Микропроцессорная техника / Семейство микроконтроллеров MSP430x2xx_

4.5. Команды MSP430 и MSP430X 121

4.5.Команды MSP430 и MSP430X

Под командами MSP430 понимаются 27 команд ядра ЦПУ MSP430. Эти ко манды применяются в пределах всего адресного пространства в 1 МБ, за исклю чением ситуаций, когда их возможностей оказывается недостаточно. Соответс твенно, команды MSP430X используются в тех случаях, когда размер адреса опе ранда или его содержимого превышает 16 бит, что делает невозможным применение команд MSP430.

Возможны три подхода к применению команд MSP430 и MSP430X:

Использовать только команды MSP430. Единственное исключение — ко манды CALLA и RETA. Этот вариант возможен при выполнении двух простых условий:

все константы, переменные, массивы, таблицы и данные располагаются в нижней области памяти размером 64 КБ. Это позволит использовать для доступа ко всем данным команды MSP430 с 16 битной адресацией. Не требуются указатели для хранения 20 битных адресов;

все локальные константы, используемые в подпрограммах, располагаются сразу же после кода подпрограммы. Это позволит задействовать относи тельный режим адресации с 16 битным смещением для обращения к па мяти в диапазоне адресов PC ±32 КБ.

Использовать только команды MSP430X. Недостатки такого подхода — меньшая скорость выполнения программы из за использования дополни тельных тактов ЦПУ и увеличенный размер кода из за наличия у всех двухоперандных команд обязательного слова расширения.

Использовать команды обоих типов, в зависимости от ситуации. Описание команд MSP430 и MSP430X приводится в следующих подразделах.

4.5.1. Команды MSP430

Команды MSP430 могут использоваться независимо от того, где располагает ся программа — в нижней 64 КБ области памяти или за её пределами. Единствен ным исключением являются команды CALL и RET, область действия которых ог раничена младшими 64 КБ памяти. Чтобы подпрограммы можно было размещать в пределах всего адресного пространства, в набор команд ЦПУ MSP430X были добавлены две команды: CALLA и RETA.

Команды с двумя операндами (формат I)

Формат команды MSP430 с двумя операндами приведён на Рис. 4.22. На этом же рисунке показаны дополнительные слова, определяющие источник и приём ник для индексного, относительного, абсолютного и непосредственного режимов адресации. Краткое описание всех 12 двухоперандных команд MSP430 приведено в Табл. 4.4.

122 Глава 4. 16#битное RISC ЦПУ MSP430X

15

12

11

8

7

6

5

4

0

Код операции

Rsrc

Ad

B/W

As

Rdst

Источник или приёмник 15:0

Приёмник 15:0

Рис. 4.22. Формат команды MSP430 с двумя операндами.

Таблица 4.4. Команды MSP430 с двумя операндами

Мнемоника

S reg, D reg

Операция

Биты состояния

V

N

Z

C

MOV(.B)

src,dst

src dst

–

–

–

–

ADD(.B)

src,dst

src + dst dst

*

*

*

*

ADDC(.B)

src,dst

src + dst + C dst

*

*

*

*

SUB(.B)

src,dst

dst + .not.src + 1 dst

*

*

*

*

SUBC(.B)

src,dst

dst + .not.src + C dst

*

*

*

*

CMP(.B)

src,dst

dst – src

*

*

*

*

DADD(.B)

src,dst

src + dst + C dst (BCD арифметика)

*

*

*

*

BIT(.B)

src,dst

src .and. dst

0

*

*

z

BIC(.B)

src,dst

not.src .and. dst dst

–

–

–

–

BIS(.B)

src,dst

src .or. dst dst

–

–

–

–

XOR(.B)

src,dst

src .xor. dst dst

*

*

*

z

AND(.B)

src,dst

src .and. dst dst

0

*

*

z

* Влияет на бит состояния

–Не влияет на бит состояния 0 Бит состояния сбрасывается

1 Бит состояния устанавливается

Команды с одним операндом (формат II)

Формат команд MSP430 с одним операндом (за исключением команды RETI) приведён на Рис. 4.23. На этом же рисунке показано дополнительное слово, опре деляющее операнд приёмник для индексного, относительного, абсолютного и непосредственного режимов адресации. Краткое описание всех семи одноопе рандных команд MSP430 приведено в Табл. 4.5.

15	7	6	5	4	0
Код операции		B/W		Ad	Rdst

Приёмник 15:0

Рис. 4.23. Формат команды MSP430 с одним операндом.

