МП МС68300 имеет 32-битовую внутреннюю структуру и поэтому может выполнять арифметические и логические операции над 32-разрядными числами.
Технические средства МП 68300, используемые для программирования, показаны на рис. Регистры общего назначения объединены в два набора - регистры данных (D0-D7) и адресные регистры (A0-A7).
Регистры данных:
31 16 15 8 7 0
| D0 |
| D1 |
| D2 |
| D3 |
| D4 |
| D5 |
| D6 |
| D7 |
Регистры адреса:
31 16 15 8 7 0
| A0 |
| A1 |
| A2 |
| A3 |
| A4 |
| A5 |
| A6 |
Два указателя стека:
31 0
| Указатель стека пользователя | USP |
| Указатель стека супервизора | SSP |
Программный счётчик:
31 0
| PC |
Регистр состояния:
15 8 7 0
| CCR | SR |
Регистры данных Dn
В МП МС68300 программно доступны восемь регистров данных, обозначенных D0-D7. Каждый из них может быть использован как источник операнда, приемник операнда или как сам операнд. Регистром данных можно оперировать как байтом (8 бит), словом (16 бит) или длинным словом (32 бита). При битовых операциях используются только младшие 8 бит, а при операциях со словами-младшие 16 бит. Старшие биты в этих операциях не участвуют.
Регистры адреса главным образом используются для получения адреса операнда выполняемой команды. Большая часть операций манипулирования данными не может выполняться с помощью адресных регистров. В адресных регистрах операции с байтами не разрешены.
Как показано на рисунке в набор регистров входят девять регистров адреса, два из которых используются как указатели стека: указатель стека супервизора (SSP-Supervisor Stack Pointer) и пользовательский указатель стека (USP-User Stack Pointer). Естественно, что в каждый момент времени процессор имеет доступ только к одному из регистров стека в зависимости от режима, в котором находится процессор. Таким образом адресный регистр А7 физически представляет собой два независимых регистра. В программах на ассемблере он может указываться как A7 и как SP. Процессор автоматически формирует указатель стека при вызове подпрограмм и возврате из них, а также при обработке прерываний.
Как и любой другой МП, МС68300 имеет в своем наборе регистров программный счетчик РС.
После выборки команды из памяти программный счетчик всегда указывает на следующую выполняемую команду. В отличие от регистров общего назначения он не может быть явно определен как операнд ни в какой из команд, исключение составляет использование РС в качестве базового регистра в командах с индексной адресацией. При выполнении команд переходов в РС загружается адрес новой команды, которой передается управление. Для всех остальных команд значение РС увеличивается на длину выполняемой команды.
Несмотря на то, что счетчик команд и адресные регистры MC68300 32-разрядные, при обращениях к памяти на внешнюю адресную шину передаются только 24 младших бита адреса. По этой причине обеспечивается доступ только к 224 (16M) байт памяти. Модификации процессора МС68020, МС68030 и 68040 имеют 32-разрядную адресную шину и способны адресовать 4Г байт.
| 15 14 | 13 | 12 11 | 10 8 | 7 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 |
| T1-0 | S | 0 0 | I2-0 | 0 0 0 | X | N | Z | V | C |
| CCR | |||||||||
Регистр состояния SR содержит два байта: системный байт и байт пользователя. Полностью регистр SR доступен только в режиме супервизора. В режиме пользователя доступны только младшие разряды (байт пользователя), которые образуют регистр условий CCR. Отдельные биты регистра CCR имеют следующее назначение:
С - признак переноса, принимает значение C=1 при возникновении переноса из старшего разряда обрабатываемых операндов;
V - признак переполнения, принимает значение V=1 в случае переполнения разрядной сетки при обработке операндов со знаком;
Z - признак нуля, принимает значение Z=1 при получении нулевого результата операции;
N - признак знака, принимает значение старшего (знакового) разряда результата операции: N=0 - положительное число, N=1 -отрицательное;
X - признак расширения, в большинстве случаев копирует признак С, но при выполнении некоторых операций эти признаки устанавливаются по-разному.
