Manual do Simulador Processador P3 - Arquitetura, Assembler e Simulação

Manual do Simulador do Processador P3 Guilherme Arroz José Monteiro Arlindo Oliveira Instituto Superior Técnico Lisboa Portugal Fevereiro 2005 Conteúdo 1 Introdução 3 2 Arquitectura do Processador P3 3 21 Registos 3 22 Bits de Estado 4 23 Memória 4 24 EntradasSaídas 4 25 Interrupções 5 3 Assembler 6 31 Evocação 6 32 Conjunto de Instruções 6 33 Constantes 7 34 Modos de Endereçamento 8 35 Etiquetas 9 36 Comentários 9 37 PseudoInstruções 9 38 Instruções Assembly 11 4 Simulador 18 41 Evocação 18 42 Ambiente 18 421 Menus 19 422 Contadores de Instrução e Ciclos de Relógio 21 423 Registos 21 424 Conteúdo da Memória 21 425 Programa Desassemblado 22 426 Comandos de Execução e Interrupção 22 43 Depuração 23 44 Unidade de Controlo 23 441 Registos Internos à Unidade de Controlo 23 442 Botão Clock 25 45 MicroProgramação 25 46 Dispositivos de Entrada e Saída 26 461 Janela Texto 26 462 Janela Placa 27 463 Temporizador 28 464 Máscara de Interrupções 29 A Formatos das Instruções Assembly 31 B Conteúdo das ROMs de Controlo 35 2 1 Introdução Este documento descreve a operação do simulador para o processador P3 Este programa permite simular a nível funcional o processador descrito nos Capítulos 11 e 12 do livro Introdução aos Sistemas Digitais e Microprocessadores G Arroz J Monteiro e A Oliveira IST Press 1a Edição 2005 O simulador P3 é constituído por dois programas pelo simulador propriamente dito p3sim e por um assembler p3as O programa p3as converte programas descritos na lin guagem assembly daquele processador para um ficheiro objecto Uma vez convertido para este formato objecto o programa pode ser carregado para o simulador p3sim O simulador p3sim permite não só a execução normal e passoapasso do programa mas também a exe cução de apenas um ciclo de relógio Este modo de funcionamento é útil para se observar a evolução passoapasso do microcódigo De forma a tornar mais interessante a interacção com o microprocessador foram definidos um conjunto de dispositivos de entrada e saída Em particular este simulador emula todas as entradas e saídas da placa DIO5 da Digilent Inc utilizada nas aulas de laboratório da disciplina de Arquitectura de Computadores da Licenciatura em Engenharia Informática e de Computadores do Instituto Superior Técnico Este documento está dividido em três partes Na primeira parte introduzse a arquitec tura do processador P3 Na segunda parte descrevese a utilização do assembler p3as Na terceira parte é apresentado o simulador p3sim 2 Arquitectura do Processador P3 21 Registos O processador P3 contém os seguintes registos visíveis ao programador R0R7 registos de uso genérico O registo R0 não pode ser alterado e tem sempre o valor 0 PC program counter contém o endereço da próxima instrução a executar Não pode ser acedido directamente com instruções assembly sendo alterado apenas com instru ções de controlo da sequência de execução SP stack pointer apontador para o topo da pilha É utilizado também de forma in directa podendo apenas ser manipulado directamente para a sua inicialização através de uma instrução MOV SP R17 RE registo de estado registo onde estão guardados os bits de estado flags do processa dor descritos na secção seguinte Também não existem instruções para manipular este registo directamente Todos estes registos são inicializados a 0 após um reset do processador 3 22 Bits de Estado Do ponto de vista do programador existem 5 bits de estado ou flags neste processador Os bits de estado estão guardados nos 5 bits menos significativos do registo RE contendo os restantes bits deste registo o valor 0 O significado dos bits de estado do bit de menor para o de maior peso do registo RE é O overflow ou excesso indica que o resultado da última operação aritmética excede a capacidade do operando destino Por outras palavras o resultado não pode ser re presentado em complemento para 2 com o número de bits disponíveis no operando destino ficando este portanto com um valor incorrecto N negative ou sinal indica que o resultado da última operação foi negativo o que em complemento para 2 é equivalente a dizer que o bit mais significativo do operando destino ficou a 1 C carry ou transporte indica que a última operação gerou um bit de transporte para além da última posição do operando destino Também pode ser modificado por software através das instruções STC CLC e CMC Z zero indica que o resultado da última operação foi 0 E enable interrupts habilita ou não as interrupções conforme for 1 ou 0 Este é o único bit de estado que só é alterado por software através das instruções ENI e DSI 23 Memória O espaço de memória endereçável é de 64k palavras barramento de endereços de 16 bits em que cada palavra é de 16 bits largura do barramento de dados O acesso a uma posi ção de memória pode ser feito com qualquer instrução usando o modo de endereçamento apropriado 24 EntradasSaídas O espaço de entradas e saídas IO é memory mapped Os endereços de memória a partir de FF00h estão reservados para o espaço de entradassaídas Assim qualquer instrução pode ter acesso a um qualquer dispositivo de entradasaída que esteja mapeado neste espaço superior de memória do processador No caso do presente simulador os dispositivos de entradasaída disponíveis são janela de texto dispositivo que fornece uma interface com o teclado e monitor do computador Tem 4 portos de interface leitura endereço FFFFh porto que permite receber caracteres teclados na janela de texto escrita endereço FFFEh porto que permite escrever um dado caracter na janela de texto estado endereço FFFDh porto que permite testar se houve alguma tecla premida na janela de texto 4 controlo endereço FFFCh porto que permite posicionar o cursor na janela de texto posição esta onde será escrito o próximo caracter botões de pressão conjunto de 15 interruptores de pressão A activação de cada um destes botões gera uma interrupção com o correspondente vector de interrupção interruptores endereço FFF9h conjunto de 8 interruptores cujo estado pode ser obtido por leitura deste endereço LEDs endereço FFF8h cada bit da palavra escrita neste porto define quais dos 16 LEDs estão ligados display de 7 segmentos endereços FFF0 FFF1h FFF2h e FFF3h cada um destes por tos de escrita controla um conjunto de 7 LEDs que formam um display display de cristal líquido ou LCD display de texto com 16 colunas e duas linhas Tem 2 portos de escrita endereço FFF5h porto que permite escrever um dado caracter no display endereço FFF4h porto que permite posicionar o cursor no display posição esta onde será escrito o próximo caracter máscara de interrupções endereço FFFAh posição de um filtro que permite seleccio nar individualmente quais dos 16 primeiros vectores de interrupção de 0 a 15 estão habilitados Após um reset todos os bits da máscara de interrupção estão a 0 temporizador dispositivo que fornece a geração de uma interrupção ao fim de um intervalo de tempo real especificado pelo utilizador Tem 2 portos de interface controlo endereço FFF7h porto que permite arrancar colocando o bit menos significativo a 1 ou parar colocando esse bit a 0 o temporizador valor de contagem endereço FFF6h porto que permite indicar o número de in tervalos de 100ms ao fim do qual o temporizador gerará uma interrupção O controlo destes dispositivos é explicado em maior detalhe na Secção 46 25 Interrupções O simulador disponibiliza 15 botões para a geração de interrupções externas para além destas o simulador