4.5. Команды MSP430 и MSP430X 123

Таблица 4.5. Команды MSP430 с одним операндом

Мнемоника	S reg,	Операция		Биты состояния
	D reg		V		N	Z		C
RRC(.B)	dst	C MSB .......LSB C	*		*	*		*
RRA(.B)	dst	MSB MSB ....LSB C	0		*	*		*
PUSH(.B)	src	SP – 2 SP, src @SP	–		–	–		–
SWPB	dst	Перестановка байтов местами	–		–	–		–
CALL	dst	Вызов подпрограммы в нижней 64 КБ области памяти	–		–	–		–
RETI	dst	TOS SR, SP + 2 SP	*		*	*		*
		TOS PC,SP + 2 SP
SXT	dst	Бит 7 Бит 8........Бит 15	0		*	*
									z

* Влияет на бит состояния

– Не влияет на бит состояния 0 Бит состояния сбрасывается

1 Бит состояния устанавливается

Команды перехода

Формат команд перехода MSP430 и MSP430X приведён на Рис. 4.24. Величи на смещения в словах (10 битное число со знаком) умножается на два, расширя ется до 20 битного значения и прибавляется к 20 битному счётчику команд. Это позволяет выполнять переход в диапазоне от –511 до +512 слов относительно те кущего значения счётчика в пределах всего адресного пространства. Команды пе рехода не влияют на биты состояния. Краткое описание всех восьми команд пе рехода приведено в Табл. 4.6.

15	13	12	10	9	8	0
Код операции		Условие		S		10 битное смещение со знаком

		Рис. 4.24. Формат команд перехода.
Таблица 4.6. Команды перехода
Мнемоника	S reg, D reg		Операция
JEQ/JZ	Метка		Переход к метке, если бит нуля (Z) установлен
JNE/JNZ	Метка		Переход к метке, если бит нуля (Z) сброшен
JC	Метка		Переход к метке, если бит переноса (C) установлен
JNC	Метка		Переход к метке, если бит переноса (C) сброшен
JN	Метка		Переход к метке, если бит отрицательного значения (N) установлен
JGE	Метка		Переход к метке, если (N .XOR. V) = 0
JL	Метка		Переход к метке, если (N .XOR. V) = 1
JMP	Метка		Безусловный переход к метке

Эмулируемые команды

Эмулируемые команды — это команды, которые облегчают создание и чтение кода, но не имеют собственных кодов операций. Ассемблер автоматически заме

124 Глава 4. 16#битное RISC ЦПУ MSP430X

няет такие команды эквивалентными командами ядра. Использование эмулируе мых команд не приводит к увеличению размера кода или снижению производи тельности. Полный список эмулируемых команд приведён в Табл. 4.7.

Таблица 4.7. Эмулируемые команды

Команда		Описание	Эмуляция		V	N	Z	C
ADC(.B)	dst	Сложение бита переноса с операндом	ADDC(.B)	#0,dst	*	*	*	*
BR	dst	Переход по заданному адресу	MOV	dst,PC	–	–	–	–
CLR(.B)	dst	Очистка операнда	MOV(.B)	#0,dst	–	–	–	–
CLRC		Очистка бита переноса	BIC	#1,SR	–	–	–	0
CLRN		Очистка бита отрицательного значения	BIC	#4,SR	–	0	–	–
CLRZ		Очистка бита нуля	BIC	#2,SR	–	–	0	–
DADC(.B)	dst	Сложение переноса с операндом	DADD(.B)	#0,dst	*	*	*	*
		(BCD арифметика)
DEC(.B)	dst	Декрементирование операнда	SUB(.B)	#1,dst	*	*	*	*
DECD(.B)	dst	Уменьшение операнда на 2	SUB(.B)	#2,dst	*	*	*	*
DINT		Общее запрещение прерываний	BIC	#8,SR	–	–	–	–
EINT		Общее разрешение прерываний	BIS	#8,SR	–	–	–	–
INC(.B)	dst	Инкрементирование операнда	ADD(.B)	#1,dst	*	*	*	*
INCD(.B)	dst	Увеличение операнда на 2	ADD(.B)	#2,dst	*	*	*	*
INV(.B)	dst	Инвертирование операнда	XOR(.B)	#$1,dst	*	*	*	*
NOP		Нет операции	MOV	R3,R3	–	–	–	–
POP	dst	Извлечение операнда из стека	MOV	@SP+,dst	–	–	–	–
RET		Возврат из подпрограммы	MOV	@SP+,PC	–	–	–	–
RLA(.B)	dst	Арифметический сдвиг влево	ADD(.B)	dst,dst	*	*	*	*
RLC(.B)	dst	Сдвиг влево через перенос	ADDC(.B)	dst,dst	*	*	*	*
SBC(.B)	dst	Вычитание заёма из операнда	SUBC(.B)	#0,dst	*	*	*	*
SETC		Установка бита переноса	BIS	#1,SR	–	–	–	1
SETN		Установка бита отрицательного	BIS	#4,SR	–	1	–	–
		значения
SETZ		Установка бита нуля	BIS	#2,SR	–	–	1	–
TST(.B)	dst	Проверка операнда (на ноль)	CMP(.B)	#0,dst	0	*	*	1

