解開(kāi)MAXQ的秘密

MAXQ內(nèi)核是一個(gè)功能強(qiáng)大的單周期、傳輸觸發(fā)CPU。本文通過(guò)展示整個(gè)指令集如何圍繞簡(jiǎn)單的 MOVE 操作構(gòu)建來(lái)演示這種功能。

MAXQ處理器系列是功能強(qiáng)大的8位、16位和32位單周期微控制器，在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)執(zhí)行多個(gè)操作。本文將探討MAXQ20內(nèi)核的內(nèi)部工作原理，并展示其強(qiáng)大的功能。

程序員模型

MAXQ20內(nèi)核為16位CPU，這意味著所有累加器和大多數(shù)工作寄存器（堆棧、數(shù)據(jù)指針、計(jì)數(shù)器）的長(zhǎng)度均為16位。MAXQ20可以尋址64k字的代碼空間（即64kB指令）和64k字（128kB）的數(shù)據(jù)空間（圖1）。

注意，對(duì)于基于MAXQ20內(nèi)核的處理器，大部分內(nèi)存空間將處于空置狀態(tài)。此外，由于實(shí)用程序ROM和數(shù)據(jù)RAM位于代碼空間的上部32kB，因此訪問(wèn)此區(qū)域中的用戶代碼需要內(nèi)核中的特殊功能，這些功能超出了本文的范圍。

圖1.MAXQ20內(nèi)核的編程模型由16個(gè)通用累加器、兩個(gè)環(huán)路計(jì)數(shù)器和一組數(shù)據(jù)指針組成。

蓄電池

16個(gè)寄存器稱(chēng)為“累加器”，形成一個(gè)通用寄存器陣列。累加器指針寄存器 （AP） 指向的寄存器被指定為“活動(dòng)累加器”，它是算術(shù)和邏輯運(yùn)算的目標(biāo)。因此，通過(guò)更改AP寄存器中的值，可以將2個(gè)累加器中的任何一個(gè)指定為算術(shù)邏輯單元（ALU）操作的目標(biāo)。累加器指針控制寄存器 （APC） 使 AP 在訪問(wèn)活動(dòng)累加器時(shí)自動(dòng)遞增或遞減，從而使多精度算術(shù)變得簡(jiǎn)單。在圖 0 中，A[1] 是有源累加器，但任何累加器訪問(wèn)都可以使 A[15] 或 A[<>] 成為有源累加器，具體取決于 APC 寄存器的值。

圖2.活動(dòng)累加器由AP寄存器指定，AP寄存器本身可以通過(guò)累加器訪問(wèn)指令進(jìn)行修改。

遺傳資源注冊(cè)

通用寄存器（GR）有助于從16位字中提取單個(gè)字節(jié)。程序員可以使用GR將字節(jié)組裝成一個(gè)字：將低字節(jié)加載到GRL（通用寄存器-低字節(jié)）中，將高字節(jié)加載到GRH（通用寄存器-高字節(jié)）中，并在GR中讀取組裝好的字。加載到 GR 中的單詞可以在 GRS（通用寄存器-交換）中以字節(jié)交換格式讀取。最后，加載到GRL寄存器的字節(jié)可以通過(guò)讀取GRXL（通用寄存器低字節(jié)）來(lái)符號(hào)擴(kuò)展為一個(gè)字。參見(jiàn)圖 3。

圖3.GR 寄存器支持字節(jié)提取、字節(jié)交換和 16 位符號(hào)擴(kuò)展。

循環(huán)計(jì)數(shù)器

有兩個(gè)環(huán)路計(jì)數(shù)器：環(huán)路計(jì)數(shù)器 0 （LC[0]） 和環(huán)路計(jì)數(shù)器 1 （LC[1]）。這些寄存器可用作通用寄存器，但如果計(jì)數(shù)器為非零 （DJNZ） 指令，則用作遞減和跳轉(zhuǎn)的循環(huán)計(jì)數(shù)器。

疊

MAXQ20內(nèi)核具有專(zhuān)用的16電平內(nèi)部堆棧。堆棧指針指示要使用的下一個(gè)堆棧位置，或指示 PUSH 或 CALL 操作。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)指針