tem apenas mais uma fonte de interrupções o temporizador Qualquer destas interrupções provoca a activação de um sinal INT ligado a um dos pinos externos do processador No final da execução de cada instrução este sinal é testado para verificar se existe alguma interrupção pendente Nesse caso são efectuados dois testes o bit de estado E enable interrupts tem que estar activo o bit da máscara de interrupções correspondente a este vector de interrupção tem que estar activo 5 Caso estas duas condições se verifiquem é chamada a rotina de serviço dessa interrupção determinada pelo vector de interrupção lido do barramento de dados Os endereços das rotinas de interrupção encontramse na Tabela de Vectores de Interrupção uma tabela com 256 posições guardada em memória a partir do endereço FE00h Assim o contador de programa PC é carregado com o valor da posição de memória MFE00hvector Por omissão o vector de interrupção associado a cada um dos 15 botões de interrupção é simplesmente o índice do botão Porém este pode ser alterado pelo utilizador através da interface do simulador Esta interface permite também desabilitar individualmente cada um dos botões de interrupção O vector de interrupção associado ao temporizador é o 15 e este é fixo A chamada à rotina de serviço da interrupção guarda o registo RE na pilha e desabilita as interrupções E0 É da responsabilidade do programador salvaguardar qualquer registo que seja modificado nesta rotina A rotina deve ser terminada com a instrução RTI que repõe o valor de RE a partir da pilha 3 Assembler 31 Evocação O modo de evocação do assembler p3as é simplesmente p3as nomeas O nome do ficheiro assembly tem que ter extensão as Caso não haja erros de assembly são gerados dois ficheiros nomeexe ficheiro com o código binário pronto a ser executado no simulador p3sim nomelis ficheiro com o valor atribuído às referências usadas no programa assembly 32 Conjunto de Instruções As instruções assembly aceites pelo assembler p3as são as apresentadas na Tabela 114 do livro Para além destas instruções o assembler reconhece um conjunto de comandos cha mados de pseudoinstruções Tabela 1116 do livro que embora não gerem código binário permitem reservar espaço para variáveis ou tornar o código mais legível O total de instru ções reconhecidas pelo p3as encontramse na Tabela 1 agrupadas por classes A condição cond nas instruções de salto condicional BR cond JMP cond e CALL cond pode ser uma de O NO bit de estado excesso overflow N NN bit de estado sinal negative C NC bit de estado transporte carry Z NZ bit de estado zero são atendidas enable I NI bit que indica se existe alguma interrupção pendente P NP resultado positivo Z N 6 Pseudo Aritméticas Lógicas Deslocamento Controlo Transfer Genéricas ORIG NEG COM SHR BR MOV NOP EQU INC AND SHL BR cond MVBH ENI WORD DEC OR SHRA JMP MVBL DSI STR ADD XOR SHLA JMP cond XCH STC TAB ADDC TEST ROR CALL PUSH CLC SUB ROL CALL cond POP CMC SUBB RORC RET CMP ROLC RETN MUL RTI DIV INT Tabela 1 Conjunto de instruções do P3 Estas combinações permitem testar cada uma destas condições e realizar o salto caso a con dição seja a 1 ou a 0 respectivamente As instruções aritméticas assumem os operandos em formato de complemento para 2 As excepções a esta regra são a multiplicação e a divisão que assumem números sem sinal No caso destas duas operações terá que ser o programador a ter o cuidado de manipular o sinal à parte Neste conjunto há instruções de 0 1 e 2 operandos Nas instruções de 2 operandos um deles tem que ser necessariamente um registo O outro operando pode ter diversos modos de endereçamento como se explica em seguida Os detalhes do funcionamento de cada instrução a operação realizada e os bits de estado alterados são também apresentados mais adiante 33 Constantes O facto do processador P3 ser um processador de 16 bits define os valores máximos possíveis de especificar para uma constante Assim o intervalo válido para inteiros positivos será de 0 a 216 1 e para inteiros em complemento para 2 de 215 a 215 1 Valores constantes podem ser especificados de três formas no código assembly Valor numérico em binário para uma constante numérica ser interpretada em binário deve ser terminada com a letra b são válidos valores entre 100000000000000b e 1111111111111111b Valor numérico em octal para uma constante numérica ser interpretada em octal deve ser terminada com a letra o são válidos valores entre 100000o e 177777o Valor numérico em decimal qualquer valor inteiro entre 32768 e 65535 Pode opcional mente ser terminada com a letra d embora tal seja assumido quando nenhuma outra base for indicada Valor numérico em hexadecimal para uma constante numérica ser interpretada em hexa decimal deve ser terminada com a letra h são válidos valores entre 8000h e FFFFh Caracter alfanumérico um caracter entre plicas por exemplo g é convertido para o seu código ASCII 7 Notar no entanto que o uso de constantes no meio do código assembly ou de qualquer outra linguagem de programação é extremamente desaconselhável Em vez disso devese usar o comando EQU para definir constantes ver Secção 37 Esta prática por um lado torna o código mais legível pois o símbolo associado à constante se convenientemente escolhido dá uma pista sobre a acção que se está a tomar e por outro lado permite uma actualização mais fácil do código pois constantes que estão associadas não têm que ser alteradas em vários sítios dentro do código porventura falhandose alguma mas simplesmente na linha do comando EQU 34 Modos de Endereçamento Os operandos usados nas instruções assembly podem ter 7 modos de endereçamento a seguir indicados O significado dos símbolos usados nesta secção é op operando Rx registo Rx O processador tem 8 registos visíveis para o programador portanto 0 x 7 em que R0 é sempre igual a 0 W constante de valor W de 16 bits My referência à posição de memória com endereço y PC registo contador de programa program counter SP registo do apontador para o topo da pilha stack pointer Endereçamento por Registo op Rx O valor do operando é o conteúdo do registo Rx Endereçamento por Registo Indirecto op MRx O valor do operando é o conteúdo da posição de memória cujo endereço é o conteúdo do registo Rx Endereçamento Imediato op W O valor do operando é W Naturalmente este modo não pode ser usado como operando destino Endereçamento Directo op MW O valor do operando é o conteúdo da posição de memória com o endereço W Endereçamento Indexado op MRxW O valor do operando é o conteúdo da posição de memória com o endereço resultante da soma de W com o conteúdo de Rx RxW Nota a versão WRx não é aceite pelo assembler Endereçamento Relativo op MPCW O valor do operando é o conteúdo da posição de memória com o endereço resultante da soma de W com o conteúdo de PC PCW Nota a versão WPC não é aceite pelo assembler 8 Endereçamento Baseado op MSPW O valor do operando é o conteúdo da posição de memória com o endereço resultante da soma de W com o conteúdo de SP SPW Nota a versão WSP não é aceite pelo assembler Na utilização destes modos de endereçamento há as seguintes restrições no caso das instruções com 2 operandos para um deles tem que ser necessariamente usado o endereçamento por registo o modo imediato não pode ser usado como operando destino por razões óbvias as instruções MUL e DIV por usarem como destino ambos os operandos ver descrição adiante não podem usar o modo imediato em nenhum dos operandos Além disso os dois operandos não devem ser o mesmo devido a limitações na