JP3779758B2

JP3779758B2 - A single board computer that can be connected to the host computer at any time to change the user program

Info

Publication number: JP3779758B2
Application number: JP29510195A
Authority: JP
Inventors: 宏阿部
Original assignee: 株式会社エーシーティー・エルエスアイ
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 2006-05-31
Anticipated expiration: 2015-11-14
Also published as: JPH09138747A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ワンチップ・マイクロコンピュータ（略してマイコン）に簡単な回路を付加して構成される超小型コンピュータ装置に関し、特に、実装状態でユーザが自由にアプリケーション・プログラムを変更できる汎用性の高いシステムを構築可能なコンピュータ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
［ワンチップ・マイコンのアーキテクチャの概要］
基本的なワンチップ・マイコンはＣＰＵ（中央演算処理部）とメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）とＩ／Ｏ（入出力部）などの回路を１個のＬＳＩに収めたもので、家電製品、ＡＶ機器、ＯＡ機器、産業用機器、自動車などに組み込まれて、コントローラとして大活躍している。ワンチップ・マイコンに内蔵すべき機能は用途によって異なるので、特定用途向けの性格が強く、各種の用途に応じてきわめて多品種の制御用ワンチップ・マイコンが作られている。また一方では、汎用性の高い高機能ＣＰＵコアにメモリおよび汎用的なＩ／Ｏや周辺回路を組み合わせてワンチップ化し、かつ外付けメモリや外付けＩ／Ｏによるシステムの拡張を可能にした高機能ワンチップ・マイコンも作られている。
【０００３】
いずれのタイプのワンチップ・マイコンにしても、パラレルＩ／Ｏ、シリアルＩ／Ｏ、コンパレータ付き入力ポート、カウンタ／タイマ、Ａ／Ｄ変換器、ＤＭＡコントローラ、割り込みコントローラ、バスコントローラなどの汎用的な回路機能の他、ＰＷＭコントローラ、ステッピングモータ・コントローラ、液晶表示器コントローラ、ＤＴＭＦ回路などの特定用途向けの周辺回路機能が必要に応じてＣＰＵおよびメモリとともにワンチップに組み込まれていることが最大の特徴である。ＣＰＵチップとメモリチップおよび複数の周辺回路チップを配線ボード上で組み合わせたボード・コンピュータと比較すると、ワンチップ・マイコンの方がはるかに小型で低価格の装置を実現できる。これがワンチップ・マイコンを使用することの最大の利点であると言える。
【０００４】
［ワンチップ・マイコンのプログラムメモリ］
ワンチップ・マイコンのプログラムは、通常、ＣＰＵと同一チップに収められた内蔵ＲＯＭ（プログラムメモリ）に格納され、電源投入とともにＲＯＭ内のプログラムが始動アドレスから順に実行される。民生機器などの量産品に組み込まれるワンチップ・マイコンはマスクＲＯＭ内蔵タイプであり、開発評価済みのプログラムがマスクＲＯＭの形でチップ製造時に固定化されている。
【０００５】
一方、開発評価段階ではプログラムＲＯＭの書き込みや消去が必要なので、ＥＰＲＯＭ内蔵タイプ（内蔵ＲＯＭの消去と書き込みが可能なワンチップ・マイコン）、またはＲＯＭレスタイプ（内蔵ＲＯＭを取り除き代替のＲＯＭを外付けするワンチップ・マイコン）を使用している。少量生産品の場合はマスクＲＯＭ化せずに、ＥＰＲＯＭ内蔵タイプやＲＯＭレスタイプのワンチップ・マイコンを最終製品として使用している。
【０００６】
ワンチップ・マイコンの供給メーカーは、多くの場合、マスクＲＯＭ内蔵タイプに付随したシリーズ製品として、ＥＰＲＯＭ内蔵タイプあるいはＲＯＭレスタイプの製品を用意している。プログラムメモリが内部にあるか外部にあるかに関わりなく、電源投入リセット時にプログラムメモリの始動アドレスがアクセスされ、そこにある先頭命令からプログラムが実行される。
【０００７】
［ワンチップ・マイコンの内部モードと外部モード］
主記憶を外部に拡張できる高機能ワンチップ・マイコンでは、起動時に内蔵ＲＯＭのプログラムを実行する通常の動作モード（内部モードと呼ぶ）の他に、外部モードと呼ぶ動作モードに切り替えられる機種がある（例えば日立製作所製のＨ８／５３４、Ｈ８／５３６）。外部モードを選択すると内蔵ＲＯＭが無効となり、内部モードでは内蔵ＲＯＭに割り付けられていたアドレス空間も外部メモリに解放される。つまり外部モードにして起動すると、前記ＲＯＭレスタイプと同様に、外付けされたプログラムメモリの始動アドレスがアクセスされ、そこにある先頭命令からプログラムが実行される。従って、外部モードでプログラムの開発評価を行い、プログラムが完成した段階でそれを内蔵ＲＯＭに固定化し内部モードで動作させる、といった使い方ができる。
【０００８】
［ワンチップ・マイコンのソフトウェア開発環境］
プログラミングはアセンブラ言語あるいはコンパイラ言語を使用して行われ、ソースプログラムは一般のパソコン上で動作するクロス・アセンブラあるいはコンパイラによって機種ごとのオブジェクトプログラムに変換される。開発したプログラムのテストおよびデバッグは、ホストコンピュータ（パソコン）の統括下においてエバキット、シミュレート・デバッガ、ＩＣＥ（インサーキット・エミュレータ）、高級言語デバッガなどを用いて行う。このような開発ツールは個々のワンチップ・マイコンの機種ごとにメーカーなどから提供されている。
【０００９】
ＭＳ−ＤＯＳなどのオペレーティング・システムを組み込んだパソコン用のアプリケーション・プログラムの開発と異なり、ワンチップ・マイコンの場合は、電源投入リセット時に実行される最初の命令から論理的に連続した形のメインプログラム全体を作成することになる。もちろんリロケータブル形式のサブルーチンを多数使用してメインプログラムを開発するが、最終的にはクロス・アセンブラまたはコンパイラにより各ルーチンがリンクされて、プログラムメモリの前記始動アドレスに先頭命令を合せたアブソリュート形式のメインプログラムが作成される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
［発明の目的］
この発明の基本的な目的は、豊富な周辺回路を含んだ超小型で安価なワンチップ・マイコンを応用機器に実装し、かつそのプログラムを固定化してしまうのではなくて、必要に応じてプログラムを随時書き換え可能にすることである。しかも、プログラム書き換えに際してはワンチップ・マイコンに一般的なパソコンをホストコンピュータとして接続し、データ伝送機能によりホストコンピュータからワンチップ・マイコンにプログラムを転送するシステムとする。また、プログラムメモリの拡張性を高めることも重要である。
【００１１】
さらに、前記の目的において特に重要視していることは、使用するワンチップ・マイコン専用の既存の開発ツールによって作成された前述のアブソリュート形式のメインプログラムをそのまま前記ユーザ・プログラムとして利用可能にすることである。このことが本発明の本質的な目的である。
【００１２】
［従来の方式で実現可能な類似システム］
前述した基本的な目的は、ワンチップ・マイコンの一般的な利用方式の延長上として、つぎのような形で容易に実現することができる。
【００１３】
まずハードウェアとしては、メモリやＩ／Ｏを外部に拡張可能な高機能ワンチップ・マイコンを使用し、これに相当容量のメモリを外付けして主記憶を拡張する（外付けした主記憶メモリを外部メモリと呼ぶ）。必要に応じて不揮発性で大容量のフラッシュメモリを外部メモリに用いる。
【００１４】
また、ワンチップ・マイコンの内蔵ＲＯＭにはいわゆるオペレーティング・システム（ＯＳ）のような機能のシステム・プログラムを格納しておく。ここでのＯＳ的な機能とは、所定のインタフェースで結合されたホストコンピュータ（一般のパソコン）とデータ伝送し、ホストコンピュータから転送されてくるユーザ・プログラムを前記外部メモリに書き込んでから、外部メモリ上のそのユーザ・プログラムにジャンプする機能である。この機能をユーザ・プログラム・レシーバーと呼ぶことにする。
【００１５】
以上の構成において、前記のワンチップ・マイコン装置をホストコンピュータに接続しておき、ワンチップ・マイコン装置に電源を投入すると、内蔵ＲＯＭの前記システム・プログラムが始動アドレス（０番地とする）から実行され、まず必要なイニシャライズ・ルーチンが実行される。その後ホストコンピュータからの指令信号に応答して前記ユーザ・プログラム・レシーバーが実行され、ホストコンピュータから送られてくるユーザ・プログラムが外部メモリに書き込まれる。その後、自動的または外部指令信号を待って、外部メモリ上のユーザ・プログラムにジャンプする。これでユーザ・プログラムが実行されることになる。ユーザ・プログラムには前記システム・プログラムに適時に復帰する機能を持たせておく。
【００１６】
［従来技術による類似システムの問題点］
前述した構成の従来システムでは、ＣＰＵアドレス空間における０番地（始動アドレス）から連続した一定の領域に内蔵ＲＯＭが配置されており、そのＲＯＭに前記システム・プログラムが格納されている（システム・プログラムの先頭命令が０番地にセットされている）。このシステム・プログラム中のユーザ・プログラム・レシーバーの実行によって外部メモリに書き込まれるユーザ・プログラムのＣＰＵアドレス空間上の位置は、当然ながらシステム・プログラムの格納領域（内蔵ＲＯＭ領域）ではなく、外部拡張領域（外部メモリ領域）である。つまり、ユーザ・プログラムは外部拡張領域のｘ番地以降に書き込まれ、ｘ番地にセットされている先頭命令にジャンプすることで当該ユーザ・プログラムが実行される。
【００１７】
従って、ユーザ・プログラムは、先頭命令を０番地に合せたアブソリュート形式ではなくて、主記憶上の位置を特定していないリロケータブル形式で作成されているか、０番地とは異なる特定のｘ番地に先頭命令を合せたアブソリュート形式で作成されていなければならない。このことは、ワンチップ・マイコンの各機種ごとに用意されている専用開発ツールで作成したユーザ・プログラムをそのまま利用できないことを意味している。
【００１８】
前述したように、各ワンチップ・マイコン専用の開発ツールにより作成されるプログラムは、先頭命令を０番地に合せたアブソリュート形式になる。このプログラムをｘ番地以降に置いて実行しても、正常に動作はしない。
【００１９】
