一种16位微处理器指令集

摘要

本发明涉及一种16位微处理器指令集，采用RISC体系结构，每条指令均为单字长、单周期。包括数据传送、数学逻辑运算、转移控制、立即数操作及处理器控制5类共37条指令，构成了完整的RISC处理器的指令集。该16位微处理器指令集的编码将固定长编码、哈夫曼编码和扩展编码三种编码方式相结合，将常用的指令用短码表示，将数据传送类、转移类指令、算术逻辑类类型，用四位基本码编码，而指令的其余字段可用于操作数地址或扩展本类指令的所有指令。指令集规定16位微处理器所包含的128个寄存器，前16个寄存器为通用寄存器，可以作为算术逻辑运算的操作数，也可以作为地址寄存器或与存储器进行数据传送；其余的寄存器则只能与前16个通用寄存器进行数据传送。

主权项

1.一种16位微处理器的指令集，其特征在于，该指令集采用RISC体系结构，每条指令均为单字长、单周期；系统包括数据传送、数学逻辑运算、转移控制、立即数操作及处理器控制等5类共37条指令，构成了一个完整的RISC处理器的指令集；该16位微处理器的指令格式及编码如下，其中：R： 七位二进制数表示的寄存器号Rb：四位二进制数表示的用作间接寻址的寄存器号Rd：四位二进制数表示的目的操作数寄存器号Rs：四位二进制数表示的一个源通用寄存器或专用寄存器 A、立即数装入指令①立即数→内部寄存器指令助记符：LDM Rd，#imm10指令格式： 01，Rd，#imm10功能：将10位的立即数送入内部寄存器；B、数据传送类指令①内部寄存器寄存器指令助记符：LD Rd，R及STRd，R指令格式： 00，Rd，00，D，R(D为1表示ST，为0表示LD)功能：LD将寄存器R的内容送到内部寄存器Rd； ST将内部寄存器Rd的内容送到寄存器R；②内部寄存器存储器指令助记符：LD Rd，@Rb及ST Rd，@Rb指令格式： 00，Rd，01，D，000，RbD为1表示ST，为0表示LD功能：LD将Rb所指的存储器的内容送往内部寄存器Rd； ST将内部寄存器Rd的内容送往Rb所指的存储器单元；③堆栈操作：包括压栈和出栈指令指令助记符：PUSH Rd及POP Rd指令格式：00，Rd，11，D，000，0001(D为1表示PUSH，为0表示POP)功能：PUSH将内部寄存器Rd的内容压入栈顶； POP将栈顶内容弹到内部寄存器Rd；C、算术逻辑运算类指令为了减少指令种类，将移位操作附加于算术逻辑运算之后；①加“1”指令指令助记符：INC Rs(，shiftcode)功能：指定寄存器Rs内容加1，按指定方式移位后送到该寄存器；②减“1”指令指令助记符：DEC Rs(，shiftcode)功能：指定寄存器Rs内容减1，按指定方式移位后送到该寄存器；③加法或带进位的加法指令助记符：ADD Rs(，shiffcode)功能：累加器ACC内容加指定寄存器Rs内容，按指定方式移位后送到累加器寄存器；指令助记符：ADDC Rs(，shiffcode)功能：累加器ACC内容加指定寄存器Rs内容再加进位后，再按指定方式移位后送到累加器ACC；④减法或带进位的减法指令助记符：SUB Rs(，shiffcode)功能：累加器ACC内容减指定寄存器Rs内容，按指定方式移位后送到累加器ACC；指令助记符：SUBC Rs(，shiftcode)功能：累加器ACC内容减指定寄存器Rs内容再减进位后，再按指定方式移位后送到累加器ACC；⑤逻辑与符：AND Rs(，shiftcode)功能：累加器ACC内容逻辑与指定寄存器Rs内容后，再按指定方式移位后送到累加器ACC；⑥逻辑或指令助记符：OR Rs(，shiftcode)功能：累加器ACC内容逻辑或指定寄存器Rs内容后，再按指定方式移位后送到累加器ACC；⑦逻辑异或指令助记符：XOR Rs(，shiftcode)功能：累加器ACC内容逻辑异或指定寄存器Rs内容后，再按指定方式移位后送到累加器ACC；⑧逻辑求反指令助记符：NOT Rs(，shiftcode)功能：将指定寄存器Rs内容各位取反后，再按指定方式移位后送到累加器寄存器。