Глава 13. Система команд

В этой главе начинается изложение системы команд сигнального процессора.

Сигнальные процессоры семейства ADSP-21XX используют единую систему команд для совместимости с устройствами с более высокой интеграцией. Процессоры ADSP-2181 имеют ряд дополнительных команд. Каждая команда может быть выполнена в процессоре за один такт. Кроме того, система команд процессора позволяет выполнять за один такт многофункциональные команды. Как было сказано ранее, язык ассемблер семейства ADSP-21XX использует высокоуровневый алгебраический синтаксис записи команд, что облегчает их понимание и запоминание. Операнды источника и приемника команды явно присутствуют в ее записи в виде мнемоники. Мнемоника основных регистров процессора с описанием их назначения приводится в табл. 13.1.

Таблица 13.1 Мнемоника основных регистров процессора с описанием их назначения

Набор команд ADSP-2181 совместим вверх с набором команд ADSP-21XX, поэтому, программы, написанные для ADSP-21XX, могут выполняться на ADSP-2181 с минимальными изменениями. Процессор ADSP-2181 имеет ряд дополнительных команд. Каждая команда может быть выполнена отдельно в своем такте. Кроме того, система команд позволяет выполнять за один такт процессора многофункциональные команды.

Язык ассемблера позволяет использовать в командах арифметические или логические выражения. Список этих выражений и выполняемых с их помощью действий приведен в табл. 13.2.

Таблица 13.2 Список арифметических или логических выражений и выполняемых с их помощью действий

Ниже приведены примеры записи некоторых команд языка ассемблера ADSP-21XX с объяснением их назначения.(var1) = AX0;

Эта команда, знакомая читателям из предыдущих примеров программ, присваивает (записывает) значение регистра AX0 переменной var1, хранящейся в памяти данных.= MR + MX1*MY1;

Данная команда выполняет операцию умножения и сложения. Он умножает входные значения из регистров MX1 и MY1, складывает результат умножения с текущим содержимым регистра MR (результат предыдущего умножения), а затем записывает результат в регистр MR.

При рассмотрении системы команд мы будем пользоваться условными обозначениями, приведенными в табл. 13.3. Эти обозначения позволяют сделать описание команд компактным.

Таблица 13.3 Условные обозначения системы команд

В табл. 13.4 приведен список регистров, допустимых к использованию в командах пересылки и многофункциональных командах.

Таблица 13.4 Список регистров допустимых к использованию в командах пересылки и многофункциональных командах

Следует обратить внимание на то, что регистры <dreg> являются подмножеством регистров <reg>, поэтому их можно применять в командах, где используется условное сокращение <reg>.

Команда сложить или сложить с переносом, записанная с применением приведенных выше условных сокращений, будет выглядеть следующим образом:

[IF cond] |AR| = xop + | yop      |;

          |AF|         | C        |

                       | yop + C  |

                       | constant |

Она означает, что если условие cond предыдущей команды выполняется, то в регистр AR или AF будет занесен результат сложения операнда xop с операндом yop или с переносом или с константой. Разрешенные операнды xop, yop и константы constant указываются для группы команд индивидуально, поскольку они не всегда могут быть произвольными. Например, для команд АЛУ разрешено использовать в качестве операнда xop регистры; AX0, АХ1, AR, MR0, MR1, MR2, SR0, SR1. В качестве операнда yop допускается использование регистров: AY0, AY1 и AF. Причем команда DIVS не может использовать регистр AY0.

Коды условий cond с описанием их назначения приведены в табл. 13.5.

Таблица 13.5 Коды условий cond с описанием их назначения

* Только для команд JUMP и CALL.

Таким образом, предыдущая запись означает, что команда сложения может быть записана в одном из следующих вариантов:EQ AR=AX0+AY1;EQ AR=AR+AY1+C;EQ AF=AX0+AY1;NE AF=AX0+AY1;=AX0+AF;

и т.п.

Обратите внимание на то, что оператор IF с кодом условия заключен в квадратные скобки, т.е. является не обязательным в команде и может быть исключен из нее.

При изучении системы команд мы подробнее познакомимся с вычислительными блоками процессора и форматом представления данных при выполнении различных арифметических и логических операций над ними. Это позволит лучше понять, каким образом выполняются те или иные действия в процессоре, и избежать тем самым неправильного применения команд при написании программы.

