【正文】 LD_MBR是數(shù)據(jù)總線內(nèi)容讀入到MBR的使能信號。WR_RAM是MBR中的數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存的使能信號。 數(shù)據(jù)存儲器模塊。寫操作是將MBR中的數(shù)據(jù)寫入到MAR保存的地址中去。MBR與RAM的數(shù)據(jù)輸入端口相連，它被用于緩存寫入RAM中的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲器包含了2個寄存器，地址寄存器（MAR）和緩沖寄存器（MBR）。數(shù)據(jù)空間全部是由SRAM組成，存儲器的大小是從地址$60到地址$DF，只有Z指針可以對以上地址訪問。對數(shù)據(jù)空間的訪問可以用LD和ST指令，通過Z指進行間接尋址。 這次設(shè)計的原型——AT90S2313中包括了128Byte的SRAM存儲器。當(dāng)BCLR信號被設(shè)置成可用時，由SRSEL信號定位的標(biāo)志位將會被清零。 狀態(tài)寄存器中的每一位都可以被BCLR和BSET指令直接清零或重置。只有當(dāng)前中斷程序執(zhí)行完成后（也就是在執(zhí)行中遇到RETI指令時），I－標(biāo)志位將會被重置，此時其他的中斷請求才可以被響應(yīng)了?？刂茊卧獙⑺袠?biāo)志位的使能信號送入到狀態(tài)寄存器中，只有狀態(tài)標(biāo)志位的使能信號被標(biāo)記為可用時，標(biāo)志位總線中的數(shù)據(jù)才能寫入相應(yīng)的標(biāo)志位。狀態(tài)位的傳送遵循按位傳送原則，即C標(biāo)志位總線與C標(biāo)志位相聯(lián)，Z標(biāo)志位總線與Z標(biāo)志位相連，以此類推。同樣狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容也可以傳送到通用目的寄存器中，這可通過對I/O地址$35進行讀操作來完成。通用目的寄存器中的內(nèi)容可以修改狀態(tài)寄存器。I標(biāo)志位只有在中斷時才被設(shè)置，只有I標(biāo)志位被設(shè)置后，中斷請求才能被相應(yīng)。 Bit 0 － C ：進位標(biāo)志位。 Bit 2 － N ：負(fù)數(shù)標(biāo)志位。 Bit 4 － S ：符號位，其值總是N與V的異或。BST把寄存器的某一位拷貝到T，而BLD把T拷貝到寄存器的某一位。I在復(fù)位時清零，RETI指令執(zhí)行后置位。單獨的中斷使能由單個的控制單元控制。當(dāng)執(zhí)行BST指令時，控制單元將狀態(tài)寄存器中的T位設(shè)置為可讀入，從而使得指令得以執(zhí)行。 H－標(biāo)志位受到ADD和SUBCP類指令的影響。COM指令（邏輯類指令）一直需要設(shè)置C－標(biāo)志位。 C－標(biāo)志位是進位標(biāo)志，當(dāng)執(zhí)行ADD類指令時，當(dāng)加法器－減法器單元運算有進位時，C－標(biāo)志位就被設(shè)置。 C－標(biāo)志位，N－標(biāo)志位等同于結(jié)果中的MSB，C－標(biāo)志位等同于ORA的LSB。當(dāng)執(zhí)行邏輯類指令時該位被清0。 N－標(biāo)志位（負(fù)數(shù)）于MSB第7位的值保持一至，對N標(biāo)志位的測試可以通過加法器－減法器單元，邏輯單元，和轉(zhuǎn)移指令中的運算結(jié)果檢測出第N－標(biāo)志位的值。此時，測試單元能夠直接依據(jù)Z－標(biāo)志位的數(shù)值來檢測結(jié)果。當(dāng)指令不對標(biāo)記位產(chǎn)生影響時，ALU向標(biāo)記位寄存器發(fā)送一組隨即數(shù)，但是因為沒有控制單元的使能信號，這組隨即數(shù)將不被狀態(tài)寄存器寫入。也就是說，狀態(tài)寄存器中只有使能信號被標(biāo)記為可用的那一位才能讀入從ALU傳來的數(shù)值。 執(zhí)行每條指令時，ALU都會計算出7個標(biāo)志位的值并通過標(biāo)志位總線傳送進狀態(tài)寄存器中去。一個7位字長的標(biāo)志位總線被用以連接ALU與狀態(tài)寄存器，使ALU能夠直接向狀態(tài)寄存器輸送相應(yīng)標(biāo)志位的值。如果該位與SET有相同的數(shù)值，SKIP信號被標(biāo)記位可用。當(dāng)CPSE信號被標(biāo)記為可用時，ORA與ORB進行比較,當(dāng)它們的內(nèi)容相同時SKIP信號被標(biāo)記為可用。