更新时间2018-03-18 09:23:18
计算机的指令系统是一套控制计算机操作的编码，称之为机器语言。计算机只能识别和执行机器语言的指令，机器语言指令是随计算机系统的不同而不同的。为了容易为人们所理解，便于记忆和使用，通常用符号指令(即汇编指令)来表示计算机的指令。这一章我们以M68HC08的汇编指令来分析M68HC08的指令系统功能和使用方法。1 指令格式1.1 汇编指令格式M68HC08汇编指令由操作码助记符字段和操作数字段所组成，指令的格式如下：操作码［操作数1］，［操作数2］，［操作数3］第一部分“操作码”助记符，由2-5个英文字母组成，例如LD、MOV、DBNXZ、BRSET等。第二部分为“操作数”字段，根据指令功能的不同，操作数可以有一个、二个、三个或者没有(例如空操作指令NOP)。操作码与操作数之间以空格分隔，操作数和操作数之间用“，”号分开。指令前可以加标号，标号代表这条指令的起始存储地址，指令后可以加注释，注释以“；”号开始，一行指令以回车符结束。例如：STRT：MOV#FF，DORA；PTA编程为输出口中1.2 常用伪指令一、定位伪指令格式：ORG地址“地址”可以十六进数(以$开头)或十进制表示，该伪指令给出以下的程序或数据的起始存储地址。例如：ORG $C000则该伪指令下面的程序或常数存放在$C000开始的存储器中。二、定义字节常数伪指令格式：FCB X1、X2、X3，…Xn定义程序区中的字节常数，Xi是单字节常数也可以是用单引号括起来的字符串(这时定义ASCII码)，每个字节为一个字符。例如：ORG $8000FCB $3F， $61则在Flash的$8000、$8001两个单元定义了两个常数$3F、$61。利用字节定义伪指令可以在程序存储器中定义常数表，如显示器的字形数据表等。三、定义字常数伪指令格式：FDB Y1、Y2、…Ym定义程序区中字(双字节)常数，高位字节在前，低位字节在后，Yi用十六进制或十进制数表示。例如：ORG $FFFEFDB $8000则在$FFFE、$FFFF定义了一个字常数，$80存储在$DDDW单元，而$FFFF单元存储$0。利用FDB指令可以定义复位和中断向量。1.3 符号说明M68HC08汇编程序允许使用标准的M68HC08汇编指令和多种伪指令(详见§7.1M68HC08汇编使用方法)。为了以下说明和分析指令的方便，我们对常用的符号作简单说明。一、功能性符号·( )寄存器或存储单元的内容；·←数据传送的方向；·↑表示退栈；·↓表示进栈；·＆表示逻辑或；·○+表示逻辑异或；·×乘；·÷除；·+加；·－减；·：表示连成双字节；·《表示扩展为有符号的16位数。二、寄存器或存储单元符号·A累加器；·CCR条件码寄存器；·H变址寄存器高8位；·X变址寄存器低8位；·PC程序计数器；·PCH程序计数器的高8位；·PCL程序计数器的低8位；·SP堆栈指针；·M存储器地址或数据(视寻址方式而定)·rel相对偏移量(表示有符号的8位二进制数)。三、位标识符号·V溢出标志位；·H半进位；·I中断屏蔽位；·N负标志位；·Z零标志位；·C进位/借位。四、对条件码寄存器影响：·-无影响；·0：清“零”；·：根据结果置“1”或清“零”。五、机器码标志·dd：$00XX的低8位地址；·ee：16位偏移量地址；·ff：16位偏移量低8位或8位偏移量；·ii：单字节立即数；·ll：16位扩展寻址低8位；·rr：相对偏移量。六、源操作数标志·OPR：操作数，一个或两个字节，由操作方式确定；·rel：相对偏移量。七、寻址方式·INH：隐含寻址；·IMM：8位立即数寻址；·DIR：8位直接地址寻址；·EXT：16位扩展寻址；·IX：16位变址无偏移量；·IX1：16位变址8位偏移量；·IX2：16位变址，16位偏移量；·IX+：16位变址，无偏移量，变址寄存器加1；·IX1+：16位变址，8位偏移量，变址寄存器加1；·rel：8位相对寻址；·DD：直接寻址；·IMD：立即寻址，直接寻址；·IX+D：16位变址，直接寻址，变址寄存器加1；·DIX+：直接寻址，16位变址，变址寄存器加1；·SP1：堆栈指针寻址，8位偏移量；·SP2：堆栈指针寻址，16位偏移量。