MAXQ微控制器具有三個(gè)用于訪問(wèn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的指針。兩個(gè)，DP[0] 和 DP[1]，是簡(jiǎn)單的 16 位指針。第三個(gè)指針是通過(guò)將基址指針 （BP） 添加到 8 位無(wú)符號(hào)偏移量 （OFFS） 來(lái)形成的。

請(qǐng)注意，由三個(gè)數(shù)據(jù)指針之一尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與由指令指針尋址的代碼存儲(chǔ)器不同。雖然所有MAXQ處理器都包含一個(gè)存儲(chǔ)器管理單元（MMU），允許將任何存儲(chǔ)器段視為代碼或數(shù)據(jù)，但代碼和數(shù)據(jù)總線是分開(kāi)的。代碼和數(shù)據(jù)獲取操作的總線分離是MAXQ20技術(shù)的基本要素，允許在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)同時(shí)訪問(wèn)代碼和數(shù)據(jù)。

傳輸觸發(fā)架構(gòu)

通過(guò)檢查程序員的模型，可以得出結(jié)論，有一個(gè)傳統(tǒng)的指令獲取-解碼單元，它加載指令，解碼它，然后激活CPU的某些元素。然而，這將是一種誤解。MAXQ架構(gòu)與其他傳統(tǒng)CPU的不同之處在于MAXQ內(nèi)核的傳輸觸發(fā)特性。

傳輸觸發(fā)是一種允許簡(jiǎn)單的 MOVE 指令執(zhí)行 CPU 中可用的每個(gè)功能的技術(shù)。雖然MAXQ匯編器支持30多種指令操作碼，但MAXQ指令集中的每條指令都可以編碼為：

       move Ma[b], Mc[d]
or
        move Ma[b], #immediate_value

其中名稱(chēng) Ma[b] 描述寄存器模塊 a 和寄存器子解碼 b。簡(jiǎn)單地說(shuō)：每條指令——ADD、位操作、對(duì)外部存儲(chǔ)器的引用——都被編碼為兩個(gè)寄存器之間的移動(dòng)或?qū)⒓磿r(shí)值移動(dòng)到寄存器中。

當(dāng)執(zhí)行MAXQ指令時(shí)，目標(biāo)寄存器加載源寄存器的內(nèi)容或即時(shí)值。此外，這種數(shù)據(jù)傳輸可以觸發(fā)其他事件，例如遞增或遞減指針、設(shè)置某些狀態(tài)位或其他函數(shù)。因此，該架構(gòu)是傳輸觸發(fā)的。為了支持這種架構(gòu)，需要一個(gè)大的寄存器補(bǔ)充。在MAXQ20內(nèi)核中，共有512個(gè)寄存器地址，分為兩大部分：外設(shè)寄存器空間和系統(tǒng)寄存器空間（圖4）。

前六個(gè)寄存器模塊（模塊 0 到 5）專(zhuān)用于外設(shè)寄存器;最后九個(gè)模塊（模塊7至F）被分配為系統(tǒng)寄存器。（模塊 6 是保留的。當(dāng)外設(shè)寄存器模塊從一種類(lèi)型的MAXQ處理器變?yōu)榱硪环N類(lèi)型的MAXQ處理器時(shí)，所有MAXQ處理器的系統(tǒng)寄存器保持不變（圖5）。

圖4.MAXQ20內(nèi)核中的寄存器分配分為兩個(gè)區(qū)域：寄存器組0至5為外設(shè)寄存器，可以從MAXQ器件切換到另一個(gè)MAXQ器件;組7至15是系統(tǒng)寄存器，在所有MAXQ部件上保持相對(duì)固定。

圖5.MAXQ系統(tǒng)寄存器映射由所有基于MAXQ20的處理器中的寄存器和用于實(shí)現(xiàn)指令集的附加解碼組成。

解碼MAXQ指令

因?yàn)槊織lMAXQ指令實(shí)際上都是一個(gè)MOVE，所以每條指令可以分解為三個(gè)字段：一個(gè)SOURCE字段，它指定數(shù)據(jù)從哪里移動(dòng);指定數(shù)據(jù)移動(dòng)到何處的“目標(biāo)”字段;以及一個(gè)格式位，指示源是即時(shí)值（FORMAT == 0）還是寄存器指示符（FORMAT == 1）（圖6）。

