[[instruction_encoding]]
Trace:
Show page
AdminRecent ChangesSitemap

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

Link to this comparison view

Both sides previous revisionPrevious revision
Next revision		Previous revision
Last revisionBoth sides next revision
instruction_encoding [2021/03/11 11:33] – pulkomandyinstruction_encoding [2023/12/18 12:45] – [ALU instructions] pulkomandy
Line 10: Line 10:
  
 "Special" instructions are identified by Opcode0 = 0xF "Special" instructions are identified by Opcode0 = 0xF
- 
-FIXME BREAK is probably somewhere here, document it. 
  
 ==== Multiplication ==== ==== Multiplication ====
  
-^Instruction   ^Opcode0^Operand A^Opcode1^OPN         ^Operand B^ +^Instruction           ^Opcode0^Operand A^Opcode1       ^OPN         ^Operand B^ 
-^MUL (unsigned)|  F    |  Op.A   |  0    |   1        |  Op.B   | +^MAC (unsigned*signed) |  F    |  Op.A   |  2 + (N ≥ 8) |   N & 7    |  Op.B   | 
-^MUL (signed)  |  F    |  Op.A   |  4    |   1        |  Op.B   | +^MAC (signed*signed)   |  F    |  Op.A   |  6 + (N ≥ 8) |   N & 7    |  Op.B   | 
- +^MUL (unsigned*signed) |  F    |  Op.A   |  0           |   1        |  Op.B   | 
-FIXME +^MUL (signed*signed)   |  F    |  Op.A   |  4           |   1        |  Op.B   |
-  * document possible values for OPN +
-  * document MAC instructions +
-  * document unsigned-to-unsigned vs signed-to-unsigned instructions +
-  * division instructions may have a similar format +
- +
-Note: Operand A cannot be 7 (it is not possible to multiply PC with something).+
  
 +Note: Operand A and Operand B cannot be 0, 6 or 7 (it is not possible to multiply SP, SR or PC with something).
 +They also can not be 3 or 4 in MAC (MR is used for intermediate results). If the size of the MAC 
 +operation is exactly 16, it will be stored as N=0.
 ==== CALL and GOTO ==== ==== CALL and GOTO ====
  
 ^Instruction^Opcode0^Operand A^Opcode1^6-bit Immediate         | ^ Second word ^ ^Instruction^Opcode0^Operand A^Opcode1^6-bit Immediate         | ^ Second word ^
 ^ CALL      |  F    |   ?     |  1    |  CS: value             | |   PC value  | ^ CALL      |  F    |   ?     |  1    |  CS: value             | |   PC value  |
-^ GOTO      |  F    |   ?     |  2    |  CS: value             | |   PC value  |+^ GOTO      |  F    |   7     |  2    |  CS: value             | |   PC value  |
  
 The target address is formed by the immediate6 value (for CS:) and another word after the instruction (for PC) The target address is formed by the immediate6 value (for CS:) and another word after the instruction (for PC)
Line 38: Line 33:
  