arquitectura do processador que provoca que parte do resultado se perca 35 Etiquetas Para referenciar uma dada posição de memória podese colocar uma etiqueta label antes da instrução que vai ficar nessa posição A etiqueta consiste num nome conjunto de caracteres alfanuméricos mais o caracter em que o primeiro não pode ser um algarismo seguida de Por exemplo VoltaAqui INC R1 Se agora se quiser fazer um salto para esta instrução podese usar BR VoltaAqui em vez de se calcular o endereço em que a instrução INC R1 ficará depois da assemblagem Para facilitar a leitura do código assembly convencionase que estas etiquetas são pala vras capitalizadas todas juntas primeira letra de cada palavra em maiúsculas e restantes em minúsculas como no exemplo anterior VoltaAqui O valor atribuído às etiquetas pode ser consultado no ficheiro com a extensão lis gerado quando da execução do p3as 36 Comentários Um comentário começa com o caracter que indica ao assembler que todo o texto que se segue nessa linha deverá ser ignorado no processo de tradução do código assembly 37 PseudoInstruções Chamase pseudoinstruções ao conjunto de comandos reconhecidos pelo assembler que não são instruções assembly mas que permitem dar ao assembler um conjunto de informações e directivas necessárias para a sua correcta execução ou para simplificar a sua utilização A função das pseudoinstruções é por um lado controlar a forma como o código é gerado por exemplo indicando as posições de memória onde colocar o executável ou reservando posições de memória para dados por outro lado permitir definir símbolos constantes ou posições de memória que tornam o código mais legível e mais fácil de programar Nesta secção descrevemse as pseudoinstruções usadas pelo assembler p3as 9 ORIG Formato ORIG endereço Função o comando ORIG permite especificar no campo endereço a primeira posição de memória em que um bloco de programa ou dados é carregado em memória Este comando pode aparecer várias vezes no código permitindo que se definam blocos em diferentes zonas de memória EQU Formato símbolo EQU const Função o comando EQU permite associar um valor const a um símbolo Convencionase que estes símbolos são palavras todas em maiúsculas com uso possível do caracter de sepa ração por exemplo NUMLINHAS Nota Este comando associa um nome a uma constante Isto permite que no código assembly em vez de um valor numérico que em geral não dá muita informação se use um nome que pode indicar que tipo de acção se está a tomar nesse ponto do código Adicionalmente per mite que numa posterior alteração baste alterar a linha do comando EQU para que a alteração se propague pelo código todo WORD Formato etiqueta WORD const Função o comando WORD permite reservar uma posição de memória para conter uma variá vel do programa assembly associando a essa posição o nome especificado em etiqueta O campo const indica o valor a que essa posição de memória deve ser inicializada Con vencionase que estas etiquetas são palavras capitalizadas todas juntas primeira letra de cada palavra em maiúsculas e restantes em minúsculas por exemplo CicloInterno STR Formato etiqueta STR textoconsttextoconst Função o comando STR coloca em posições de memória consecutivas o texto que estiver entre plicas ou o valor de const No caso de texto o código ASCII de cada caracter entre plicas fica numa posição de memória portanto usa tantas posições de memória quan tos os caracteres em texto Podemse usar mais do que um parâmetro separados por vírgulas sendo feita a sua concatenação em memória etiqueta fica com o endereço do primeiro caracter A convenção para os nomes destas etiquetas é o mesmo que para WORD TAB Formato etiqueta TAB const Função o comando TAB reserva o número de posições de memória especificados no campo const sem as inicializar com qualquer valor etiqueta fica com o endereço da pri meira posição A convenção para os nomes destas etiquetas é o mesmo que para WORD e STR 10 38 Instruções Assembly As instruções assembly válidas para o microprocessador P3 são apresentadas em seguida por ordem alfabética É indicado o formato da instrução a função realizada e as flags altera das Z zero C carry ou transporte N negative ou sinal O overflow ou excesso E enable das interrupções ADD Formato ADD op1 op2 Flags ZCNO Acção op1 op1 op2 soma a op1 o valor de op2 ADDC Formato ADDC op1 op2 Flags ZCNO Acção op1 op1 op2 C igual a ADD excepto que soma mais um caso o bit de estado transporte esteja a 1 AND Formato AND op1 op2 Flags ZN Acção op1 op1 op2 Faz o AND lógico bitabit dos dois operandos BR Formato BR deslocamento Flags Nenhuma Acção PC PC deslocamento branch salto relativo incondicional para deslocamento posições de memória à frente ou atrás se deslocamento for ne gativo da posição actual O valor de deslocamento tem que estar compreendido entre 32 e 31 Normalmente deslocamento é especificado com uma etiqueta BRcond Formato BR cond deslocamento Flags Nenhuma Acção salto relativo condicional baseado no valor de um dada condição As versões dispo níveis são Condição Transporte Sinal Excesso Zero Interrupção Positivo Verdade BRC BRN BRO BRZ BRI BRP Falso BRNC BRNN BRNO BRNZ BRNI BRNP Caso a condição se verifique a próxima instrução a ser executada será a do endereço PC deslocamento PC PC deslocamento Caso contrário funciona como um NOP O valor de deslocamento tem que estar compreendido entre 32 e 31 Normal mente deslocamento é especificado com uma etiqueta 11 CALL Formato CALL endereço Flags Nenhuma Acção MSP PC SP SP 1 PC endereço chamada a subrotina com início em endereço O endereço da instrução seguinte ao CALL é colocado na pilha e é feito uma salto para a subrotina Normalmente endereço é especificado com uma etiqueta CALLcond Formato CALL cond endereço Flags Nenhuma Acção chamada condicional a uma subrotina baseado no valor de um dado bit de estado As versões disponíveis são Condição Transporte Sinal Excesso Zero Interrupção Positivo Verdade CALLC CALLN CALLO CALLZ CALLI CALLP Falso CALLNC CALLNN CALLNO CALLNZ CALLNI CALLNP Caso a condição se verifique comportase como uma instrução CALL Caso contrário funci ona como um NOP Normalmente endereço é especificado com uma etiqueta CLC Formato CLC Flags C Acção clear C coloca o bit de estado transporte a 0 CMC Formato CMC Flags C Acção complementa o valor do bit de estado transporte CMP Formato CMP op1 op2 Flags ZCNO Acção compara os operandos op1 e op2 actualizando os bits de estado Efectua a mesma operação que SUB op1 op2 sem alterar nenhum dos operandos É habitualmente seguida no programa por uma instrução BR cond JMP cond ou CALL cond COM Formato COM op Flags ZN Acção op op faz o complemento bitabit de op DEC Formato DEC op Flags ZCNO Acção op op 1 decrementa op em uma unidade 12 DIV Formato DIV op1 op2 Flags ZCNO Acção executa a divisão inteira de op1 por op2 deixando o resultado em op1 e o resto em op2 Assume operandos sem sinal O bit de estado O fica a 1 no caso de divisão por 0 Os bit de estado C e N ficam sempre a 0 Uma vez que ambos os operandos são usados para guardar o resultado nenhum deles pode estar no modo imediato Pela mesma razão os dois operandos não devem ser o mesmo pois parte do resultado será perdido DSI Formato DSI Flags E Acção disable interrupts coloca o bit de estado E a 0 inibindo assim as interrupções ENI Formato ENI Flags E Acção enable interrupts coloca o bit de estado E a 1 permitindo assim as interrupções INC Formato INC op Flags ZCNO Acção op op 1 incrementa op em uma unidade INT Formato INT const Flags