マイコンアーキテクチャの基本理解 〜 キャッシュ構成、エンディアン、浮動小数点、バス構成、例外処理：ハイレベルマイコン講座：【アーキテクチャ概論】（2）（3/3 ページ）

すでにマイコンを使い込まれている上級者向けの技術解説の連載「ハイレベルマイコン講座」。前回に引き続き、マイコンの「アーキテクチャ」について詳しく解説する。今回は、「キャッシュ構成」、「エンディアン（Endian）」、「浮動小数点演算」、「バス構成」、「例外処理」について詳しく解説する。

[菅井賢（STマイクロエレクトロニクス），EDN Japan]

例外処理

　ソフトウェアやハードウェアの異常事態のフォルト（Fault）や割り込みが発生した時に、CPUがメイン・プログラム以外のプログラムを実行する処理を「例外処理」と呼ぶ。「例外処理」の定義は、各マイコンで異なるため、マニュアルを確認する必要がある。例えばリセット処理を例外処理に含むマイコンもあれば、含まないマイコンもある。

　フォルトや割り込みやリセットの処理方法は、マイコンごとに異なり、この処理方式も「アーキテクチャ」の1つの要因といえる。例えば、割り込みが発生時に、コンテキスト（現在のPC［プログラム・カウンタ］やレジスタの状態）をスタックに保存する（PUSHと呼ばれる）が、保存するレジスタの種類や順番はマイコンによって異なる。また、割り込み処理が終わり、コンテキストをスタックから戻す操作（POPと呼ぶ）の手順もマイコンによって変わる。

　例外処理は、ハードウェアによって行われるとは限らない。ソフトウェアが介在するマイコンもある。例えば、ArmのARM7プロセッサの例外処理は、ソフトウェアの介在が必要だが、Cortex-Mプロセッサは、統合ネスト型ベクタ割り込みコントローラ（NVIC：Nested Vectored Interrupt Controller）という割り込み制御のハードウェアが行う。

　最近のマイコンは製造プロセスの微細化により、高機能な論理回路を実装しても、さほどコストに影響を与えないため、割り込み制御モジュールが実装される場合が多い。

　割り込み処理については、「Q&Aで学ぶマイコン講座（27）：割り込みハンドラとは？」で詳しく解説している。

筆者プロフィール

菅井 賢（すがい まさる）
（STマイクロエレクトロニクス マイクロコントローラ製品部 アプリケーション・マネージャー）

　日系半導体メーカーにて、25年以上にわたりマイコンの設計業務に携わる。その後、STマイクロエレクトロニクスに入社し、現在までArm Cortex-Mプロセッサを搭載したSTM32ファミリの技術サポート業務に従事。Armマイコン以外にも精通しており、一般的な4ビットマイコンから32ビットマイコンまで幅広い知識を有する。業務の傍らマイコンに関する技術論文や記事の執筆を行っており、複雑な技術を誰にでも分かりやすい文章で解説することがモットー。