 ^Instruction    ^Opcode0^Operand A^Opcode1^6-bit Immediate  | ^Instruction    ^Opcode0^Operand A^Opcode1^6-bit Immediate  |
-^ INT OFF       |  F    |   0     |  5    |  00             | +^ INT OFF       |  F    |   ?     |  5    |  00             | 
-^ INT IRQ       |  F    |   0     |  5    |  01             | +^ INT IRQ       |  F    |   ?     |  5    |  01             | 
-^ INT FIQ       |  F    |   0     |  5    |  02             | +^ INT FIQ       |  F    |   ?     |  5    |  02             | 
-^ INT IRQ,FIQ   |  F    |   0     |  5    |  03             | +^ INT IRQ,FIQ   |  F    |   ?     |  5    |  03             | 
-^ FIR_MOV ON    |  F    |   0     |  5    |  04             | +^ FIR_MOV ON    |  F    |   ?     |  5    |  04             | 
-^ FIR_MOV OFF   |  F    |   0     |  5    |  05             |+^ FIR_MOV OFF   |  F    |   ?     |  5    |  05             |
 |               |       |         |       |                 | |               |       |         |       |                 |
-^ IRQ OFF       |  F    |   0     |  5    |  08             | +^ IRQ OFF       |  F    |   ?     |  5    |  08             | 
-^ IRQ ON        |  F    |   0     |  5    |  09             |+^ IRQ ON        |  F    |   ?     |  5    |  09             |
 |               |       |         |       |                 | |               |       |         |       |                 |
-^ FIQ OFF       |  F    |   0     |  5    |  0C             |+^ FIQ OFF       |  F    |   ?     |  5    |  0C             |
 |               |       |         |       |                 | |               |       |         |       |                 |
-^ FIQ ON        |  F    |   0     |  5    |  0E             |+^ FIQ ON        |  F    |   ?     |  5    |  0E             |
 |               |       |         |       |                 | |               |       |         |       |                 |
-^ NOP           |  F    |   0     |  5    |  25             |+^ BREAK         |  F    |   ?     |  5    |  20             |
  
 FIXME probably other instructions (FRACTION, ...) fit in here FIXME probably other instructions (FRACTION, ...) fit in here
Line 60: Line 55:
 Jump instructions are identified by Operand A = 7 (makes sense, because they change the PC which is register 7) Jump instructions are identified by Operand A = 7 (makes sense, because they change the PC which is register 7)
  
-^Instruction    ^Opcode0^Operand A^Opcode1  ^6-bit Immediate  | +^Instruction    ^Opcode0^Operand A^Opcode1  ^6-bit Immediate  ^Condition   | 
-^ JCC, JB, JNAE |  0    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JB, JNAE, JCC |  0    |   7     |Direction| Jump offset     | C = 0      | 
-^ JCS, JNB, JAE |  1    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JAE, JNB, JCS |  1    |   7     |Direction| Jump offset     | C = 1      | 
-^ JSC, JGE, JNL |  2    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JGE, JNL, JSC |  2    |   7     |Direction| Jump offset     | S = 0      | 
-^ JSS, JNGE, JL |  3    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JL, JNGE, JSS |  3    |   7     |Direction| Jump offset     | S = 1      | 
-^ JNE, JNZ      |  4    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JNE, JNZ      |  4    |   7     |Direction| Jump offset     | Z = 0      | 
-^ JE, JZ        |  5    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JE, JZ        |  5    |   7     |Direction| Jump offset     | Z = 1      | 
-^ JPL           |  6    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JPL           |  6    |   7     |Direction| Jump offset     | N = 0      | 
-^ JMI           |  7    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JMI           |  7    |   7     |Direction| Jump offset     | N = 1      | 
-^ JBE, JNA      |  8    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JBE, JNA      |  8    |   7     |Direction| Jump offset     | !(Z=0&C=1) | 
-^ JNBE, JA      |  9    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JA, JNBE      |  9    |   7     |Direction| Jump offset     | Z=0 & C=1  | 
-^ JLE, JNG      |  A    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JLE, JNG      |  A    |   7     |Direction| Jump offset     | !(Z=0&S=0) | 
-^ JNLE, JG      |  B    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JG, JNLE      |  B    |   7     |Direction| Jump offset     | Z=0 & S=0  | 
-^ JVC           |  C    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JVC           |  C    |   7     |Direction| Jump offset     | N = S      | 
-^ JVS           |  D    |   7     |Direction| Jump offset     | +^ JVS           |  D    |   7     |Direction| Jump offset     | N != S     | 
-^ JMP           |  E    |   7     |Direction| Jump offset     |+^ JMP           |  E    |   7     |Direction| Jump offset     | Always     |
 |               |  F    |   7     | Reserved for special instructions || |               |  F    |   7     | Reserved for special instructions ||
  
-Opcode1 indicates the jump direction, and can be 0 (jump back) or 1 (jump forward)+Opcode1 indicates the jump direction, and can be 0 (jump forward) or 1 (jump backward). The offset is counted from the opcode //following// the jump instruction, so an offset of 0 would jump to the next instruction (basically a NOP) while a offset of -1 (1 backwards) would be an infinite loop and a offset of (+1) would skip a single instruction.
  