EZCNO Acção MSP RE SP SP 1 MSP PC SP SP 1 RE 0 PC MFE00hconst gera uma interrupção com o vector const Este vector tem que estar compreendido entre 0 e 255 Esta interrupção ocorre sempre independentemente do valor do bit de estado E enable interrupts JMP Formato JMP endereço Flags Nenhuma Acção PC endereço jump salto absoluto incondicional para a posição de memória com o valor endereço Normalmente endereço é especificado com uma etiqueta JMPcond Formato JMP cond endereço Flags Nenhuma Acção salto absoluto condicional baseado no valor de um dada condição As versões dis poníveis são Condição Transporte Sinal Excesso Zero Interrupção Positivo Verdade JMPC JMPN JMPO JMPZ JMPI JMPP Falso JMPNC JMPNN JMPNO JMPNZ JMPNI JMPNP 13 Caso a condição se verifique a próxima instrução a ser executada será a apontada por endereço PC endereço Caso contrário funciona como um NOP Normalmente endereço é especificado com uma etiqueta MOV Formato MOV op1 op2 Flags Nenhuma Acção op1 op2 copia o conteúdo de op2 para op1 Para além dos modos de endereçamento comuns a todas as instruções conforme Secção 34 esta instrução permite ler e escrever no registo apontador da pilha SP mas apenas em con junção com o modo de endereçamento por registo MOV SP Rx e MOV Rx SP A primeira destas instruções será necessária no início de todos os programas que utilizem a pilha MUL Formato MUL op1 op2 Flags ZCNO Acção op1op2 op1 op2 multiplica op1 por op2 assumindoos como números sem si nal Como o resultado necessita de 32 bits são usados os dois operandos para o guardar op1 fica com o 16 mais significativos e op2 com os 16 menos significativos O bit de estado Z é actualizado de acordo com o resultado os restantes ficam a 0 Uma vez que ambos os operandos são usados para guardar o resultado nenhum deles pode estar no modo imedia to Pela mesma razão os dois operandos não devem ser o mesmo pois parte do resultado será perdido MVBH Formato MVBH op1 op2 Flags Nenhuma Acção op1 op1 00FFh op2 FF00h copia o octeto de maior peso de op2 para o octeto de maior peso de op1 MVBL Formato MVBL op1 op2 Flags Nenhuma Acção op1 op1 FF00h op2 00FFh copia o octeto de menor peso de op2 para o octeto de menor peso de op1 NEG Formato NEG op Flags ZCNO Acção op op troca o sinal complemento para 2 do operando op NOP Formato NOP Flags Nenhuma Acção no operation não altera nada 14 OR Formato OR op1 op2 Flags ZN Acção op1 op1 op2 faz o OR lógico bitabit dos dois operandos POP Formato POP op Flags Nenhuma Acção SP SP 1 op MSP copia o valor do topo da pilha para op e reduz o tamanho desta PUSH Formato PUSH op Flags Nenhuma Acção MSP op SP SP 1 coloca op no topo da pilha RET Formato RET Flags Nenhuma Acção SP SP 1 PC MSP retorna de uma subrotina O endereço de retorno é obtido do topo da pilha RETN Formato RETN const Flags Nenhuma Acção SP SP 1 PC MSP SP SP const retorna de uma subrotina libertando const posições do topo da pilha Esta instrução permite retornar de uma subrotina reti rando automaticamente parâmetros que tenham sido passados para essa subrotina através da pilha O valor de const tem que estar compreendido entre 0 e 1023 10 bits ROL Formato ROL op const Flags ZCN Acção rotate left faz a rotação à esquerda dos bits de op o número de vezes indicado por const Mesma operação que o deslocamento simplesSHL mas os bits da esquerda não se perdem sendo colocados nas posições mais à direita de op O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 ROLC Formato ROLC op const Flags ZCN Acção rotate left with carry mesma operação que ROL mas envolvendo o bit de estado trans porte o valor de C é colocado na posição mais à direita de op e o bit mais à esquerda de op é colocado em C O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 15 ROR Formato ROR op const Flags ZCN Acção rotate right faz a rotação à direita dos bits de op o número de vezes indicado por const Mesma operação que o deslocamento simples SHR mas os bits da direita não se perdem sendo colocados nas posições mais à esquerda de op O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 RORC Formato RORC op const Flags ZCN Acção rotate right with carry mesma operação que ROR mas envolvendo o bit de estado transporte o valor de C é colocado na posição mais à esquerda de op e o bit mais à direita de op é colocado em C O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 RTI Formato RTI Flags EZCNO Acção SP SP 1 PC MSP SP SP 1 RE MSP return from interrupt retorna de uma rotina de serviço a uma interrupção O endereço de retorno e os bits de estado são obtidos do topo da pilha por esta ordem SHL Formato SHL op const Flags ZCN Acção shift left deslocamento à esquerda dos bits de op o número de vezes indicado por const Os bits mais à esquerda de op são perdidos e é colocado 0 nas posições mais à direi ta O bit de estado transporte fica com o valor do último bit perdido O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 SHLA Formato SHLA op const Flags ZCNO Acção shift left arithmetic mesma operação que SHL mas actualizando os bits de estado correspondentes às operações aritméticas Permite realizar de forma expedita uma multipli cação de op por 2n O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 SHR Formato SHR op const Flags ZCN Acção shift right deslocamento à direita dos bits de op o número de vezes indicado por const Os bits mais à direita de op são perdidos e são colocados 0 nas posições mais à es querda O bit de estado transporte fica com o valor do último bit perdido O valor de const tem que estar compreendido entre 1 e 16 16 SHRA Formato SHRA op const Flags ZCNO Acção shift right arithmetic deslocamento à direita dos bits de op mas mantendo o bit de sinal Os bits mais à direita de op são perdidos mas os bits mais à esquerda mantêm o valor anterior O bit de estado transporte fica com o valor do último bit perdido Permite realizar de forma expedita uma divisão de op por 2n const entre 1 e 16 STC Formato STC Flags C Acção set C coloca o bit de estado transporte a 1 SUB Formato SUB op1 op2 Flags ZCNO Acção op1 op1 op2 subtrai a op1 o valor de op2 SUBB Formato SUBB op1 op2 Flags ZCNO Acção op1 op1 op2 C igual a SUB excepto que subtrai mais um caso o bit de estado transporte esteja a 1 TEST Formato TEST op1 op2 Flags ZN Acção testa o bits dos operandos op1 e op2 actualizando os bits de estado Efectua a mesma operação que AND op1 op2 sem alterar nenhum dos operandos XCH Formato XCH op1 op2 Flags Nenhuma Acção exchange op1op2 op1 op2 op2 op1 troca os valores de op1 e op2 XOR Formato XOR op1 op2 Flags ZN Acção op1 op1 op2 Faz a operação lógica EXCLUSIVEOR bitabit dos dois operandos 17 4 Simulador 41 Evocação O modo de evocação do simulador p3sim é simplesmente p3sim nomeexe em que nomeexe é o executável gerado pelo assembler p3as que se pretende simular Os parêntesis rectos indicam que o ficheiro nomeexe é opcional o programa a simular pode também ser carregado através da interface do simulador Para sair do simulador devese escolher a opção Sai do menu Ficheiro 42 Ambiente A evocação do simulador lança uma janela como a representada na Figura 1 Figura 1 Interface do simulador Nesta janela existem 6 secções diferentes que se explicam em seguida no sentido de cima para baixo na janela 18 421 Menus Na parte superior da janela existem 5 menus que se abrem quando seleccionados Ficheiro Definições Comandos Depuração e Ver Qualquer destes menus pode ser mantido aberto se leccionando a primeira linha a tracejado As opções de cada menu são as seguintes Ficheiro as opções