微控制器指令集制造技术

提供带有用于操纵微控制器行为的指令集的位控制器装置。该装置及其系统提供启动使得模块仿真成为可能的线性化地址空间。可以通过寄存器文件和数据存储器进行直接寻址或间接寻址。包括程序计数器（ＰＣ）和工作寄存器（Ｗ）在内的专用功能寄存器映射到数据存储器中。正交（对称）指令集使得能够使用任何寻址模式在任何寄存器上进行任何操作。因此，两个文件寄存器将被用于某两个操作数指令中。这允许数据在不通过Ｗ寄存器的情况下直接在两个寄存器之间移动。因此提高了性能并降低了对程序存储器的使用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请涉及下列申请由Randy L.Yach等人(MTI-1225)专利技术、提交于98年7月3日、美国专利申请号为08/887,876的专利申请“FORCE PAGE ZEROPAGING SCHEME FOR MICROCONTROLLERS USING DATA ACCESS MEMORY’；由RodneyJ.Drake等人(MTI-1254)专利技术、提交于98年8月29日、美国专利申请号为08/937,682的专利申请“ROBUST MULTIPLE WORK INSTRUCTION AND METHODTHEREFOR”；由Surnit Mitra等人(MTI-1265)专利技术、提交于97年10月7日、美国专利申请号为08/946,426的专利申请“PROCESSOR ARCHITECTURE SCHEMEFOR IMPLEMENTING VARIOUS ADDRESSING MODES AND METHOD THEREFOR”；由Rodney J.Drake等人(MTI-1298)专利技术、提交于98年10月28日、美国专利申请号为08/958,940的专利申请“A SYSTEM FOR ALLOWING A TWO WORDINSTRUCTION T0 BE EXECUTED IN A SINGLE CYCLE AND METHOD THEREFOR”；由Igor Wojewoda,Surnit Mitra,and Rodney J.Drake(MTI-1299)专利技术、提交于97年10月28日、美国专利申请号为08/959,405的专利申请“PROCESSOR ARCHITECTURE SCHEME HA VING MULTIPLE SOURCE FOR SUPPL YINGBANK ADDRESS VALUES AND METHOD THEREFORE’；由Rodney J.Drake等人(MTI-1300)专利技术、提交于98年10月29日、美国专利申请号为08/959,559的专利申请“DATA POINTER FOR OUTPUTTING INDIRECT ADDRESSING MODEADDRESSES WITHIN A SINGLE CYCLE AND METHOD THEREFOR’；由Allen等人(MTI-1306)专利技术、提交于98年10月28日、美国专利申请号为08/958,939的“PRE-DECODED STACK POINTER WITH POST INCREMENT/DECREMENTOPERATION”以及由Triece等人(MTI-1314)专利技术、提交于97年10月29日、美国专利申请号为08/959,942的专利申请“PROCESSOR ARCHITECTURE SCHEMEAND INSTRUCTION SET FOR MAXIMIZING A V AILABLE OPCODES AND FORIMPLEMENTING V ARIOUS ADDRESSING MODES’，为了专利技术的通用性，所有这些申请通过引证合并在这里。
技术介绍
专利