 ===== ALU instructions ===== ===== ALU instructions =====
  
-^Instruction    ^Opcode0^Operand A^Opcode1  ^OPN         ^Operand B^ +^Instruction    ^Opcode0^Operand A    ^Opcode1  ^OPN           ^Operand B^ 
-^ ADD           |  0    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ ADD           |  0    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ ADC           |  1    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ ADC           |  1    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ SUB           |  2    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ SUB           |  2    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ SBC           |  3    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ SBC           |  3    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ CMP           |  4    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ CMP           |  4    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-|               |       |         |         |            |         | +|               |       |             |         |              |         | 
-^ NEG           |  6    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ NEG           |  6    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-|               |       |         |         |            |         | +|               |       |             |         |              |         | 
-^ XOR           |  8    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ XOR           |  8    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ LD            |  9    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ LD            |  9    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ POP           |  9    |First reg - 1|  2     |Register count| Stack pointer reg | +^ POP           |  9    |First reg - 1|2        |Register count| Stack pointer reg | 
-^ OR            |  A    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ RETF          |  9    |5 (SR)       |2        |2 (SR, PC)    | 0 (SP)  | 
-^ AND           |  B    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ RETI          |  9    |5 (SR)       |2        |3 (SR, PC, FR)| 0 (SP)  | 
-^ TEST          |  C    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ OR            |  A    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ ST            |  D    |  Op. A  |Addr Mode|Param       | Op. B   | +^ AND           |  B    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-^ PUSH          |  D    |  Op. A  |  2      |Param       | Op. B   | +^ TEST          |  C    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-|               |       |         |         |            |         | +^ ST            |  D    |Op. A        |Addr Mode|Param         | Op. B   | 
-|               |  F    |  Reserved for special instructions  ||||+^ PUSH          |  D    |Last reg -1  |  2      |Register count| Stack pointer reg  | 
 +|               |       |             |         |              |         | 
 +|               |  F    |  Reserved for special instructions   |||| 
 + 
 +Depending on opcode1, various addressing modes can be used: 
 + 
 +^Addressing mode    ^Opcode0^Operand A^Opcode1  ^OPN               ^Operand B^ ^Notes       ^ 
 +^%% [BP+Imm6]     %%| ALU op|  Op. A  | 0       |  6-bit immediate          || | Op. A ≠ PC | 
 +^%% #Imm6         %%| ALU op|  Op. A  | 1       |  6-bit immediate          || | Op. A ≠ PC | 
 +| Special (POP, PUSH) |     |         | 2       |                  |         | 
 +^%% [Rs]          %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 0                | Rs      | 
 +^%% [Rs--]        %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 1                | Rs      | 
 +^%% [Rs++]        %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 2                | Rs      | 
 +^%% [++Rs]        %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 3                | Rs      | 
 +^%% D:[Rs]        %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 4                | Rs      | 
 +^%% D:[Rs--]      %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 5                | Rs      | 
 +^%% D:[Rs++]      %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 6                | Rs      | 
 +^%% D:[++Rs]      %%| ALU op|  Op. A  | 3       | 7                | Rs      | 
 +^%% Rs            %%| ALU op|  Op. A  | 4       | 0                | Rs      | 
 +^%% #Imm16        %%| ALU op|  Op. A  | 4       | 1                | Rs      | |16-bit immediate in next word| 
 +^%% From [Addr16] %%| ALU op|  Op. A  | 4       | 2                | Rs      | |16-bit address in next word| 
 +^%% To [Addr16]   %%| ALU op|  Op. A  | 4       | 3                | Rs      | |16-bit address in next word| 
 +^%% Rs ASR shift  %%| ALU op|  Op. A  | 4       | 4 + (shift - 1)  | Rs      | 
 +^%% Rs LSL shift  %%| ALU op|  Op. A  | 5       | shift - 1        | Rs      | 
 +^%% Rs LSR shift  %%| ALU op|  Op. A  | 5       | 4 + (shift - 1)  | Rs      | 
 +^%% Rs ROL shift  %%| ALU op|  Op. A  | 6       | shift - 1        | Rs      | 
 +^%% Rs ROR shift  %%| ALU op|  Op. A  | 6       | 4 + (shift - 1)  | Rs      | 
 +^%% [Addr6]       %%| ALU op|  Op. A  | 7       |  6-bit address            ||
  