任意のｘ番地以降に置いて正常に動作する任意のユーザ・プログラムを作成することはもちろん可能である。ただし、メーカーから供給されている各ワンチップ・マイコン専用の開発ツールで作成したプログラムはそのままでは使えない。あえて使おうとするのであれば、プログラム中のアドレス関連情報をすべて改変する必要がある。これを正確に行うことは非常に難しいし、膨大な作業時間を要し、まったく現実的ではない。また開発ツールを改変するか新規に作れば、任意のｘ番地に置いて正常に動作する形式のプログラムを作成できるが、ワンチップ・マイコンの１ユーザが開発ツール自体を作るなどということは、まったく現実的ではない。
【００２０】
さらに従来システムでは、既存の開発ツールで作成されて使用実績のあるワンチップ・マイコン用プログラムをライブラリー化しておき、それらを前記のユーザ・プログラムとして再利用することが、前記と同じ理由でできないのである。
【００２１】
［発明の本質的な目的］
この発明の目的は前述した従来システムの問題点を克服することにある。つまり、ワンチップ・マイコンの電源投入リセット時に起動される内蔵ＲＯＭのプログラムをシステム・プログラムとし、そのシステム・プログラムの管理下でホストコンピュータとデータ伝送し、ホストコンピュータから転送されてくるユーザ・プログラムを外部メモリに書き込んで実行するシステムであって、そのユーザ・プログラムとしては、先頭命令を０番地（始動アドレス）に合せたアブソリュート形式のプログラム、すなわち当該ワンチップ・マイコン専用の既存の開発ツールで作成したプログラムを利用できるようにする。これが本発明の本質的な目的である。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
この発明の超小型コンピュータ装置は、ＣＰＵとメモリとＩ／Ｏなどをワンチップに収めたワンチップ・マイコンと、このワンチップ・マイコンにメモリマッピング変換回路を介して接続された拡張主記憶としての外部メモリと、前記ワンチップ・マイコンに対するモード選択信号およびリセット信号を発生するとともに前記メモリマッピング変換回路の制御信号を発生するモード切替制御回路とで構成され、以下の各要件▲１▼〜▲６▼を備えたことを特徴とする。
【００２３】
▲１▼前記ワンチップ・マイコンは、リセット時に内部モードが選択されている場合は内蔵ＲＯＭに格納されているプログラムが始動アドレスから実行され、リセット時に外部モードが選択されている場合は前記内蔵ＲＯＭが無効となり、前記内部モード時ではＣＰＵアドレス空間において前記内蔵ＲＯＭが占めていた基本空間も前記外部メモリに解放されて、前記外部メモリにおける前記基本空間に配置された領域に格納されているプログラムが前記始動アドレスから実行される。
【００２４】
▲２▼前記モード切替制御回路は、電源投入リセット信号および強制リセット信号に応動して前記ワンチップ・マイコンをリセットするとともに、そのときモード指示入力信号により指定されている内部モードまたは外部モードのいずれかのモードで起動する。
【００２５】
▲３▼前記モード切替制御回路は、内部モードで動作する前記ワンチップ・マイコンからのリセット要求信号に応動し、前記ワンチップ・マイコンをリセットして外部モードで起動する。
【００２６】
▲４▼前記モード切替制御回路は前記ワンチップ・マイコンが内部モードで起動するか外部モードで起動するのかに連動して前記メモリマッピング変換回路の制御信号を切り替え、この制御信号により前記メモリマッピング変換回路の動作が切り替わり、外部モードでは前記基本空間に配置された前記外部メモリの特定の物理領域が内部モードでは前記基本空間以外に配置される。
【００２７】
▲５▼外部モードでは前記基本空間に配置される前記外部メモリの特定の物理領域は電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭである。
【００２８】
▲６▼前記ワンチップ・マイコンは、所定のインタフェースで結合された外部のホストコンピュータとデータ伝送可能である。
【００２９】
以上の要件を備えたコンピュータ装置に最初に電源を投入する際は、前記ワンチップ・マイコンは内部モードで起動され、前記内蔵ＲＯＭに格納されているプログラム（システム・プログラムと呼ぶ）が始動アドレス（０番地とする）から実行される。このシステム・プログラムには、前記ホストコンピュータから伝送されてくるユーザ・プログラムを前記外部メモリの前記特定の物理領域を含む領域に書き込んでから前記モード切替制御回路に対してリセット要求信号を発する機能を持たせておく（この機能のことをここではユーザ・プログラム・レシーバーと呼ぶことにする）。ユーザ・プログラムを提供する前記ホストコンピュータを必要に応じて当該コンピュータ装置に接続し、ホストコンピュータからの指示で前記ユーザ・プログラム・レシーバーを実行させる。
【００３０】
ユーザ・プログラム・レシーバーの実行によりホストコンピュータからのユーザ・プログラムが外部メモリの前記特定の物理領域を含む領域に書き込まれ、その後で前記ワンチップ・マイコンがリセットされて外部モードで起動され、同時に前記メモリマッピング変換回路の動作が切り替えられる。すると、外部メモリの前記特定の物理領域がＣＰＵアドレス空間の基本空間（内部モードでは前記内蔵ＲＯＭが占めていた空間）に配置され、その基本空間の端にある前記始動アドレス（便宜上、０番地とする）、すなわち外部メモリの特定の物理領域の先頭位置がアクセスされて、そこにある命令からプログラムが実行されることになる。つまり外部モードにおいて、外部メモリの０番地にセットされている前記ユーザ・プログラムの先頭命令がまず最初に実行される。
【００３１】
前記外部メモリにおける少なくとも前記特定の物理領域は電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭなので、ここに転送された前記ユーザ・プログラムは当該コンピュータ装置の電源を切っても消えない。そこで、前記モード指示入力信号で外部モードを指定して再起動すれば、外部メモリの前記ユーザ・プログラムを何回でも実行できる。また、前記モード指示入力信号で内部モードを指定して再起動すれば、前記内蔵ＲＯＭのシステム・プログラムの実行動作に復帰することになる。なお、外部メモリのユーザ・プログラム中に前記ワンチップ・マイコン自身をリセットして内部モードで再起動するルーチンを設定しておいても、システム・プログラムの実行動作に復帰できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
［図１の実施例におけるワンチップ・マイコン］
第１の発明によるコンピュータ装置の全体的な概略構成を図１に示している。第１の発明では内部モード／外部モード切替式のワンチップ・マイコン１を用いる（例えば日立製作所製のＨ８／５３４、Ｈ８／５３６など）。ワンチップ・マイコン１は、ＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、各種のＩ／Ｏ回路５の他、割り込みコントローラ、タイマ／カウンタ、Ａ／Ｄ変換器などの各種の周辺回路（図示省略）が必要に応じてワンチップに組み込まれている。このワンチップ・マイコン１に印加されているリセット信号ＲＥＳが所定時間以上“１”になると当該マイコン１がリセットされ、そのリセット時にモード選択信号ＭＳが“０”であればマイコン１は内部モードで起動され、リセット時にモード選択信号ＭＳが“１”であればマイコン１は外部モードで起動される。
【００３３】
内部モードでは内蔵ＲＯＭ３がプログラムメモリとなる。つまり、ＣＰＵアドレス空間の０番地（始動アドレス）から連続した一定領域（これを基本空間と呼ぶ）にＲＯＭ３が配置され、起動時にまずＲＯＭ３の０番地がアクセスされて、プログラム実行動作が開始される。またＣＰＵアドレス空間の所定領域はデータメモリである内蔵ＲＡＭ４やＩ／Ｏ回路５に割り当てられている（それぞれ内蔵ＲＡＭ空間およびＩ／Ｏ空間と呼ぶ）。前記の基本空間と内蔵ＲＡＭ空間およびＩ／Ｏ空間以外のＣＰＵアドレス空間は、外部バスに接続する外付けメモリに解放されている。この空間を外部拡張空間と呼ぶ。
【００３４】
外部モードでは内蔵ＲＯＭ３が無効となり（使用されない）、ＣＰＵアドレス空間における前記の基本空間も外付けメモリに解放される。従って外部モード起動時には、まず外付けメモリの０番地がアクセスされて、プログラム実行動作が開始される。なお、前記の内蔵ＲＡＭ空間およびＩ／Ｏ空間のマッピングは内部モードと変わらない。
【００３５】
［図１のコンピュータ装置の全体構成］
前記の仕様のワンチップ・マイコン１の外部バスに拡張主記憶としての外部メモリ６が接続されている。ただし、外部メモリ６のアドレス入力にはメモリマッピング変換回路７が介在されている。また、モード切替制御回路８がワンチップ・マイコン１の外部バスに接続されている。
【００３６】
モード切替制御回路８は、ワンチップ・マイコン１のリセット信号ＲＥＳおよびモード選択信号ＭＳを発生するとともに、メモリマッピング変換回路７の制御信号ＴＣを発生する。当該コンピュータ装置の電源投入を検出するパワーオン検出回路１１およびリセットスイッチ１２からのマスターリセット信号ＭＲＳは、モード切替制御回路８に入力される。また、マスターリセット信号ＭＲＳによるリセット時に、ワンチップ・マイコン１を内部モードで起動するか外部モードで起動するのかを任意に指定するためのモード指定スイッチ９があり、このスイッチ９からのモード指定入力信号がモード切替制御回路８に入力される。
【００３７】
ワンチップ・マイコン１のシリアル・コミュニケーション・インターフェースには、ホストコンピュータ１３として一般的なパソコンを結合することができる。以下に詳述するように、ホストコンピュータ１３からワンチップ・マイコン１に任意のユーザ・プログラムを転送して実行させる。
【００３８】
以上はこの発明のコンピュータ装置の基本システム構成であるが、目的にかなった応用システムを構成するためには、センサ類やアクチュエータ類あるいはキーボードやディスプレイなど、必要に応じた周辺機器をＩ／Ｏポートや外部バスに接続することになる。このコンピュータ装置の具体的な形態としては、図１のワンチップ・マイコン１・外部メモリ６・メモリマッピング変換回路７・モード切替制御回路８をごく小さな配線基板に実装し、その基板に対してホストコンピュータ１３や、センサ類やアクチュエータ類あるいはキーボードやディスプレイなどの周辺機器を接続する構成とする。こうすれば当該コンピュータ装置の汎用性がきわめて高くなり、さまざまな用途・目的に利用できる。なお、つぎに詳しく構成を説明するメモリマッピング変換回路７とモード切替制御回路８とを１個のカスタムＩＣで構成しており、従って当該コンピュータ装置を超小型化できる。
【００３９】
［外部メモリ６とメモリマッピング変換回路７の具体例］
この部分の構成例を図２に示している。ここでは理解を容易にするために、外部メモリ６が一定容量の４個のメモリチップ６０、６１、６２、６３で構成されるものとし、ワンチップ・マイコン１の外部アドレスバスの上位２ビットＡ（ｎ）とＡ（ｎ−１）で４個のメモリチップ６０〜６３を択一的に能動化するチップセレクト信号を作り、下位ビットのアドレス信号Ａ（ｎ−２）〜Ａ（０）を各メモリチップ６０〜６３に共通に入力する。
