Как и любой другой МП, МС68300 имеет в своем наборе регистров программный счетчик РС.
После выборки команды из памяти программный счетчик всегда указывает на следующую выполняемую команду. В отличие от регистров общего назначения он не может быть явно определен как операнд ни в какой из команд, исключение составляет использование РС в качестве базового регистра в командах с индексной адресацией. При выполнении команд переходов в РС загружается адрес новой команды, которой передается управление. Для всех остальных команд значение РС увеличивается на длину выполняемой команды.
Несмотря на то, что счетчик команд и адресные регистры MC68300 32-разрядные, при обращениях к памяти на внешнюю адресную шину передаются только 24 младших бита адреса. По этой причине обеспечивается доступ только к 224(16M) байт памяти. Модификации процессора МС68020, МС68030 и 68040 имеют 32-разрядную адресную шину и способны адресовать 4Г байт.
| 15 14 | 12 11 | 10 8 | 7 5 | ||||||
| T1-0 | S | 0 0 | I2-0 | 0 0 0 | X | N | Z | V | C |
| CCR |
Регистр состояния SR содержит два байта: системный байт и байт пользователя. Полностью регистр SR доступен только в режиме супервизора. В режиме пользователя доступны только младшие разряды (байт пользователя), которые образуют регистр условий CCR. Отдельные биты регистра CCR имеют следующее назначение:
С - признак переноса, принимает значение C=1 при возникновении переноса из старшего разряда обрабатываемых операндов;
V - признак переполнения, принимает значение V=1 в случае переполнения разрядной сетки при обработке операндов со знаком;
Z - признак нуля, принимает значение Z=1 при получении нулевого результата операции;
N - признак знака, принимает значение старшего (знакового) разряда результата операции: N=0 - положительное число, N=1 -отрицательное;
X - признак расширения, в большинстве случаев копирует признак С, но при выполнении некоторых операций эти признаки устанавливаются по-разному.
Биты системного байта регистра состояния SR, определяющие режимы функционирования процессора, имеют следующее назначение:
S-признак супервизора, при S=0 процессор работает в режиме пользователя, при S=1 - в режиме супервизора;
T1-0 - поле режима трассировки (пошаговый режим): при T1=1 процессор останавливается после каждой команды, при T0=1 - только после команд переходов и ветвлений, меняющих ход программы;
I2-0 - поле маски прерываний, определяет минимальный уровень приоритета для обслуживания запросов прерывания. Остальные биты регистра SR не используются или резервированы для последующих моделей процессоров.
При включении микроконтроллера происходит автоматическая установка начального состояния регистров. В регистре SR устанавливается значение бита S=1, и процессор начинает работать в режиме супервизора. Из памяти загружаются начальные значения содержимого программного счетчика PC и указателя стека. Если в процессе дальнейшей работы потребуется перевод процессора в режим пользователя, то с помощью команды MOVE to SR в регистр SR загружается новое содержимое, в котором бит S=0. Обратный перевод в режим супервизора производится при обслуживании запросов прерывания или возникновении исключительных ситуаций, а также в процессе установки процессора в начальное состояние (повторный запуск) при поступлении внешнего сигнала сброса или команды RESET.
Регистры VBR, SFC, DFC доступны только в режиме супервизора. В 32-разрядный регистр VBR заносится базовый адрес таблицы векторов исключений. Загрузка этого регистра производится командой MOVEC. При обслуживании исключений формируемое процессором значение Av=4Ne является относительным адресом (смещением), определяющим положение выбираемого вектора в таблице, которая может быть размещена в любом месте адресного пространства. В 3-разрядные регистры SFC,DFC с помощью команды MOVEC заносится код адресного пространства, который поступает на выводы FC2-0 микроконтроллера при выполнении команды MOVES. Таким образом обеспечивается расширение адресного пространства с помощью организации виртуальной памяти
Форматы данных
Процессор выполняет обработку битов, байтов, 16-разрядных слов, 32-разрядных длинных слов и двоично-десятичных чисел (1 байт = 2 десятичных разряда). Обрабатываемые данные - операнды могут располагаться в регистрах (данных или адреса) или оперативной памяти. Для выборки слова (байты B1-0) или длинного слова (байты B3-0) команда задает адрес старшего байта N, четный или кратный четырем. При этом слова и длинные слова размещаются таким образом, что младшие байты (разряды D7-0 данных) располагаются в ячейках памяти с большими адресами: N+1 или N=3 (рис.3.3). Такое размещение байтов в памяти от старшего к младшему соответствует естественному порядку их написания слева - направо. Этот порядок адресации байтов называется в зарубежной литературе "big-endian". Он отличается от порядка "little-endian", принятого компанией INTEL и рядом других производителей, когда размещение слова начинается с младшего байта, адрес которого служит адресом слова.