本专利技术涉及微控制器，具体地说，本专利技术涉及被集成到用于操作微控制器的运行状态的指令集中的操作码指令。相关技术描述微控制单元(MCU)已经在制造和电子工业使用了很多年。附图说明图1示出了中规模(mid-range)设备的典型磁心存储器总线布置。在很多时候，微控制器使用精简指令集计算技术(RISC)微处理器。某些这种设备的高性能可以归功于通常在RISC微处理器中找到的体系结构特点。这些特点包括□哈佛体系结构□长字指令□单字指令□单周期指令□精简指令集□寄存器文件体系结构□正交(对称)指令哈佛体系结构如图1所示，哈佛体系结构具有程序存储器26和数据存储器22作为分离的存储器，并且由CPU24从分离的总线存取。这改善了通过CPU34、利用同一总线从同一存储器取程序和数据的传统冯·诺伊曼体系结构(如图3所示)的带宽。为了执行指令，冯·诺伊曼机必须通过8位总线进行一次或多次(一般为多次)存取以取得该指令。然后还可能需要取得数据、操作它以及写回结果。正如从这份说明书中能够看到的那样，那种总线可能极其拥挤。与冯·诺伊曼机对比，在哈佛体系结构下，指令的全部14位在一个单周期中取。因此，在哈佛体系结构下，在存取程序存储器时，数据存储器位于独立的总线上，可以读和写。这些分离的总线在取下一条指令的同时，允许执行一条指令。长字指令长字指令具有比8位数据存储器总线更宽(更多的位)的指令。由于该两种总线是分离的，所以这是可能的。由于该程序存储器宽度针对该体系结构的需要作了优化，因此还进一步允许将指令排成允许更有效地使用该程序存储器的不同于8位宽的数据字。单字指令单字指令操作码为14位宽，这一宽度使得操作码含有全部单字指令成为可能。14位宽程序存储器存取总线在单一周期中取一个14位指令。对于单字指令，程序存储单元的字数等于该设备的指令数。这意味着全部存储单元都是有效指令。在冯·诺伊曼体系结构(如图3所示)中，大多数指令一般是多字节。然而，一般来说具有4K字节程序存储器的设备要允许接近2K指令。这个2∶1比例是在该应用代码上归纳出来、并依赖于该应用代码的。由于每个指令可以占用多个字节，因此不能保证每个存储单元都是有效指令。指令流水线指令流水线是重叠了指令取和执行的两级(two-stage)流水线。该指令取占一个机器周期(TCY)，同时该执行占用另一TCY。但由于当前指令取和以前的指令的执行的重叠，所以每个单一TCY取一指令，并执行另一指令。单周期指令由于程序存储器总线为14为宽，所以整个指令在一个单一TCY中取得。该指令包含所需的全部信息，并且在一个单一周期中执行。如果指令的结果修改了程序计数器的内容，则在执行时可能有一个周期的延迟。这需要刷新(flush)流水线并取得新指令。精简指令集当一个指令集设计合理，并且具有高正交性(对称性)时，需要较少的指令就可以实现全部必须的任务。由于指令较少，可以更迅速地学会整个指令集。寄存器文件体系结构寄存器文件/数据存储器可以直接或间接寻址。所有特殊功能的寄存器，包括程序计数器映射到数据寄存其中。正交(对称)指令正交指令使得利用任意寻址模式在任意寄存器上实现任何操作成为可能。对称性质以及缺少专用指令使得编程简单而有效。此外，学习曲线显著降低。中规模指令集仅仅使用两个面向非寄存器(non-register oriented)指令，这两个指令被用于两个核心特点。一个是将该设备置于低功率使用模式的SLEEP指令。另一个是通过阻止芯片上的监视定时器(WDT)溢出和复位该设备，来确认该芯片正确运行的CLRWDT指令。时钟电路图/指令周期时钟输入(来自OSC1)内分为四等份，以产生四个非重叠的正交时钟，即Q1、Q2、Q3和Q4。在内部，程序计数器(PC)在每到Q1时递增，并且在Q4中，从该程序存储器取指令以及将其锁存到指令寄存器。在紧接的Q1至Q4期间译码和执行该指令。该时钟和指令执行流图解于图4和5中。指令流/流水线操作一个“指令周期”由包含象图4和5所示的Tcy的如图4所示的四个Q周期(Q1、Q2、Q3和Q4)组成。在图5，注本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个微控制器包括： 中央处理单元； 与所述中央处理单元有操作关系的线性化的地址空间，所述线性化的地址空间能够通过数据存储器以直接寻址模式或间接寻址模式寻址； 在所述中央处理单元内的程序计数器寄存器，所述程序计数器映射到所述数据存储器； 在所述中央处理单元内的工作寄存器，所述工作寄存器映射到所述数据存储器；和 存储在程序存储器内的正交指令集，所述指令集构造并配置成指定所述微控制器的至少一个操作； 其中所述微控制器能够使用任何所述寻址模式在任何所述寄存器上进行任何所述操作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华B博尔斯，罗德尼德雷克，达雷尔约翰森，萨米特米特拉，约瑟夫W特里斯，兰迪L亚克，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]