【００４０】
また４個のメモリチップ６０〜６３は、一般にフラッシュメモリと呼ばれているＥＥＰＲＯＭからなる。つまりこの実施例では、外部メモリ６がすべて不揮発性として説明するが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、外部メモリ６の一部の領域は通常の揮発性のＲＡＭでもよい。
【００４１】
メモリマッピング変換回路７はアドレスデコーダ７１と４個の論理ゲートＧ１〜Ｇ４から構成されるている。アドレスデコーダ７１は、アドレス信号の上位２ビットＡ（ｎ）およびＡ（ｎ−１）をデコードし、チップセレクト信号ＣＳ０、ＣＳ１、ＣＳ２、ＣＳ３を択一的に“１”にする。４個の論理ゲートＧ１〜Ｇ４は、デコーダ７１から出力されるチップセレクト信号ＣＳ０とＣＳ３、それに前述のメモリマッピング制御信号ＴＣを入力とし、メモリチップ６０と６３のチップセレクト信号を作る。デコーダ７１からのチップセレクト信号ＣＳ１とＣＳ２は直接に、メモリチップ６１と６２にそれぞれ印加される。
【００４２】
▲１▼外部モードの場合
ワンチップ・マイコン１の外部モード動作中は、後述のようにモード切替制御回路８からのメモリマッピング制御信号ＴＣは“１”に保たれている。この外部モードにおいて、アドレスバス上のアドレス信号が前記基本空間を指示するとき、Ａ（ｎ）＝“０”かつＡ（ｎ−１）＝“０”であり、このときチップセレクト信号ＣＳ０が“１”となり、その“１”信号がゲートＧ１およびＧ２を通過してメモリチップ６０に印加され、従ってメモリチップ６０がアクセスされる。つまりＣＰＵアドレス空間の前記基本空間にメモリチップ６０が配置される。
Ａ（ｎ）＝“０”かつＡ（ｎ−１）＝“１”であればチップセレクト信号ＣＳ１が“１”となり、メモリチップ６１がアクセスされる。
Ａ（ｎ）＝“１”かつＡ（ｎ−１）＝“０”であればチップセレクト信号ＣＳ２が“１”となり、メモリチップ６２がアクセスされる。
Ａ（ｎ）＝“１”かつＡ（ｎ−１）＝“１”であればチップセレクト信号ＣＳ３が“１”となり、その“１”信号がゲートＧ４を通過して（ゲートＧ３は不通過）メモリチップ６３に印加され、従ってメモリチップ６３がアクセスされる。
【００４３】
▲２▼内部モードの場合
ワンチップ・マイコン１の内部モード動作中は、後述のようにモード切替制御回路８からのメモリマッピング制御信号ＴＣは“０”に保たれている。前述したように内部モードではワンチップ・マイコン１の内蔵ＲＯＭ３がＣＰＵアドレス空間に配置され、アドレスバス上のアドレス信号が前記基本空間を指示するとき、内蔵ＲＯＭ３がアクセスされ、外部データバスは無効となる。つまり基本空間は外部に解放されない。ただし外部アドレスバス上ではＡ（ｎ）＝“０”かつＡ（ｎ−１）＝“０”となったときにチップセレクト信号ＣＳ０が“１”となるが、その“１”信号はゲートＧ１を通過しないので、４個のメモリチップ６０〜６３のいずれもアクセスされない。
Ａ（ｎ）＝“０”かつＡ（ｎ−１）＝“１”であればチップセレクト信号ＣＳ１が“１”となり、メモリチップ６１がアクセスされる。
Ａ（ｎ）＝“１”かつＡ（ｎ−１）＝“０”であればチップセレクト信号ＣＳ２が“１”となり、メモリチップ６２がアクセスされる。
Ａ（ｎ）＝“１”かつＡ（ｎ−１）＝“１”であればチップセレクト信号ＣＳ３が“１”となり、その“１”信号がゲートＧ３を通過して（ゲートＧ４は不通過）メモリチップ６０に印加され、従ってメモリチップ６０がアクセスされる。つまり、外部モードでは前記基本空間に配置されていたメモリチップ６０が、内部モードではＡ（ｎ）＝“１”かつＡ（ｎ−１）＝“１”となる別の領域に配置され、メモリチップ６３は無効になる（使用されない）。
【００４４】
以上のように、内蔵ＲＯＭ３が無効になる外部モードでは、アドレス信号の上位２ビットＡ（ｎ）とＡ（ｎ−１）が共に“０”であるアドレス空間上の基本空間にメモリチップ６０が配置される。そして内部モードでは前記基本空間に内蔵ＲＯＭ３が配置される。また、外部モードのときには基本空間に配置される前記メモリチップ６０が、内部モードになるとＡ（ｎ）＝“１”かつＡ（ｎ−１）＝“１”である別の領域（基本空間以外）に配置される。
【００４５】
［モード切替制御回路８の具体例］
図３にモード切替制御回路８の構成例を示している。ワンチップ・マイコン１に対する前記モード選択信号ＭＳはラッチ回路８１から出力され、メモリマッピング変換回路７に対する前記制御信号ＴＣはラッチ回路８２から出力される。この実施例ではモード選択信号ＭＳおよびメモリマッピング制御信号ＴＣをいずれも１ビットの信号として説明するが、後述するように、これらの信号が複数ビットからなる場合もある。
【００４６】
ワンチップ・マイコン１が所定の命令を実行することにより、レジスタ８３およびレジスタ８４に任意の信号が書き込まれる。同様に、ワンチップ・マイコン１が所定の命令を実行してリセット要求信号ＲＲＱを出力することにより、フリップフロップ８５がセットされる。なお、フリップフロップ８５はリセット要求信号ＲＲＱの立上がりエッジでセットされる。フリップフロップ８５のＱ出力が“１”に立上がると、レジスタ８３の出力がラッチ回路８１にラッチされ、レジスタ８４の出力がラッチ回路８２にラッチされる。
【００４７】
▲１▼電源投入時のリセットおよび強制リセット
前記パワーオン検出回路１１またはリセットスイッチ１２からマスターリセット信号ＭＲＳが発生したとき、モード指定スイッチ９の設定状態に応じてラッチ回路８１と８２がセットまたはリセットされるとともに（スイッチ９が“外部モード”になっていればセットされ、“内部モード”になっていればリセットされる）、オア・ゲート８８を通じてフリップフロップ８５がリセットされ、さらにオア・ゲート８９を通じてワンチップ・マイコン１がリセットされる。
【００４８】
モード指定スイッチ９が“内部モード”になっているとラッチ回路８１、８２がリセットされて、モード選択信号ＭＳおよびメモリマッピング制御信号ＴＣが共に“０”である。従ってリセット信号ＲＥＳが“０”に戻ると、ワンチップ・マイコン１は内部モードで起動され、外部メモリ６における前記メモリチップ６０が基本空間以外に配置される（メモリチップ６３が無効になる）。この状態で内蔵ＲＯＭ３のプログラムが実行されることになる。
【００４９】
モード指定スイッチ９が“外部モード”になっているとラッチ回路８１、８２がセットされて、モード選択信号ＭＳおよびメモリマッピング制御信号ＴＣが共に“１”である。従ってリセット信号ＲＥＳが“０”に戻ると、ワンチップ・マイコン１は外部モードで起動され、外部メモリ６における前記メモリチップ６０が前記基本空間に配置され（内蔵ＲＯＭ３が無効になる）、このメモリチップ６０に書き込まれているプログラムが０番地から実行される。
【００５０】
▲２▼自動モード切替とリセット
ワンチップ・マイコン１はつぎのような手順で自らをリセットして外部モードで再起動することができる。まず、モード切替制御回路８におけるレジスタ８３およびレジスタ８４にそれぞれデータ“１”を書き込み、その後モード切替制御回路８に対するリセット要求信号ＲＲＱを“１”にする。
【００５１】
すると、リセット要求信号ＲＲＱの立上がりエッジでフリップフロップ８５がセットされ、そのＱ出力が“１”に反転する。フリップフロップ８５のＱ出力が“１”に立上がるのに応動し、レジスタ８３の“１”信号がラッチ回路８１に読み込まれるとともに、レジスタ８４の“１”信号がラッチ回路８２に読み込まれる。従って、モード選択信号ＭＳが“１”になるとともに、メモリマッピング制御信号ＴＣが“１”になる。さらに同時に、フリップフロップ８５のＱ出力が “１”に立上がるのに応動してタイマ回路８６がトリガされ、その後の一定時間だけタイマ回路８６の出力が“１”になる。このタイマ回路８６の“１”出力がオア・ゲート８９を介してワンチップ・マイコン１に対するリセット信号ＲＥＳとなる。
【００５２】
つまり、リセット信号ＲＥＳが一定時間“１”となってワンチップ・マイコン１がリセットされ、そのときモード選択信号ＭＳが“１”になっているので外部モードで起動され、また同時にメモリマッピング制御信号ＴＣが“１”になっているので前記メモリチップ６０が前記基本空間に配置される。従ってメモリチップ６０に書き込まれているプログラムが０番地から実行される。なお図３において、タイマ回路８６の出力が“０”に戻ってからフリップフロップ８５がリセットされるように、ディレイ回路８７が設けられている。
【００５３】
なお、外部モードで動作するワンチップ・マイコン１がレジスタ８３と８４にデータ“０”を書き込んでからリセット要求信号ＲＲＱを“１”にすれば、ワンチップ・マイコン１はリセットされて内部モードで起動される。この実施例ではモード選択信号ＭＳを１ビットとし、この信号で内部モードと外部モードとを切り替えているが、ワンチップ・マイコンの機種によってはさらに多くの動作モードを有するものがあり、その場合はモード選択信号は複数ビットとなるので、ラッチ回路８１およびレジスタ８３をそれに合せて複数ビットにすることもある。また、３種類以上のモードに合せてメモリマッピング変換回路７の動作も３種類以上に切り替える場合は、メモリマッピング制御信号ＴＣも複数ビットとなり、従ってラッチ回路８２およびレジスタ８４を複数ビットにすることがある。
【００５４】
［内蔵ＲＯＭ３に格納するシステム・プログラムの具体例］
以上が図１〜図３に示したコンピュータ装置のハードウェア構成の詳細である。つぎにこのコンピュータ装置の利用方法の基本形態を具体例をあげて説明する。図４のフローチャートには内蔵ＲＯＭ３に格納するシステム・プログラムの一例の概要を示している。
【００５５】
前述したように、モード指定スイッチ９を“内部モード”にして当該コンピュータ装置に電源を投入すると、ワンチップ・マイコン１は内部モードで起動され、内蔵ＲＯＭ３のシステム・プログラムが実行される。図４に示すように、まず必要なイニシャライズ・ルーチン４０１が実行される。つぎにステップ４０２に進み、ホストコンピュータ１３からなんらかの指令が入力されていないかをチェックする。ホストコンピュータ１３からの指令入力がなければ他の処理を実行する（ステップ４０３）。ホストコンピュータ１３からの指令入力があれば、それを解析してユーザ・プログラムの転送の指令かその他の指令かを調べ（ステップ４０４）、その他の指令であればそれに応じた処理を実行する（ステップ４０５）。
【００５６】
ホストコンピュータ１３からユーザ・プログラムの転送の指令が来ている場合はステップ４０６に進み、ホストコンピュータ１３と交信し、ホストコンピュータ１３から順次送信されてくるユーザ・プログラムを受け取って外部メモリ６に順次書き込む。このとき特に注意を要するのは、ユーザ・プログラムの先頭命令を外部メモリ６の前記特定の物理領域（メモリチップ６０）の先頭位置にセットするように設定しておくことである。また、ユーザ・プログラムは先頭命令を０番地に合わせたアブソリュート形式で作成しておく。