МП МС86300 имеет возможность доступа в памяти к байту (8 бит), слову (16 бит) и длинному слову (32 бита). В отличие от МП фирмы Intel (8086, 80286, 80386, 80486) в МП 68300 приняты следующие соглашения:
слова (длинные слова) могут размещаться только по четным адресам;
старшие байты слова (двойного слова) располагаются в ячейках с меньшими адресами;
адресом слова (двойного слова) считается его старший байт.
Таким образом, в соответствии с концепцией, принятой фирмой Моторола, слово размещается в памяти в двух соседних ячейках и начинается со старшего байта. Это означает, что при чтении слова, размещенного по адресу Х МС68300 считывает два соседних байта, причем байт по адресу Х интерпретируется как старший, а байт по адресу Х+1 как младший. Соответственно, длинное слово размещается в четырех смежных ячейках памяти, причем старший байт длинного слова находится по меньшему адресу.
Способы адресации
Процессор CPU32 реализует следующие способы адресации операндов:
· регистровая (операнд в регистре данных или адреса),
· косвенно-регистровая (операнд в ячейке памяти, адресуемой содержимым регистра адреса),
· косвенно-регистровая с постинкрементом (операнд в ячейке памяти, адресуемой содержимым регистра адреса, которое автоматически увеличивается после выборки операнда для адресации следующей ячейки),
· косвенно-регистровая с предекрементом (операнд в ячейке памяти, адресуемой содержимым регистра адреса, которое автоматически уменьшается перед выборкой операнда для адресации предыдущей ячейки),
· косвенно-регистровая со смещением (операнд в ячейке памяти, адрес которой является суммой содержимого регистра адреса и 16-разрядного смещения d16, заданного в команде),
· косвенно-регистровая с индексированием (операнд в ячейке памяти, адрес которой является суммой содержимого регистра адреса, индексного регистра и данного в команде 8-разрядного смещения d8),
· прямая (операнд в ячейке памяти, адрес которой задается числом Abs, указанным в команде),
· относительная (операнд в ячейке памяти, адрес которой является суммой текущего содержимого программного счетчика PC и данного в команде 16-разрядного смещения d16 или базового смещения bd),
· относительная с индексированием (операнд в ячейке памяти, адрес которой является суммой содержимого программного счетчика PC, индексного регистра и данного в команде 16-разрядного смещения d16 или 32-разрядного базового смещения bd),
· непосредственная (значение операнда Im дано в команде).
Форматы команд
Команды процессора МС68300 могут содержать от одного до пяти слов. Любая команда всегда расположена по четному адресу. Формат команды в общем виде показан на рисунке 1:
| Командное слово (первое слово, определяющее операцию и способ адресации) |
| Непосредственный операнд (одно или два слова) |
| Эффективный адрес источника (одно или два слова) |
| Смещение (одно или два слова) |
Рисунок 1.
Система команд CPU32
Процессор CPU32 выполняет набор из 139 команд, которые реализуют следующие группы операций:
· операции пересылки,
· арифметические операции,
· логические операции,
· операции сдвига,
· операции сравнения и тестирования,
· битовые операции,
· операции управления;
· операции условной установки байтов.
