向【64位超算中心】前进 ! DPU32@全新32位8051+DSP指令

zxcv***

还有DPU32的一些指令如果还没有C251指令集中的指令组合速度快，
这些指令就没存在的必要，别把芯片搞的太臃肿，降低了竞争力

神***

x51 当年是跟着 x86 的技术路线走的，
所以现在很多工科非计算机专业学微机原理，
实验机型用的是 x51
===前面20年是 STC89C52RC，
       现正在被 STC8H/STC32G 取代

STC32内部总线是32位
Intel 251, 历史原因，为了降低成本，内部总线是 8位
STC32内部总线 是 32位，这是 本质区别
===但 251的指令集 是 32位 的

DPU32是1次设计，2个平台共享，STC8H/STC32G
所以 DPU32中的部分指令为了支持STC8H，就和STC32指令集部分重叠了
===等定型后再决定, 暂不删除

神***

神***

LA***

【DPU32】指令(讨论稿) 更改方案 V2.0版总结


1、专用寄存器定义更改: DR0 <--> EAX , DR4 <--> EBX , DR8 <--> ECX , DR12 <--> EDX ,
    优点: 高度保持和目前的 STC32 全兼容, STC32 的 MDU32, TFPU 占用 R0-R7(自动识别切换 BANK0/BANK1/BANK2/BANK3),
    实现和 C编译器无缝衔接。
    由于不使用全局变量, 所有DPU32 指令, 可在 OS系统中 任意使用, 除少量占用DR12 的高级指令之外, 绝大多数指令 DPU32 指令,
    在中断中 任意使用, 少量占用DR12 的高级指令, 如在中断中使用,  只需在：
    中断入口处加一条 __asm { push  DR12};
    退出中断处加一条 __asm { pop   DR12}; 即 OK
    用户使用非常易用简单方使 !


2、 现有指令唯一重点要求:
    a. 逻辑和算术移位的所有指令, 原输入寄存器 CL, 一定要改成指定为 R11(ACC), 便于 51/251参数传递。
    b. 现在除法指令, 是32/32和16/16位的, 极不实用, 应改为 64/32和 32/16位的, DPU32指令的使用, 主要利用汇编进行。
       如不更改, 至少增加一条 无符号64位/32位除法, 否则, 通过 N条汇编指令模拟扩展位数, 效率实在太低了。


3.  考虑今后在标准 51上使用, 应在 DPU32内增加 ECX',EDX'映像(镜像), 通过某标志位在芯片出厂前可预定义, DPU32 使用 ECX,EDX 还是 ECX',EDX',
    在 251上使用 ECX,EDX , 在标准 51上使用 ECX',EDX', 后者通过 SWAP类交换指令, 可读出/写入 ECX',EDX'内容。
    这样, 可有效避免对标准 51的 DATA(全局变量)占用, 做到【DPU32】模块 和 OS系统的高度耦合, 编写出短小精练的子程序, 提升执行速度,
    有利于综合提升整体运算速度。


4.  考虑今后在标准 51上使用, 建议 增加 CMP比较指令(32位和16位), 执行结果同对应的 DPU32减法指令, 只是结果不回送。
CMPX_EBAX                         CMP_EBAX                 32 位比较（CMPX_EABX）                                 Z,C = EBX - EAX
CMPX_BAX                          CMP_BAX                  16 位比较（CMPX_ABX）                                Z,C = BX - AX


5.  现有 3个标志位增加使用说明
    a. DBZ 标志, 加/减/比较类指令, 结果为 0时 置位。
    b. CY 标志, 所有移位类指令, 都带CY, 移入/移出位都是 CY 。

LA***

【DPU32】指令(讨论稿) 更改方案 V2.1版总结

1、专用寄存器定义更改: DR0 <--> EAX , DR4 <--> EBX , DR8 <--> ECX , DR12 <--> EDX ,
    优点: 高度保持和目前的 STC32 全兼容, STC32 的 MDU32, TFPU 占用 R0-R7(自动识别切换 BANK0/BANK1/BANK2/BANK3),
    实现和 C编译器无缝衔接。
    由于不使用全局变量, 所有DPU32 指令, 可在 OS系统中 任意使用, 除少量占用DR12 的高级指令之外, 绝大多数指令 DPU32 指令,
    在中断中 任意使用, 少量占用DR12 的高级指令, 如在中断中使用,  只需在：
    中断入口处加一条 __asm { push  DR12};
    退出中断处加一条 __asm { pop   DR12}; 即 OK
    用户使用非常易用简单方使 !