deste menu estão relacionadas com a manipulação de ficheiros quer para leitura quer para escrita Carrega Programa permite carregar para o simulador um novo programa gerado pelo p3as Escreve Memória escreve para um ficheiro o conteúdo actual da memória O ficheiro gerado é texto com uma posição de memória por cada linha com endereço e con teúdo dessa posição Todos estes valores são de 16 bits e estão em hexadecimal Carrega Memória carrega directamente algumas posições de memória O ficheiro de entrada deve ser em texto com o mesmo formato gerado pelo comando Escreve Memória uma posição de memória por cada linha com endereço e conteúdo dessa posição Podem especificarse o número de posições que se quiser e a sua ordem não é importante Todos estes valores têm que estar em hexadecimal e ser de 16 bits Carrega ROM de Controlo permite alterar ao conteúdo da ROM da unidade de con trolo Esta opção é útil para modificar o microprograma das instruções O fi cheiro de entrada deve ser texto com uma posição de memória por linha Em cada linha deve constar o endereço da posição a alterar a ROM tem um barra mento de endereços de 9 bits portanto 512 posições de memória e o novo valor a colocar nessa posição cada posição desta ROM tem 32 bits tudo em hexadeci mal Carrega ROM A permite alterar ao conteúdo da ROM que faz o mapeamento de ins truções A ROM A é endereçada com o campo do código da instrução assem bly presente no registo de instrução colocando à saída o endereço de início da microrotina que realiza esta instrução na ROM de Controlo Esta opção é útil para acrescentar novas instruções ou modificar o microprograma de instruções já existentes O ficheiro de entrada deve ser texto com uma posição de memória por linha Em cada linha deve constar o endereço da posição a alterar esta ROM tem 64 posições e o novo valor a colocar nessa posição cada posição desta ROM tem 9 bits tudo em hexadecimal Carrega ROM B permite alterar ao conteúdo da ROM que faz o mapeamento do modo de endereçamento A ROM B é endereçada com o campo do modo de endereça mento da instrução assembly presente no registo de instrução de acordo com a Figura 128 do livro colocando à saída o endereço da submicrorotina na ROM de Controlo que lêescreve os operandos de acordo com esse modo Esta opção é útil para acrescentar ou modificar os modos de endereçamento existentes O ficheiro de entrada deve ser texto com uma posição de memória por linha Em 19 cada linha deve constar o endereço da posição a alterar esta ROM tem 16 posi ções e o novo valor a colocar nessa posição cada posição desta ROM tem 9 bits tudo em hexadecimal Sai saída do programa perdendose toda a informação sobre o contexto da simulação Definições menu com opções de configuração do próprio simulador Define IVAD define quais os vectores de interrupção associado a cada um dos botões de interrupção Permite ainda desabilitar individualmente cada botão de inter rupção As alterações só têm efeito após se pressionar em Guarda Zona de Memória permite alterar qual a gama de posições de memória visualizadas na secção da memória ver Secção 424 Zona de Programa permite alterar o número de posições de memória visualizadas na secção de programa desassemblado ver Secção 425 Comandos os comandos deste menu são os mesmos que os descritos na Secção 426 A razão da duplicação é que por vezes pode ser útil ter este menu fixo numa janela pequena e independente Depuração neste menu estão um conjunto de opções que facilitam a depuração de programas Pontos de Paragem esta opção lista os pontos de paragem ou breakpoints endereços onde a execução do programa pára que estão definidos Para apagar todos os pontos de paragem basta clicar em Apaga Todos Para apagar um determinado ponto de paragem devese clicar sobre ele quer nesta janela quer na do programa e depois clicar em Apaga Para definir um novo ponto de paragem numa dada linha do código devese seleccionar essa linha na janela do programa e depois clicar em Adiciona Escreve Registo permite alterar directamente o conteúdo dos registos O valor deve estar em hexadecimal Escreve Memória permite alterar directamente uma posição de memória Os valores do endereço e conteúdo devem estar em hexadecimal Importante se se alterar o conteúdo de uma posição correspondente ao código a janela de programa não será actualizada não há uma nova desassemblagem do programa e portanto haverá alguma inconsistência Ver este menu tem opções para activardesactivar janelas ou informação extra no simu lador Ver Controlo estende ou reduz a interface do simulador permitindo visualizar infor mação interna da unidade de controlo Este modo de funcionamento é descrito na Secção 44 20 Ver ROMs cria ou elimina uma janela que mostra o conteúdo de cada posição de me mória das três ROMs da unidade de controlo ROM de mapeamento A ROM de mapeamento B e ROM de Controlo Janela Texto cria ou elimina a janela de entrada e saída de texto Como descrito na Secção 461 as entradassaídas para esta janela estão mapeadas nos endereços FFFCh a FFFFh Portanto leituras e escrita para esta gama de endereços contro lam este dispositivo de acordo com o descrito nessa secção Janela Placa cria ou elimina a janela de entrada e saída que emula a placa DIO5 da Digilent com um display LCD com 16 colunas e duas linhas 4 displays de 7 segmentos 16 LEDs individuais 8 interruptores 15 botões de pressão na placa DIO5 existe um 16o botão que não está a ser utilizado com o P3 Os endereços de controlo para estes dispositivos estão descritos na Secção 462 422 Contadores de Instrução e Ciclos de Relógio Por baixo dos menus existe uma secção que mostra o número de instruções e o número de ciclos de relógio que decorreram desde que se efectuou o último reset ao processador 423 Registos A secção imediatamente abaixo à esquerda indica o valor actual de cada registo da unidade de processamento São apresentados os registos de uso genérico R0 a R7 o contador de programa PC program counter e o apontador para o topo da pilha SP stack pointer Todos os valores estão em hexadecimal com 16 bits Estão também indicados os bits de estado flags do sistema cujo valor é naturalmente 0 ou 1 O excesso ou overflow C transporte ou carry N sinal ou negative Z zero e E enable interrupt 424 Conteúdo da Memória Nesta secção é mostrado o conteúdo das diferentes posições de memória Por razões de eficiência não é possível ter acesso a todas as posições de memória simultaneamente Assim optouse por dar acesso a duas zonas diferentes da memória o que se traduz na divisória ao meio desta secção Inicialmente a parte de cima aponta para a zona de memória onde tipicamente estão os dados e a parte de baixo para a zona da pilha e tabela de interrupção com os valores início fim posições parte de cima 8000h 81FFh 512 parte de baixo FD00h FEFFh 512 21 Pelo menu Definições é possível definir o endereço de início e o número de posições de memória a visualizar em cada uma destas zonas Um aumento do número de posições a visualizar torna a execução do simulador mais lenta Em cada linha são apresentadas 8 posições de memória consecutivas O endereço da pri meira destas posições é o primeiro número da linha Os seguintes 8 valores são o conteúdo dessas posições Mais uma vez todos os valores estão em hexadecimal e são de 16 bits No final de cada linha estão os 8 caracteres com os códigos ASCII das posições de memória dessa linha Caso o valor não corresponda ao código ASCII de um caracter alfanumérico é usado o caracter 425 Programa Desassemblado Na