【００５７】
ユーザ・プログラムをすべて外部メモリ６に転送したならば、ステップ４０７からステップ４０８→４０９と進み、前述したように、モード切替制御回路８のレジスタ８３と８４にデータ“１”を書き込み、つぎにリセット要求信号ＲＲＱを“１”にする。するとワンチップ・マイコン１がリセットされて外部モードで起動される。同時にメモリマッピング変換回路７の動作も切り替わり、外部メモリ６の前記特定の物理領域（メモリチップ６０）が前記基本空間に配置される。ワンチップ・マイコン１はまず基本空間の０番地をアクセスするので、メモリチップ６０の先頭位置をアクセスすることになる。この位置には前記ユーザ・プログラムの先頭命令がセットされているので、先頭命令を０番地に合わせたアブソリュート形式のユーザ・プログラムが正しく実行されることになる。この後のワンチップ・マイコン１の動作はユーザ・プログラムの内容に従う。
【００５８】
［ユーザ・プログラムを外部メモリ６に転送した後の動作］
外部メモリ６は不揮発性なので、ここに転送したユーザ・プログラムはいったん電源を切ってからでも繰り返し実行できる。その場合はモード指定スイッチ９を“外部モード”にしておく。そうすれば電源投入時に外部モードで起動され、外部メモリ６上のユーザ・プログラムが実行される。
【００５９】
またモード指定スイッチ９を“内部モード”に切り替えてからリセットして再起動すれば、内蔵ＲＯＭ３のシステム・プログラムの実行動作に復帰することになる。あるいは、外部メモリ６上のユーザ・プログラム中にワンチップ・マイコン１自身をリセットして内部モードで再起動するルーチンを設定しておいても、内蔵ＲＯＭ３のシステム・プログラムの実行動作に復帰できる。システム・プログラムに復帰した状態では、随時、ホストコンピュータ１３から供給するユーザ・プログラムで外部メモリ６を書き換えて、その新しいユーザ・プログラムを実行できる。
【００６０】
もちろん、ユーザ・プログラムにもホストコンピュータ１３と通信する機能を組み込んでおき、ホストからの命令により一度内部モードに切り替えてから、それまで実行されていたユーザ・プログラムを書き換え、もう一度外部モードに戻って新たなユーザ・プログラムを実行するシステムも容易に実現できる。つまりこのシステムは、ホストコンピュータ１３からのリモート命令により、随時ユーザ・プログラムをダウンロードして実行するシステムであり、実行するプログラムを随時オンラインで変更できることになる。
【００６１】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明の超小型コンピュータ装置によれば、ワンチップ・マイコンの電源投入リセット時に起動される内蔵ＲＯＭのプログラムをシステム・プログラムとし、そのシステム・プログラムの管理下で、ホストコンピュータから外部メモリに任意のユーザ・プログラムを転送して実行するシステムを構築し、しかも前記ユーザ・プログラムとして、先頭命令を始動アドレスに合せたアブソリュート形式のプログラム、すなわち当該ワンチップ・マイコン専用の既存の開発ツールで作成したプログラムをそのまま利用できる。
【００６２】
つまり、プログラムをＲＯＭに固定化するというワンチップ・マイコンの通常の使用形態に合せてつくられている開発ツールにはまったく手を加えずに、そのような開発ツールで作成された通常の形式の各種プログラムを、ホストコンピュータとワンチップ・マイコンとのデータ伝送機能によりワンチップ・マイコンの主記憶に受け渡して実行させるという画期的なシステムが本発明によって実現できる。
【００６３】
これにより、豊富な周辺回路を含んだ超小型で安価なワンチップ・マイコンをパソコンのような環境で動作させ、特定用途向けのコントローラとしてだけではなく、さまざまな応用システムとして活用することができる。
【００６４】
なお、前記のワンチップ・マイコンと外部メモリとメモリマッピング変換回路とモード切替制御回路とを小さな配線基板に実装し、この配線基板に対して前記ホストコンピュータや他の周辺機器を接続する構成とすれば、きわめて汎用性の高い超小型のコンピュータ装置を実現できる。
【００６５】
また、ワンチップ・マイコンの内蔵ＲＯＭにあらかじめシステム・プログラムを固定記憶しておき、そのシステム・プログラムにより、前記ホストコンピュータから伝送されてくるユーザ・プログラムを前記外部メモリの前記特定の物理領域を含む領域に書き込んでから前記モード切替制御回路に対してリセット要求信号を発する機能を持たせておけば、ユーザは利用目的に合せて試作・作成したユーザ・プログラムを一般的なパソコン（ホストコンピュータ）から当該コンピュータ装置に転送するだけで、ユーザ・プログラムを次々と書き換えと動作試験を行えるし、動作試験が完成すれば当該コンピュータ装置がそのまま実機となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施例による超小型コンピュータ装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】図１におけるメモリマッピング変換回路７の構成例を示すブロック図である。
【図３】図１におけるモード切替制御回路８の構成例を示すブロック図である。
【図４】図１における内蔵ＲＯＭ３に格納するシステム・プログラムの構成例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ワンチップ・マイコン
３内蔵ＲＯＭ
６外部メモリ
７メモリマッピング変換回路
８モード切替制御回路
９モード指定スイッチ
ＭＲＳマスターリセット信号
ＲＥＳリセット信号
ＭＳモード選択信号
ＴＣメモリマッピング制御信号
３０外部ＲＯＭ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an ultra-compact computer device configured by adding a simple circuit to a one-chip microcomputer (abbreviated as a microcomputer for short), and in particular, it is highly versatile so that a user can freely change an application program in a mounted state. The present invention relates to a computer device capable of constructing a system.
[0002]
[Prior art]
[Overview of one-chip microcomputer architecture]
A basic one-chip microcomputer is a circuit in which a CPU (central processing unit), memory (ROM and RAM), and I / O (input / output unit) are stored in a single LSI. It is incorporated in OA equipment, industrial equipment, automobiles, etc., and is very active as a controller. Since the functions to be incorporated in the one-chip microcomputer differ depending on the application, the characteristics for specific applications are strong, and various types of one-chip microcomputers for control are made according to various applications. On the other hand, a high-performance CPU core with high versatility combines memory and general-purpose I / O and peripheral circuits into a single chip, and the system can be expanded with external memory and external I / O. A functional one-chip microcomputer has also been made.
[0003]
In any type of one-chip microcomputer, general-purpose such as parallel I / O, serial I / O, input port with comparator, counter / timer, A / D converter, DMA controller, interrupt controller, bus controller, etc. In addition to circuit functions, it is the greatest feature that peripheral circuit functions for specific applications such as PWM controller, stepping motor controller, liquid crystal display controller, DTMF circuit, etc. are incorporated in one chip together with CPU and memory as required It is. Compared to a board computer in which a CPU chip, a memory chip, and a plurality of peripheral circuit chips are combined on a wiring board, a one-chip microcomputer can realize a much smaller and lower-priced device. This is the greatest advantage of using a one-chip microcomputer.
[0004]
[One-chip microcomputer program memory]