圖6.MAXQ指令由三部分組成：源指示符、目標(biāo)指示符和源格式位，用于確定源是直接操作數(shù)還是寄存器操作數(shù)。

以指令操作碼0x0923為例。在此指令中，F(xiàn)ORMAT位是明確的，指示源指示符（23）應(yīng)被視為8位即時(shí)值。目標(biāo)模塊是模塊 9，即累加器陣列。該數(shù)組中的寄存器 0 是累加器 A[0]。因此，指令的作用是將0x0023的值加載到寄存器 A[0] 中。在這種情況下，沒(méi)有與源或目標(biāo)指示符相關(guān)的副作用。

對(duì)于第二個(gè)示例，請(qǐng)考慮0xBF09。在此指令中，設(shè)置了FORMAT位，這意味著源指示符應(yīng)解釋為寄存器。模塊 9 寄存器 0 已在上面介紹：它是累加器 A[0]。在目標(biāo)端，模塊 F 是數(shù)據(jù)指針模塊，寄存器 3（指令中的位 14：12）表示數(shù)據(jù)指針 DP[0]。因此，此指令將 A[0] 的內(nèi)容移動(dòng)到 DP[0]。

請(qǐng)注意，在某些情況下，寄存器模塊內(nèi)的各個(gè)位置可能引用實(shí)際寄存器，也可能不引用實(shí)際寄存器。或者，它們可以引用實(shí)際的寄存器，但在訪問(wèn)該寄存器子解碼時(shí)會(huì)導(dǎo)致一些副作用。例如，讓我們用0xAF09稍微修改前面的示例。只有目標(biāo)子解碼已更改?，F(xiàn)在，指令不是加載寄存器 DP[0]，而是遞減 DP[0]，然后開(kāi)始對(duì) DP[0] 指向的新內(nèi)存位置進(jìn)行存儲(chǔ)操作。也就是說(shuō)，指令在遞減指針上執(zhí)行間接存儲(chǔ)。在MAXQ匯編器中，它被編碼為移動(dòng)@DP[0]，A[0]，但它可以像移動(dòng)M15[2]，M9[0]一樣容易編碼。

前綴寄存器

每個(gè)模塊有 32 個(gè)寄存器，但只有 11 位用于選擇源寄存器，只有 <> 位用于指定目標(biāo)寄存器。乍一看，這意味著無(wú)法讀取一半的寄存器子解碼，并且無(wú)法寫(xiě)入整整四分之三的寄存器子解碼。幸運(yùn)的是，MAXQ架構(gòu)設(shè)計(jì)可以解決這個(gè)問(wèn)題。每個(gè)MAXQ處理器提供一個(gè)前綴寄存器，以提供這些額外的寄存器地址位，并提供字范圍移動(dòng)的高字節(jié)。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱模塊 <> - 前綴部分。

一次創(chuàng)建一個(gè)模塊的MAXQ指令集

以下各節(jié)詳細(xì)介紹了系統(tǒng)寄存器模塊以及它們?nèi)绾谓换ヒ詣?chuàng)建所有記錄和未記錄的指令。我們首先研究MAXQ20內(nèi)核的核心：累加器陣列。

模塊 9 - 蓄能器

MAXQ架構(gòu)最多支持32個(gè)累加器，盡管大多數(shù)型號(hào)只支持16個(gè)。累加器可通過(guò)模塊 9 直接訪問(wèn)。此模塊中的每個(gè)子解碼代表一個(gè)累加器。模塊 9 在概念上是最簡(jiǎn)單的模塊，但還有兩個(gè)模塊會(huì)影響累加器陣列。

模塊 8 - 系統(tǒng)控制

該模塊包含許多寄存器，用于管理系統(tǒng)操作的各個(gè)方面，例如中斷控制和程序狀態(tài)標(biāo)志。其中許多寄存器超出了本文的范圍，因此有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱器件規(guī)格。表1列出了其中一些寄存器模塊。

表 1.模塊 8 函數(shù)

AP和APC登記冊(cè)值得特別注意。AP 寄存器確定哪個(gè)累加器寄存器是活動(dòng)累加器;也就是說(shuō)，它指定算術(shù)、邏輯和按位運(yùn)算的目標(biāo)。它可以指向數(shù)組中的任何累加器。

APC 寄存器包含一組位，用于定義在任何累加器操作后如何修改 AP 寄存器。因此，AP寄存器可以遞增或遞減，計(jì)數(shù)在可選擇的2次冪模數(shù)上滾動(dòng)，使多精度運(yùn)算變得簡(jiǎn)單。