Таблица1 - Набор команд процессора CPU32
| Синтаксис ассемблера | Разрядность | Операция | Адресация |
| ADD Dn, <EA> | B, W, L | <dst> + Dn -> <dst> | 1,(3-9,13) |
| ADD <EA>, Dn | B, W, L | Dn+ <src> - Dn | (1-14),1 |
| ADDA <EA>, An | W, L | <dst> + An -> An | (1-14),2 |
| ADDI # Im, <EA> | B, W, L | <dst> + Im -> <dst> | 12,(1,3-9,13) |
| ADDQ # Im, <EA> | B, W, L | <dst> + Im -> <dst> | 12,(1-9,13) |
| ADDX Dy, Dx | B, W, L | Dx + Dy + X -> Dx | 1,1 |
| ADDX - (Ay),- (Ax) | B, W, L | <dst> + <src> + X -> <dst> | 5,5 |
| SUB Dn, <EA> | B, W, L | <dst> - Dn -> <dst> | 1,(3-9,13) |
| SUB <EA>, Dn | B, W, L | Dn+ <src> -> <dst> | (1-14),1 |
| SUBA <EA>,An | W, L | An- <src> -> An | (1-14),2 |
| SUBI # Im, <EA> | B, W, L | <dst> - Im -> <dst> | 12,(1,3-9,13) |
| SUBQ # Im, <EA> | B, W, L | <dst> - Im -> <dst> | 12,(1-9,13) |
| SUBX Dy, Dx | B, W, L | Dx - Dy - X -> <dst> | 1,1 |
| SUBX - (Ay), - (Ax) | B, W, L | <dst> - <src> - X -> <dst> | 5,5 |
| NEG <EA> | B, W, L | O - <dst> -> <dst> | (1,3-9,13) |
| NEGX <EA> | B, W, L | O - <dst> - X -> <dst> | (1,3-9,13) |
| ABCD Dy, Dx | W | Dx + Dy + X -> Dx | 1,1 |
| ABCD - (Ay), - (Ax) | W | <dst> + <src> + X -> <dst> | 5,5 |
| SBCD Dy, Dx | W | Dx- Dy - X -> Dx | 1,1 |
| SBCD - (Ay), - (Ax) | W | <dst> - <src> - X -> <dst> | 5,5 |
| NBCD <EA> | W | O - <dst> - X -> <dst> | (1,3-9,13) |
| MULS <EA>, Dn | W, L | Dn * <src> -> Dn | (1,3-14),1 |
| MULS.L <EA>, Dh-Dl | L | Dn * <src> -> Dn | (1,3-14),1 |
| MULU <EA>, Dn | W, L | Dn * <src> -> Dn | (1,3-14),1 |
| MULU.L <EA>, Dh-Dl | L | Dl * <src> -> Dh:Dl | (1,3-14),1 |
| DIVS <EA>, Dn | W, L | Dn / <src> -> Dn | (1,3-14),1 |
| DIVS.L <EA>, Dr:Dq | L | Dr:Dq / <src> -> Dr:Dq | (1,3-14),1 |
| DIVSL.L <EA>, Dr:Dq | L | Dq / <src> -> Dr:Dq | (1,3-14),1 |
| DIVU <EA>, Dn | W | Dn / <src> -> Dn | (1,3-14),1 |
| DIVU.L <EA>, Dr:Dq | L | Dr:Dq / <src> -> Dr:Dq | (1,3-14),1 |
| DIVUL.L <EA>, Dr:Dq | L | Dq / <src> -> Dr:Dq | (1,3-14),1 |
| CLR <EA> | B,W,L | 0 -> <dst> | (1,3-9,13) |
Таблица2 - Команды логических операций
| Синтаксис ассемблера | Разрядность | Операции | Адресация |
| AND <EA>, Dn | B, W, L | Dn ^ <src> -> Dn | (1, 3 - 14), 1 |
| AND Dn, <EA> | B, W, L | <dst> ^ Dn -> <dst> | 1, (1,3 - 9,13) |
| ANDI # Im, <EA> | B, W, L | <dst> ^ Im -> <dst> | 12, (1, 3 - 9,13) |
| ANDI # Im, CCR | W | CCR ^ Im -> CCR | 12, - |
| ANDI # Im, SR | W | SR ^ Im -> SR | 12, - |
| OR <EA>, Dn | B, W, L | Dn <src> -> Dn | (1, 3 - 14), 1 |
| OR Dn, <EA> | B, W, L | <dst> Dn -> <dst> | 1, (1,3 - 9,13) |
| ORI # Im, <EA> | B, W, L | <dst> Im -> <dst> | 12, (1, 3 - 9,13) |
| ORI # Im, CCR | W | CCR Im -> CCR | 12, - |