* Влияет на бит состояния

–Не влияет на бит состояния 0 Бит состояния сбрасывается

1 Бит состояния устанавливается

Время выполнения и размер команд MSP430

Число тактов ЦПУ, требующееся для выполнения той или иной команды, за висит от формата команды и от используемого режима адресации — но не от собственно инструкции. Приведённые далее цифры относятся к тактовому сиг налу MCLK.

4.5. Команды MSP430 и MSP430X 125

Сброс, подпрограммы и прерывания

Число тактов ЦПУ, требуемое для обслуживания сброса, прерываний и под программ, указано в Табл. 4.8.

Таблица 4.8. Обслуживание сброса, прерываний и подпрограмм

			Действие	Число тактов	Длина команды
Возврат из прерывания (RETI)				3*	1
Возврат из подпрограммы (RET)				3	1
Принятие прерывания (число тактов между появлением за				5**	–
проса и выполнением 1 й команды обработчика)
Сброс от сторожевого таймера				4	–
Аппаратный сброс				4	–
		(RST/NMI)
*	В ЦПУ MSP430 — 5.
**	В ЦПУ MSP430 — 6.

Время выполнения и длина команд формата II (с одним операндом)

Длина команд MSP430 формата II и время их выполнения для всех возмож ных режимов адресации приведены в Табл. 4.9.

Таблица 4.9. Время выполнения и длина команд MSP430 формата II

	Режим	Количество тактов			Длина	Пример
	адресации	RRA, RRC, SWPB, SXT	PUSH	CALL	команды

Rn	1	3	3*	1	SWPB	R5
@Rn	3	3*	4	1	RRC	@R9
@Rn+	3	3*	4**	1	SWPB	@R10+
#N	Не применимо	3*	4**	2	CALL	#LABEL
X(Rn)	4	4**	4**	2	CALL	2(R7)
EDE	4	4**	4**	2	PUSH	EDE
&EDE	4	4**	4**	2	SXT	&EDE

* В ЦПУ MSP430 — 4.

**В ЦПУ MSP430 — 5. Также время выполнения равно 5 тактам для индексного режима адресации, если Rn = SP.

Время выполнения и длина команд формата III (команды перехода)

Все команды перехода занимают одно слово в памяти и выполняются за два такта, независимо от того, был или не был выполнен переход.

Время выполнения и длина команд формата I (с двумя операндами)

Длина команд MSP430 формата I и время их выполнения для всех возможных режимов адресации приведены в Табл. 4.10.

126 Глава 4. 16#битное RISC ЦПУ MSP430X

Таблица 4.10. Время выполнения и длина команд MSP430 формата I

Режим адресации		Число тактов	Длина команды		Пример
Источник	Приёмник
Rn	Rm	1	1	MOV	R5,R8
	PC	2	1	BR	R9
	x(Rm)	4*	2	ADD	R5,4(R6)
	EDE	4*	2	XOR	R8,EDE
	&EDE	4*	2	MOV	R5,&EDE
@Rn	Rm	2	1	AND	@R4,R5
	PC	2	1	BR	@R8
	x(Rm)	5*	2	XOR	@R5,8(R6)
	EDE	5*	2	MOV	@R5,EDE
	&EDE	5*	2	XOR	@R5,&EDE
@Rn+	Rm	2	1	ADD	@R5+,R6
	PC	3	1	BR	@R9+
	x(Rm)	5*	2	XOR	@R5+,8(R6)
	EDE	5*	2	MOV	@R9+,EDE
	&EDE	5*	2	MOV	@R9+,&EDE
#N	Rm	2	2	MOV	#20,R9
	PC	3	2	BR	#2AEh
	x(Rm)	5*	3	MOV	#0300h,0(SP)
	EDE	5*	3	ADD	#33,EDE
	&EDE	5*	3	ADD	#33,&EDE
x(Rn)	Rm	3	2	MOV	2(R5),R7
	PC	3	2	BR	2(R6)
	TONI	6*	3	MOV	4(R7),TONI
	x(Rm)	6*	3	ADD	4(R4),6(R9)
	&TONI	6*	3	MOV	2(R4),&TONI
EDE	Rm	3	2	AND	EDE,R6
	PC	3	2	BR	EDE
	TONI	6*	3	CMP	EDE,TONI
	x(Rm)	6*	3	MOV	EDE,0(SP)
	&TONI	6*	3	MOV	EDE,&TONI
&EDE	Rm	3	2	MOV	&EDE,R8
	PC	3	2	BR	&EDE
	TONI	6*	3	MOV	&EDE,TONI
	x(Rm)	6*	3	MOV	&EDE,0(SP)
	&TONI	6*	3	MOV	&EDE,&TONI

* Для команд MOV, BIT и CMP требуется на один такт меньше.

4.5.2. Команды MSP430X

Расширенный набор команд MSP430X позволяет ЦПУ MSP430X в полной мере использовать доступное адресное пространство, определяемое 20 битной шиной адреса. Большинство команд MSP430X требуют ещё одного слова для хра нения кода команды, так называемого слова расширения. Некоторым из команд расширенного набора дополнительного слова не требуется — это будет отдельно указано в описании таких команд. Все адреса, смещения и непосредственные значения, которым предшествует слово расширения, являются 20 битными.

4.5. Команды MSP430 и MSP430X 127

Предусмотрены слова расширения двух типов:

для регистрового режима адресации в командах формата II (оба операнда) и формата I;

для всех остальных сочетаний режимов адресации.

Слово расширения для регистрового режима адресации

Формат слова расширения для регистрового режима адресации приведён на Рис. 4.25, а назначение отдельных его битов описано в Табл. 4.11. Пример коман ды, использующей слово расширения такого формата, показан далее на Рис. 4.27.

15	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	0
0001		1		00	ZC	#	A/L	0	0		(n – 1)/Rn

Рис. 4.25. Слово расширения для регистрового режима адресации.

Таблица 4.11. Биты слова расширения для регистрового режима адресации

Бит			Описание
15:11	Код операции слова расширения. Для слова расширения зарезервированы значения с 1800h
	до 1FFFh
10:9	Зарезервировано
ZC	Нулевой бит переноса:
	0 — исполняемая команда использует текущее значение бита переноса C.
	1 — исполняемая команда использует бит переноса, как если бы он был сброшен. Новое значение
	бита переноса будет определяться результатом последней операции после выполнения команды.
#	Бит повтора:
	0 — число повторений команды задаётся битами 3:0 слова расширения.
	1 — число повторений команды определяется значением четырёх младших битов Rn.
	См. описание битов 3:0.
A/L	Бит разрядности данных. Вместе с битом B/W команды MSP430 определяет размер данных,
	используемых в команде:
	A/L	B/W	Размер
	0	0	Зарезервировано
	0	1	20 битные значения
	1	0	16 битные значения
	1	1	8 битные значения
5:4	Зарезервировано
3:0	Число повторений:
	# = 0 — эти биты определяют число повторений n (в битах содержится значение n – 1)
	# = 1 — эти биты определяют регистр ЦПУ, биты 3:0 которого содержат число повторов.
	В битах Rn.3:0 содержится значение n – 1.

Слово расширения для других режимов адресации

Формат слова расширения для остальных режимов адресации приведён на Рис. 4.26, а назначение отдельных битов описано в Табл. 4.12. Пример команды, использующей слово расширения такого формата, показан на Рис. 4.28.

15			12	11	10	7	6	5	4	3	0
0	0	0	1	1	Биты 19:16 источника		A/L	0	0	Биты 19:16 приёмника

Рис. 4.26. Слово расширения для режимов адресации, отличных от регистрового.

128 Глава 4. 16#битное RISC ЦПУ MSP430X

Таблица 4.12. Биты слова расширения для режимов адресации, отличных от регистрового

Бит			Описание
15:11	Код операции слова расширения. Для слова расширения зарезервированы значения
	с 1800h до 1FFFh
Биты 19:16	Старшие 4 бита 20 битного значения источника. В зависимости от режима адресации
источника	операнда источника в этих битах может содержаться 4 старших бита непосредственно
	го значения, смещения или абсолютного адреса
A/L	Бит разрядности данных. Вместе с битом B/W команды MSP430 определяет размер дан
	ных, используемых в команде:
	A/L	B/W	Размер
	0	0	Зарезервировано
	0	1	20 битные значения
	1	0	16 битные значения
	1	1	8 битные значения
5:4	Зарезервировано
Биты 19:16	Старшие 4 бита 20 битного значения приёмника. В зависимости от режима адресации
приёмника	операнда приёмника в этих битах может содержаться 4 старших бита смещения или аб
	солютного адреса

