吕辰手里拿着《精简指令集体系结构与编码表》,站在黑板前。
台下坐着诸葛彪、钱兰、曾祺,以及七个设计小队42名成员。
“咱们的精简指令集,理论组已经设计完毕,我们在午马机上跑通了。48条指令,全部验证通过。”吕辰开门见山,“今天,咱们把这48条指令,分配到26颗芯片里。”
他翻开编码表,指着第一页的总表。
“按照咱们最初的设计,使用频率最高的指令,要做在主控核心和运算器里,单周期执行。I/o和特殊指令,分配到对应的专用芯片里。这些指令直接和硬件打交道,必须和对应的接口芯片协同设计。”
他放下手,看着台下:“下面,一项一项过。”
第一类是算术逻辑指令,一共是12条,吕辰在黑板上依次写了下来。
Add、SUb、mUL、dIV、ANd、oR、xoR、Not、cmp、INc、dEEG
钱兰道:“这12条指令,是工业控制最常用的,几乎每个控制回路都要用。必须全部硬件化,放在主控制核心和定点运算器里。”
大张海举手:“mUL和dIV也硬件化?乘法器和除法器面积可不小。”
曾祺回应道:“工业控制里的乘除,大部分是乘除常数,比如pId算法里的系数乘。做简单乘法器就够了,不需要32位乘32位的复杂单元。用移位加实现,面积小,速度够用。”
其他人没有意见,吕辰点点头:“主控核心:算术逻辑单元ALU,支持12条指令。”
第二类是分支跳转指令,一共8条。
Jmp、JZ、JNZ、Jc、cALL、REt、INt
诸葛彪道:“这些指令控制程序流程。中断、子程序调用、条件跳转,实时性要求高。”
钱兰特别指出“INt”和“cALL”:“中断响应要在几个时钟周期内完成,所以中断现场保存必须硬件自动完成,不能用微程序。”
其他人没有意见,吕辰在中央处理模块那一栏画了一个箭头,指向主控制核心。
“全部放在主控制核心。”
第三类是数据传送指令,一共6条。
moV、LoAd、StoRE、pUSh、pop、xchG
吕辰指着黑板:“moV是寄存器之间传数据,LoAd/StoRE是寄存器和内存之间传数据。这些指令的执行频率极高,一个温度控制回路里,有一半指令是数据传送。”
周建国道:“LoAd/StoRE要访问内存,地址计算和总线时序怎么处理?”
吕辰在黑板上画了一个简图。
“地址计算放在主控制核心,总线访问由存储控制器(KL-mc)配合完成。LoAd指令执行时,主控核心把地址发到地址总线,存储控制器从内存读数据,放回数据总线,主控核心再把数据写进寄存器。”
其他人没有意见,吕辰在存储模块那一栏写了几个字:“KL-mc:配合LoAd/StoRE实现。”
I/o读写指令一共10条。
IN、oUt、INS、oUtS、REAd_Adc、wRItE_dAc、REAd_tEmp、SEt_pwm、REAd_ENcodER、SEt_StEppER
“这一类指令最多。”吕辰的声音提高了一些,“工业控制的核心就是读传感器、写执行器。这10条指令,每一条都对应一种或几种I/o操作。”
他在黑板上画了一张表,左边写上指令,右边空着。
“现在,咱们来讨论各I/o读写指令的对应芯片。”
钱兰道:“按照咱们的架构,I/o操作要放在专用芯片里,所以这些指令,不全部做在主控制核心里。”
吕辰点了点头:“主控核心只负责指挥,不负责干活。干活的事,交给专用芯片。这样主控核心的设计就简单了,不需要集成各种模拟电路和接口逻辑。”
经过讨论,IN/oUt放在数字量输入/输出芯片;INS/oUtS放在串行通信控制器;REAd_Adc放在模拟量输入芯片……
移位指令仅有4条,分别是ShL、ShR、RoL、RoR。
这个比较好定,移位指令用于数据处理,比如协议解析、编解码。
这些指令逻辑简单,但执行频率不低。
因此,放在主控核心的ALU里,和算术逻辑单元共用数据通路。
位操作指令也只有3条,bSEt、bcLR、btSt,这些指令硬件实现很容易,放主控核心。
系统控制指令虽然同样是3条,但是就比较考量。
Nop是空操作,hALt是停机,wdR是看门狗复位。
wdR指令很重要,工业控制不能