Биты системного байта регистра состояния SR, определяющие режимы функционирования процессора, имеют следующее назначение:
S-признак супервизора, при S=0 процессор работает в режиме пользователя, при S=1 - в режиме супервизора;
T1-0 - поле режима трассировки (пошаговый режим): при T1=1 процессор останавливается после каждой команды, при T0=1 - только после команд переходов и ветвлений, меняющих ход программы;
I2-0 - поле маски прерываний, определяет минимальный уровень приоритета для обслуживания запросов прерывания. Остальные биты регистра SR не используются или резервированы для последующих моделей процессоров.
При включении микроконтроллера происходит автоматическая установка начального состояния регистров. В регистре SR устанавливается значение бита S=1, и процессор начинает работать в режиме супервизора. Из памяти загружаются начальные значения содержимого программного счетчика PC и указателя стека. Если в процессе дальнейшей работы потребуется перевод процессора в режим пользователя, то с помощью команды MOVE to SR в регистр SR загружается новое содержимое, в котором бит S=0. Обратный перевод в режим супервизора производится при обслуживании запросов прерывания или возникновении исключительных ситуаций, а также в процессе установки процессора в начальное состояние (повторный запуск) при поступлении внешнего сигнала сброса или команды RESET.
Регистры VBR, SFC, DFC доступны только в режиме супервизора. В 32-разрядный регистр VBR заносится базовый адрес таблицы векторов исключений. Загрузка этого регистра производится командой MOVEC. При обслуживании исключений формируемое процессором значение Av=4Ne является относительным адресом (смещением), определяющим положение выбираемого вектора в таблице, которая может быть размещена в любом месте адресного пространства. В 3-разрядные регистры SFC,DFC с помощью команды MOVEC заносится код адресного пространства, который поступает на выводы FC2-0 микроконтроллера при выполнении команды MOVES. Таким образом обеспечивается расширение адресного пространства с помощью организации виртуальной памяти
Процессор выполняет обработку битов, байтов, 16-разрядных слов, 32-разрядных длинных слов и двоично-десятичных чисел (1 байт = 2 десятичных разряда). Обрабатываемые данные - операнды могут располагаться в регистрах (данных или адреса) или оперативной памяти. Для выборки слова (байты B1-0) или длинного слова (байты B3-0) команда задает адрес старшего байта N, четный или кратный четырем. При этом слова и длинные слова размещаются таким образом, что младшие байты (разряды D7-0 данных) располагаются в ячейках памяти с большими адресами: N+1 или N=3 (рис.3.3). Такое размещение байтов в памяти от старшего к младшему соответствует естественному порядку их написания слева - направо. Этот порядок адресации байтов называется в зарубежной литературе "big-endian". Он отличается от порядка "little-endian", принятого компанией INTEL и рядом других производителей, когда размещение слова начинается с младшего байта, адрес которого служит адресом слова.
МП МС86300 имеет возможность доступа в памяти к байту (8 бит), слову (16 бит) и длинному слову (32 бита). В отличие от МП фирмы Intel (8086, 80286, 80386, 80486) в МП 68300 приняты следующие соглашения:
слова (длинные слова) могут размещаться только по четным адресам;
старшие байты слова (двойного слова) располагаются в ячейках с меньшими адресами;
адресом слова (двойного слова) считается его старший байт.
Таким образом, в соответствии с концепцией, принятой фирмой Моторола, слово размещается в памяти в двух соседних ячейках и начинается со старшего байта. Это означает, что при чтении слова, размещенного по адресу Х МС68300 считывает два соседних байта, причем байт по адресу Х интерпретируется как старший, а байт по адресу Х+1 как младший. Соответственно, длинное слово размещается в четырех смежных ячейках памяти, причем старший байт длинного слова находится по меньшему адресу.
Процессор CPU32 реализует следующие способы адресации операндов:
Команды процессора МС68300 могут содержать от одного до пяти слов. Любая команда всегда расположена по четному адресу. Формат команды в общем виде показан на рисунке 1: