msp430f6638教程第二章msp430體系結(jié)構(gòu)

1、MSP430 Teaching Materials第二章MSP430 體系結(jié)構(gòu)華東師范大學(xué)計(jì)算機(jī)系 ContentsgContentsMSP430體系結(jié)構(gòu):主要特點(diǎn)體系結(jié)構(gòu)拓?fù)涞刂房臻g中斷向量表處理器(MSP430 CPU)處理器(MSP430X CPU)尋址模式指令集小測(cè)驗(yàn) Contentsg2簡(jiǎn)介以下是MSP430體系結(jié)構(gòu)的綜合描述，包括：主要特點(diǎn)；設(shè)備體系結(jié)構(gòu);地址空間；中斷向量表；處理器(MSP430 Cnd MSP430X CPU)；七種尋址模式和指令集組成：27種基本操作碼；24種仿真指令。 Contentsg3微控制器特點(diǎn)集成度: 可以在一個(gè)單成本: 通常是低成本設(shè)備時(shí)鐘頻率:

2、和其他設(shè)備（如微處理器和DSP）比起來(lái)，微控制器（MCUs）采用更低的時(shí)鐘頻率： 目前，MCUs通?？梢耘艿?00 MHz/100 MIPS （每秒百萬(wàn)條指令數(shù)）。上可以實(shí)現(xiàn)一整套設(shè)計(jì)；功耗：低功耗 （電池供電）；位數(shù)：4位（老設(shè)備）到32位設(shè)備；內(nèi)存: 有限的可用內(nèi)存，通常小于1M字節(jié)；輸入/輸出（I/O）：8到150個(gè)輸出引腳。 Contentsg4MSP430 主要特點(diǎn) (1/3)低功耗：RAM數(shù)據(jù)保存只需0.1 A；實(shí)時(shí)時(shí)鐘模式下操作只需0.8 A；在活動(dòng)模式下操作只需250 A/MIPS。低操作電壓（從1.8V到3.6V）； 1 s的時(shí)鐘啟動(dòng)時(shí)間； Contentsg5MSP430

3、主要特點(diǎn)(2/3)片上模擬設(shè)備：10/12/16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC);12位雙通道數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC);比較器門(mén)控定時(shí)器(gated timers);運(yùn)算放大器 (Ops);器 (SVS).電源電壓16位RISU:緊湊的內(nèi)核設(shè)計(jì)，降低功耗和成本;16位數(shù)據(jù)總線;27種內(nèi)核指令;7種尋址模式;豐富的中斷向量資源。 Contentsg6MSP430 主要特點(diǎn)(3/3)靈活性：高達(dá)256kByte的Flash;高達(dá)100個(gè)引腳; USART, I2C, Timers;LCD驅(qū)動(dòng);仿真;多種外設(shè)模塊微控制器性能:位、字節(jié)和字的指令處理；精簡(jiǎn)指令集;編譯效率; 廣泛的外設(shè);靈活的時(shí)鐘系統(tǒng)。 Conte

4、ntsg7MSP430 體系結(jié)構(gòu)模塊框圖: Contentsg8地址空間到單個(gè)、連續(xù)的地址空間：器，包括RAM,Flash/ROM, 信息內(nèi)存，特殊功能寄存器所有(SFRs), 和外設(shè)寄存器。Memory AddressDescriptionAcs內(nèi)存：End: Start: End:Start *:End *:Start: End: Start:End *:Start: End: Start: End: Start: End: Start: Contentsg90Fherrupt Vector TableWord/ByteWord/ByteWord/Byte Word/ByteWord/By

5、teWord Byte Byte0FFE0h0FFDFhFlash/ROM0F800h01100h010FFhInformation Memory0107Fh01000h(Flash devionly)0hBoot Memory0C00h(Flash devionly)09FFh027FhRAM0200h01FFh16-bit Peripheral modules0100h00FFh8-bit Peripheral modules0010h000FhSpel Function Registers0000h中斷向量表器空間的最后一段區(qū)域(Flash/ROM中最后16個(gè)字): 0FFE0h Eh