Для завершения обзора команд сигнального процессора нам остается рассмотреть многофункциональные команды и команды, которые нельзя отнести к какой-либо конкретной группе в силу того, что они выполняют различные функции. Здесь они будут называться дополнительными командами.

В многофункциональных командах реализуются свойства параллелизма архитектуры процессоров ADSP2181. Благодаря чему становится возможным одновременное выполнение в одном цикле процессора пересылки данных, операций чтения/записи в память и вычислений.

Рассмотрим многофункциональную команду выполнения операций АЛУ и MAC с одновременным чтением операндов из памяти данных и памяти программ. Пример такой команды приведен ниже:=MR+MX0*MY0(SS), MX0=DM(I3,M0), MY0=PM(I7,M4);

В первой части этой команды в регистр MR (регистр результата MAC), записывается сумма его предыдущего значения и произведения текущих значений входных регистров умножителя MX0 и MY0. Здесь оба слагаемых рассматриваются в знаковом формате.

Вторая и третья части данной многофункциональной команды осуществляют выбор двух новых операндов. Один операнд выбирается из памяти данных DM по адресу, указанному в индексном регистре I3, содержимое которого затем модифицируется с помощью значения регистра модификации M0. Второй операнд выбирается из памяти программы PM по адресу, указанному в регистре I7, содержимое которого затем модифицируется величиной, содержащейся в регистре модификации M4. Значения индексов берутся из регистров генераторов адреса данных. Любой индексный регистр I одного генератора адреса данных может использоваться в паре с любым регистром модификации M того же генератора адреса данных.

Поскольку считывание данных из регистров процессора производится в начале цикла, а запись в регистры - в конце цикла, операнды, находящиеся в регистрах MX0 и MY0 в начале командного цикла, перемножаются, а затем произведение добавляется к содержимому регистра результата умножителя MR. После окончания операции умножения операнды обновляются новыми значениями, которые были выбраны в конце того же командного цикла и становятся доступными для вычислений с ними в следующем цикле. Естественно, что одновременно с вычислением можно загрузить любой регистр данных, а не только регистры умножителя/накопителя, как в приведенном выше примере.

Рассмотренная команда является, пожалуй, самой распространенной в алгоритмах цифровой обработки сигналов операцией. Выполняется она следующим образом:

• осуществляется выбор двух операндов (например, коэффициента и данных);

• производится перемножение операндов и суммирование результата умножения с полученными до этого результатами.

Вычислительной частью данной многофункциональной команды может быть любая безусловно выполняемая команда АЛУ, за исключением деления, или любая команда умножителя, кроме насыщения. Имеются и некоторые другие исключения.

Например, следующий операнд X должен загружаться в регистр MX0 из памяти данных, а новый операнд Y должен загружаться в регистр MY0 из памяти программ (для команд данного уровня несущественно, из внутренней или из внешней памяти). Кроме того, результат вычисления должен записываться в регистр результата (MR или AR), ни в коем случае не в регистр обратной связи (MF или AF).

Теперь рассмотрим команды одновременного чтения из памяти данных и памяти программ. Эти команды представляют собой разновидность описанного выше вида многофункциональных команд. Их особенностью является отсутствие вычислений. Эти команды задают только одновременную выборку двух операндов. Пример такой команды приведен ниже:=DM(I2,M0), AY0=PM(I4,M6);

В данном примере в качестве регистров-приемников используются входные регистры АЛУ. Как и в предыдущем типе многофункциональных команд, здесь операнды X должны извлекаться из памяти данных, а операнды Y - из памяти программ (и в том и в другом случае из внешней или из внутренней памяти процессоров с внутренней памятью на кристалле).