2 寻址方式指令给出操作数或产生操作数有效地址(EA)的方式称为寻址方式。根据寻址方式，CPU就可以取得操作数。M68HC08比M68HC05增加了8种寻址方式，使程序员能选择最合适的寻址方式来优化程序，达到缩短程序长度、提高运行速度的目的。下面分别介绍M68HC08指令系统的寻址方式。一、隐含寻址无操作数或操作数隐含在操作码字节中。例如：NOP ；无操作数CLRA ；清零累加器一般只能访问CPU寄存器。二、立即数寻址操作数包含在指令操作码后面的一个或两个字节中。例如：LDA # $10 ；80H—ALDHX# $8100；81H—H，0—XM68HC08指令系统中，数字前加$表示十六进制数，加%表示二进制数，无前缀表示十进制数，指令的数据前加#表示立即数。三、直接寻址操作数的有效地址EA包含在指令操作码后续字节中。直接寻址的有效地址在指令的地址段中只指出低8位的值，高8位固定为零，即EA=$00XX。这种寻址方式只能访问零页的I/O寄存器或RAM。例如：INC $50 ；(50H)+1→50H单元四、扩展寻址扩展寻址方式中，操作数的16位有效地址EA在指令操作码的后面两个字节中。实际上也是一种直接寻址方式。因为有效地址为16位，可以访问64K字节存储空间的任意单元。例如：JMP $C100 ；$C100→PC，CPU转至$C100执行程序LDA $8120；(8120H) →A在使用M68HC08汇编时，用户不必考虑指令是用直接寻址还是扩展寻址。汇编程序自动根据指令中有将地址值取直接寻址或扩展寻址方式。五、变址寻址无偏移量这是一种间接寻址方式，操作数的有效地址EA的高8位在H寄存器中，低8位在X寄存器中。这种寻址方式可以访问64K字节存储空间的任意单元。例如：DEC，X；(HX)—1→(HX)单元六、变址8位移量操作数的有效地址为(H：X)加上无符号的8位偏移量。这种寻址方式可用于查表，从n个元素的表中选择第k个元素，k在变址寄存器中，表格的首地址为8位偏移量。例如：LDA $50，X；(HX)+$50) →A七、变址16位偏移量操作数的有效地址为(H：X)加上无符号的16位偏移量，类似于变址8位偏移量，可用于查表和程序散转。例如：FMP KTAB，XKTAB JMP PGM0JMP PGM1根据(HX)的不同转移到不同的地方。八、堆栈指针8位偏移量操作数的有效地址是(SP)加上无符号的8位偏移量。这种变址8位移量寻址方式相似。这种寻址方式主要方便对堆栈的操作。若系统中不用中断，SP可以作为第二变址寄存器。例如：LDA $10，SP ；(SP)+$100) →A九、操作数有效地址为(SP)加上16位无符号的偏移量，类似于变址16位偏移量的寻址方式。LDA $100，SP ；((SP)+$100)→A十、相对寻址相对寻址只用于转移指令和子程序调用指令，转移的有效地址为当前PC值加上8位带符号的偏移量，偏移量位于操作码后面的字节中。在使用M68HC08汇编时程序员不必计算偏移量值，只要用标号表示转移的目标地址，汇编程序自动计算偏移量，偏移量为-128~+127，超出这个范围，汇编会报错。例如：BCC MLP1 ；C=0转MLP1，相对寻址INC A ；(A)+1→ABRA MLP2 ；转MLP2，相对寻址MLP1： CLRAMLP2： STA ，X存储器单元和存储器单元之间的数据传送指令，由源操作数和目的操作数不同寻址方式组合得到以下四种寻址方式。寻址方式源操作数目的操作数例子功能十一、IMD立即数寻址直接寻址MOV # $80，$40S80→$40单元十二、DD直接寻址直接寻址MOV $80，$40($80)→$40单元十三、IX+D变址，(HX)+1直接寻址MOVX+，$40((HX))→$40单元，(HX)+1十四、DIX+直接寻址变址(HX)+1MOV $40，X+($40)→(HX)，(HX)+1十五、变址无偏移量，变址寄存器加1操作数的有效地址为变址寄存器内容。这是一种间接寻址方式，指令执行后变址寄存器内容加1。