6、(4xx系列);到- 0中斷向量表優(yōu)先級(jí)隨著字地址的增加而遞增. Contentsg10處理器 (MSP430 CPU)(1/7)RISC (精簡(jiǎn)指令集)架構(gòu):只包括最基本的指令(短集):27種物理指令;24種仿真指令.這樣可以使指令更簡(jiǎn)單快速;使用通用內(nèi)存地址總線 (MAB)和內(nèi)存數(shù)據(jù)總線(MDB)進(jìn)行互聯(lián) 馮架構(gòu):數(shù)據(jù)和指令集共用一個(gè)結(jié)構(gòu)。器處理單元隱式分離;把指令當(dāng)成數(shù)據(jù)（可編程的）一樣處理. Contentsg11處理器(MSP430 CPU)(2/7)RISC (精簡(jiǎn)指令集計(jì)算) 類型架構(gòu): 采用三級(jí)指令流水線，包括：指令譯碼; 16位ALU;4個(gè)寄存器;12個(gè)通用寄存器.地址總線有

7、16位，所以可以尋址范圍為65 kB (包括RAM + Flash + 寄存器);數(shù)據(jù)邏輯單元(ALU):加,減,邏輯操作 (與,或,異或);操作數(shù)會(huì)影響溢出標(biāo)志，零標(biāo)志，負(fù)標(biāo)志等SR（狀態(tài)寄存器）的標(biāo)志位. Contentsg12處理器(MSP430 CPU)(3/7)包括16個(gè)16位寄存器:4個(gè)寄存器(R0, R1, R2 and R3);12個(gè)通用寄存器(R4R15).R0:程序計(jì)數(shù)器(PC): 存放著下一條將要從程序R1:堆棧指針(SP):器中取出的指令的地址。數(shù)據(jù)，以便未來(lái)使用。(指令: 用PUSH指第一，用戶可以使用堆棧令來(lái)存數(shù)據(jù)，POP指令來(lái)取數(shù)據(jù));第二，用戶和編譯器均可以使用

8、堆棧為子函數(shù)傳遞參數(shù) (PUSH、POP用于調(diào)用函數(shù)，被調(diào)用的函數(shù)使用SP來(lái)計(jì)算偏移)； Contentsg13處理器(MSP430 CPU)(4/7)R1: 堆棧指針(SP) (續(xù)):第三，系統(tǒng)進(jìn)入子函數(shù)之前，把PC的值再取出堆棧中的值，重新賦值給PC；到堆棧中，從子函數(shù)返回時(shí)，第四，系統(tǒng)堆棧在系統(tǒng)進(jìn)入中斷服務(wù)程序時(shí)，首先保護(hù)程序計(jì)數(shù)器(PC)，然后將中斷矢量地址送入程序計(jì)數(shù)器，再執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù) 程序執(zhí)行完畢，遇到返回指令時(shí)，將堆棧的內(nèi)容送到程序計(jì)數(shù)器中，程序又回到原來(lái)的地方，繼續(xù)執(zhí)行。在函數(shù)調(diào)用之前保存的寄存器變量、局部變量和參數(shù)都不會(huì)變。 Contentsg14處理器(MSP

9、430 CPU)R2:狀態(tài)寄存器(SR):(5/7)狀態(tài)位和控制位;CPU自動(dòng)改變系統(tǒng)標(biāo)志位;保留位用來(lái)支持常量發(fā)生器.BitDescription7SCG1系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器0. SCG1 = 1 當(dāng)DCO未被用作MCLK或SMCLK時(shí)，關(guān)閉DCO發(fā)生器5OSCOFF關(guān)閉振蕩器. OSCOFF = 1當(dāng)LFXT1未被用作 MCLK or SMCLK時(shí)，關(guān)閉LFXT13GIE使能通用中斷. GIE = 1 使能中斷1Z零標(biāo)志. Z = 1 運(yùn)算結(jié)果為零 Contentsg150C進(jìn)位標(biāo)志. C = 1 運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生進(jìn)位2N負(fù)標(biāo)志. N = 1 運(yùn)算結(jié)果為負(fù)4CPUOFF關(guān)閉CPU. CPUOFF