Существуют многофункциональные команды выполнения вычислений с одновременным считыванием из памяти. Если, в отличие от описанных выше многофункциональных команд, вместо двойного считывания из памяти, команда задает выполнение только одной операции считывания из одного типа памяти, то одновременно с выборкой данных из памяти можно произвести различного рода вычисления. К числу таких разрешенных вычислений относятся все операции АЛУ, за исключением деления, все операции умножителя-накопителя MAC и все операции устройства сдвига, за исключением непосредственного сдвига SHIFT IMMEDIATE. Все вычисления должны быть безусловными. Пример многофункциональной команды такого типа приведен ниже:=AX0+AY0, AX0=DM(I0,M3);

В этом примере в АЛУ выполняется операция сложения, в то время как из памяти данных выбирается один операнд. Этот тип многофункциональных команд имеет те же ограничения, что и предыдущий. Значение, хранящееся в регистре AX0 и используемое как исходное в ходе вычислений, представляет собой содержимое этого регистра в начале цикла. В конце цикла в результате операции считывания данных из памяти в регистр AX0 загружается новое значение. По этой же причине регистром назначения (в этом примере AR) не может быть регистр, указанный в качестве регистра назначения при считывании данных из памяти.

Следующий пример демонстрирует выполнение вычислений с одновременной записью данных в память. Команда вычисления с одновременной записью в память имеет ту же структуру, что и команда вычисления с одновременным считыванием из памяти. Однако порядок операторов в строке данной команды меняется на обратный. Сначала выполняется запись данных в память, а затем вычисление. Вот пример такой команды:(I0,M0)=AR, AR=AX0+AY0;

В приведенном примере исходным значением для записи в память (значение, содержащееся в регистре AR) является значение, хранящееся в этом регистре в начале цикла. В результате произведенного вычисления в этот же регистр загружается новое значение, которое является содержимым регистра AR в конце цикла. При постановке операторов данной команды в обратном порядке, что является неразрешенным действием, ассемблер генерирует предупреждение, подразумевающее, что в память записывается результат вычисления, а не предыдущее значение регистра, которое должно было записываться в память. Использование при этом одного и того же регистра не является обязательным, хотя именно таким образом чаще всего организуется конвейер операндов для вычисления. Для вычислительных операций с помощью таких команд действуют те же ограничения, что и для команд, рассмотренных выше. Разрешенными являются все операции АЛУ, кроме деления, все операции умножителя-накопителя MAC и все операции устройства сдвига, кроме непосредственного сдвига. Вычисления должны быть безусловными.

Наконец, рассмотрим команды выполнения вычислений с одновременной пересылкой данных между регистрами. Многофункциональные команды этого последнего типа задают выполнение пересылки данных из одного регистра данных в другой с одновременным выполнением какой-либо вычислительной операции. Большинство ограничений, рассмотренных для предыдущих типов многофункциональных команд, справедливо и для этих команд. Пример такой команды:=AX0+AY0, AX0=MR2;

В данном примере операция сложения в АЛУ производится одновременно с загрузкой в регистр AX0 нового значения, взятого из регистра MR2. Как и в предыдущих примерах, для вычисления используется значение, содержащееся в регистре AX0 в начале цикла. Данные могут между всеми регистрами ввода или вывода АЛУ, умножителя-накопителя MAC и устройства сдвига, за исключением регистров обратной связи (AF и MF) и регистра SB. В рассмотренном примере новое значение загружается в регистр AX0 из регистра данных в конце цикла. Разрешенными являются все операции АЛУ, кроме деления, все операции умножителя-накопителя и все операции устройства сдвига, кроме непосредственного сдвига. Вычисления должны быть безусловными.

Ниже приводится полный список многофункциональных команд в соответствии с принятыми ранее условными обозначениями. Назначение команд приводится в тексте описания этих команд. Вычисление с пересылкой регистр-регистр:

| <ALU> |, dreg = dreg;

| <MAC> |

|<SHIFT>|

Вычисление с чтением из памяти:

|<ALU>  |,dreg = |DM(|I0|,|M0|)|;

|<MAC>  |        |   |I1| |M1| |

|<SHIFT>|        |   |I2| |M2| |

                 |   |I3| |M3| |

                 |   |I4| |M4| |

                 |   |I5| |M5| |

                 |   |I6| |M6| |

                 |   |I7| |M7| |

                 |             |

                 |PM(|I4|,|M4|)|;

                 |   |I5| |M5| |

                 |   |I6| |M6| |

                 |   |I7| |M7| |

Вычисление с записью в память:

|DM(|I0|,|M0|)|=dreg, |<ALU>  |;

|   |I1| |M1| |       |<MAC>  |

|   |I2| |M2| |       |<SHIFT>|

|   |I3| |M3| |

|   |I4| |M4| |

|   |I5| |M5| |

|   |I6| |M6| |

|   |I7| |M7| |

|             |

|PM(|I4|,|M4|)|;

