第540章 设计进行时 (1/3)

第二天一早，第八组设计室，工业计算机26颗芯片的分配图挂在黑板上。

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、dec、neg

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a露，支持12条指令。”

第二类是分支跳转指令，一共8条。

jmp、jz、jnz、jc、jnc、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。

v、load、store、push、pop、xchg

吕辰指着黑板：“v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a露里，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，工业控制不能死机，看门狗定时器需要程序定期‘喂狗’，如果程序跑飞了，没有及时喂狗，看门狗就会自动复位系统。

因此，wdr指令需要和电源管理芯片里的看门狗定时器配合。

在执行wdr时，主控核心通过控制总线告诉电源管理芯片喂狗了，定时器清零。

最后是两条特殊指令swi和rdtim，前者是软件中断，用于系统调用。后者是读时钟，用于实时任务调度。

讨论完毕，吕辰在黑板上写完最后一行字，放下粉笔，转过身。