2018年03月20日 | EM78P4475单片机指令系统

 　　一、EM78P447S指令的执行时序
　　作为时基的时钟振荡器，产生的时钟脉冲信号经内部分频电路分频后形成“指令周期(Tins)”。作为EM78P447S单片机的重要特色之一，一个指令周期既可以占用2个时钟周期，也可以占用4个时钟周期，可以由用户自主选定。因此，一个“指令周期”可以由2个时钟周期(即2个节拍Q1和Q2)或4个时钟周期(即4个节拍Q1、Q2、Q3和Q4)构成。每当Q1节拍的上升沿出现时，程序计数器PC自动加1。
　　由于EM78单片机内部采用双总线结构，使得它在执行一条指令的同时，就可以提取下一条指令，从而实现“流水作业”。就是说，在同一个指令周期之内，执行指令和提取指令两种活动在同时进行。这就使每一条指令的平均执行时间为一个指令周期，、因此，就可以所成，EM78单片机指令的执行时问“单周期化”了。绝大多数指令的运行时间都仅占用一个指令周期，只有极个别的指令（即对程序计数器PC做“写”操作的指令，比如MOV PC，A）才占用两个指令周期，这一点应该引起注意。
　　二、EM78P447S指令概述
　　不同CPU内核的单片机，具有不同的指令系统。指令系统中的每一条指令都完成一种特定功能的简单操作，比如数据传送操作、加法操作等。将若干条实现简单操作的指令语句，按照一定的规则排列组合起来，就构成了一个可以完成复杂功能的程序。    为了便于学习和掌握，通常每一条指令都用表意性很强的英文单词或语句缩写来代表。例如，NOP指令，就是由“No Operation．”一句英文缩略而成，中文含义是“空操作”  所以，通常人们将代表一条指令的一个字符串称为“助记符”。假如按指令被使用的频繁程度划分整个指令系统，其实只有一部分指令在编写程序时经常用到，而另一部分指令却较少使用，还有一部分指令极少用到。每条指令一般都由操作码和操作数组成，也有个别指令不带操作数。操作码是指令操作功能的记述，而操作数则描述操作的对象和操作的范围。
　　1．指令结构
　　一条指令的指令码一般都可分解成两部分：第一部分为操作码(OPCODE)，代表指令功能；第二部分为操作数(OPERAND)，表示指令操作的对象，或运算时所需要的参数。操作数又可以细分为两部分：第一操作数和第二操作数。第一操作数就是目标操作数，第二操作数就是源操作数。以一条传送指令为例，源操作数就是数据的发源地，而目标操作数就是数据的目的地。    EM78P447S单片机，共有指令58条，其编码长度均为13比特（bit）其一般指令格式为：操作码第一操作数，第二操作数或操作码  目标操作数，源操作数  这种书写格式与流行的MCS-51单片机的指令系统，以及许多微机原理教科书中介绍的80X86指令系统相一致，也比较符合人们的记忆习惯。对于EM78P447S指令系统中的一条指令，操作数可以是两个、一个或一个也没有。
　　2 指令描述方法
　　对后面描述过程中所采用的一些符号或表示方法需作说明，见下表。

　　3.EM78P447S指令说明
　　以下对于EM78P447S单片机整个指令系统中的每条指令，以“指令的字母为序”进行全面介绍，包括语法规则、指令编码、操作内容、影响标志和功能说明等。其中语法规则就是汇编格式，也就是汇编器工具软件认可的格式。

4．操作数的寻址方式  

  操作数指定参与运算的数据或者数据所在的存放地址。所谓“寻址”就是寻找操作数的存放地址，也就是给操作数定位的过程。所谓寻址方式，就是寻找操作数或操作数所在地址的方法和形式。 

   在EM78P447S的指令系统中，根据操作数的来源不同，设计了5种寻址方式：立即寻址、直接寻址、隐含寻址、间接寻址和比特寻址。 

   (1)立即寻址    

在这种寻址方式中，操作数在指令码中直接获取（这种在指令码中直接携带的操作数就称为立即数）。  

  [例]ADD A，@16H；

    实现的功能是，将立即数16H(前面需要带有一个标识符@)与累加器A的内容(假设为99H)相加，结果(AFH)送到A。其指令码的二进制形式为：1，1111，0001，0110；其中前5位是操作码，后8位就是立即数。指令执行过程如上所示。算术逻辑单元ALU的两个入口，送入的分别是加数16H（来自指令码）和被加数99H（来自累加器A），在ALU中完成加法操作，从ALU的唯一出口把结果AFH送回A中。

(2)直接寻址  

  采用直接寻址方式的指令，可以在指令码中直接获取一个存放着操作数的存储地址，即指令码中包含着被访问（即读写）寄存器的单元地址。 

 [例]OR A，15H； 

   实现的功能是，将地址为15H的RAM单元的内容(假设是16H)与累加器A的内容(假设是99H)进行逻辑“或”之后，结果(9FH)送入A中。参加逻辑“或”运算的一个数据(16H)所在的单元地址(15H)可以从指令中直接得到。操作过程如上所示。(3)间接寻址在采用寄存器间接寻址方式的指令码中，6位寄存器地址必为“全0”。利用rrrrrr=000000这个“专用地址”，特指RSR (RAM选择寄存器)，并且是以RSR寄存器内容为地址，所指定的工作寄存器单元中存放着被访问的数据。从表面上看，指令码中的6位0指定的是IAR（间接寻址寄存器），其实IAR仅仅是一个有名无实的寄存器单元，只不过是将它的地址编码给专用化了。这样做可大大简化指令系统。 