|   |I5| |M5| |

|   |I6| |M6| |

|   |I7| |M7| |

Чтение памяти данных и программ:

|AX0|=DM(|I0|,|M0|), |AY0|=PM(|I4|,|M4|);

|AX1|    |I1| |M1|   |AY1|    |I5| |M5|

|MX0|    |I2| |M2|   |MY0|    |I6| |M6|

|MX1|    |I3| |M3|   |MY1|    |I7| |M7|

Команда АЛУ или MAC с чтением памяти данных и программ:

|<ALU>|,|AX0|=DM(|I0|,|M0|), |AY0|=PM(|I4|,|M4|);

|<MAC>| |AX1|    |I1| |M1|   |AY1|    |I5| |M5|

        |MX0|    |I2| |M2|   |MY0|    |I6| |M6|

        |MX1|    |I3| |M3|   |MY1|    |I7| |M7|

В качестве регистров dreg могут быть использованы регистры: AX0, АХ1, AY0, AY1, AR, MX0, МХ1, MY0, MY1, MR0, MR1, MR2, SI, SE, SR0 и SR1.

Примечания:

<ALU>¹ — любая команда АЛУ (исключая DIVS и DIVQ);

<MAC>¹ — любая команда умножителя/накопителя;

<SHIFT>² — любая команда устройства сдвига (исключая непосредственный сдвиг);

где ¹ — должны использоваться только регистры результатов AR, MR, а не регистры обратных связей AF, MF; ² — не могут быть условными командами.

В системе команд сигнального процессора имеется несколько команд, которые нельзя отнести ни к одной из перечисленных ранее групп. Полный список этих команд в соответствии с принятыми ранее условными обозначениями приводится ниже.

Пустая команда:;

Модифицировать регистр адреса:(|I0|,|M0|);

       |I1| |M1|

       |I2| |M2|

       |I3| |M3|

       |I4| |M4|

       |I5| |M5|

       |I6| |M6|

       |I7| |M7|

Управление стеками:

[|PUSH| STS] [,POP CNTR] [,POP PC] [,POP LOOP];

 |POP |

Управление режимом:

|ENA| |SEC_REG | [, ...];

|DIS| |BIT_REV |

      |AV_LATCH|

      |AR_SAT  |

      |M_MODE  |

      |TIMER   |

      |G_MODE  |

      |INTS    |

Ключевые слова означают следующие режимы:_REG — фоновый регистровый файл;_REV — бит-реверс адреса генератора DAG1;_LATCH — защелка статуса переполнения АЛУ (AV);_SAT — насыщение регистра AR;_MODE — режим размещения результата MAC;— разрешить работу таймера;_MODE — разрешить режим «Go mode»;— разрешить прерывания.— это команда отсутствия операций. Она часто применяется для выполнения холостого цикла процессора в качестве задержки на один такт.

Команда MODIFY позволяет модифицировать указатель адреса в заданном регистре I на величину, которая содержится в заданном регистре M, не обращаясь при этом к памяти. Как и во всех других случаях, регистры I и M должны быть регистрами одного и того же генератора адреса данных; любой регистр I0–I3 может использоваться в комбинации с любым регистром M0–M3, а любой регистр I4–I7 — с любым регистром M4–M7.

Команды PUSH и POP позволяют непосредственно управлять содержимым стеков состояния, счетчика, счетчика программ (PC) и циклов. Некоторые из этих стеков автоматически заполняются и опустошаются во время обслуживания прерываний.

Команды управления режимом разрешают и блокируют режимы некоторых операций процессора. Эта команды управляют режимами реверсной адресации в генераторе адреса данных 1, фиксацией переполнения АЛУ, насыщением регистра результата АЛУ, выбором набора основных или теневых регистров, режимом GO для непрекращающейся работы процессора во время предоставления шины, режимом сдвига в умножителе для выполнения целочисленных или дробных вычислений и активизацией таймера. За операторами ENA или DIS может следовать через запятую сколько угодно идентификаторов. Команды ENA и DIS могут повторяться в командной строке. Кроме того, все семь режимов могут разрешаться, блокироваться или изменяться при помощи всего одной команды.