| ORI # Im, SR | W | SR Im -> SR | 12, - |
| EOR Dn, <EA> | B, W, L | <dst> + Dn -> <dst> | 1, (1, 3 - 9,13) |
| EORI # Im, <EA> | B, W, L | dst> + Im -> <dst> | 12, (1, 3 - 9,13) |
| EORI # Im, CCR | W | CCR + Im -> CCR | 12, - |
| EORI # Im, SR | W | SR + Im -> SR | 12, - |
| NOT | B, W, L | <dst> -> <dst> | (1, 3 - 9.13) |
Таблица3 - Команды сдвигов
| Синтаксис ассемблера | Разрядность | Адресация |
| ASL Dx, Dv | B, W, L | 1, 1 |
| ASL # Ns, Dv | B, W, L | 12, 1 |
| ASL <EA> | W | (3 - 9,13) |
| ASR Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| ASR # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| ASR <EA> | W | (3 - 9,13) |
| LSL Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| LSL # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| LSL <lEA> | W | (3 - 9,13) |
| LSR Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| LSR # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| LSR <lEA> | W | (3 - 9,13) |
| ROL Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| ROL # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| ROL <EA> | W | (3 - 9,13) |
| ROR Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| ROR # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| ROR <EA> | W | (3 - 9,13) |
| ROXL Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| ROXL # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| ROXL <EA> | W | (3 - 9,13) |
| ROXR Dx, Dv | B, W, L | 1,1 |
| ROXR # Ns, Dv | B, W, L | 12,1 |
| ROXR <EA> | W | (3 - 9,13) |
Таблица4 - Команды сравнения и тестирования.
| Синтаксис ассемблера | Разрядность | Операции | Адресация |
| СMP <EA>, Dn | B, W, L | Dn - <src> | (1 - 14), 1 |
| СMP <EA>, An | W, L | An - <src> | (1 - 14), 2 |
| CMPI # Im, <EA> | B, W, L | <dst> - Im | 12, (1, 3 - 11,13,14) |
| CMPM (Av) +,(Ax) + | B, W, L | <dst> - <src> | 4,4 |
| CMP2 <EA>, Rn | B, W, L | (Rn)<LB, (Rn)>UB | (3,6-11,13,14), (1,2) |
| TST <EA> | B, W, L | <dst> - 0 | (1, 3 – 9,13) |
| TAS <EA> | B | <dst> - 0, 1 -> b7 | (1, 3 - 14) |
Таблица 5 - Команды битовых операций.
| Синтаксис ассемблера | Разрядность | Операции | Адресация |
| BTST Dn, <EA> | B, L | bn -> Z | 1, (1, 3 - 14) |
| BTST # Nb, <EA> | B, L | bn -> Z | 12, (1, 3 - 14) |
| BSET Dn, <EA> | B, L | bn -> Z, 1 -> bn | 1, (1, 3 - 9,13,14) |
| BSET # Nb, <EA> | B, L | bn -> Z, 1 -> bn | 12, (1, 3 - 9,13,14) |
| BCLR Dn, <EA> | B, L | bn -> Z, 0 -> bn | 1, (1, 3 - 9,13,14) |
| BCLR # Nb, <EA> | B, L | bn -> Z, 0 -> bn | 12, (1, 3 - 9,13,14) |
| BCHG Dn, <EA> | B, L | bn -> Z, bn -> bn | 1, (1, 3 - 9,13,14) |
| BCHG # Nb, <EA> | B, L | bn -> Z, bn -> bn | 12, (1, 3 - 9,13,14) |
Таблица 6 - Команды управления и установки байтов.