The program of the one-chip microcomputer is normally stored in a built-in ROM (program memory) housed in the same chip as the CPU, and the programs in the ROM are executed in order from the start address when the power is turned on. One-chip microcomputers built into mass-produced products such as consumer devices are mask ROM built-in types, and development-evaluated programs are fixed in the form of mask ROMs at the time of chip manufacture.
[0005]
On the other hand, since the program ROM needs to be written and erased at the development evaluation stage, the built-in EPROM type (one-chip microcomputer capable of erasing and writing the built-in ROM) or the ROM-less type (excluding the built-in ROM and replacing with an external ROM Using a one-chip microcomputer). In the case of small-quantity products, a one-chip microcomputer with a built-in EPROM or a ROM-less type is used as the final product without using a mask ROM.
[0006]
In many cases, one-chip microcomputer suppliers provide EPROM built-in type or ROMless type products as series products attached to the mask ROM built-in type. Regardless of whether the program memory is internal or external, the start address of the program memory is accessed at power-on reset, and the program is executed from the head instruction there.
[0007]
[Internal mode and external mode of one-chip microcomputer]
In high-function one-chip microcomputers that can expand the main memory to the outside, there are models that can be switched to an operation mode called external mode in addition to the normal operation mode (called internal mode) that executes the program in the built-in ROM at startup (For example, H8 / 534, H8 / 536 manufactured by Hitachi, Ltd.). When the external mode is selected, the internal ROM is disabled, and the address space allocated to the internal ROM in the internal mode is also released to the external memory. In other words, when starting in the external mode, the start address of the external program memory is accessed and the program is executed from the head instruction there, as in the ROM-less type. Therefore, the program can be developed and evaluated in the external mode, and when the program is completed, it can be fixed in the built-in ROM and operated in the internal mode.
[0008]
[One-chip microcomputer software development environment]
Programming is performed using an assembler language or a compiler language, and a source program is converted into an object program for each model by a cross assembler or compiler operating on a general personal computer. Testing and debugging of the developed program is performed using an evaluation kit, a simulation debugger, an ICE (in-circuit emulator), a high-level language debugger, etc. under the control of the host computer (personal computer). Such development tools are provided by manufacturers for each type of one-chip microcomputer.
[0009]
Unlike the development of application programs for personal computers incorporating an operating system such as MS-DOS, in the case of a one-chip microcomputer, the main program is a logically continuous form from the first instruction executed at power-on reset. The whole will be created. Of course, a main program is developed using a lot of relocatable subroutines, but finally each routine is linked by a cross assembler or compiler, and an absolute main that matches the start instruction with the start address of the program memory. A program is created.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
[Object of invention]
The basic object of the present invention is not to mount an ultra-compact and inexpensive one-chip microcomputer including abundant peripheral circuits on application equipment and fix the program as needed. Is rewritable at any time. In addition, when rewriting the program, a general personal computer is connected to the one-chip microcomputer as a host computer, and the program is transferred from the host computer to the one-chip microcomputer by the data transmission function. It is also important to increase the expandability of the program memory.
[0011]
Furthermore, what is particularly important for the above purpose is to make the above-mentioned absolute main program created by the existing development tool dedicated to the one-chip microcomputer to be used as the user program as it is. It is. This is the essential purpose of the present invention.
[0012]
[Similar system that can be realized by conventional methods]
The basic object described above can be easily realized in the following form as an extension of the general usage of a one-chip microcomputer.
[0013]
First, as hardware, a high-function one-chip microcomputer that can expand memory and I / O externally is used, and the main memory is expanded by adding an external memory of a corresponding capacity (external main memory) Is called external memory). A non-volatile and large-capacity flash memory is used as an external memory as required.
