DaisCMX16+微控制器编程手册.docx

1、DaisCMX16+微控制器编程手册Dais-CMX16+十六位体系结构计算机组成原理微控制器编程手册2012年6月，第一版无锡华文默克仪器有限公司目录1微程序控制器组成结构与寻址范围 11.1微控制定义 11.2下址定义 12微控制位M23M0的定义 23节拍操作定义 63.1T1节拍 63.2T2节拍 63.3T3节拍 63.4T4节拍 64总线规则 74.1内部总线 74.2外设总线 75寻址方法 85.1指令寄存器（字） 85.2特殊寄存器 85.3通用寄存器 95.4I/O口及PC、AR指针 115.5存储器组织 125.6标志控制 135.7中断控制 135.8微地址控制 141微

2、程序控制器组成结构与寻址范围Dais-CMX16+的微程序控制器由微控制与下址两个部分组成，提供07FFh寻址空间，按字节取指，可定义256条机器指令的微操作。1.1微控制定义微控制部分字长24位，由下表所列的直控字段、目的字段、运算字段、源字段和识别字段组成。1.2下址定义下址部分字长16位，下表中高五位视为保留位，实际有效字长ud10ud0共11位。说明：在编制下址时表中的保留位必须置“1”，例如下址“0001h”在微控制存储器中的真实值为“F801h”，利用实验箱自带键盘编程时应注意；在PC端的集成开发环境中，已由软件自动对保留位置“1”。2微控制位M23M0的定义控位名称微控制位含义M

3、23E/M存储器地址赋值定义。当E/M=0时AR为数据区地址；当E/M=1时PC为程序区地址。M22IPPC程序计数器控制位。当IP=0、E/M=0时装载PC；当IP=0、E/M=1时PC+1。M21MWR主存储器与指令寄存器写信号。当MWR=0、IR=1时执行主存储器写操作；当MWR=0、IR=0时执行指令寄存器写操作。M20R/M通用寄存器与内部数据区选择位。1. 源操作1) 当X2 X1 X0=001、R/M=1时，定义寄存器CXDX(R0R3)为源部件；2) 当X2 X1 X0=001、R/M=0时，定义内部数据区00FFh为源部件。2. 目的操作1) 当O2 O1 O0=000、R/

4、M=1时，定义寄存器CXDX(R0R3)为目标部件；2) 当O2 O1 O0=000、R/M=0时，定义内部数据区00FFh为目标部件。3. 内部数据区IMA说明内部数据区IMA位于实验系统LCD160液晶显示器右上方，由两片6116静态RAM组成16位内部数据区：它们的数据总线与系统数据总线D15D0相连；它们的地址总线高三位A10A8接地、低八位中的A7A1由IR15IR9控制；它们在寻址中的奇偶特性由IR8定义；它们的A0端由主控台定义，面向用户实验时该端为高电平，因此它们字长16位的可寻址范围为128个单元，字长8位的可寻址范围为256个单元，适用于不同类型体系结构CPU内部寄存器或内

5、部存储器的扩展。M19o2o2 o1 o0为目标部件选择编码：1 1 1 = 禁止； 1 1 0 = AR； 1 0 1 = BX； 1 0 0 = AX；0 1 1 = SP； 0 1 0 = I/O； 0 0 1 = XWR； 0 0 0 = REGM18o1M17o0M16OP目标操作中的辅助控制位。1. 目标部件的奇偶控制当OP=0时当前目标为偶寻址；当OP=1表示当前目标为奇寻址。（适用于AX、BX、SP及I/O为目标部件时的奇偶操作。）2. 目标部件的置位与清零控制当OP=0时对当前目标清零；当OP=1表示对当前目标置位。（适用于涉及中断允许、中断响应及中断服务的微操作。）3. 目

6、标寄存器的寻址控制1) 当OP=0、R/M=1时，将IR3、IR2作为目标寄存器地址；2) 当OP=0、R/M=0时，将IR9、IR8作为目标寄存器地址；3) 当OP=1时，将IR1、IR0作为目标寄存器地址。（适用于定长格式指令中目标寄存器的寻址操作。）M15M运算模式控制位。当M=0时为算术运算；当M=1时为逻辑运算（详见本表M13M11控位）。M14CN进位标志CY的位操作控制及AX、BX写控制1. 进位标志CY的位操作控制1) 当M=1、CN=0时，且W=1、XP=1，执行CY置位操作；2) 当M=1、CN=0时，且W=1、XP=0，执行CY淸零操作；3) 当M=1、CN=0时，且W=