當(dāng)跳轉(zhuǎn)條件滿足時，SKIP信號就被標(biāo)記為可用，接著控制單元就會跳轉(zhuǎn)至所需的下一條。如果列表中的控制信號都未被標(biāo)記為可用，此時從數(shù)據(jù)總線中不相外送出數(shù)據(jù)，僅僅是表現(xiàn)為高阻態(tài)。 以上5個單元的輸出加上ORA寄存器中的數(shù)值組成了數(shù)據(jù)總線。BLD信號被用于存儲ORA中由BITSEL中的Tflag所指出的相應(yīng)位。當(dāng)DIRSEL=1時，結(jié)果的低4位存入ORA中高四位的數(shù)值，結(jié)果的高四位是ORA低四位的數(shù)值（SWAP）。直接操作單元使用DIRSEL信號來對數(shù)據(jù)直接寫入進行控制。右移后的最高位的數(shù)值取決于RIGHTSEL信號。當(dāng)LOGICSEL為11時，對ORA進行取反操作。當(dāng)LOGICSEL信號被設(shè)置為00時，邏輯單元對ORA和ORB進行邏輯與操作。ADD信號與WCARRY信號決定了加法器－減法器中的進位。 當(dāng)加法器－減法器單元中的ADD信號被標(biāo)記為可用時，加法器－減法器單元對ORA與ORB進行加法操作。右移類指令在轉(zhuǎn)移單元（Shifter Unite）中執(zhí)行。加法器－減法器（Adder－Subtracter）單元可以執(zhí)行ADDl類指令和SUBC類指令。C2A也可以將數(shù)據(jù)總線的內(nèi)容（I/O寄存器中的數(shù)值）讀入到ORA中執(zhí)行指令單元 執(zhí)行指令單元能夠執(zhí)行7類指令，其中的5類已經(jīng)在前面的基本指令介紹中進行了討論（ADD,SUBCP,LOGIC,RIGHT和DIR），另外兩類指令分別為按位讀入指令和ORA傳送指令。C2A信號和C2B信號的主要的作用是參與數(shù)據(jù)定向傳送，數(shù)據(jù)定向傳送技術(shù)用于解決流水指令沖突（第四章曾進行過討論），當(dāng)執(zhí)行指令的目的寄存器與源寄存器是同一個寄存器時，信號C2A與C2B被用于將ALU中的結(jié)果直接寫入操作數(shù)寄存器。 取操作數(shù)單元 ORA能夠讀入Rd寄存器的數(shù)值或者是“0000 0000”，ORB能夠讀入Rr寄存器的數(shù)值，Rd寄存器的數(shù)值，立即數(shù)，或是“0000 0001”。 ALU的結(jié)構(gòu)取操作數(shù)單元 。在以上這些功能單元的中，我們假設(shè)控制單元能夠在正確的時間送入正確的控制信號，從而使這些單元可以正確的運行。ALU模塊被分為4個功能單元——取操作數(shù)單元，執(zhí)行單元，跳轉(zhuǎn)測試單元和狀態(tài)標(biāo)志位計算單元。與SBI和CBI指令一樣，SBIC和SBIS指令需要2個指令周期來執(zhí)行，在第一個指令周期里I/O寄存器中的內(nèi)容被讀入ORA，在第二個指令周期中執(zhí)行跳轉(zhuǎn)測試。 ORA 傳送指令組 接下來將要討論5個跳躍指令。LDZ，LDZ+和LD將通用寄存器文件重的內(nèi)容送入到RAM中。 寄存器文件只能從數(shù)據(jù)總線中接收數(shù)據(jù)，所以為了能夠?qū)⒓拇嫫魑募械臄?shù)據(jù)送入到數(shù)據(jù)總線，需要將數(shù)據(jù)先送入ALU，然后在進入數(shù)據(jù)總線。寄存器標(biāo)志位會決定寄存器中的那一位需要讀入數(shù)據(jù)。 按位讀入指令組 ，BLD指令需要用到Rd寄存器，CBI和SBI需要用到I/O寄存器。例如，一條指令需要修改標(biāo)志位C，那么狀態(tài)寄存器中的C標(biāo)志位就需要能夠被控制，以便從ALU中接收該標(biāo)志位的新數(shù)值。 在上圖中共有21條指令的操作結(jié)果會對狀態(tài)寄存器（SR）的標(biāo)志位有影響。對ORI指令的執(zhí)行，就是將Rd讀入到ORA,將立即數(shù)Imm讀入ORB,設(shè)置LOGIC信號，并將LOGICSEL信號設(shè)置為01的過程。這種組合方式使得24條指令每一條都不相同。欄目中Zero指的是“0000 0000”；One是指“0000 0001”；Imm被用來表示指令中的立即數(shù)。ORA和ORB欄羅列了操作數(shù)寄存器A和操作數(shù)寄存器B所要讀入的數(shù)據(jù)。 ALU中的基本指令組 。這些指令被分成了5類：ADD ，SUBCP， LOGIC ，RIGHT 和DIR。 ALU ALU是微控制器的重要組成部分，它可以執(zhí)行許多指令。因為指令寄存器只能指向下一條指令的目的寄存器。 