[0014]
Also, a system program having a function like a so-called operating system (OS) is stored in the built-in ROM of the one-chip microcomputer. The OS function here refers to data transmission with a host computer (general personal computer) coupled by a predetermined interface, and writing a user program transferred from the host computer to the external memory, and then external memory. It is a function to jump to the user program above. This function is called a user program receiver.
[0015]
In the above configuration, when the one-chip microcomputer device is connected to a host computer and the one-chip microcomputer device is turned on, the system program in the built-in ROM is executed from the start address (address 0). First, the necessary initialization routine is executed. Thereafter, the user program receiver is executed in response to a command signal from the host computer, and the user program sent from the host computer is written into the external memory. Thereafter, the program jumps to the user program on the external memory after waiting for an automatic or external command signal. Thus, the user program is executed. The user program has a function of returning to the system program in a timely manner.
[0016]
[Problems of similar systems using conventional technology]
In the conventional system having the above-described configuration, the built-in ROM is arranged in a certain area continuous from address 0 (starting address) in the CPU address space, and the system program is stored in the ROM (the system program). The top instruction is set to address 0). Of course, the location in the CPU address space of the user program written to the external memory by the execution of the user program receiver in this system program is not the system program storage area (internal ROM area) but the external extension area. (External memory area). That is, the user program is written after address x of the external extension area, and the user program is executed by jumping to the head instruction set at address x.
[0017]
Therefore, the user program is created in a relocatable format in which the position in the main memory is not specified, instead of the absolute format in which the top instruction is aligned with the 0 address, or the user program starts at a specific x address different from the 0 address. It must be created in absolute form with instructions. This means that a user program created with a dedicated development tool prepared for each model of one-chip microcomputer cannot be used as it is.
[0018]
As described above, a program created by a development tool dedicated to each one-chip microcomputer is in an absolute format in which the first instruction is aligned with address 0. Even if this program is executed after address x, it does not operate normally.
[0019]
It is of course possible to create an arbitrary user program that operates normally after an arbitrary address x. However, programs created with the development tools dedicated to each one-chip microcomputer supplied by the manufacturer cannot be used as they are. If you intend to use it, you need to modify all the address related information in the program. It is very difficult to do this accurately, requires a lot of work time, and is not realistic at all. In addition, if the development tool is modified or newly created, a program that can be operated normally at any address x can be created. However, one user of a one-chip microcomputer creates the development tool itself. Not realistic.
[0020]
Furthermore, in the conventional system, it is not possible to create a library of one-chip microcomputer programs that have been created with existing development tools and have been used, and reuse them as user programs for the same reasons as described above. It is.
[0021]
[The essential purpose of the invention]
An object of the present invention is to overcome the above-mentioned problems of the conventional system. In other words, the program in the built-in ROM that is activated at the time of power-on reset of the one-chip microcomputer is used as the system program, and the user program transferred from the host computer is transmitted to the host computer under the control of the system program. It is a system that writes to the external memory and executes it, and the user program is created with an absolute program with the first instruction set to address 0 (starting address), that is, with an existing development tool dedicated to the one-chip microcomputer Make the program available. This is the essential purpose of the present invention.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
An ultra-compact computer device according to the present invention includes a one-chip microcomputer in which a CPU, a memory, an I / O, etc. are housed in one chip, and an extended main memory connected to the one-chip microcomputer through a memory mapping conversion circuit. An external memory and a mode switching control circuit for generating a mode selection signal and a reset signal for the one-chip microcomputer and for generating a control signal for the memory mapping conversion circuit, and the following requirements (1) to (6) It is provided with ▼.
[0023]
(1) When the internal mode is selected at reset, the one-chip microcomputer executes the program stored in the built-in ROM from the start address, and when the external mode is selected at reset, the built-in ROM In the internal mode, the basic space occupied by the built-in ROM in the CPU address space is also released to the external memory, and a program stored in an area arranged in the basic space in the external memory is stored. It is executed from the start address.
[0024]
(2) The mode switching control circuit resets the one-chip microcomputer in response to a power-on reset signal and a forced reset signal, and at that time, either the internal mode or the external mode specified by the mode instruction input signal. Start in any mode.
[0025]
(3) The mode switching control circuit is responsive to a reset request signal from the one-chip microcomputer operating in the internal mode, and resets the one-chip microcomputer to start in the external mode.
[0026]
(4) The mode switching control circuit switches the control signal of the memory mapping conversion circuit in conjunction with whether the one-chip microcomputer is started in the internal mode or the external mode, and the memory mapping conversion is performed by this control signal. The operation of the circuit is switched, and in the external mode, a specific physical area of the external memory arranged in the basic space is arranged outside the basic space in the internal mode.
[0027]
(5) In the external mode, a specific physical area of the external memory arranged in the basic space is an electrically rewritable EEPROM.
[0028]
(6) The one-chip microcomputer is capable of data transmission with an external host computer coupled with a predetermined interface.
[0029]
When the computer device having the above requirements is first turned on, the one-chip microcomputer is activated in an internal mode, and a program (referred to as a system program) stored in the built-in ROM has a start address ( This is executed from address 0). The system program has a function of writing a user program transmitted from the host computer to an area including the specific physical area of the external memory and then issuing a reset request signal to the mode switching control circuit. (This function is called a user program receiver here.) The host computer that provides the user program is connected to the computer device as necessary, and the user program receiver is executed by an instruction from the host computer.
[0030]
By executing the user program receiver, the user program from the host computer is written to the area including the specific physical area of the external memory, and then the one-chip microcomputer is reset and started in the external mode, and at the same time, The operation of the memory mapping conversion circuit is switched. Then, the specific physical area of the external memory is arranged in the basic space of the CPU address space (the space occupied by the built-in ROM in the internal mode), and the starting address (address 0 for convenience) at the end of the basic space. In other words, the head position of a specific physical area in the external memory is accessed, and the program is executed from the instruction there. That is, in the external mode, the first instruction of the user program set at address 0 of the external memory is first executed.
[0031]
Since at least the specific physical area in the external memory is an electrically rewritable EEPROM, the user program transferred here does not disappear even when the computer apparatus is turned off. Therefore, the user program in the external memory can be executed any number of times by specifying the external mode with the mode instruction input signal and restarting. If the internal mode is designated by the mode instruction input signal and the system is restarted, the system program of the built-in ROM is returned to the execution operation. Even if a routine for resetting the one-chip microcomputer itself and restarting in the internal mode is set in the user program in the external memory, it is possible to return to the system program execution operation.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[One-chip microcomputer in the embodiment of FIG. 1]
FIG. 1 shows an overall schematic configuration of a computer apparatus according to the first invention. In the first invention, an internal mode / external mode switching type one-chip microcomputer 1 is used (for example, H8 / 534, H8 / 536 manufactured by Hitachi, Ltd.). The one-chip microcomputer 1 includes various peripheral circuits (not shown) such as an interrupt controller, a timer / counter, and an A / D converter in addition to the CPU 2, ROM 3, RAM 4, and various I / O circuits 5. Built in one chip. When the reset signal RES applied to the one-chip microcomputer 1 becomes “1” for a predetermined time or more, the microcomputer 1 is reset. If the mode selection signal MS is “0” at the time of reset, the microcomputer 1 is in the internal mode. If the mode selection signal MS is “1” at the time of resetting, the microcomputer 1 is started up in the external mode.
[0033]
In the internal mode, the built-in ROM 3 serves as a program memory. That is, the ROM 3 is arranged in a fixed area (this is called a basic space) from the address 0 (starting address) of the CPU address space, and the address 0 of the ROM 3 is first accessed at the time of activation, and the program execution operation is started. . A predetermined area of the CPU address space is assigned to the internal RAM 4 and the I / O circuit 5 which are data memories (referred to as an internal RAM space and an I / O space, respectively). The CPU address space other than the basic space, the built-in RAM space, and the I / O space is released to an external memory connected to the external bus. This space is called an external expansion space.
[0034]
In the external mode, the internal ROM 3 is disabled (not used), and the basic space in the CPU address space is also released to the external memory. Accordingly, when the external mode is activated, address 0 of the external memory is first accessed and the program execution operation is started. The internal RAM space and the I / O space mapping are the same as in the internal mode.
[0035]
[Overall Configuration of Computer Device in FIG. 1]
An external memory 6 as an extended main memory is connected to the external bus of the one-chip microcomputer 1 having the above specifications. However, the memory mapping conversion circuit 7 is interposed in the address input of the external memory 6. A mode switching control circuit 8 is connected to the external bus of the one-chip microcomputer 1.