模塊 10 - 累加器功能

模塊 10 是完成累加器大部分實(shí)際工作的地方。它提供對(duì)傳統(tǒng) ALU 函數(shù)的訪問(wèn)和對(duì)有源累加器的位級(jí)訪問(wèn)。模塊 10 是唯一的;它的行為有所不同，具體取決于它是用作源、目標(biāo)還是同時(shí)用作源和目標(biāo)（表 2）。

表 2.模塊 10 作為源

如果源是模塊 10，并且目標(biāo)是模塊 10 以外的任何模塊，則累加器的內(nèi)容將移動(dòng)到目標(biāo)。如果子解碼為零，則根據(jù)APC寄存器中的位修改AP寄存器。如果子解碼為 1，則不會(huì)修改 AP 寄存器。

請(qǐng)注意，當(dāng)前版本的宏匯編器不支持子解碼 1。這是因?yàn)闆](méi)有助記符或修飾符來(lái)指定子解碼 1。因此，指令移動(dòng) A[1]，ACC 將始終0x990A生成操作碼，并且永遠(yuǎn)不會(huì)0x991A（表 3）。

表 3.模塊 10 作為目的地

當(dāng)模塊 10 被指定為目標(biāo)并且源是即時(shí)值或模塊 10 以外的任何模塊時(shí)，源通過(guò) ALU 路由;目標(biāo)取自 ALU 的輸出，而不是直接取自源。這就是算術(shù)和邏輯指令的實(shí)現(xiàn)方式。

請(qǐng)注意，對(duì)可用作源寄存器的內(nèi)容沒(méi)有限制。它可以是即時(shí)值、間接存儲(chǔ)器位置，甚至是堆?；蛲庠O(shè)寄存器上的值（表 4）。

表 4.模塊 10 同時(shí)作為源和目標(biāo)

當(dāng)源和目標(biāo)指定都是模塊 10 時(shí)，它要么是僅累加器指令，要么是涉及進(jìn)位的位操作。在所有情況下，源子解碼和目標(biāo)子解碼都用于指定操作。

目標(biāo)子解碼 0 是僅累加器指令的主頁(yè)，包括補(bǔ)碼、否定和所有移位、旋轉(zhuǎn)和交換指令。目標(biāo)子解碼 1、2、3、6 和 7 涉及按位加載和使用進(jìn)位的操作。最后，目標(biāo)子解碼 5 具有僅進(jìn)位操作：加載 0 和 1 以及補(bǔ)碼。

請(qǐng)注意，目標(biāo)子解碼 5 的一個(gè)源子解碼是指定的 NOP 指令。雖然任何既沒(méi)有副作用又解決空寄存器位置的操作都可以作為NOP，但MOVE M10[5]、M10[3]特別保證在當(dāng)前或未來(lái)的MAXQ器件中不執(zhí)行任何操作。這是在 NOP 助記符的所有當(dāng)前匯編程序中生成的操作代碼 （0xDA3A）。

模塊 12 — 指令指針

模塊 12 是唯一的，因?yàn)樗S多條件加載操作。如果將模塊 12 用作源模塊，則只需將 IP 復(fù)制到目標(biāo)指示符。但是，如果模塊 12 是目標(biāo)，則除非滿足指定的條件，否則不會(huì)執(zhí)行任何操作（表 5）。

表 5.模塊 12 子解碼

模塊 12 也是唯一的，因?yàn)楫?dāng)從 8 位即時(shí)源加載時(shí)，源值被解釋為有符號(hào)整數(shù)，并添加到指令指針的先前預(yù)遞增內(nèi)容中。這種添加有助于相對(duì)短的跳躍，從而顯著節(jié)省代碼大小。這也意味著任何短跳或跳遠(yuǎn)指令都可以是有條件的。

請(qǐng)注意，此模塊僅支持指令指針寄存器 （IP） 的簡(jiǎn)單加載和存儲(chǔ)。CALL 指令被視為也加載 IP 的堆棧指令，而不是推送到堆棧的 IP 指令。因此，CALL 指令的傳輸在堆棧指針模塊（模塊 13）中。此外，沒(méi)有明確的 RET 指令;這被強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為 POP IP。