Примечание. Значения битов B/W и A/L для команд SWPBX и SXTX

Для команд SWPBX и SXTX используются следующие установки битов B/W и A/L:

A/L	B/W
0	0	SWPBX.A, SXTX.A
0	1	неприменимо
1	0	SWPBX.W, SXTX.W

11 неприменимо

15	14	13	12	11	10	9	8		7	6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	1	1		00		ZC	#	A/L	Rsvd			(n – 1)/Rn
	Код операции				Rsrc				Ad	B/W		As			Rdst
XORX.A		R9,R8					1: Число повторений

вбитах 3:0

0:Использовать

						бит переноса						01: 20 битные данные
0	0	0	1	1		0		0		0			0	0			0
	14(XOR)				9					0			1	0			8(R8)
Команда XORX					Источник R9												Приёмник R8
						Регистровый режим								Регистровый режим
						адресации приёмника								адресации источника

Рис. 4.27. Пример расширенной команды, использующей регистровый режим адресации.

4.5. Команды MSP430 и MSP430X 129

15	14	13	12	11	10	9	8	7		6	5	4	3	2	1	0
0	0	0	1	1		Источник 19:16				A/L		Rsvd	Приёмник 19:16
	Код операции				Rsrc			Ad		B/W		As			Rdst
							Источник 15:0
							Приёмник 15:0
XORX.A		#12345h, 45678h(R15)						X(Rn)
										01: 20 битные
													@PC+
										слова
18xx слово расширения						12345h
0	0	0	1	1			1			0		0			4
	14 (XOR)				0 (PC)			1		1		3		15 (R15)
			Младшие биты непосредственного операнда: 2345h
				Младшие биты смещения приёмника: 5678h

Рис. 4.28. Пример расширенной команды, использующей непосредственный и индексный режимы адресации.

Расширенные команды с двумя операндами (формат I)

Все команды с двумя операндами имеют расширенные версии, перечислен ные в Табл. 4.13.

Таблица 4.13. Команды MSP430X с двумя операндами

	Мнемоника	Операнды	Операция		Биты состояния
				V	N	Z	C

MOVX(.B,.A)	src,dst	src dst	–	–	–	–
ADDX(.B,.A)	src,dst src + dst dst		*	*	*	*
ADDCX(.B,.A)	src,dst src + dst + C dst		*	*	*	*
SUBX(.B,.A)	src,dst dst + .not.src + 1 dst		*	*	*	*
SUBCX(.B,.A)	src,dst dst + .not.src + C dst		*	*	*	*
CMPX(.B,.A)	src,dst	dst – src	*	*	*	*
DADDX(.B,.A)	src,dst src + dst + C dst (BCD арифметика)		*	*	*	*
BITX(.B,.A)	src,dst	src .and. dst	0	*	*
							z
BICX(.B,.A)	src,dst not.src .and. dst dst		–	–	–	–
BISX(.B,.A)	src,dst src .or. dst dst		–	–	–	–
XORX(.B,.A)	src,dst src .xor. dst dst		*	*	*
								z
ANDX(.B,.A)	src,dst src .and. dst dst		0	*	*
								z

* Влияет на бит состояния

–Не влияет на бит состояния 0 Бит состояния сбрасывается

1 Бит состояния устанавливается

Возможные форматы расширенных команд с двумя операндами показаны на

Рис. 4.29.

Если 20 битный адрес операнда источника или операнда приёмника распо ложен не в регистре ЦПУ, а в памяти, то для хранения этого адреса используется два слова, как показано на Рис. 4.30.

130 Глава 4. 16#битное RISC ЦПУ MSP430X

15		14		13		12	11	10	9		8	7	6	5	4		3				0
0			0	0		1	1	0		0	ZC	#	A/L	0		0		n – 1/Rn
		Код операции							src			0	B/W	0		0			dst
0			0	0		1	1			src.19:16			A/L	0		0	0	0		0	0
		Код операции							src			Ad	B/W		As				dst
											src.15:0
	0		0	0		1	1	0		0	0	0	A/L	0		0		dst.19:16
		Код операции							src			Ad	B/W		As				dst
											dst.15:0
	0		0	0		1	1			src.19:16			A/L	0		0		dst.19:16
		Код операции							src			Ad	B/W		As				dst
											src.15:0
											dst.15:0

Рис. 4.29. Форматы расширенных команд с двумя операндами.

15		14	13	12	11	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1	0
Адрес + 2	0 ................................................................................											0		19:16
Адрес							Биты 15:0 операнда

Рис. 4.30. Хранение 20 битных адресов в памяти.