-For these instructions, Opcode1 defines the addressing mode:+The instructions using Imm16 or Addr16 are 3-operand instructions, for example:
  
-  * 0: [BP+Imm6] +''R3 = R2 + Imm16''
-  * 1: #Imm6 +
-  * 2: special functions: push, pop, reti and retf +
-  * 3: [Rs] +
-  * 4: addressing depends on opN +
-  * 5: Rs LSL/LSR OpN +
-  * 6: Rs ROL/ROR OpN +
-  * 7: [Imm6]+
  
-In a POP instruction:+naken_asm syntax:
  
-  * OperandA+1 is the first popped register (it is not possible to push R0/SP) +''ADD R3, R2, #Imm16''
-  * OperandN is the number of registers to push +
-  * OperandB is the register to use as a stack pointer+
  
-RETF is a special case of POP with opA=5, opN=2, opB=0 (restores R6 and R7)+All other forms are 2-operand: operand A is always a register and used as both source and destination.
  
-RETI is a special case of POP with opA=5, opN=3, opB=0 (restores R6, R7, and an extra special register containing interrupt flags)+The LD operation uses operand A only as a target.
  
-In a PUSH instruction:+The ST operation uses the second source operand (Rs, address, ...) as the target, and operand A (always a register) as the source.
  
-  * OperandA+1 is the last pushed register +Other operations can use both forms, so the "From [Addr16]" would be something like this:
-  * OperandN is the number of registers to push +
-  * OperandB is the register to use as a stack pointer+
  
-When opcode1 is 3, operandN defines incrementation and use of DS:+''R3 = R2 + [Addr16]''
  
-  * 0: [Rs] +and the "To [Addr16]" corresponds to:
-  * 1: [Rs--] +
-  * 2: [Rs++] +
-  * 3: [++Rs] +
-  * 4: DS:[Rs] +
-  * 5: DS:[Rs--] +
-  * 6: DS:[Rs++] +
-  * 7: DS:[++Rs]+
  
-When opcode1 is 4, operandN defines more addressing modes:+''[Addr16] = R2 + R3''
  
-  * 0: Rs +(so in this case the register encoded in OPA is used as a source, not a destination).
-  * 1: 16-bit immediate value +
-  * 2: Load from memory address +
-  * 3: Store to memory address +
-  * 4: Rs ASR 1 +
-  * 5: Rs ASR 2 +
-  * 6: Rs ASR 3 +
-  * 7: Rs ASR 4+
  
-When opcode1 is 5 or 6, operandN MSB defines the shift direction, and the 2 other bits define the amount of shifting (1 to 4 bits)+The LD and ST operations with the 16-bit addressing mode ignore the value of Rs, they use only Ra and the 16-bit value.
instruction_encoding.txt · Last modified: 2023/12/31 16:49 by pulkomandy
Show pageOld revisions
Media ManagerBack to top
CC Attribution 4.0 International
Driven by DokuWiki Recent changes RSS feed Valid CSS Valid XHTML 1.0