模塊 13 — 堆棧指針

模塊 13 不僅包含與堆棧指針相關(guān)的寄存器，還包含循環(huán)計(jì)數(shù)器和中斷向量。請(qǐng)注意，多個(gè)子解碼僅作為目標(biāo)有效，一個(gè)（子解碼 8）僅作為源有效（表 6）。

表 6.模塊 13 子解碼

子解碼 3、4 和 5 用作 IP 寄存器的代理。Subdecode 3在遞增的指令指針被推送到堆棧后加載指令指針，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的CALL指令。子解碼 4 和 5 將指定循環(huán)計(jì)數(shù)器的前置版本加載回循環(huán)計(jì)數(shù)器，如果前遞減循環(huán)計(jì)數(shù)器不為零，則還會(huì)使用源操作數(shù)加載指令指針。要加載到此目標(biāo)子解碼中的源可以是任何內(nèi)容;指令 DJNZ LC[0]， A[1] 是完全有效的。在這種情況下，如果遞減操作的結(jié)果不為零，則指令將遞減 LC[0] 并跳轉(zhuǎn)到 A[1] 中的地址。

模塊 14 - GR、BP 和 DPC

模塊14包含DPC寄存器、GR寄存器以及與基極指針和偏移寄存器相關(guān)的所有寄存器（表7）。

表 7.模塊 14 子解碼

數(shù)據(jù)指針控制寄存器 （DPC） 描述數(shù)據(jù)指針的行為方式。特別是，它包含每個(gè)數(shù)據(jù)指針的位，用于定義該指針是在字模式還是字節(jié)模式下運(yùn)行。它還包含一個(gè)字段，用于定義哪個(gè)指針是當(dāng)前源指針。這是必需的，因?yàn)樵诩虞d源指針時(shí)訪問(wèn)源，并且只有一條總線用于操作數(shù)數(shù)據(jù)。

當(dāng) 16 位數(shù)據(jù)需要字節(jié)訪問(wèn)時(shí)，GR 寄存器很方便。一旦GR加載了16位數(shù)據(jù)，就可以分別通過(guò)GRL和GRH寄存器檢索低階和高階字節(jié)。GRS 寄存器包含 GR 的字節(jié)交換版本;GRXL 寄存器與 GRL 寄存器相同，不同之處在于高字節(jié)是低位字節(jié)的符號(hào)擴(kuò)展。

基極指針寄存器（BP）是MAXQ架構(gòu)中三個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器指針寄存器之一，也是唯一支持失調(diào)寄存器的寄存器。BP 通常指向數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基底，8 位無(wú)符號(hào)偏移寄存器指向結(jié)構(gòu)內(nèi)的數(shù)據(jù)元素。請(qǐng)注意，此寄存器的遞增和遞減版本僅修改偏移寄存器，而不會(huì)修改基寄存器。

模塊 15 - 數(shù)據(jù)指針

模塊15包含MAXQ架構(gòu)中三個(gè)數(shù)據(jù)指針中的兩個(gè)。根據(jù)子解碼，對(duì)此模塊的訪問(wèn)將執(zhí)行直接或間接加載或存儲(chǔ)，并可能在間接訪問(wèn)后增加或減少數(shù)據(jù)指針。這些寄存器子解碼可用作源寄存器或目標(biāo)寄存器（表8）。

表 8.模塊 15 子解碼

模塊 7 - 布爾變量操作

布爾變量操作（BVM）模塊（模塊7）允許在典型的MAXQ處理器中對(duì)許多寄存器進(jìn)行位提取和位設(shè)置/清除（圖7）。請(qǐng)注意，并非所有模塊都連接到 BVM 計(jì)算機(jī)。通常，只有外圍模塊連接到 BVM;系統(tǒng)寄存器沒(méi)有。因此，在BVM和系統(tǒng)寄存器之間移動(dòng)數(shù)據(jù)可能會(huì)導(dǎo)致不可預(yù)測(cè)的后果。

圖7.模塊7的子解碼指定要提取或替換的位，如果是源指示符，則指定即時(shí)位值。

作為目的地指示符，BVM 充當(dāng)進(jìn)位的代理。提取源的一個(gè)位并將其復(fù)制到進(jìn)位。如果 BVM 是源指示符，則子解碼的第 3 位（完整源指示符的第 7 位）中給出的值將復(fù)制到目標(biāo)的指定位。

