ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２マイコンボードの製作
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ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はＺ８０互換の高速高性能８ビットマイクロコントローラです。
残念なことに数年前に生産中止になってしまいました。
しかし当社ではＫＬ５Ｃ８０Ａ１２を使った組込みマイコンボードはまだ健在です。
そのＫＬ５Ｃ８０Ａ１２を使ったＮＤ８０Ｚ３．５上位互換マイコンボードの製作記事です。
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［第１７回］
●ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２の実行速度
ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はＺ８０互換ＣＰＵをコアにして、ＰＩＯやタイマーなどの周辺機能を含めてワンチップＬＳＩにまとめたものです。
ＣＰＵクロックは１０ＭＨｚ（外付けクリスタルは２０ＭＨｚ）です。
ＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢ）は６ＭＨｚですから、その約１．７倍の実行速度が期待できそうと思われるかもしれませんが、ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２の実力はそんなものではないのです。
前回までの作業でＴＩＭＥ＄が使えるようになったので、それを利用してＫＬ５Ｃ８０Ａ１２の実行速度を確認してみることにしました。
比較するためにまずはＮＤ８０Ｚ３．５（ＮＤ８０ＺⅢも同じ）でテストプログラムを作って実行してみました。
ＢＡＳＩＣでＦＯＲ ＮＥＸＴ文を１０万回実行しました。
１分１６秒かかりました。
１０万回を７６秒ですからＦＯＲ ＮＥＸＴ文の１回は７６０μＳかかったことになります。
見かけ上は整数値ですが実際には実数計算（浮動小数点計算）を行なっていますから、インタプリタとしては、まあこんなものでしょう。
同じ計算を今度はＫＬ５Ｃ８０Ａ１２でやってみました。
画面右側が今回の試作基板での実行画面です。
同じ計算を２６秒で実行しました。
ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２は１０ＭＨｚですが、６ＭＨｚのＺ８０の３倍の速度で実行したことになります。
つまり１０ＭＨｚのＫＬ５Ｃ８０Ａ１２の実行速度はＺ８０ＣＰＵの約２０ＭＨｚ相当といえましょう。
おお。
なるほどＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はすごいじゃないか！
いえ。
ちょっと待ってください。
上でも書きましたが、ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２の実力はこんなものじゃないのです。
それについてはあとで説明することにしまして、まずはなぜＫＬ５Ｃ８０Ａ１２がそれほど速いのかについて、簡単に説明を。
うう。
ちょっと面倒なので、当社のＺＢＫシリーズ用開発セットの付属説明書から、一部を引用いたします。
ＫＬ５Ｃ８０１２はＺ８０の命令を全く同じように実行するのですが、命令を実行するクロック数が異なっているのです。たとえば ＬＤ Ｂ，Ｃ という命令をＺ８０は４クロックで実行しますが、ＫＬ５Ｃ８０１２は１クロックで実行してしまうのです。当社で供給しているＺ８０ボードのＣＰＵクロックは４ＭＨｚか６ＭＨｚです。これに対してＫＬ５Ｃ８０１２のＣＰＵクロックは１０ＭＨｚです。ＫＬ５Ｃ８０１２は４ＭＨｚのＺ８０Ａに対して実に１０倍速で動作するのです。
そういうことなのです。
上の引用以外にも驚異的な例として、たとえば１６ビット加算命令ＡＤＤ ＨＬ，ＸＸをＺ８０は１１クロックで実行しますが、ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はなんと１クロックで実行してしまいます。
実際ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２のマニュアルでは「Ｚ８０の４倍速」である、と書いてあります。
しかし。
注意深い読者様ならば、ここで疑問に思われるかもしれません。
そうだとすると、上のテスト結果ではちょっと時間がかかりすぎているのではないか？
Ｚ８０の４倍速ということなら４０ＭＨｚ相当ということなので、それなら上のテストプログラムなら１０秒ちょっとで実行できてもよいのではないか？
その通りなのです。
実はＫＬ５Ｃ８０Ａ１２はその説明の通り、余りに高速なので、そのままの速度で実行するとメモリのアクセスタイムが追いつかない場合が出てきてしまいます。
そこでこの試作基板に搭載しているシステムプログラムでは、メモリや周辺Ｉ／Ｏにアクセスするときは、１クロック分のウェイトをかける設定にしてあります。
たとえば本来ならＬＤ Ｒ，Ｒ’を１クロックで実行するところを、１クロックのウェイトを追加して２クロックで実行するようにしてあります。
この設定はＫＬ５Ｃ８０Ａ１２の内部システムレジスタＳＣＲ１に与える値によって決定されます。
ＳＣＲ１の値はソフトウェアによって書き換え可能でリセット後は「１ウェイト追加モード」になります。
うむ？
ソフトウェアによって設定可能？
今これを書いていて思いつきました。
そういうことならば。
ちょっとＲＯＭのアクセスタイムが心配だけれど、ノンウェイトで実行できないだろうか？
●ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２をノンウェイトで実行してみる
思いついたならば、さっそく実行してみることです。
ええ。
さっそく実行してみました。
自画自賛ですけれど、こういう場合にＺＢ３ＢＡＳＩＣシステムは実に便利だと思います。
ＳＣＲ１はＩ／Ｏアドレス３Ｂです。
そのビット７とビット６を１にするとノンウェイトになります。
まずはノーマルモード（１ウェイト）で実行しました。
実行時間は２５秒です。
次にＩ／ＯアドレスにＣ１を出力しました。
ＯＴはＺＢ３ＢＡＳＩＣのマシン語コマンドで、そのままマシン語のＯＵＴ命令を実行します。
このほかＢＡＳＩＣのＯＵＴ文をダイレクト実行して
ＯＵＴ ＄３Ｂ，＄Ｃ１
とすることもできます。
これでノンウェイトになりました。
そのあと同じテストプログラムをもう一度実行しました。
今度は１３秒で実行できました！
今回はテストのためあえてノンウェイトで実行しましたが、この速度は保証できません。
実装するＲＯＭによってはアクセスタイムが不足してエラーが発生する可能性があります。
またシステムプログラムには必要に応じて時間待ちのループをソフトウェアで行なっているところがあって、そういうところが倍速になってしまうとシステムがハングアップしたりエラーが発生する可能性があります。
でもまあ、こういうテストは、やってみると楽しいものですよね。
ＫＬ５Ｃ８０Ａ１２マイコンボードの製作［第１７回］
２０１８．２．９ｕｐｌｏａｄ
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