   为了便于理解，我们不妨换一个角度来分析，把RSR看成一个具有双地址(分别为00H和04H)的特殊的寄存器单元，而可以不再提及IAR寄存器。当用地址04H访问RSR时，就像访问普通寄存器一样，可以直接对RSR的内容进行读或写；而用地址00H访问RSR时，而它就是一个间接寻址寄存器，不是对RSR的内容进行读或写，而是把它的内容作为地址使用。假如用户所需要访问的一组寄存器有地址相邻的特点，使用间接寻址是很方便的。  

  [例]XOR A，0；  

 实现的功能是，将15H号RAM单元的内容（假设为16H）与A内容（假设为99H)相“异或”，运算结果(8FH)送回A。参加“异或”运算的一个操作数(16H)可以从指令码中间接得到。RSR、A和15H号RAM单元的内容都是预先存入的。其操作过程如下图所示。

 在下页的下中描述了直接寻址方式和间接寻址方式，这两种寻址过程中RAM工作寄存器地址的形成。对于直接寻址方式，体选码来自RAM选择寄存器RSR的最高2位，体内地址直接来自指令码；对于间接寻址方式，体选码也来自RAM选择寄存器RSR的最高2位，但是体内地址却来自RSR的低6位。 

   对于RAM的特殊功能寄存器空间中的各寄存器只能进行直接寻址，不能进行间接寻址。  

  (4)隐含寻址  

   采用隐含寻址方式的指令，在指令码中不必指明存放着操作数的存储地址，即指令码中并非包含着被访问（即读写）寄存器的单元地址，就可以自动地访问一个默认的寄存器。 

   [例]CONTR； 

   实现的功能是，将控制寄存器CONT的内容读取之后，经过ALU送到累加器A中（CONT寄存器没有统一的地址编码，这一点与众不同）。其操作过程如下图所示。 

 (5)比特寻址  

  可以对任一寄存器中的任一比特位直接寻址访问，也就是指令码中既包含着被访问寄存器的地址，又包含着该寄存器中的某一比特的地址。如果将RAM存储器看成一个阵列的话，那么在这个阵列中寻找某一个比特，就需要一个纵坐标和一个横坐标纵坐标就相当于单元地址，横坐标就相当于比特地址。 

   [例]BS 15H，4；  

  实现的功能是把地址为15H的寄存器单元内的比特4置为1。  

  5．以累加器A为中枢的数据传递方式    数据的逻辑运算和算术运算过程，以及控制信号的输入和输出过程，在单片机内部都可以看成是“数据传递”的过程。根据EM78P447S的硬件系统和软件系统（即指令系统和寻址方式）的规划特点，我们可以总结出在单片机内部，在各个寄存器之间进行数据传递，能够实现的几种途径和方式。不妨可以用上进行形象化地描述。该图中的每一条带箭头的线条都代表一种传递方式，在每一条带箭头的线条旁边，还同时分别给出了实现相应的那一种数据传递所用指令的一个实例。其中有一点值得注意的是，“MOV R，R”指令中的“R”实际指的是同一个工作寄存器单元，该指令的目的是影响标志位“Z”  事实上，就不存在不同工作寄存器单元之间直接传递的指令，只能以A作中转实现间接传递。

    6．“CPU内核一专用寄存器一模块或部件”三者相互关系  

  对于单片机的开发和应用，其主要任务有两项：一是软件设计，二是硬件设计。硬件没计我们暂且不提，在此只想用软件设计的观点，从不同角度剖析和理解单片机内部的组织关系。  

  软件设计实际上就是运用指令编制程序，而EM78P447S单片机的每条指令的作用范围非常集中，作用的对象也比较单纯，仅仅限制在（包含着专用寄存器和通用寄存器的）数据存储器RAM的范围之内，也就是说，指令的操作对象主要就是数据存储器中的各个寄存器单元。单片机的工作过程就是用一条条的指令“指挥”各部分硬件的动作，那么，这种“指挥”就是通过给特殊功能寄存器填写相应的参数来实现的。因此，我们不妨将EM78P447S单片机画成如下图所示的形式，其CPU内核与专用寄存器之间存在着灵活的“软件上的对应”关系，而专用寄存器与外设模块和功能部件之间存在着固定的“硬件上的映射”关系。专用寄存器在中问扮演着桥梁或者界面的角色。

  单片机与外界交换信息的方向有两个：(l)各个外设模块从外部世界（指单片机芯片的封装之外）采集的现场信息，经过硬件电路反映到与自身对应的专用寄存器内，CPU通过执行指令从该寄存器里获取相应的信息；(2)CPL通过填写与某一外设模块对应的专用寄存器单元，由该寄存器单元经过硬件电路将控制信息映射到外设模块上，再由外设模块驱动外接电路完成相应的运作，从而将CPU的命令落到实处。 

   我们在用指令编写程序时，不仅应搞清指令系统中每条指令的功能，还应弄清专用寄存器与外设模块或功能部件之问的对应关系。