secção em baixo à esquerda é apresentado o programa desassemblado Sempre que um novo programa é carregado para o simulador é feita a sua desassemblagem Este processo consiste em interpretar os valores binários do ficheiro de entrada e imprimir a instrução assembly que lhes corresponde Notar que não se tem acesso às etiquetas usadas no ficheiro assembly original logo todos os valores são numéricos A barra escura indica a próxima instrução a ser executada No entanto esta pode ser colocada em qualquer instrução clicando em cima dela Isto permite que seja aí colocado um ponto de paragem através da opção Pontos de Paragem do menu Depuração As instruções com pontos de paragem são antecedidas no código com o sinal Para se remover um ponto de paragem podese clicar sobre essa instrução e fazer Apaga na mesma opção do menu Depuração Quando o programa se está a executar e pára num dado ponto de paragem tal é assina lado pela cor vermelha da barra de selecção 426 Comandos de Execução e Interrupção No canto inferior direito estão os comandos que controlam a execução do programa Instrução executa uma única instrução assembly Corre reinicia o programa e executao indefinidamente ou até parar num ponto de para gem O utilizador pode parar o programa em qualquer altura clicando no botão Parar Reinicia faz reset ao processador colocando todos os registos a 0 excepto o PC que é colocado com o valor do endereço de início do programa Continua continua a execução do programa a partir da instrução corrente Este botão transformase num botão Parar permitindo ao utilizador parar a execução do programa em qualquer altura Refresca actualiza a janela do programa sem parar a sua execução mostrando o conteúdo da memória e dos registos na altura em que se clicou neste botão 22 43 Depuração Tipicamente as ferramentas disponíveis para ajudar na depuração de um programa em as sembly são muito limitadas A funcionalidade destas ferramentas é replicada no simulador p3sim Para testar a funcionalidade de uma secção do código começase por colocar um ponto de paragem como indicado atrás no início dessa secção e dáse o comando Corre Após a sua paragem executase o programa passoapasso verificando se o fluxo do programa é o previsto e se depois de cada instrução os registos bits de estado e posições de memória foram alterados de acordo com o esperado Caso tal não aconteça é possível que se tenha que repetir este procedimento para se tentar perceber porque que é que o comportamento do programa é diferente do esperado Por vezes é desejável criar artificialmente as condições que se quer testar Para isso podemse carregar os registosposições de memória com os valores necessários para o teste que se pretende Basicamente são estes os procedimentos a seguir Portanto a não ser que se tenha uma intuição muito apurada para depuração de programas assembly que dê uma ideia muito boa de onde o erro poderá estar a surgir é vivamente recomendado que o teste dos programas seja feito módulo a módulo Só depois de os módulos terem sido testados separadamente sob condições típicas e se ter bastante confiança no seu correcto funcionamento é que se deve começar a juntálos e a testálos em conjunto 44 Unidade de Controlo O simulador p3sim faz simulação ao nível do microcódigo Para se ter acesso à informação interna da unidade de controlo portanto informação que não está disponível a nível da programação assembly devese seleccionar a opção Ver controlo do menu Ver Após esta selecção a interface é estendida ficando como mostra a Figura 2 Em particular temos mais uma secção na janela da interface com os registos internos da unidade de controlo e mais um botão Clock na secção de comandos de execução 441 Registos Internos à Unidade de Controlo A secção que aparece entre os registos e o conteúdo da memória mostra os valores dos regis tos internos à unidade de controlo São registos que não são vistos pelo programador mas que são usados pelos microprogramas das instruções do processador Os registos apresentados são R8R13 conjunto de 6 registos de 16 bits de uso genérico para os microprogramas Destes os 3 últimos têm significados especiais pela maneira como são usados na estrutura dos microprogramas do processador R11 também chamado de SD source data pois na fase de operand fetch da instrução é carregado com o valor do operando origem source R12 também chamado de EA effective address pois na fase de operand fetch da instru ção é carregado com o endereço de memória onde eventualmente se vai buscar um dos operandos aquele que não é usado em modo registo e na fase de write back onde se guarda o resultado caso o operando destino esteja em memória 23 Figura 2 Interface do simulador estendida com a informação de controlo R13 também chamado de RD result data pois na fase de operand fetch da instrução é carregado com o valor do operando destino e fica com o valor do resultado a ser usado na fase de writeback R14 de facto este é o registo apontador da pilha SP ou seja o registo SP está no banco de registos e corresponde ao R14 R15 de igual forma este é o registo contador de programa PC CAR control address register contém o endereço da ROM de Controlo com a microinstrução a executar no próximo ciclo de relógio Registo de 9 bits SBR subroutine branch register guarda o endereço de retorno quando se executa uma cha mada a uma subrotina dentro de um microprograma Registo de 9 bits uI microinstruction microinstrução a ser executada no próximo ciclo de relógio A micro instrução tem 32 bits IR instruction register contém a instrução assembly que está a ser executada Registo de 16 bits INT interrupt indica se existe ou não uma interrupção pendente tomando os valores 1 ou 0 respectivamente 24 z c bits de estado zero e transporte à saída da ULA invisíveis ao programador e portanto apenas úteis na microprogramação São actualizados todos os ciclos de relógio ao contrário dos bits de estado em assembly cuja actualização ou não é controlada pelo microprograma Tomam os valores 0 ou 1 442 Botão Clock Este botão extra permite executar apenas um ciclo de relógio de cada vez A sua utilidade é permitir seguir o funcionamento de um microprograma microinstrução a microinstrução Para acabar a execução da instrução assembly actual pode usarse o botão Instrução que exe cuta os ciclos de relógio necessários para chegar novamente ao início do ciclo de fetch Notar que o PC pode ficar momentaneamente numa zona inválida quando se carrega no botão Clock o que é indicado pela mensagem A posição apontada pelo PC não contém uma instrução válida Isto devese a que nas instruções que ocupam duas posições de memória o PC possa ficar momentaneamente a apontar para a segunda posição de memória dessa instrução que não corresponde a uma instrução assembly Uma vez lida essa posição de memória o PC é de novo incrementado voltando a uma posição válida 45 MicroProgramação O simulador p3sim está desenvolvido de forma a permitir modificar o funcionamento das instruções assembly do processador e mesmo introduzir novas instruções Este processo en volve modificar algumas posições de memória das ROMs do processador a ROM de Con trolo e as ROMs de mapeamento A e B O conteúdo destas ROMs é apresentado no Anexo B A alteração de uma instrução pode em princípio ser feita modificando certas posições da ROM de controlo Para isso tem que se analisar o microprograma da instrução assembly a al terar e identificar quais as posições do microprograma que devem ser alteradas Basta então criar um ficheiro