請(qǐng)注意，BVM 僅適用于外設(shè)寄存器的 0 到 7 位。這對(duì)于大多數(shù)外設(shè)寄存器來(lái)說(shuō)是可以接受的，因?yàn)樵S多寄存器（特別是I/O端口）的長(zhǎng)度僅為8位。但是，當(dāng)訪問(wèn)16位外設(shè)寄存器時(shí)，只有低階8位可用。

模塊 11 - 前綴

前綴模塊是MAXQ架構(gòu)的一個(gè)獨(dú)特特性，解決了所有16位微控制器的限制。對(duì)于 16 位寄存器，即時(shí)加載指令需要 16 位操作數(shù)，這意味著有效的即時(shí)加載指令需要 16 位以上。

針對(duì)這一限制有幾種解決方案，包括可變長(zhǎng)度指令和寄存器，允許獨(dú)立訪問(wèn)低字節(jié)和高字節(jié)（MAXQ GR寄存器就是一個(gè)例子）。沒(méi)有一種解決方案是理想的，因?yàn)樗鼈儠?huì)使解碼邏輯復(fù)雜化或涉及新的寄存器（圖 8）。

圖8.當(dāng)前綴寄存器是目標(biāo)時(shí)，8 位即時(shí)源為 16 位即時(shí)操作數(shù)提供高位字節(jié);目標(biāo)子解碼提供額外的位，以允許對(duì)每個(gè)模塊中源和目標(biāo)操作數(shù)的所有 32 個(gè)寄存器進(jìn)行尋址。

前綴機(jī)制以?xún)煞N方式改進(jìn)了此過(guò)程。首先，通過(guò)僅為那些特別需要額外位的指令添加前綴，該機(jī)制可以節(jié)省代碼空間和執(zhí)行時(shí)間。其次，通過(guò)不僅為直接操作數(shù)提供額外的位，而且為寄存器指示符提供額外的位，該機(jī)制保留了整體架構(gòu)，同時(shí)擴(kuò)展了寄存器空間的大小。

請(qǐng)記住，雖然每個(gè)寄存器模塊有 32 個(gè)寄存器，但只有 <> 位指定源寄存器，只有 <> 位指定目標(biāo)寄存器。前綴機(jī)制提供這些附加位。

前綴機(jī)制在幾個(gè)方面是唯一的。首先，指令目標(biāo)部分的某些位用作直接源位，用于訪問(wèn)寄存器子解碼，源地址高于15，目標(biāo)地址高于<>。這樣，單個(gè)前綴指令可以提供從任何寄存器或即時(shí)值到任何寄存器子解碼的訪問(wèn)。

其次，前綴寄存器是唯一的，因?yàn)榧虞d到其中的任何值只能存活一個(gè)時(shí)鐘周期。之后，寄存器自動(dòng)清零。這意味著任何移動(dòng)到前綴寄存器的指令都必須是前綴寄存器要修改的指令之前的指令。這也意味著前綴指令是不可中斷的。如果在前綴操作之后發(fā)生中斷，則當(dāng)中斷返回到主函數(shù)時(shí)，前綴信息將丟失。

如圖9所示，前綴寄存器中的位進(jìn)入源指示符、目標(biāo)指示符和即時(shí)值。因此，雖然大多數(shù)指令在單個(gè)周期內(nèi)執(zhí)行，但以下指令需要兩個(gè)周期：地址目標(biāo)寄存器子解碼大于 7;地址源寄存器子解碼大于 15;或加載大于 255 的即時(shí)值。

圖9.前綴寄存器提供 16 位即時(shí)操作數(shù)所需的額外位，并將每個(gè)模塊中的所有 32 個(gè)寄存器尋址為源和目標(biāo)。

為了說(shuō)明此過(guò)程，請(qǐng)考慮指令移動(dòng) A[0]，#010h。由于這會(huì)將即時(shí)值移動(dòng)到模塊 9 寄存器 0，匯編程序?qū)?chuàng)建以下操作代碼：0910。但是，如果指令是移動(dòng) A[10]，#0320h，匯編程序必須自動(dòng)插入前綴指令：2B03 2920。

如果沒(méi)有前綴指令，操作代碼 2920 將轉(zhuǎn)換為移動(dòng) A[2]，#020h。但是前綴會(huì)向目標(biāo)說(shuō)明符添加位，為即時(shí)值添加額外的位，允許處理器將任何值加載到任何寄存器子解碼，并且永遠(yuǎn)不會(huì)花費(fèi)超過(guò)兩個(gè)周期。