10、= 1CPU核6SCG0系統(tǒng)時(shí)鐘發(fā)生器1. SCG0 = 1關(guān)閉FLL和循環(huán)控制8V溢出位. V = 1 運(yùn)算結(jié)果超出有符號(hào)范圍for CG1VSCG1SCG0OSCOFFCPUOFFGIENZC處理器(MSP430 CPU)(6/7)R2/R3: 常量發(fā)生器 (CG1/CG2):根據(jù)源寄存器尋址模式（AS）的值，常量發(fā)生寄存器可以不需要通過(guò)代碼字或代碼內(nèi)存即可生成六個(gè)常用的常量。利用這個(gè)功能就可以實(shí)現(xiàn)仿真指令，例如：可以使用常量發(fā)生器而不指令來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)值增一。是使用一個(gè)RegisterAsConstantRemarksR2-00Register modeR2(0)01Absolute mode

11、R21000004h+4, bit prosingR200008h11+8, bit prosingR300000h000, word prosingR30100001h+1R31000002h+2, bit prosingR3110Fh-1, word prosing Contentsg16處理器(MSP430 CPU)(7/7)R4 - R15: 通用寄存器:通用寄存器可以用來(lái)保存數(shù)據(jù)值、地址指針或者索引值，可以通過(guò)字節(jié)或字指令它們。 Contentsg17處理器 (MSP430X CPU) (1/10)MSP430X CPU架構(gòu)的主要特征:MSP430X CPU把MSP430系列的尋址范

12、圍從64kB擴(kuò)展了到1MB;為了實(shí)現(xiàn)上述功能，尋址模式做了一些改變，并添加了兩種新類型的指令;其中一種類型的指令可以算；整個(gè)地址空間，另一種指令用于地址計(jì)MSP430X CPU地址總線有20位，但數(shù)據(jù)總線仍只有16位，內(nèi)存支持8位、16位和20位；不過(guò)，MSP430X CPU仍然與MSP430 CPU兼容，且擁有相同數(shù)量的寄存器。 Contentsg18處理器 (MSP430X CPU)(2/10)MSP430X CPU的組織結(jié)構(gòu):雖然MSP430X CPU結(jié)構(gòu)和MSP430相似，但它們?nèi)匀挥幸恍﹨^(qū)別，見(jiàn)圖中高亮顯示部分;除了狀態(tài)寄存器SR，所有MSP430X寄存器均是20位;CPU可以處理2

13、0位或16位數(shù)據(jù). Contentsg19處理器 (MSP430X CPU)(3/10)MSP430X CPU有16個(gè)寄存器,其中有一些有特殊用途：R0 (PC) 程序計(jì)數(shù)器:和MSP430CPU有相同的功能，是20位。R1 (SP) 堆棧指針:和MSP430CPU有相同的功能，是20位。R2 (SR)狀態(tài)寄存器: 和MSP430CPU有相同的功能，是16位。 Contentsg20處理器 (MSP430X CPU)(4/10)R2 (SR) 狀態(tài)寄存器:SR位的描述: Contentsg21處理器 (MSP430X CPU)(5/10)R2 (SR/CG1)和R3 (CG2)常量發(fā)生器:寄存

14、器R2和R3可以用來(lái)生成6個(gè)不同的常用的常量；常量是固定的，且由指令的As位來(lái)選擇。As位用來(lái)選擇尋址模式。生成的常量值如下: Contentsg22處理器 (MSP430X CPU)(6/10)R2 (SR/CG1)和R3 (CG2)常量發(fā)生器:如果操作數(shù)是6個(gè)常量之一，則寄存器是自動(dòng)選擇的;所以，在常量模式下，寄存器R2和R3不能作為源寄存器.R4-R15 通用寄存器:和MSP430 CPU的功能一樣，這些寄存器都是20位；這些寄存器可以處理8位,16位或者20位數(shù)據(jù);向這些寄存器寫(xiě)一個(gè)字節(jié)將清除819位。向這些寄存器寫(xiě)一個(gè)字將清除1619位。 Contentsg23處理器 (MSP430