de texto com uma linha por cada microinstrução a alterar Em cada linha deve constar o endereço da ROM de controlo a alterar seguido do valor desejado para essa posição todos os valores em hexadecimal Este ficheiro deve depois ser carregado usando o opção Carrega ROM de Controlo do menu Ficheiro O formato usado para as microinstruções está apresentado no Anexo B Para adicionar uma instrução é necessário 1 arranjar um código de instrução opcode único 2 desenvolver o microprograma para essa instrução 3 arranjar um espaço livre na ROM de Controlo onde esse microprograma vai ser colo cado No caso do p3sim as posições livres são a partir do endereço 112h inclusive 4 carregar o microprograma conforme descrito no parágrafo anterior 5 modificar a ROM de mapeamento A colocando no endereço correspondente ao código da instrução nova o endereço da ROM de Controlo onde se colocou o microprograma usando o mesmo procedimento que o usado para a alteração da ROM de controlo O conteúdo das ROMs do processador pode ser confirmado seleccionando a opção Ver ROMs do menu Ver 25 Figura 3 Janela de interface de texto com 24 linhas e 80 colunas A depuração do microprograma pode ser feito seguindo passoapasso que a este ní vel é equivalente a ciclo de relógioaciclo de relógio a sua execução com o botão Clock e verificando o fluxo e as alterações que o microprograma provoca nos diferentes registos 46 Dispositivos de Entrada e Saída O simulador disponibiliza um conjunto de dispositivos de entrada e saída através de duas janelas que podem ser abertas através do menu Ver Cada um destes dispositivos poderá ser acedido por um ou mais portos Sendo o espaço de endereçamento de IO mapeado no espaço de endereçamento de memória a cada porto corresponderá um endereço de memória Estes portos podem ser de leitura de escrita ou de leitura e escrita Escritas para portos só de leitura são ignoradas Leituras de portos de escrita retornam todos os bits a 1 ou seja FFFFh 461 Janela Texto Esta janela apresentada na Figura 3 permite uma interface a nível de texto permitindo ler caracteres do teclado e escrever caracteres para o monitor Para aceder a este dispositivo estão reservados 4 portos porto de leitura endereço FFFFh uma leitura deste porto retorna o código ASCII do ca racter correspondente à última tecla premida sobre a janela de texto Portanto no caso de se premir uma tecla antes da leitura da tecla anterior faz com que esta se perca É possível testar se existe alguma tecla para ler através do porto de estado Uma leitura deste porto sem que tenha havido uma tecla premida retorna o valor 0 porto de escrita endereço FFFEh porto que permite escrever um dado caracter na janela de texto O caracter com o código ASCII igual ao valor escrito para este porto é ecoado 26 Figura 4 Janela de interface que emula a placa de entradassaídas na janela Esta janela mantém internamente um cursor onde este caracter é escrito Sempre que se faz uma escrita este cursor avança É possível posicionarse o cursor em qualquer ponto da janela através do porto de controlo porto de estado endereço FFFDh porto que permite testar se existe ou não algum caracter para ler na janela de texto Caso não haja uma leitura deste porto retorna 0 Caso entretanto tenha sido premida uma tecla este porto retorna 1 Assim que esta tecla for lida através do porto de leitura este porto passa novamente a retornar 0 porto de controlo endereço FFFCh porto que permite posicionar o cursor na janela de texto indicando onde será escrito o próximo caracter Para tornar possível este posici onamento tem que ser feita a sua inicialização conseguida através da escrita do valor FFFFh para este porto1 Uma vez inicializado o cursor pode ser posicionado numa dada linha e coluna escrevendo para este porto um valor em que os 8 bits mais signi ficativos indicam a linha entre 0 e 23 e os 8 menos significativos a coluna entre 1 e 80 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Linha Coluna 462 Janela Placa A Figura 4 apresenta a janela de interface que emula a placa DIO5 da Digilent utilizada nas aulas práticas da disciplina de Arquitectura de Computadores da Licenciatura em Engenha ria Informática e de Computadores do IST Esta disponibiliza os dispositivos que a seguir se indica 8 interruptores endereço FFF9h uma leitura deste endereço permite ler em simultâ neo o estado do conjunto dos 8 interruptores A cada interruptor corresponde um bit correspondendo ao interruptor da direita o bit menos significativo e ao da esquerda o oitavo bit os oito bits mais significativos vêm sempre a 0 Um interruptor para baixo coloca o bit respectivo a 0 e para cima a 1 1Um efeito secundário desta inicialização é limpar todo o conteúdo da janela 27 LEDs endereço FFF8h conjunto de 16 LEDs cujo estado individual ligado ou desli gado é definido por uma escrita para este porto A cada LED correspondem 1 bit da palavra de dados sendo o LED da direita controlado pelo bit menos significativo e os restantes LEDs por cada um dos restantes bits por ordem display de 7 segmentos endereços FFF0 FFF1h FFF2h e FFF3h cada um destes por tos controla da direita para a esquerda um conjunto de 7 LEDs que formam um dis play Os quatro bits menos significativos do valor escrito no porto determina o caracter hexadecimal 0 a F que aparece no display respectivo display LCD endereços FFF4h e FFF5h display com 16 colunas e 2 linhas de texto Uma escrita para o porto FFF5h faz ecoar o caracter em código ASCII estendido cor respondente aos 8 bits menos significativos do valor escrito O porto FFF4h é um porto de controlo em que os diferentes bits activos desencadeiam diferentes operações Bit Acção 15 liga ou desliga o display LCD 5 limpa o display LCD 4 posiciona na linha 0 ou 1 o cursor que indica a próxima posição a ser escrita 3 a 0 posiciona o cursor na coluna especificada A escrita de um caracter não altera a posição do cursor logo entre cada escrita é neces sário actualizar a posição deste 15 botões de pressão estes não estão mapeados em memória clicando num destes botões é gerada uma interrupção no programa com o correspondente vector de in terrupção É possível desabilitar estes botões seleccionando a opção Define IVAD no menu Definições e clicar na respectiva caixa de selecção É também aqui que se poder alterar o vector associado a cada um destes 15 botões de interrupção que por omissão corresponde ao índice do botão 463 Temporizador O simulador p3sim disponibiliza ainda em conformidade com a placa DIO5 um disposi tivo temporizador que permite definir intervalos de tempo real O temporizador é contro lado por dois portos unidades de contagem endereço FFF6h uma escrita para este endereço define o nú mero de unidades de contagem cada com a duração de 100ms Por exemplo para se ter um intervalo de 1s deve ser escrito para endereço o valor 10 Uma leitura deste endereço permite obter o valor actual de contagem porto de controlo endereço FFF7h este porto permite dar início ou parar uma con tagem por escrita respectivamente de um 1 ou um 0 no bit menos significativo os restantes bits são ignorados Uma leitura deste endereço indica no bit menos signifi cativo o estado do temporizador em contagem ou parado A utilização normal deste dispositivo consiste em escrever no porto FFF6h o número de pe ríodos de 100ms correspondente ao intervalo de tempo pretendido seguido de uma escrita 28 do valor 1 no porto FFF7h Deverá ser associada ao vector de interrupção 15 a rotina que deverá tratar a indicação do final deste