7、0，执行CY取反操作。2. AX与BX的写操作控制1) 当ALU=0、CN=0时，且O2 O1 O0=100，执行AX与累加器的写操作；2) 当ALU=0、CN=0时，且O2 O1 O0=101，执行BX与暂存器的写操作。M13S2M、S2、S1、S0 算术运算0 0 0 0 = A+B+C 带进位加法0 0 0 1 = A-B-C 带减位减法0 0 1 0 = RLC 带进位左移0 0 1 1 = RRC 带进位右移0 1 0 0 = A+B 加法0 1 0 1 = A-B 减法0 1 1 0 = RL 左移0 1 1 1 = RR 右移M、S2、S1、S0 逻辑运算1 0 0 0 = B

8、B寄存器直送1 0 0 1 = NOT A A寄存器取反1 0 1 0 = A-1 A寄存器减11 0 1 1 = 0 清零1 1 0 0 = A OR B 逻辑或1 1 0 1 = A AND B 逻辑与1 1 1 0 = A+1 A寄存器加11 1 1 1 = A A寄存器直送M12S1M11S0M10X2X2 X1 X0为源部件选择编码：1 1 1 = 禁止； 1 1 0 = ALU； 1 0 1 = SP； 1 0 0 = I/O；0 1 1 = EM； 0 1 0 = XRD； 0 0 1 = REG； 0 0 0 = PCM9X1M8X0M7XP源操作中的辅助控制位。1. 源部件的

9、奇偶控制当XP=0时当前源为偶寻址；当XP=1时当前源为奇寻址。（适用于AX、BX、SP及I/O为源部件时的奇偶操作。）2. 源寄存器的寻址控制1) 当XP=0、R/M=1时，将IR3、IR2作为源寄存器地址；2) 当XP=0、R/M=0时，将IR9、IR8作为源寄存器地址；3) 当XP=1时，将IR1、IR0作为源寄存器地址。（适用于定长格式指令中源寄存器的寻址操作。）3. 在标志位操作中与W控位组合定义当前执行的功能（详见本表M14控位）M6W数据总线字长与标志控制位。1. 数据总线字长控制当W=0时为16位数据总线；当W=1时为8位数据总线。2. 在标志位操作中与XP控位组合定义当前执行

10、的功能（详见本表M14控位）M5ALU运算器源与目标控制位。1. 源控制1) 当ALU=1时，运算源来自通用寄存器AX、BX；2) 当ALU=0时，运算源来自累加器与运算暂存器。2. 目标控制1) 当ALU=1时，O2O0所定义的“AX”、“BX”为通用寄存器AX、BX；2) 当ALU=0、CN=1时，O2O0所定义的“AX”、“BX”为累加器与运算暂存器；3) 当ALU=0、CN=0时，O2O0所定义的“AX”、“BX”同时为通用寄存器AX、BX和累加器、运算暂存器。M4Iu微地址变迁控制位。1. 微址变迁类型1) 当Iu=0、Ids=1、Icz=1时为扩充变址；2) 当Iu=0、Ids=1

11、、Icz=0时为结束变址；3) 当Iu=0、Ids=0时为指令变址。2. 微址变迁约定1) 扩充变址：由当前微指令的下址段定义后续微地址，可指向07FFh范围内尚未定义的仼一单元。2) 结束变址：由当前微指令的下址段指定返回微地址，主控台提供两种固定的指令结束返回微地址：a) 下址段为0001h（F801h），主控台定义微总线中ud1的电平由中断请求源IEQ状态确定，形成两个后续微地址： 当IEQ=0时，产生后续微地址001h，执行下一条指令的取指微操作； 当IEQ=1时，产生后续微地址003h，执行中断响应微操作。b) 下址段为0002h（F802h），由于主控台屏敝IEQ，后续微地址固定为

12、002h，无条件执行下一条指令的取指微操作。3) 指令变址：由当前微指令的下址段和指令代码中的相关位随机动态合成微指令的后续微地址： 当Iu=0、Ids=0、Ie=1时，ud10ud9由下址段定义，ud8ud5从IR7IR4获取，其余位强制清零； 当Iu=0、Ids=0、Ie=0时，ud10ud9由下址段定义，ud4ud3从IR3IR2获取，其余位强制清零。3. 下址段溢出位定义 下址段中ud15ud11溢出微控制器寻址范围，填下址时必须置“1”，即下址“0001h”应填写为“F801h”（脱机操作时需注意，联机操作时由软件自动置“1”）。M3IE中断控制及微变址辅助控制位。1. 中断控制1)

13、 当Iu=0、Ids=1、IE=0、OP=1时，由W定义中断允许：W=1开中断；W=0关中断；2) 当Iu=0、Ids=1、IE=0、OP=0时，由W定义中断服务：W=1中断响应；W=0响应结束。2. 变址控制 当Iu=0、Ids=0时，由IE定义下址中指令段的位置及长度。M2IR取指与指令寄存器写控制位。1. 当IR=0时定义的微操作1) 当IR=0、MWR=1时为取指微周期；2) 当IR=0、MWR=0时为IR写入微周期。2. 取指变址类型1) 当IR=0、MWR=1时，且Ids=1为字节变址；2) 当IR=0、MWR=1时，且Ids=0为定长变址。3. 取指变址约定1) 字节变址：ud1

14、0ud9由下址段定义，ud8ud1从IR7IR0获取，ud0强制清零；2) 定长变址：ud10ud9由下址段定义，ud8ud5从IR7IR4获取，其余位强制清零。4. 定长变址说明1) 流水标志：以指令码中IR4为流水标志，确定下续微地址的走向；2) 下续微址：当IR4=1时，微地址加1，进入流水微程序入口；当IR4=0时，按定长变址约定转入指令的执行入口。5. 下址编制约定1) 在取指微周期，用户对下址段中ud10ud9的定义权限为01、10、11，其变址范围在2007FFh之间；2) 下址段中ud15ud11溢出微控制器寻址范围，填下址时必须置“1”，即下址“0001h”应填写为“F801

15、h”（脱机操作时需注意，联机时由软件自动置“1”）。M1Icz条件变址控制位及微变址中的辅助控制位。1. 条件变址当Iu=1、Icz=0时，由当前微指令的下址段定义ud10ud1，由控制位Ids和IE指定ud0的来源（详见本表M0控位）。2. 变迁标志当Iu=0、Ids=1时，由Icz定义微址变迁类型。M0Ids微变址中的辅助控制位。1. 定义指令格式 1) 当IR=0、Ids=1时，操作码字长八位(IR7IR0)；2) 当IR=0、lds=0时，操作码字长四位(IR7IR4)。2. 定义变址方式1) 当Iu=0、Ids=1为后续变址；2) 当Iu=0、Ids=0为指令变址。3. 定义标志位

16、1) 当Iu=1、Icz=0时，遇Ids=1或IE=0，将CY填入ud0；2) 当Iu=1、lcz=0时，遇Ids=0且IE=1，将Z填入ud0。3节拍操作定义3.1T1节拍第一节拍，源部件读操作，打后续微地址，变更微定义。3.2T2节拍第二节拍，取指操作，打操作码，预置后续微地址。T2节拍仅在取指微周期产生。3.3T3节拍第三节拍，PC操作，程序计数器装载或加1。3.4T4节拍第四节拍，目标部件（内外设）写操作。4总线规则4.1内部总线适用于非扩展寻址，其规则下表所列：1. 源操作XPW总线宽度功能说明0016位字读018位偶字节读1X8位奇字节读2. 目标操作OPW总线宽度功能说明0016

17、位字写018位偶字节写1X8位奇字节写3. 传递操作WXPOP总线宽度功能说明00016位字传递（十六位传递）1008位偶送偶（低位送低位）1018位偶送奇（低位送高位）X108位奇送偶（高位送低位）X118位奇送奇（高位送高位）4.2外设总线仅适用于扩展寻址，其规则所下表所示：1. 字节总线W=1总线宽度有效长度功能说明外总线8位D7D0内总线16位D15D0遇扩展外设为源寻址2. 字总线W=0总线宽度有效长度功能说明外总线16位D15D0按内总线寻址定义总线内总线16位D15D0按非扩展寻址定义总线5寻址方法5.1指令寄存器（字）1. IR寄存器内核操作码寄存器IRL（字节）操作数寄存器I

18、RH（字节）2. 寻址方式取指微周期按字节寻址；写入微周期支持字、字节寻址。3. 16位指令寄存器单向输岀指令码与操作数，只写不可读。4. 寻址编码1) 取指IRMWRT2T4功能说明有效长度01操作码IRL字节操作01操作数IRH字节操作2) 写入IRMWROPWT4上升沿打入有效长度0000数据总线IR字操作0001数据总线IRL字节操作001X数据总线IRH字节操作5.2特殊寄存器1. 名称定义运算源寄存器AX、BX（字）栈指针寄存器SP（字）2. 源编址X2X1X0MS2S1S0XPW功能说明110111100AX字读110111101AL偶字节读11011111XAH奇字节读1101

