぱりわけがわからないプログラムが始まっています。
これはもう「職人芸」です。
昔の先輩プログラマの面目躍如というところでしょうか。

ここはユーザープログラムを１命令実行したあとに、割込みによって実行を開始する最初の部分です。
割込み処理プログラム自身が実行されることで、割込み直後のＣＰＵの状態（レジスタの値など）はどんどん変化していってしまいます。
そうなってしまう前に、まずＣＰＵのレジスタの値を全てメモリのそれぞれ決まった格納場所にセーブしなければなりません。
保存するのは汎用レジスタだけではありません。
フラグの状態や、スタックポインタ、そしてプログラムカウンタも保存します。

最初の
ＸＴＨＬ
ＳＨＬＤ　ＰＳＡＶＥ
が、プログラムカウンタを保存しているところです。
ＰＳＡＶＥ（アドレスＦＦＥ０，ＦＦＥ１）はプログラムカウンタの保存場所です。

ＲＳＴ７は１バイトのＣＡＬＬ命令です。
ＣＡＬＬ命令ですから、プログラムカウンタの値（次に実行される命令のあるメモリアドレスを示しています）をスタックに保存してから、指定アドレスの命令を実行します。

わかりますでしょうか。
ＸＴＨＬは、スタックトップの２バイトの値（最後にＰＵＳＨした値）をＨＬレジスタに入れ、代わりにＨＬレジスタの値をスタックトップに置きます。
スタックトップには割込み直前のプログラムカウンタの値が入っています。

ＸＴＨＬについては［第１００回］で説明をしました。
そのときには、「ＸＴＨＬなんて、どこでつかうのでしょう。普通はまず出番はありません」なんて書きましたが、こんなところでしっかり役目を果たしています。

こうすることで、プログラムカウンタを保存しながら、ＨＬレジスタもちゃんとスタックに保存しています。

つぎの
ＰＵＳＨ　ＰＳＷ
ＬＸＩ　Ｈ，＄０００４
ＤＡＤ　ＳＰ
ＰＯＰ　ＰＳＷ
ＳＨＬＤ　ＳＳＡＶＥ
はスタックポインタの保存です。

ＳＳＡＶＥ（ＦＦＥ２，ＦＦＥ３）はスタックポインタの保存場所です。
スタックポインタの値を直接参照する命令はありませんが、ＤＡＤ　ＳＰ命令を使うことで、スタックポインタの値をＨＬに入れることができます。
ＤＡＤ命令を実行すると、フラグが変化してしまいます（ここまでに実行した命令は、フラグを変化させない命令です）。
そこで、現在のフラグの状態を保存しておくために、ＤＡＤ　ＳＰよりもさきにＰＵＳＨ　ＰＳＷを実行します。
ところがＰＵＳＨ　ＰＳＷの実行によって、スタックポインタの値が２バイトマイナスされてしまいます。
もともと、この割込み処理が実行される段階で、割込み直前のプログラムカウンタの値をスタックに保存していますから、ユーザープログラムを実行中のスタックポインタの値よりも２バイト少なくなっています。
ですから、今回のＰＵＳＨ　ＰＳＷの分を合わせると、本来のスタックポインタの値よりも４バイト減になっています。
ＨＬレジスタに０００４を入れた上で、ＤＡＤ　ＳＰを実行することで、もとの、本来のスタックポインタの値がＨＬレジスタに入れられることになります。

その後の
ＰＯＰ　Ｈ
ＬＸＩ　ＳＰ，ＤＡＴＡ
ＰＵＳＨ　ＰＳＷ
ＰＵＳＨ　Ｂ
ＰＵＳＨ　Ｄ
ＰＵＳＨ　Ｈ
は、Ａレジスタとフラグ、ＢＣ、ＤＥ、ＨＬレジスタをそれぞれ保存しているところですが、ここでもテクニックが使われています。さすが、みごとです。

まず
ＰＯＰ　Ｈ
でスタックトップに保存してあったＨＬレジスタをもとのＨＬに戻します。
その次からがテクニックです。
連続したレジスタの保存場所がメモリ上に次のように割り当てられています。

ＦＦＥＢ　Ａレジスタ
ＦＦＥＡ　フラグレジスタ
ＦＦＥ９　Ｂレジスタ
ＦＦＥ８　Ｃレジスタ
ＦＦＥ７　Ｄレジスタ
ＦＦＥ６　Ｅレジスタ
ＦＦＥ５　Ｈレジスタ
ＦＦＥ４　Ｌレジスタ

ここに、さきほどのプログラムカウンタやスタックポインタのときのように、ＳＨＬＤ命令を使うのではなくて、スタックポインタにＦＦＥＣを与えておいて、つまり、この格納場所を仮のスタックにしておいて、そこに連続してＰＵＳＨ命令を実行することで、一気にレジスタの値をセーブしてしまいます。
いやあ、じつにみごとなテクニックです。

ここまでが、ＣＰＵの現在の状態をセーブしているところです。
ここからあとが、モニタプログラムでの本来の処理部分になるのですけれど、ちょっと、疲れてしまいましたですね。
この続きはまた次回、ということにいたしましょう。
２００９．６．１３ｕｐｌｏａｄ

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