intervalo 464 Máscara de Interrupções Um último porto de saída no endereço FFFAh está associado à máscara de interrupções Esta máscara permite habilitar ou desabilitar cada um dos 16 primeiros vectores de interrup ção individualmente definido pela escrita de um padrão de bits a 1 e a 0 respectivamente Por exemplo para apenas se habilitar as interrupções vindas do temporizador deverá ser es crito para este endereço o valor 8000h Uma leitura deste endereço indica a situação actual da máscara A Tabela 2 resume o conjunto de dispositivos de entradasaída do simulador p3sim 29 Endereço Dispositivo Descrição Acção FFF0h Display 7 segmentos 0 Permite escrever no display de 7 segmentos mais à direita Só são considerados os 4 bits menos significativos escritos no endereço Escrita FFF1h Display 7 segmentos 1 Idem para o display à es querda do anterior Escrita FFF2h Display 7 segmentos 2 Idem para o display à es querda do anterior Escrita FFF3h Display 7 segmentos 3 Idem para o display à es querda do anterior Escrita FFF4h LCD Permite enviar sinais de con trolo para o LCD Escrita FFF5h LCD Permite escrever um caracter no LCD cujo código ASCII es tendido foi escrito no ende reço Escrita FFF6h Temporizador Valor do contador associado ao temporizador LeituraEscrita FFF7h Temporizador Arranca ou pára o temporiza dor LeituraEscrita FFF8h LEDs Permite acender os LEDs cor respondentes ao valor em bi náio que se escreve no ende reço O LED da direita corres ponde ao bit menos significa tivo Escrita FFF9h Interruptores Permite ler nos 8 bits me nos significativos o valor de finido pela posição dos inter ruptores O interruptor da di reita corresponde ao bit me nos significativo Leitura FFFAh Máscara de interrupções Permite definir os vectores de interrupção habilitados um por cada bit da máscara LeituraEscrita FFFCh Janela de texto Permite colocar o cursor numa dada posição da janela Escrita FFFDh Janela de texto Permite testar se houve al guma tecla primida Leitura FFFEh Janela de texto Permite escrever um caracter na janela Escrita FFFFh Janela de texto Permite ler a última tecla pri mida Escrita Tabela 2 Resumo dos dispositivos de entrada e saída 30 A Formatos das Instruções Assembly Instruções de 0 operandos NOP ENI DSI STC CLC CMC RET e RTI Opcode 6 bits 16 bits Instruções de 0 operandos com constante RETN e INT Opcode 6 bits 16 bits Constante 10 bits Instruções de 1 operando NEG INC DEC COM PUSH e POP Regmodo Opcode M W 6 bits 2 bits 4 bits 16 bits Instruções de 1 operando com constante SHR SHL SHRA SHLA ROR ROL RORC ROLC Regmodo Opcode M W 6 bits 2 bits 4 bits 16 bits posições 4 bits 31 Instruções de 2 operandos CMP ADD ADDC SUB SUBB MUL DIV TEST AND OR XOR MOV MVBL MVBH e XCH Regmodo Regreg S Opcode M W 6 bits 2 bits 4 bits 1 bit 3 bits 16 bits Instruções de salto absoluto incondicional JMP CALL Regmodo Opcode M W 6 bits 2 bits 4 bits 16 bits Instruções de salto absoluto condicional JMP cond CALL cond Regmodo Opcode M W 6 bits 2 bits 4 bits 16 bits Condição 4 bits Instrução de salto relativo incondicional BR Opcode 6 bits 16 bits 6 bits Deslocamento Instrução de salto relativo incondicional BR cond Opcode 6 bits 4 bits 16 bits Condição 6 bits Deslocamento 32 Codificação da condição de salto Condição Mnemónica Código Zero Z 0000 Não zero NZ 0001 Transporte C 0010 Não transporte NC 0011 Negativo N 0100 Não negativo NN 0101 Excesso O 0110 Não excesso NO 0111 Positivo P 1000 Não positivo NP 1001 Interrupção I 1010 Não interrupção NI 1011 Códigos de Operação Mnemónica Código Mnemónica Código NOP 000000 CMP 100000 ENI 000001 ADD 100001 DSI 000010 ADDC 100010 STC 000011 SUB 100011 CLC 000100 SUBB 100100 CMC 000101 MUL 100101 RET 000110 DIV 100110 RTI 000111 TEST 100111 INT 001000 AND 101000 RETN 001001 OR 101001 NEG 010000 XOR 101010 INC 010001 MOV 101011 DEC 010010 MVBH 101100 COM 010011 MVBL 101101 PUSH 010100 XCH 101110 POP 010101 JMP 110000 SHR 011000 JMPcond 110001 SHL 011001 CALL 110010 SHRA 011010 CALLcond 110011 SHLA 011011 BR 111000 ROR 011100 BRcond 111001 ROL 011101 RORC 011110 ROLC 011111 33 Modos de Endereçamento M Endereçamento Operação 00 Por registo op RX 01 Por registo indirecto op MRX 10 Imediato op W 11 Indexado directo relativo ou baseado op MRXW Selecção do operando com o modo de endereçamento S Operando 0 Destino 1 Origem 34 B Conteúdo das ROMs de Controlo Em apêndice incluise a listagem do conteúdo das ROMs da Unidade de Controlo do pro cessador P3 Estas ROMs podem ser modificadas conforme descrito na Secção 45 de forma a acrescentar uma instrução assembly ou a alterar o comportamento de uma já existente ROM B Endereco Conteudo Modo 0 0000 0x00a F1R0 1 0001 0x00b F1RI0 2 0010 0x00d F1IM0 3 0011 0x00f F1IN0 4 0100 0x02d WBR0 5 0101 0x02f WBM0 6 0110 0x02d WBR0 7 0111 0x02f WBM0 8 1000 0x013 F2R0 9 1001 0x017 F2RI0 10 1010 0x01d F2IM0 11 1011 0x023 F2IN0 12 1100 0x015 F2RS0 13 1101 0x01a F2RIS0 14 1110 0x020 F2IMS0 15 1111 0x028 F2INS0 35 ROM A Endereco Conteudo Instrucao 0 000000 0x032 NOP 1 000001 0x033 ENI0 2 000010 0x037 DSI0 3 000011 0x03b STC0 4 000100 0x03e CLC0 5 000101 0x040 CMC0 6 000110 0x044 RET0 7 000111 0x047 RTI0 8 001000 0x04c INT0 9 001001 0x055 RETN0 10 001010 0x0 Livre 11 001011 0x0 Livre 12 001100 0x0 Livre 13 001101 0x0 Livre 14 001110 0x0 Livre 15 001111 0x0 Livre 16 010000 0x05b NEG0 17 010001 0x05e INC0 18 010010 0x060 DEC0 19 010011 0x062 COM0 20 010100 0x064 PUSH0 21 010101 0x067 POP0 22 010110 0x0 Livre 23 010111 0x0 Livre 24 011000 0x06a SHR0 25 011001 0x071 SHL0 26 011010 0x078 SHRA0 27 011011 0x07f SHLA0 28 011100 0x08c ROR0 29 011101 0x093 ROL0 30 011110 0x09a RORC0 31 011111 0x0a1 ROLC0 32 100000 0x0c2 CMP0 33 100001 0x0b4 ADD0 34 100010 0x0b6 ADDC0 35 100011 0x0b8 SUB0 36 100100 0x0ba SUBB0 37 100101 0x0cf MUL0 38 100110 0x0dd DIV0 39 100111 0x0c4 TEST0 40 101000 0x0bc AND0 41 101001 0x0be OR0 42 101010 0x0c0 XOR0 43 101011 0x0a8 MOV0 44 101100 0x0af MVBH0 45 101101 0x0aa MVBL0 46 101110 0x0ca XCH0 47 101111 0x0 Livre 48 110000 0x102 JMPC0 49 110001 0x105 JMP 50 110010 0x109 CALLC0 51 110011 0x10d CALL 52 110100 0x0 Livre 53 110101 0x0 Livre 54 110110 0x0 Livre 55 110111 0x0 Livre 56 111000 0x0f9 BRC0 57 111001 0x0f8 BR 58 111010 0x0 Livre 59 111011 0x0 Livre 60 111100 0x0 Livre 61 111101 0x0 Livre 62 111110 0x0 Livre 63 111111 0x0 Livre 36 ROM de Controlo S R 1 I A K S R 1 S R 2 S R 2 B M R M5 M5 L S MCOND CALU CONSTNA M A M B M D M A D RAD RAD F C C L I L F FM M 2 RB MD MD R W M W W R A 1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 Figura 5 Formato das microinstruções Endereco Conteudo Etiqueta Operacao 000 000h 000000000b 0x8060001f IF0 IRMPC 001 001h 000000001b 0x400a009f IF1 PCPC1 CARROMAOP 002 002h 000000010b 0x81c000d8 IH0 R8RE EINTCARIF0 003 003h 000000011b 0x0008319e IH1 MSPR8 SPSP1 004 004h 000000100b 0x04083f9e IH2 MSPPC SPSP1 IAK1 005 005h 000000101b 0x000000b9 IH3 R9INTADDR 006 006h 000000110b 0x804200f8 IH4 R80200h 007 007h 000000111b 0x00023099 IH5 R9R9R8 008 008h 000001000b 0x000132bf IH6 PCMR9 009 009h 000001001b 0x80100010 IH7 RER0 CARIF0 010 00ah 000001010b 0x2031009d F1R0 RDRIR1 CARSBR 011 00bh 000001011b 0x0031009c F1RI0 EARIR1 012 00ch 000001100b 0x200138bd F1RI1 RDMEA CARSBR 013 00dh 000001101b 0x00013ebd F1IM0 RDMPC 014 00eh 000001110b 0x200a009f F1IM1 PCPC1 CARSBR 015 00fh 000001111b 0x00013ebc F1IN0 EAMPC 016 010h 000010000b 0x000a009f F1IN1 PCPC1 017 011h 000010001b 0x0000009c F1IN2 EAEARIR1 018 012h 000010010b 0x200138bd F1IN3 RDMEA 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