例如：CBEQ X+，rel ；((HX))=(A)转移，(HX)+1→HX十六、变址8位偏移量，变址寄存器加1操作数有效地址为变址寄存器内容加上8位无符号偏移量，指令执行后变址寄存器内容加1。例如：FNNZ $80，X+rel ；($80+(HX)-1不等于0转移；且(HX)+1→HX3 M68HC08指令系统3.1指令类型一、根据指令周期分类指令周期反映了指令运行的速度。M68HC08指令周期是以内部总线时钟周期为单位的。指令周期占内部总线时钟周期数按指不同有1，2,3，4,5,6，7,9等几种。若内部总线时钟频率为8MHz，最短的指令周期为125ns，最长的指令周期为1125ns。二、根据指令字节长度分类指令字节长度反映了指令的存储效率。M68HC08有单字节指令、双字节指令和3字节指令。三、根据指令功能分类根据指令的功能，HC08指令系统可分为以下几类：①数据传送指令；②算术运算指令；③逻辑运算指令；④位操作指令；⑤移位指令；⑥程序转移和控制指令。3.2数据传送指令数据传送指令实现CPU寄存器、I/O寄存器、RAM和ROM(或Flash)之间的数据传送，一般情况下指令执行结果只影响CCR的“N”和“Z”标志位。若所传送的数据为零，置“1”Z，否则清零Z；数据最高位为1置“1”N，否则清零N。一、CPU寄存器取数指令1．所寻址的单元内容送累加器ACCR指令操作VHINZC寻址方式总线周期LDA # oprLDA oprLDA oprLDA opr, XLDA opr,XLDA,XLDA opr, SPA←(M)0———IMMDIREXTIX2IX1IXSP12344324LDA opr, SPSP25例如：LDA # $80 ；$80→ALDA PORTA ；并行口中A输入信息读到A(先用EQU指令定义PORTA)2．所寻址的单元内容送16位变址寄存器的低8位X，而高8位H的内容保持不变CCR指令操作VHINZC寻址方式总线周期LDA # oprLDA oprLDA oprLDA opr, XLDA opr,XLDA,XLDA opr, SPLDA opr, SPA←(M)0———IMMDIREXTIX2IX1IXSP1SP2234432453．所寻址的两个单元的16位数据送变址寄存器HXCCR指令操作VHINZC寻址方式总线周期LDA # oprLDA oprH：X←(M：M+1)0———IMMDIR23这是两条16位数据传送指令，主要用于对变址寄存器HX赋值。例如：LDHX # $80 ；0→H，$80→XLDHX $8212 ；($8212) →H，($8213) →X二、CPU寄存器存储命令1．累加器A的内容存储到所寻址的单元例如：STA PORTA ；(A)输出到并行口不PORTASTA $80，X ；(A)存储到地址为(HX)+$80的单元2．变址寄存器低8位X的内容存储到所寻址的单元3．16位变址寄存器的内容存储到所寻址的两个单元例如：STHX $80；(H)→$80单元(X)→$81单元三、堆栈操作指令1．进栈指令M68HC08的进栈操作是数据先进栈，然后栈指针减1，因此SP指向下一次进栈的地址单元。不影响标志位。2．退栈指令HC08的退栈操作是栈指针SP先加1，然后取(SP)指出栈单元内容。不影响标志位。四、CPU寄存器之间的的数据传送指令由上面所列指令及其功能可以看出除TAP指令外，这类指令不影响标志位。五、存储器单元之间的数据传送指令这类指令在编程时应注意格式：MOV源操作数，目的操作数。例如：MOV $50， $60 ；($50)→$60单元MOV # $80，$60；立即数$80→$60单元3.3 算术运算指令一、加法指令1．不带进位加法指令ADD累加器A和所寻址的单元内容相加，运算结果送累加器A。影响标志位OV、H、N、Z、C，运算结果满足下列条件时置“1”相应的标志位，否则清零。OV：(A).7，(M).7=1，而结果最高位(RESOLT7，以R7表示)为0，负数相加溢出；或(A).7=0(M).7=0而结果最高位R7为1，正数相加溢出；H：相加结果低3位向高4位进位时置“1”；N：相加结果R7为1时置“1”；Z：相加结果为零时置“1”；C：相加时最高产生位进位时置“1”。2．