[0036]
The mode switching control circuit 8 generates a reset signal RES and a mode selection signal MS for the one-chip microcomputer 1 and also generates a control signal TC for the memory mapping conversion circuit 7. A master reset signal MRS from the power-on detection circuit 11 and the reset switch 12 that detects power-on of the computer device is input to the mode switching control circuit 8. There is also a mode designation switch 9 for arbitrarily designating whether the one-chip microcomputer 1 is activated in the internal mode or the external mode at the time of reset by the master reset signal MRS. A signal is input to the mode switching control circuit 8.
[0037]
A general personal computer as the host computer 13 can be coupled to the serial communication interface of the one-chip microcomputer 1. As will be described in detail below, an arbitrary user program is transferred from the host computer 13 to the one-chip microcomputer 1 to be executed.
[0038]
The above is the basic system configuration of the computer device of the present invention. However, in order to configure an application system that meets the purpose, peripheral devices as required such as sensors, actuators, keyboards, displays, etc. are provided as I / O ports. Or connected to an external bus. As a specific form of this computer apparatus, the one-chip microcomputer 1, external memory 6, memory mapping conversion circuit 7, and mode switching control circuit 8 of FIG. The computer 13 and sensors, actuators, or peripheral devices such as a keyboard and a display are connected. In this way, the versatility of the computer device becomes extremely high and can be used for various purposes and purposes. Note that the memory mapping conversion circuit 7 and the mode switching control circuit 8 which will be described in detail next are configured by one custom IC, and therefore the computer apparatus can be miniaturized.
[0039]
[Specific Examples of External Memory 6 and Memory Mapping Conversion Circuit 7]
A configuration example of this portion is shown in FIG. Here, for easy understanding, it is assumed that the external memory 6 is composed of four memory chips 60, 61, 62, 63 having a constant capacity, and the upper 2 bits A of the external address bus of the one-chip microcomputer 1 A chip select signal for selectively activating the four memory chips 60 to 63 is created by (n) and A (n-1), and lower bit address signals A (n-2) to A (0) are generated. It inputs in common to each memory chip 60-63.
[0040]
The four memory chips 60 to 63 are formed of an EEPROM generally called a flash memory. That is, in this embodiment, the external memory 6 is described as being all non-volatile, but the present invention is not limited to this configuration, and a part of the external memory 6 may be a normal volatile RAM.
[0041]
The memory mapping conversion circuit 7 includes an address decoder 71 and four logic gates G1 to G4. The address decoder 71 decodes the upper 2 bits A (n) and A (n−1) of the address signal, and alternatively sets the chip select signals CS0, CS1, CS2, and CS3 to “1”. The four logic gates G1 to G4 receive the chip select signals CS0 and CS3 output from the decoder 71 and the above-described memory mapping control signal TC, and generate chip select signals for the memory chips 60 and 63. Chip select signals CS1 and CS2 from the decoder 71 are directly applied to the memory chips 61 and 62, respectively.
[0042]
(1) External mode
During the external mode operation of the one-chip microcomputer 1, the memory mapping control signal TC from the mode switching control circuit 8 is kept at "1" as will be described later. In this external mode, when the address signal on the address bus indicates the basic space, A (n) = “0” and A (n−1) = “0”. At this time, the chip select signal CS0 is “ 1 ", and the" 1 "signal passes through the gates G1 and G2 and is applied to the memory chip 60, so that the memory chip 60 is accessed. That is, the memory chip 60 is arranged in the basic space of the CPU address space.
If A (n) = “0” and A (n−1) = “1”, the chip select signal CS1 becomes “1” and the memory chip 61 is accessed.
If A (n) = “1” and A (n−1) = “0”, the chip select signal CS2 becomes “1” and the memory chip 62 is accessed.
If A (n) = “1” and A (n−1) = “1”, the chip select signal CS3 becomes “1”, and the “1” signal passes through the gate G4 (the gate G3 does not pass). ) Is applied to the memory chip 63, and thus the memory chip 63 is accessed.
[0043]
(2) In internal mode
During the internal mode operation of the one-chip microcomputer 1, the memory mapping control signal TC from the mode switching control circuit 8 is maintained at “0” as will be described later. As described above, in the internal mode, the built-in ROM 3 of the one-chip microcomputer 1 is arranged in the CPU address space, and when the address signal on the address bus indicates the basic space, the built-in ROM 3 is accessed and the external data bus is invalid. Become. That is, the basic space is not released to the outside. However, on the external address bus, when A (n) = “0” and A (n−1) = “0”, the chip select signal CS0 becomes “1”, but the “1” signal is the gate G1. Therefore, none of the four memory chips 60 to 63 is accessed.
If A (n) = “0” and A (n−1) = “1”, the chip select signal CS1 becomes “1” and the memory chip 61 is accessed.
If A (n) = “1” and A (n−1) = “0”, the chip select signal CS2 becomes “1” and the memory chip 62 is accessed.
If A (n) = “1” and A (n−1) = “1”, the chip select signal CS3 becomes “1”, and the “1” signal passes through the gate G3 (the gate G4 does not pass). ) Applied to the memory chip 60, so that the memory chip 60 is accessed. That is, the memory chip 60 arranged in the basic space in the external mode is arranged in another area where A (n) = “1” and A (n−1) = “1” in the internal mode, The chip 63 becomes invalid (not used).
[0044]
As described above, in the external mode in which the built-in ROM 3 is disabled, the memory chip 60 is placed in the basic space on the address space in which the upper 2 bits A (n) and A (n−1) of the address signal are both “0”. Be placed. In the internal mode, the built-in ROM 3 is arranged in the basic space. In the external mode, when the memory chip 60 arranged in the basic space is in the internal mode, another area (other than the basic space) in which A (n) = “1” and A (n−1) = “1” is set. ).
[0045]
[Specific Example of Mode Switching Control Circuit 8]
FIG. 3 shows a configuration example of the mode switching control circuit 8. The mode selection signal MS for the one-chip microcomputer 1 is output from the latch circuit 81, and the control signal TC for the memory mapping conversion circuit 7 is output from the latch circuit 82. In this embodiment, the mode selection signal MS and the memory mapping control signal TC are both described as 1-bit signals. However, as will be described later, these signals may be composed of a plurality of bits.
[0046]
When the one-chip microcomputer 1 executes a predetermined instruction, an arbitrary signal is written in the register 83 and the register 84. Similarly, when the one-chip microcomputer 1 executes a predetermined instruction and outputs a reset request signal RRQ, the flip-flop 85 is set. The flip-flop 85 is set at the rising edge of the reset request signal RRQ. When the Q output of the flip-flop 85 rises to “1”, the output of the register 83 is latched in the latch circuit 81 and the output of the register 84 is latched in the latch circuit 82.
[0047]
(1) Reset at power-on and forced reset
When the master reset signal MRS is generated from the power-on detection circuit 11 or the reset switch 12, the latch circuits 81 and 82 are set or reset according to the setting state of the mode specifying switch 9 (the switch 9 is in the “external mode”). The flip-flop 85 is reset through the OR gate 88, and the one-chip microcomputer 1 is reset through the OR gate 89.
[0048]
When the mode designation switch 9 is in the “internal mode”, the latch circuits 81 and 82 are reset, and both the mode selection signal MS and the memory mapping control signal TC are “0”. Therefore, when the reset signal RES returns to “0”, the one-chip microcomputer 1 is activated in the internal mode, and the memory chip 60 in the external memory 6 is arranged outside the basic space (the memory chip 63 becomes invalid). In this state, the program in the built-in ROM 3 is executed.
[0049]
When the mode designation switch 9 is in the “external mode”, the latch circuits 81 and 82 are set, and both the mode selection signal MS and the memory mapping control signal TC are “1”. Therefore, when the reset signal RES returns to “0”, the one-chip microcomputer 1 is activated in the external mode, and the memory chip 60 in the external memory 6 is placed in the basic space (the built-in ROM 3 is disabled). The program written in the chip 60 is executed from address 0.
[0050]
(2) Automatic mode switching and reset
The one-chip microcomputer 1 can reset itself and restart in the external mode by the following procedure. First, data “1” is written to each of the register 83 and the register 84 in the mode switching control circuit 8, and then the reset request signal RRQ for the mode switching control circuit 8 is set to “1”.
[0051]
Then, the flip-flop 85 is set at the rising edge of the reset request signal RRQ, and its Q output is inverted to “1”. In response to the Q output of the flip-flop 85 rising to “1”, the “1” signal of the register 83 is read into the latch circuit 81 and the “1” signal of the register 84 is read into the latch circuit 82. Therefore, the mode selection signal MS becomes “1” and the memory mapping control signal TC becomes “1”. At the same time, the timer circuit 86 is triggered in response to the Q output of the flip-flop 85 rising to “1”, and the output of the timer circuit 86 becomes “1” for a certain period thereafter. The “1” output of the timer circuit 86 becomes a reset signal RES for the one-chip microcomputer 1 via the OR gate 89.