15、X CPU)(7/10)R4-R15 通用寄存器:用指令suffix .B處理字節(jié)數(shù)據(jù)（8位）： Contentsg24處理器 (MSP430X CPU)(8/10)R4-R15 通用寄存器:用指令suffix .W處理字?jǐn)?shù)據(jù)（16位）: Contentsg25處理器 (MSP430X CPU) (9/10)R4-R15 通用寄存器: 用指令suffix .A操作20位地址: Contentsg26處理器 (MSP430X CPU)(10/10)MSP430 CPUX架構(gòu)其他的不同之處，如尋址模式、指令集等，將在后面章節(jié)中進(jìn)一步。 Contentsg27尋址模式源操作數(shù)的7種尋址模式 :地址操

16、作數(shù)的4種尋址模式: 寄存器模式;變址模式;符號(hào)模式;絕對(duì)模式.對(duì)于目的操作數(shù)，可以使用額外的兩種地址模式。 Contentsg28指令集27條內(nèi)核指令24條仿真指令指令集正交CPU將內(nèi)核指令成唯一的操作碼，匯編器和編譯器用來(lái)生成仿真指令的助記符有三種內(nèi)核指令格式：雙操作數(shù)單操作數(shù)程序流控制-跳轉(zhuǎn) Contentsg29小測(cè)驗(yàn)(1/7)1. MSP430 CPU有多少種類型的指令 :27種內(nèi)核指令20種內(nèi)核指令和14種仿真指令27種內(nèi)核指令和24種仿真指令24種內(nèi)核指令2. MSP430 RISC型CPU是指:基于精簡(jiǎn)指令集基于純模式匹配和指令的缺省基于復(fù)雜指令集不需要外設(shè)連接的CPU Con

17、tentsg30小測(cè)驗(yàn) (2/7)3.依曼架構(gòu)用于MSP430:(a) 數(shù)據(jù)器全部包含在數(shù)據(jù)處理單元里(b) 指令和數(shù)據(jù)的器和信號(hào)路徑物理上是分開(kāi)的(c) 外設(shè)有一條獨(dú)立總線(d) 有程序、數(shù)據(jù)器和外設(shè)共個(gè)通用總線結(jié)構(gòu) Contentsg31小測(cè)驗(yàn) (3/7)4. MSP430 CPU的ALU處理:加、減、乘、除運(yùn)算加、減、比較、邏輯運(yùn)算(與、或、異或)加、減、乘、比較運(yùn)算加、減、乘、邏輯運(yùn)算(與、或、異或) Contentsg32小測(cè)驗(yàn) (4/7)5. MSP430 CPU 有:14個(gè)寄存器(2個(gè)16個(gè)寄存器(6個(gè)18個(gè)寄存器(4個(gè)16個(gè)寄存器(4個(gè)和12個(gè)通用)和10個(gè)通用)和14個(gè)通用)

18、和12個(gè)通用)6. 程序計(jì)數(shù)器(PC):(a)子函數(shù)調(diào)用或中斷的返回地址(b) PC存放著下一條將要從程序址，由CPU執(zhí)行器中取出的指令的地(c)狀態(tài)和控制位 Stores se and control bits;(d) 指向下一條要寫(xiě)進(jìn)器的指令 Contentsg33小測(cè)驗(yàn) (5/7)7. 狀態(tài)寄存器SR = 0 x0104 表示:(a) 數(shù)算結(jié)果溢出有符號(hào)數(shù)范圍，并產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位(b) 當(dāng)使能可是負(fù)數(shù)時(shí)中斷數(shù)算結(jié)果溢出有符號(hào)數(shù)范圍，結(jié)果數(shù)CPU算結(jié)果是負(fù)的，并產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位，且使能了中斷8. MSP430狀態(tài)寄存器位:當(dāng)一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字運(yùn)算結(jié)果溢出時(shí)，置位V當(dāng)一個(gè)字節(jié)或一個(gè)字運(yùn)算結(jié)果為0時(shí)，置位Z以上全對(duì)以上全錯(cuò) Contentsg34小測(cè)驗(yàn) (6/7)9. MSP430支持2地址指令：源操作數(shù)的7種尋址模式，目的操作數(shù)的3種模式源操作數(shù)的6種尋址模式，目的操作數(shù)的4種模