带进位加法ADC累加器A、进位标志C、和所寻址的单元内容相加，结果送累加器A。对标志位的影响和ADD指令相同，ADC指令用于实现多字节加法。3．十进制调整指令这条指令对累加器中由上一条加法指令(加数和被加数均为压缩BCD码)所得的8位结果(在A)进行十进制调整，使A的内容为BCD码。调整规则如下：a. (A).3~(A).0大于9或H=1则(A)+$06→A，否则(A).3~(A).0不变；b. (A).7~(A).4大于9或C=1则(A)+$60→，否则(A).7~(A).4不变；c. 结束。例如：(A)=$56 ($50)=$67执行指令：ADD $50 ；(A)=$BD，(C)=0(A).7~(A).4>9，(A).3~(A).0>9DAA ；经调整之后(A)=23，(C)14．16位变址寄存器加上8位带符号立即数指令这条指令将补码表示的8位立即数扩展为16位带符号数并和(HX)相加，运算结果送HX，不影响标志位。5．16位堆栈指针加上8位带符号立即数指令这条批令将补码表示的8位立即数扩展为16位有符号数并和(SP)相加，结果送SP，不影响标志。6．加1指令加1指令不影响标志位C和H，例如：(A)=$FF。ADD # $1 ；结果(A)=0，(C)=1，(H)=1INCA ；结果(A)=0，(C)和(H)不变二、减法指令1．不带借位减法指令A的内容减去所寻址单元内容，结果送累加器A，影响V、N、Z、C标志位。满足下列条件置“1”，否则清零。V：(A).7=1(M).7=0而结果R7=0，为负数减正数溢出；或者(A).7=0(M).7=1而结果R7=1，为正数减负数溢出。这时1→V。N：相减结果R7=1时，1→NZ：相减结果为零时，1→Z；C：相减时最高位产生借位时，1→C。2．带借位减法指令A的内容减去C和所寻址单元的内容结果送A，对标志位的影响和SUB指令产生的影响相同。3．减1指令对所寻址单元的内容减去1。减1指令不影响标志位H和C。4．累加器A的比较指令CMPA和所寻址的单元内容相比较，实际上是A减去所寻址单元内容，只影响标志位，而不传送减法的结果，即不影响A和寻址单元的内容，对标志位影响和关法指令产生的影响相同。5．X的比较指令CPXX和所寻址的单元内容的相比较，只影响标志位，不影响X和所寻址单元内容，对标志位影响和减法指令产生的影响相同。6．HX的比较指令CPHX16位变址寄存器HX内容和可寻址的两个单元内容相比较，只影响标志位，不影响HX和可寻址单元内容，对标志位影响和减法指令产生的影响相同。7．取补指令0减去所寻址的单元，即所寻址单元的各位取反，然后加1。对V、N、Z、C标志位影响和减法指令产生的影响相同。8．测试指令测试所寻址单元的内容是否为零或负数。执行所寻址单元内容减去0的操作，并影响V、N、Z标志位，不影响原来单元内容。三、乘法指令X和A中两个无符号数相乘，积的高8位送X，低8位送A。清零H和C标志，不影响其他标志位。四、除法指令(H)：(A)中无符号16位数除以(X)中8位无符号数，商→A，余数送H。若商大于$FF或除数为零，置1进位标志C，否则清零标志C。3.4逻辑运算指令一、单操作数简单逻辑指令1．清零指令清“0”所寻址的单元，0→V、N、1→Z不影响其他标志位。2．取反指令对的寻址单元的内容按位取反。二、双操数逻辑运算指令1．“逻辑与”指令累加器A和所寻址的单元内容按位做逻辑与运算，结果选A。结果最高位R7=1置“1“N，否则清零N，结果为零，1→Z，否则0→Z。按位“逻辑与“操作在两个操作数对应位都为1时，结果对应位才为1，否则对应结果位为0。例如：(A)=$F0则执行指令AND# $0F后(A)=0。2．“逻辑或”指令累加器A和所寻址单元内容按位进行逻辑或运算结果送A。按位逻辑或操作，只有当两个操作数对应位都为零时，结果的对应位才为零，否则为1。例如：(A)=$F0，执行ORA# $0F后则(A)=$FF。3．“逻辑异或”指令累加器A和所寻址单元内容按位进行逻辑异或运算，结果送A。按位逻辑异或就是按位半加。当两个操作数对应位不同时结果对应为1，相同时为0。例如：(A)=$F0，若执行指令EOR# $A0，则(A)=$50。