ＴＴＬでＣＰＵを作ろう！

~~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４６６回］

●ＮＭＩ（その２）

Ｚ８０のＮＭＩ（Ｎｏｎ　Ｍａｓｋａｂｌｅ　Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）については［第４３７回］で説明をいたしました。
説明をすることはしたのですけれど、引用したＺｉｌｏｇ社のＺ８０ＣＰＵ　Ｕｓｅｒ　Ｍａｎｕａｌの説明文がなんともいいかげんな説明文で、肝心のところがいまひとつはっきりしませんでした。

ということで、［第４３７回］はあいまいな説明のままで終わってしまいました。
その時点では、その次の回に引き続きＮＭＩについて、もう少しはっきりした説明を書くつもりでおりました。
ところがＺ８０版ＴＫ８０ボードの試作基板が出来てきてしまったものですから、そのままその説明に入ってしまって、ＮＭＩの続きなどもうどこかに行ってしまいました。

そういうことだったのですけれど、まあしかし、ＩＮＴと違って普通の用途ではＮＭＩなどを使うことは余り無いとも思われますし、事実私自身も何かにＮＭＩを利用したという記憶はありません。

もともとＮＭＩなどというものは８０８０にはありませんでしたし、当然のことながらＴＫ８０のモニタプログラムには関係がありません。
ＮＭＩのエントリアドレスといいますか、スタートアドレスは００６６番地に固定されていますから、Ｚ８０を使ってＴＫ８０互換ボードを作ることを考えると、そのアドレスはＴＫ８０モニタプログラムが書かれているアドレスですから、もしもＮＭＩの機能を利用しようとすれば、ＴＫ８０モニタプログラムの、その部分を書き換えなくてはなりません。
それまでしてＮＭＩを使う必要は無いと思いますから、そうするといまさらＮＭＩなど持ち出さなくてもよいではないか、ということになるかもしれません。

しかし、Ｚ８０版ＴＫ８０ボードの試作基板の説明に移ってしまったものですから、完全に宙に浮いてしまったのですけれど、実は、次の回あたりで説明をするつもりで、ＮＭＩについてロジアナを使って動作を確認した資料なども準備していたのです。
せっかくそこまでしても、またいつものことで、そのままにしておいたらどうせすっかり忘れてしまいます。
ですので、これもこの機会にここでまとめておきたいと思います。

［第４３７回］のＵｓｅｒ　ＭａｎｕａｌのＮＭＩの説明でははっきりしないところがありますけれど、ＮＭＩも普通のＩＮＴも、割込みの動作そのものは基本的には同じです。
割込み信号は、実行中の命令の最後のクロックのときにＣＰＵに認識され、Ｚ８０ＣＰＵ　Ｕｓｅｒ　Ｍａｎｕａｌの説明によると、その次にデータバスに読み込まれた命令は無視されて、そのときのＰＣ（プログラムカウンタ）の値が外部スタックに保存されたあと、００６６番地の命令が実行される、ということのようです。

●ＮＭＩテストプログラム

そのあたりの動作を、［第３７４回］でご紹介しましたカメレオンＵＳＢ＋ロジアナで観測して確認してみることにしました。
割込みプログラムの開始アドレスは００６６番地ですから、プログラムはＲＯＭに書くしか仕方がありません。
今回はＴＫ８０モニタプログラムは無視です。
ＲＯＭの先頭アドレス００００番地から簡単なテストプログラムを書きました。

2010/2/20  9:40  NMITEST.TXT
END=006C
              ;;; Z80 NMI TEST 10.2.20
              ;
                ORG $0000
0000 3100E0     LXI SP,$E000
0003 3E90       MVI A,90;82C55 A=IN,B,C=OUT
0005 D383       OUT 83
0007 3EFF       MVI A,FF
0009 D382       OUT 82
000B DB80     LOOP1:IN 80
000D FEFF       CPI FF
000F CA0B00     JZ LOOP1
0012 3E00     LOOP2:MVI A,00
0014 D382       OUT 82
0016 3EFF       MVI A,FF
0018 D382       OUT 82
001A C31200     JMP LOOP2
              ;
                ORG $0066
0066 D381       OUT 81
0068 3EFF       MVI A,FF        
006A D382       OUT 82
006C C9         RET
              ;END
LOOP1        =000B  LOOP2        =0012

むむむ。
ＮＭＩはＺ８０の機能ですから、Ｚ８０ニーモニックで書くところなのですが、どういうわけか、８０８０ニーモニックで書いてしまいました。
プログラムだけを見ても、これのどこが割込みのテストプログラムじゃ、という感じになりますが、もちろんシカケがあります。

ＬＯＯＰ２のところで８２Ｃ５５のＣポート（Ｉ／Ｏアドレス８２）に００とＦＦを交互に出力しています。
実は、そのＣポートのビット０（ＰＣ０）の出力をＺ８０のＮＭＩ入力に接続してあるのです。
ですから００１４番地のＯＵＴ命令が実行された直後にＮＭＩ割込みが発生するはずです。
それをロジアナで観測しよう、ということなのです。

なお、その上のＬＯＯＰ１は、リセットまたはＰＯＷＥＲ　ＯＮによっていきなりＬＯＯＰ２にエントリさせると、起動時の不安定な状態のときにＣＰＵから出力される信号によってロジアナのトリガが働いてしまうのを防止するためのものです。
８２Ｃ５５のＡポート（Ｉ／Ｏアドレス８０）のビットのどれかをＧＮＤに落とすことで、ＬＯＯＰ２のプログラムが実行され、そこではじめてＮＭＩ割込みが発生する、という仕掛けです。

●ロジアナでの観測結果

ロジアナで観測した結果です。

今回のテストプログラムは短いプログラムで実行範囲が限られていますから、アドレスバスの上位８ビット（Ａ８～Ａ１５）はロジアナには入力しませんでした。
ＰＲＯＢＥ０７のラインにデータバス（Ｄ０～Ｄ７）の値を書き加えてあります。
またＰＲＯＢＥ１２のラインにアドレスバスの下位８ビット（Ａ０～Ａ７）の値を書き加えてあります。
ＰＲＯＢＥ０８がＮＭＩ入力です。

２４μｓのところでＤ３　８２（ＯＵＴ　８２）が実行されて、アドレスバスが８２、データバスが００になっています。
ＷＲ信号（このときは実はＩＯＷＲ）の立ち上がりで８２Ｃ５５のＣポートから００が出力され、その結果ＮＭＩがＬになっています。
ＮＭＩ入力はその次の３Ｅ　ＦＦ（ＭＶＩ　Ａ，ＦＦ）の実行の終わりに受付けられます。
データバスには、その次の命令コードのＤ３がメモリから読み出されていますが、その命令コードは無視されて、その次のタイミングで、このときのアドレス、つまりＰＣ（プログラムカウンタ）の値（００１８）が、スタックに退避されています。

そのあとアドレスバスが６６になっていて、ここで００６６番地の割込みプログラムが実行されたことがわかります。
割込みプログラムはアドレス００６ＣのＣ９（ＲＥＴ）で処理を終わり、もとのプログラムに戻ります。
スタックに保存されていたアドレス００１８がＰＣ（プログラムカウンタ）に戻され、そしてあらためて、さきほど無視された、００１８のＤ３　８２（ＯＵＴ　８２）が実行されています。

２０１０．３．３１ｕｐｌｏａｄ

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