⑨移位指令助记符：SHT Rs(，shiftcode)功能：将指定寄存器Rs内容按指定方式移位；⑩字节交换指令助记符：SWAP Rs功能：将内部寄存器Rs的高低字节交换；算术逻辑运算指令格式：11，Rs，00，LAOP，ShiftMode格式说明：LAOP是四位二进制数表示的算术或逻辑运算类型代码：0000：INC 0010：DEC 1000：ADD 1001：ADDC1010：SUB 1011：SUBC 1101：AND 1110：OR1100：XOR 0110：NOT 0100：SHT或SWAPShiftMode占四位，规定了指令执行时的移位方式：0101：逻辑左移一位，低位补0，D15送BF0100：逻辑右移一位，高位补0，D0送BF0011：循环左移一位，不包括BF0010：循环右移一位，不包括BF0111：循环左移一位，包括BF，D15送BF0110：循环右移一位，包括BF，D0送BF1000：高低字节交换，不影响BF1111和其他：不进行移位D、转移类指令相对地址短转移、寄存器转移、直接地址长转移三种指令：①无条件转移指令助记符：JMP[S] #imm13指令格式：10，S， #imm13S：返回地址存储标识，为1保存返回地址，0不保存功能：程序转移到指定的存储器地址。该地址是指令中13位立即数操作数。②寄存器转移指令助记符：JMP[S] Rs指令格式：11，S000，10，0000，Rs(S同上)功能：程序转移到寄存器内容所指的存储器地址。③条件转移指令助记符：JZ #imm8 或 JZ 标号 (若ZF标志为真即‘1’转移)JNZ #imm8 或 JNZ 标号 (若ZF标志为假即‘0’转移)JC #imm8 或 JC 标号 (若CF标志为真即‘1’转移)JNC #imm8 或 JNC 标号 (若CF标志为假即‘0’转移)JB #imm8 或 JB 标号 (若BF标志为真即‘1’转移)JNB #imm8 或 JNB 标号 (若BF标志为假即‘0’转移)JO #imm8 或 JO 标号 (若OF标志为真即‘1’转移)JNO #imm8 或 JNO 标号 (若OF标志为假即‘0’转移)指令格式：11，S000，10，0000，Rs(S同上)功能：当测试条件成立时，程序转移到程序计数器加相对偏移量的存储器的地址；对零标志、进位标志、移出位标志、溢出标志进行测试；E、杂类①开/关中断指令指令助记符：SETI及CLRI 指令格式：11，0000，11，0000，000SS＝1表示SETI开中断，为O表示CLRI关中断指令功能：SETI设置中断允许标志为允许；CLRI设置中断允许标志为禁止；②清除中断服务标志指令指令助记符：CLRIS指令格式：11，0001，11，0000，0000功能：清除中断用服务标志IS，该标志只能由硬件置位，软件清除；③清除堆栈溢出标志指令指令助记符：CLRSO指令格式：11，0010，11，0000，0000功能：清除堆栈标志SO，该标志只能由硬件置位，软件清除；④停机指令指令助记符：HLT指令格式：11，0011，11，0000，0001功能：使LS-IPU16处理器进入休眠状态，冻结LS IPU16处理器核的工作时钟；⑤软中断指令指令助记符：INT #no指令格式：11，1111，11，1111，#no功能：转入#no号中断服务程序，并通过设置中断服务标志来禁止后续中断；⑥NOP指令指令助记符：NOP指令格式：00，0000，00，0000，0000功能：该指令只是一个伪操作指令，该指令不实现任何操作，占用一个指令周期；⑦返回指令指令助记符：RET指令格式：1101，0011，0000，0000功能：从堆栈中弹出返回地址到PC中，实现中断的返回。