幾個(gè)例子

獨(dú)特的MAXQ20內(nèi)核架構(gòu)允許一些在其他處理器中根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)的操作。

向量中斷

MAXQ20內(nèi)核只有一個(gè)中斷矢量寄存器，有些人可能認(rèn)為這是一個(gè)限制因素。但請(qǐng)考慮具有兩個(gè)外部中斷的系統(tǒng)，其中設(shè)備 A 連接到端口 0 位 0，設(shè)備 B 連接到端口 0 位 1?，F(xiàn)在，中斷選擇可以像跳轉(zhuǎn)PI0一樣簡(jiǎn)單。在地址 0 處，代碼為：

     0000: IRET
        0001: jump SERVICE_DEVICE_A
        0002: jump SERVICE_DEVICE_B
        0003: jump SERVICE_DEVICE_A

在此示例中，設(shè)備 A 在中斷服務(wù)中具有優(yōu)先級(jí)。也就是說(shuō)，如果兩個(gè)中斷請(qǐng)求行都處于活動(dòng)狀態(tài)（端口 0 具有位 0 和 1 個(gè)活動(dòng)狀態(tài)），則為 A 提供服務(wù)。在中斷服務(wù)例程結(jié)束時(shí)，設(shè)備A可能不再處于活動(dòng)狀態(tài)，并且可以為設(shè)備B提供服務(wù)。

任務(wù)管理器

在許多應(yīng)用程序中，需要循環(huán)瀏覽任務(wù)列表以創(chuàng)建粗略類(lèi)型的多任務(wù)環(huán)境。當(dāng)不需要搶占（或由于實(shí)時(shí)原因而不希望）時(shí)，這很有用。MAXQ架構(gòu)使這種過(guò)程變得簡(jiǎn)單：

task_wheel_init:
        move dp[0], #task_list
task_wheel:
        move dp[0], dp[0]
        jump @dp[0]++
.
.
.
task_list:
        dw      task_01
        dw      task_02
        dw      task_03
        dw      task_wheel_init

指向任務(wù)列表。在task_wheel例程中，選擇 DP[0] 作為源指針，然后從任務(wù)列表中加載指令指針。當(dāng)每個(gè)任務(wù)完成時(shí)，它不會(huì)執(zhí)行 RET，而是簡(jiǎn)單地跳轉(zhuǎn)到task_wheel例程。

執(zhí)行表向量中的最后一個(gè)條目以重新初始化指針，任務(wù)輪將再次開(kāi)始掃描表。

遍歷列表

通常，快速搜索大小不規(guī)則的對(duì)象列表以查找標(biāo)記的條目很有用。這在某些處理器架構(gòu)中很困難，因?yàn)閮?nèi)存訪問(wèn)功能已從 ALU 中刪除。在MAXQ中，這是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的任務(wù)。

對(duì)于此示例，假定列表包含由標(biāo)記、長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)字符串組成的數(shù)據(jù)對(duì)象。遍歷此列表的例程可能如下所示：在八條指令中，此例程遍歷列表，查找終止列表的匹配項(xiàng)或零條目。在8MHz MAXQ20內(nèi)核上，該例程每秒遍歷<>萬(wàn)個(gè)條目。

item_seek:
        move acc, @dp[0]++     ;Get tag
        jump z, item_not_found ;Tag==0 means end of list
        cmp  a[1]              ;A[1] has target tag
        jump e, item_found     ;If item==target, exit
        move acc, @dp[0]++     ;If no match, get data len
        add  dp[0]             ;Add to pointer
        move dp[0], acc        ;Store pointer back
        jump item_seek         ;...and seek next item.

結(jié)論

盡管MAXQ內(nèi)核體積小，看似簡(jiǎn)單，但其傳輸觸發(fā)架構(gòu)使其在速度和靈活性方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。由于外設(shè)直接通過(guò)寄存器接口尋址，因此通過(guò)嵌入式外設(shè)的數(shù)據(jù)傳輸速度令人印象深刻?？傊?，任何形式的MAXQ內(nèi)核都是各種微控制器應(yīng)用的絕佳選擇。

審核編輯：郭婷