| Синтаксис ассемблера | Операции | Адресация |
| JMP <EA> | <dst> -> PC | (3, 6 - 11,13,14) |
| JSR <EA> | SP - 4 -> SP, PC -> (SP), <dst> -> PC | (3, 6 - 11,13,14) |
| RTS | (SP) -> PC, SP + 4 -> SP | |
| RTR | (SP) -> CCR, SP + Z -> SP, (SP) -> PC, SP + 4 -> SP | |
| Scc <EA> | Если (сс) выполняется, то 1... 1 -> <dst>, если (сс) не выполняется, то 0... 0 -> <dst> | (1, 3 - 9,13,14) |
Таблица 7 - Изменение признаков после выполнения команд
| Команды | X | N | Z | V | C | Примечание |
| ABCD, SBCD, NBCD | + | ? | * | ? | + | X=С - десятичный перенос |
| ADD, ADDI, ADDQ, SUB, SUBI, SUBQ, NEG | + | + | + | + | + | X=С - десятичный перенос |
| ADDX, SUBX, NEGX | + | + | * | + | + | X=С - десятичный перенос |
| MULS, MULU, DIVS, DIVU | - | + | + | + | ||
| MOVE, MOVEQ, AND, ANDI, OR, ORI, EOR, EORI, NOT, CLR, EXT, TAS, TST | - | + | + | |||
| CMP, CMPI, CMPM | - | + | + | + | + | |
| CMP2 | - | ? | + | ? | + | |
| BTST, BSET, BCLR, BCHG | - | - | + | - | - | Z = bn (инверсия) |
| ASL, ASR | + | + | - | + | + | V = 1 при изменении знака |
| LSL, LSR | + | + | + | + | ||
| ROL, ROR | - | + | + | + | ||
| ROXL, ROXR | + | + | + | + | ||
| CHK | + | + | + | + | + | |
| MOVE, ANDI, ORI, EORI to CCR или SR | + | + | + | + | + |
В общем виде запись типовой двухадресной команды на языке ассемблера имеет следующий вид:
COP.x <src>, <dst>
где в качестве COP указывается мнемокод соответствующей команды, а вместо x ставится символ, определяющий разрядность операндов: B - байт, W - слово, L - длинное слово. Если после мнемокода отсутствует символ разрядности, то по умолчанию операндом служит слово.
Операнды условно обозначаются как <src> - источник, <dst> - приемник, причем в качестве приемника указывается операнд, на месте которого помещается результат операции. При записи конкретных команд в качестве <src>, <dst> указываются символические адреса операндов на языке ассемблера в соответствии с используемым способом их адресации. Для одноадресных команд в поле операндов дается один символический адрес, в безадресных командах адрес операнда в явном виде не задается. При непосредственной адресации вместо указывается значение операнда Im, перед которым ставится префиксный символ #.
Числа Im, d8, d16, bd, Abs.W, Abs.L в поле операндов могут даваться в различных системах счисления, которые определяются префиксным символом:
& - десятичное число,
% - двоичное число,
@ - восьмеричное число,
$ - шестнадцатиричное число.
При отсутствии префиксного символа число воспринимается как десятичное.
С целью повышения производительности в CPU32 организован трехступенчатый конвейер выполняемых команд. Контроль состояния конвейера обеспечивается с помощью выходных сигналов процессора:
IPIPE# - принимает значение 0 в первом такте выполнения каждой команды в конвейере;
IFETCH# - принимает значение 0 при загрузке очередной команды в конвейер, а также при освобождении конвейера (отсутствии команд).
Данные сигналы могут использоваться внешним анализатором для контроля текущего состояния процессора.
Ниже в этом разделе рассматриваются команды, выполняемые процессором CPU32. В таблицах для каждой команды дан ее синтаксис на языке ассемблера и указана разрядность операндов: фиксированная (указывается числом) или изменяемая (определяется символом B,W,L, который ставится после мнемокода команды). Операнды, адрес которых вычисляется в соответствии с заданным способом адресации, обозначены символами <EA>. При выполнении многих команд для вычисления EA можно использовать только определенные способы адресации.