一個指令周期被分為取指令和執(zhí)行指令兩個部分，在執(zhí)行指令開始時取操作數(shù)，并在執(zhí)行指令結(jié)束時寫回結(jié)果。當(dāng)進行帶預(yù)減的間接尋址時，需要將Z指針中的數(shù)值減$61再送入數(shù)據(jù)總線。 通用寄存器和RAM通過地址總線相連，R30寄存器不僅能夠被用于通用寄存器，也可以被用于Z指針對RAM尋址。通用寄存器可以直接被指令寄存器尋址。下圖展示了通用寄存器（R16到R31）的結(jié)構(gòu)。 RISC ，使用5位字長地址指令。在指令寄存器模塊中只有EN信號被標(biāo)記位可用時，IR信號才能從程序存儲器中讀入數(shù)據(jù)。從而實現(xiàn)了前幾章中提到的流水指令結(jié)構(gòu)——執(zhí)行當(dāng)前指令的同時讀取下一條指令。 需要強調(diào)一點的是，在IR中暫存的指令并不是當(dāng)前正在被執(zhí)行的指令而是下一條需要執(zhí)行的指令。定義為目的寄存器（4－7位）和源寄存器（0－3位）的位被送入通用目的寄存器進行尋址。 指令寄存器（IR）被用來存放指令，它通過16位的直接總線與程序存儲器相連，并從中讀取指令。 PC信號被用于存放程序存儲器的地址。程序計數(shù)器通過直接總線與ROM相連，并用9位字長的地址來對ROM進行尋址，當(dāng)找到相應(yīng)的地址時，地址中的指令被送入指令寄存器。為了能對512個單元尋址，程序計數(shù)器需要用9位字長來定義程序存儲器的地址。因為所有的指令被設(shè)置成了固定的16位，所以ROM也被設(shè)計成16位字長，從而使得每條指令都可以在單個時鐘周期內(nèi)被讀入到指令寄存器中。 程序存儲器結(jié)構(gòu) 程序存儲器（Program ROM）被用來儲存微控制器的程序。PUSH信號被用于人棧操作，PULL信號被用于出棧操作，以上幾個信號的使用完成了程序計數(shù)器的中斷請求和中斷地址返回的功能。ADDOFFSET信號被用于跳轉(zhuǎn)標(biāo)記，當(dāng)它被標(biāo)記為可用時，PC就讀入PCB+offset，從而達(dá)到了程序計數(shù)器跳轉(zhuǎn)尋址的目的。信號EN一個使能信號，作用于所有的寄存器，像是PC，PCB，和STACK，只有當(dāng)EN信號被標(biāo)記為可用時（當(dāng)EN=1時），程序計數(shù)器的所有操作才開始被執(zhí)行。程序計數(shù)器于程序存儲器直接相連。PC，PCB，和4個堆棧（STACK0到STACK3）是9位字長的。所以由以上討論得出了一個結(jié)論——子程序調(diào)用返回的地址是PCB,而中斷請求返回地址是PCB1。也就是先前壓入堆棧中PCB的值——$22。在超時中斷被響應(yīng)后，PC讀入中斷向量地址（$02），CPU開始執(zhí)行 $02 RJMP TIMER 指令，PC讀入$80,CPU開始執(zhí)行名為TIMER的子程序?，F(xiàn)在我們假設(shè)，當(dāng)在執(zhí)行$21指令時，CPU響應(yīng)了超時中斷請求。PC讀入數(shù)值$50，并且CPU開始執(zhí)行名為MAKE的子程序。為了更好的解釋這個現(xiàn)象，舉例一個小程序幫助說明。所以需要規(guī)定中斷嵌套的深度為4層。這個過程叫做出棧操作。當(dāng)子程序調(diào)用或是中斷請求返回時，PC從STACK0中讀出地址，而其它棧中的地址相應(yīng)的向上傳遞一層。例如，STACK0的內(nèi)容被壓入STACK1，STACK1被壓入STACK2以此類推。程序計數(shù)器中設(shè)計了4層的后進先出的堆棧（STACK0到STACK3）結(jié)構(gòu)。所以當(dāng)響應(yīng)一個中斷請求時，PC首先讀入中斷向量的地址，然后CPU執(zhí)行相應(yīng)中斷向量地址中的指令，此時就轉(zhuǎn)入了中斷服務(wù)程序。這里一共設(shè)計了3個中斷向量，按照其中斷優(yōu)先級被分別存放在程序存儲器中的地址$000到$002。以上的設(shè)計實現(xiàn)了，程序寄存器的順序?qū)ぶ放c跳轉(zhuǎn)尋址。假設(shè)PC中暫存的是第N+2條指令的地址，程序計數(shù)器中的另一個寄存器——程序地址備份寄存器（PCB）便存入N+1指令的地址。為了描述方便，可以認(rèn)為PC就是程序計數(shù)器中指令的地址（在對程序計數(shù)器功能模塊的編寫中，我設(shè)置了一個9位的信號量——PC,事實上程序計數(shù)器讀入的指令地址，都是暫存在這個PC信號中）。在第五章對指令的流水傳遞討論中，我們得知，當(dāng)CPU正在執(zhí)行第N條指令時，程序計數(shù)器已經(jīng)指向了第N+2條指令