[0052]
That is, the reset signal RES is set to “1” for a certain time, and the one-chip microcomputer 1 is reset. At that time, the mode selection signal MS is set to “1”, so that the external mode is activated and at the same time, Since TC is “1”, the memory chip 60 is arranged in the basic space. Therefore, the program written in the memory chip 60 is executed from address 0. In FIG. 3, a delay circuit 87 is provided so that the flip-flop 85 is reset after the output of the timer circuit 86 returns to “0”.
[0053]
If the one-chip microcomputer 1 operating in the external mode writes data “0” to the registers 83 and 84 and then sets the reset request signal RRQ to “1”, the one-chip microcomputer 1 is reset and in the internal mode. It is activated. In this embodiment, the mode selection signal MS is set to 1 bit, and the internal mode and the external mode are switched by this signal. However, depending on the type of the one-chip microcomputer, there are more operation modes. Since the mode selection signal has a plurality of bits, the latch circuit 81 and the register 83 may be set to a plurality of bits in accordance therewith. In addition, when the operation of the memory mapping conversion circuit 7 is switched to three or more types in accordance with three or more modes, the memory mapping control signal TC also has a plurality of bits. is there.
[0054]
[Specific example of system program stored in internal ROM 3]
The above is the details of the hardware configuration of the computer apparatus shown in FIGS. Next, the basic form of the method of using the computer apparatus will be described with a specific example. The flowchart of FIG. 4 shows an outline of an example of a system program stored in the built-in ROM 3.
[0055]
As described above, when the mode designation switch 9 is set to “internal mode” and the computer apparatus is turned on, the one-chip microcomputer 1 is activated in the internal mode and the system program in the built-in ROM 3 is executed. As shown in FIG. 4, first, a necessary initialization routine 401 is executed. In step 402, it is checked whether any command is input from the host computer 13. If there is no command input from the host computer 13, other processing is executed (step 403). If there is a command input from the host computer 13, it is analyzed to determine whether it is a user program transfer command or other command (step 404), and if it is another command, processing corresponding to that is executed (step 404). 405).
[0056]
If the host computer 13 is instructed to transfer the user program, the process proceeds to step 406 to communicate with the host computer 13 to receive the user program sequentially transmitted from the host computer 13 and sequentially write it to the external memory 6. . At this time, it is necessary to pay particular attention to setting the head instruction of the user program to be set at the head position of the specific physical area (memory chip 60) of the external memory 6. In addition, the user program is created in an absolute format in which the first instruction is aligned with address 0.
[0057]
When all the user programs are transferred to the external memory 6, the process proceeds from step 407 to step 408 → 409, and as described above, the data “1” is written to the registers 83 and 84 of the mode switching control circuit 8 and then reset. The request signal RRQ is set to “1”. Then, the one-chip microcomputer 1 is reset and activated in the external mode. At the same time, the operation of the memory mapping conversion circuit 7 is switched, and the specific physical area (memory chip 60) of the external memory 6 is arranged in the basic space. Since the one-chip microcomputer 1 first accesses the address 0 in the basic space, the head position of the memory chip 60 is accessed. Since the head instruction of the user program is set at this position, the absolute type user program in which the head instruction is set to address 0 is correctly executed. The subsequent operation of the one-chip microcomputer 1 follows the contents of the user program.
[0058]
[Operation after transferring user program to external memory 6]
Since the external memory 6 is non-volatile, the user program transferred here can be repeatedly executed even after the power is turned off. In this case, the mode designation switch 9 is set to “external mode”. If it does so, it will start in an external mode at the time of power activation, and the user program on the external memory 6 will be executed.
[0059]
If the mode designation switch 9 is switched to the “internal mode” and then reset and restarted, the system program in the built-in ROM 3 is restored to the execution operation. Alternatively, even if a routine for resetting the one-chip microcomputer 1 itself and restarting in the internal mode is set in the user program on the external memory 6, it is possible to return to the execution operation of the system program in the internal ROM 3. In the state where the system program is restored, the external memory 6 can be rewritten with the user program supplied from the host computer 13 and the new user program can be executed at any time.
[0060]
Of course, a function for communicating with the host computer 13 is also incorporated in the user program, and after switching to the internal mode once in response to a command from the host, the user program that has been executed is rewritten and then returned to the external mode again. A system for executing a new user program can be easily realized. That is, this system is a system that downloads and executes a user program at any time by a remote command from the host computer 13, and the program to be executed can be changed online at any time.
[0061]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the micro computer device of the present invention, the program of the built-in ROM that is activated at the time of power-on reset of the one-chip microcomputer is a system program, and under the control of the system program, A system for transferring and executing an arbitrary user program from a host computer to an external memory is constructed, and as the user program, an absolute format program in which a head instruction is matched with a start address, that is, dedicated to the one-chip microcomputer Programs created with existing development tools can be used as they are.
[0062]
In other words, without modifying the development tool that is made to fit the normal usage pattern of the one-chip microcomputer that fixes the program in the ROM, the normal format created by such a development tool is not used. The present invention can realize an epoch-making system in which various programs are transferred to the main memory of the one-chip microcomputer by the data transmission function between the host computer and the one-chip microcomputer.
[0063]
This makes it possible to operate an ultra-compact and inexpensive one-chip microcomputer including abundant peripheral circuits in an environment like a personal computer and use it not only as a controller for a specific application but also as various application systems.
[0064]
The one-chip microcomputer, external memory, memory mapping conversion circuit, and mode switching control circuit are mounted on a small wiring board, and the host computer and other peripheral devices are connected to the wiring board. For example, it is possible to realize an extremely small computer device with extremely high versatility.
[0065]
In addition, a system program is fixedly stored in advance in the built-in ROM of the one-chip microcomputer, and the user program transmitted from the host computer is included in the specific physical area of the external memory by the system program. If a function for issuing a reset request signal is provided to the mode switching control circuit after writing to the area, the user can create a user program that has been prototyped and created according to the purpose of use from a general personal computer (host computer). By simply transferring it to the computer device, the user program can be rewritten and the operation test can be performed one after another, and when the operation test is completed, the computer device becomes an actual machine as it is.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of a micro computer apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of a memory mapping conversion circuit 7 in FIG.
3 is a block diagram showing a configuration example of a mode switching control circuit 8 in FIG.
4 is a flowchart showing a configuration example of a system program stored in a built-in ROM 3 in FIG.
[Explanation of symbols]
1 One-chip microcomputer
3 Internal ROM
6 External memory
7 Memory mapping conversion circuit
8 Mode switching control circuit
9 Mode selection switch
MRS Master reset signal
RES reset signal
MS mode selection signal
TC Memory mapping control signal
30 External ROM

Claims

A single board computer specified by the following items (1) to (16).
(1) One-chip microcomputer, a mode designation switch, a mode switching control circuit, a memory mapping conversion circuit, and a single board computer on which an external memory is mounted on one wiring board (2) One-chip microcomputer is (3) The external bus is connected to the mode switching control circuit, the memory mapping conversion circuit, and the external memory on the wiring board. The system program is stored in the built-in ROM and has an external bus, a serial interface, and an I / O port. (4) The serial interface can be connected to a host computer outside the wiring board. (5) The I / O port can be connected to a peripheral circuit outside the wiring board. (6) The mode designation switch is internal. It is possible to set whether to start in mode or external mode. (7) Mode switching control times When the single board computer is powered on, the one-chip microcomputer is started in the internal mode or the external mode according to the setting of the mode specification switch. (8) When the one-chip microcomputer is started in the internal mode, Executing the system program stored in the ROM from the top (9) When the mode switching control circuit starts up the one-chip microcomputer, it gives a control signal corresponding to the startup mode to the memory mapping conversion circuit (10) Memory The mapping conversion circuit responds to a control signal given from the mode switching control circuit when starting the external mode, and in the internal mode, arranges a specific physical area of the external memory in the basic space occupied by the built-in ROM in the CPU address space. (11) The memory mapping conversion circuit switches the mode when the internal mode is activated. Responding to control signals given from the control circuit, the specific physical area of the external memory is placed outside the basic space. (12) The system program can perform user program reception processing and external mode activation processing in a one-chip microcomputer. (13) The user program reception process communicates with the host computer, stores the user program received from the host computer in alignment with the start position of the specific physical area of the external memory, and shifts to the external mode activation process. (14) External mode start-up process gives a predetermined signal to the mode switching control circuit and sets the external mode flag, and also gives a reset request signal to the mode switching control circuit. (15) The mode switching control circuit is a one-chip microcomputer. Reset the one-chip microcomputer when receiving a reset request signal from (16) When the one-chip microcomputer is started in the external mode, the internal ROM is invalidated, and in the internal mode, the basic space occupied by the internal ROM in the CPU address space is released to the external memory. In addition, the user program stored in the specific physical area of the external memory that has been placed in the basic space must be executed from the beginning.