19、00000BX字读110100001BL偶字节读11010001XBH奇字节读10100SP字读10101SPL偶字节读1011XSPH奇字节读3. 目标编址o2o1o0OPW功能说明10000AX字写10001AL偶字节写1001XAH奇字节写10100BX字写10101BL偶字节写1011XBH奇字节写01100SP字写01101SPL偶字节写0111XSPH奇字节写5.3通用寄存器1. 名称定义通用寄存器CX，含CH（R1）、CL（R0）通用寄存器DX，含DH（R3）、DL（R2）2. 源编址1) 微控制状态X2X1X0RS1RS0W功能说明001000CX字读001001CL（R0）偶

20、字节读00101XCH（R1）奇字节读001100DX字读001101DL（R2）偶字节读00111XDH（R3）奇字节读RS1、RS0编址XPR/M功能说明1IR1、IR0 RS1、RS001IR3、IR2 RS1、RS000IR9、IR8 RS1、RS02) 手动控制状态（在线）X2X1X0IR1XPW功能说明001000CX字读001001CL（R0）偶字节读00101XCH（R1）奇字节读001100DX字读001101DL（R2）偶字节读00111XDH（R3）奇字节读3) 手动控制状态（搭接）X2X1X0SIXPW功能说明001000CX字读001001CL（R0）偶字节读0010

21、1XCH（R1）奇字节读001100DX字读001101DL（R2）偶字节读00111XDH（R3）奇字节读3. 目标编址1) 微控制状态o2o1o0RD1RD0W功能说明000000CX字写000001CL（R0）偶字节写00001XCH（R1）奇字节写000100DX字写000101DL（R2）偶字节写00011XDH（R3）奇字节写RD1、RD0编址OPR/M功能说明1IR1、IR0 RD1、RD001IR3、IR2 RD1、RD000IR9、IR8 RD1、RD02) 手动控制状态（在线）o2o1o0IR1OPW功能说明000000CX字写000001CL（R0）偶字节写00001XC

22、H（R1）奇字节写000100DX字写000101DL（R2）偶字节写00011XDH（R3）奇字节写3) 手动控制状态（搭接）RXWDIOPW功能说明0000CX字写0001CL（R0）偶字节写001XCH（R1）奇字节写0100DX字写0101DL（R2）偶字节写011XDH（R3）奇字节写5.4I/O口及PC、AR指针1. I/O输入、输出端口16位准双向I/O，当某一位拨至高电平1时，该位可用于输出（写操作）。2. PC程序计数器11位程序计数器，可寻址范围为07FFh，双向11位，可预置、加1，按字寻址。3. AR数据指针（不可读）16位数据指针，可寻址范围为0FFFFh，单向输出地

23、址总线，只写不可读，按字寻址。4. 源编址X2X1X0XPW功能说明10000IO字读10001IOL偶字节读1001XIOH奇字节读000XXPC字读5. 目标编址1) I/O与ARo2o1o0OPW功能说明01000IO字写01001IOL偶字节写0101XIOH奇字节写110XXAR字写2) PC带预置全加器E/MIPT3T3上升沿打入11PC保持10PC加100PC装载（DBUSPC）5.5存储器组织1. 存储器分类程序存储器（程序段，11位程序指针PC，寻址范围07FFh）数据存储器（数据段，16位数据指针AR，寻址范围0FFFFh）内部存储器（内存段，8位地址指针IRH，寻址范围0

24、FFh）2. 源编址1) 程序段E/MX2X1X0A0W功能说明101100字读101101偶字节读10111X奇字节读2) 数据段E/MX2X1X0A0W功能说明001100字读001101偶字节读00111X奇字节读3) 内存段R/MX2X1X0IR8W功能说明000100字读000101偶字节读00011X奇字节读3. 目标编址1) 程序段IRE/MMWRA0W功能说明11000字写11001偶字节写1101X奇字节写2) 数据段IRE/MMWRA0W功能说明10000字写10001偶字节写1001X奇字节写3) 内存段R/MX2X1X0IR8W功能说明000000字写000001偶字节写00001X奇字节写5.6标志控制1. 进位标志CY1) 位操作M