4．位测试指令A和所寻址的单元内容逻辑与。但结果不传送，只影响标志位V、N、Z，不影响A和所寻址单元内容。这些指令用于测试所寻址单元的指定位为零还是1。例如：(A0=$01，执行指令BIT$50后，若Z=0则($50).0=03.5位操作指令一、标志位操作指令1．对CCR寄存器的I、C置“1“指令2．对CCR寄存器的I、C清零指令对标志位I的置“1“和清零就是控制CPU的关中和开中。二、对零页RAM/IO寄存器的位操作指令对于零页的RAM单元或IO寄存器，CPU执行位置1和清零指令一样地快速方便。3.6移位指令一、逻辑左移指令所寻址的单元内容左移一位，低位移入0，高位移到C。二、逻辑右移指令所寻址的单元内容右移一位，高位移入0，低低移出至C。三、带进位循环左移指令所寻址单元的内容带进位循环右移一位，C移入最高位，最低位移出至C。五、算术左移指令算术左移指令功能和逻辑左移指令操作相同六、算术右移指令将所寻址的单元内有符号的8位数右移一位，符号位保持不变，相当于除2操作。七、累加器A半字节交换指令累加器A的高4位和低4位相互交换，不影响标志位。3.7 程序转移和控制类指令一、无条件转移指令1．相对转移指令2．绝对转移令绝对转移指令，将所寻址的两个单元内容作为地址送PC，使CPU转到该地址开始执行程序，不影响标志位。二、条件转移指令1．测试状态标志条件转移指令这类指令，根据上一条指令执行结果，测试CCR的标志位状态，若条件满足，执行相对转移指令，若条件不满足，则顺序执行下一条指令，不影响标志位。若执行有符号减法或比较批令后，CCR相关位与实际两操作数间的关系为：如果CPU内部A或X的内容大于等于所寻址单元内容，则N○+V=0；如果A或X内容大于所寻址单元内容，Z1(N○+V)=0；A或X小于所寻址的单元内则N○+V=1。执行无符号减法或比较指令后，CCR相关位与实际两操作数间的关系为：如果CPU内部A或X的大于等于所寻址单元内容则C=0；A或X大于所寻址单元内容C=0，Z=0；A或X内容小于所寻址单元内容C=1。BLT、BGE、BLE、BGT指令一般直接跟在有符号数减法或比较指令之后。2．测试IRQ条件转移指令这两条指令也不影响标志位。测试所寻址单元相应位状态，若满足条件则发生转移，否则顺序执行下一条指令。只能对零页的RAM或I/O寄存器的位测试转移。不影响标志位。4．减1不为零转移这是兼有减1指令和不等于零转移指令功能的条件转移指令，不影响标志位。5．比较相等转移指令累加器A或X和所寻址单元内容相比较，若相等，则执行一相对转移指令；若不相等，顺序执行下一条指令。不影响标志位。三、调用子程序指令1．相对调用指令该调用子程序指令功能和相对转移指令类似，只是增加PC进栈操作也不影响标志位。2．绝对调用子程序指令这些指令功能和绝对转移指令功能相似，只是附加了PC值进栈操作。不影响标志位。四、返回指令1．从子程序返回指令RTS这条指令的功能是PC退栈返回主程序。一般子程序必须以RIS结束。2．从中断返回指令RTI这条的功能和RTS相似，只是多了CPU寄存器CCR、A、X的退栈操作，使CPU从原来被中断地方继续执行程序。中断服务程序必须以RTI指令结束。五、控制指令1．软件中断指令SWICPU执行SWI指令，产生不可屏蔽的软件中断，主要用于设计开发工具的监控程序。五、控制指令1．软件中断指令SWICPU执行SWI指令，产生不可屏蔽的软件中断，主要用于设计开发工具的监控程序。2．堆栈指针复位指令RSPRSP指令使SPL值为$FF，而SPH值保持不变。不影响标志。注：为保证栈指针能正确初始化，最好使用LDHX和TXS指令，例对于把SP初始化为$00FF，可使用：LDHX# $100和TXS这两条指令。3．节电方式指令4．空操作指令空操作指令，指令本身不执行任何操作。用在延时等程序中，以调节程序执行的时间。上面我们简要地分析了M68HC08的指令系统。对汇编语言程序设计有一定基础的读者，就可以用M68HC08提供的指令，设计出各种应用程序。
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