2、 现有指令唯一重点要求:
    a. 逻辑和算术移位的所有指令, 原输入寄存器 CL, 一定要改成指定为 R11(ACC), 便于 51/251参数传递。
    b. 现在除法指令, 是32/32和16/16位的, 极不实用, 应改为 64/32和 32/16位的, DPU32指令的使用, 主要利用汇编进行。
       如不更改, 至少增加一条 无符号64位/32位除法, 否则, 通过 N条汇编指令模拟扩展位数, 效率实在太低了。

3.  考虑今后在标准 51上使用, 应在 MDU32内增加 ECX',EDX'映像(镜像), 通过某标志位在芯片出厂前可预定义, MDU32 使用 ECX,EDX 还是 ECX',EDX',
    在 251上使用 ECX,EDX , 在标准 51上使用 ECX',EDX', 后者通过 SWAP类交换指令, 可读出/写入 ECX',EDX'内容。
    这样, 可有效避免对标准 51的 DATA(全局变量)占用, 做到【DPU32】模块 和 OS系统的高度耦合, 编写出短小精练的子程序, 提升执行速度,
    有利于综合提升整体运算速度。

4.  考虑今后在标准 51上使用, 建议 增加 CMP比较指令(32位和16位), 执行结果同对应的 DPU32减法指令, 只是结果不回送。
CMPX_EBAX                         CMP_EBAX                 32 位比较（CMPX_EABX）                                 Z,C = EBX - EAX
CMPX_BAX                          CMP_BAX                  16 位比较（CMPX_ABX）                                Z,C = BX - AX

5.  考虑今后在标准 51上使用, 建议 增加 SWAP_DPTR交换指令, 暂存 DPTR内容。
    a. 【DPU32】模块内新增专用寄存器 DPTR(8级16位阵列), DPS(仅后3位有效)。
    b. 新增指令 INC1_DPS, DEC1_DPS, DPS 加1/减1 指令, 数字在 0-7之间循环。
    c. 新增指令 SWAP_DPTR, 交换指令, DPTR <--> DPTRn @DPS, 注: @DPS(范围0-7) 间接寻址指向 DPTRn(8级16位阵列)。
    d. 新增指令 DEC1_DPTRn @DPS, 当前 DPTRn内容减1 。
    此功能相当于在【DPU32】模块内增加了 8个DPTR 软栈, 可在标准 51库函数中加入使用 DPTR双指针, 直接在 OS系统 和 中断中使用,
    不用增加额外的保护措施(压栈/弹出 DPTR), 和现有 Keil C51高度无缝耦合, 以弥补标准 51中 DPTR的缺陷。

6.  现有 3个标志位增加使用说明
    a. DBZ 标志, 加/减/比较类指令, 结果为 0时 置位。
    b. CY 标志, 所有移位类指令, 都带CY, 移入/移出位都是 CY 。

神***

感谢大家帮我们 STC 32位8051 世界，继续：
===添砖加瓦，拾遗补漏
===为 32位8051 世纪之战 而奋斗

附件是 M4的DSP指令 介绍

杨***

神农鼎 发表于 2024-3-10 10:46
来锤我呀
千锤百炼出深山，一朝得道立世间
仰天大笑东风烈，华夏又多一国芯

毛主席说：世上无难事，只要肯登攀。

这次STC32G96K256的诞生必定会是单片机中国创造史上的一个里程碑事件。

一、CORTEX-M4的DSP指令集

CORTEX-M4是一种32位的嵌入式处理器架构，它具有一些特殊的指令集扩展，包括DSP（数字信号处理）指令集。

这些DSP指令可以加速数字信号处理相关的计算，提高处理器的性能和效率。

CORTEX-M4处理器的DSP指令集被称为CMSIS-DSP库

（Cortex MicrocontrollerSoftware Interface Standard - Digital Signal Processing）。

这个DSP库提供了许多信号处理函数，包括但不限于以下几个方面（每个方面被称为一个独立的指令集）：

（1）基本数学函数：包括加法、减法、乘法、除法等基本运算函数。

（2）快速傅里叶变换（FFT）：用于将时域信号转换为频域信号，包括一维和二维FFT函数。

（3）冲击滤波器函数：包括FIR（有限脉冲响应）滤波器和IIR（无限脉冲响应）滤波器函数。

（4）矩阵函数：包括矩阵乘法、矩阵转置、矩阵求逆等矩阵运算函数。

（5）向量函数：包括向量加法、向量减法、向量乘法等向量运算函数。

（6）统计函数：包括均值、方差、协方差等统计计算函数。

（7）数字滤波器函数：包括低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等数字滤波器函数。

（8）均衡器函数：用于音频均衡器的设计和实现。

（9）声音处理函数：包括音频编解码、音频特效处理等声音处理函数。

CORTEX-M4的DSP指令集需要硬件上的支持，依赖其片上的硬件DPU32/64以下几个方面的功能：

（1）整数乘法和累加指令（MAC）：用于执行乘法和累加操作，常用于滤波、卷积等数字信号处理算法。

（2）饱和运算指令：用于处理溢出情况，确保计算结果在指定范围内。

（3）浮点数矢量处理（FVP）指令：用于高效地执行傅里叶变换操作，常用于频域分析和信号处理。

（4）位操作指令：包括位移、位扩展、位反转等操作，用于位级运算和数据处理。

二、STC单片机的DSP发展之路

（1）一旦STC32G96K256问世，首先其DPU32具备了M4的绝大部分的整数乘法和累加指令（MAC）、浮点数处理（FP）指令、位操作指令，这已经是一个很好的DSP库硬件基础了，其余的可以再逐渐增加。

（2）STC32G96K256的32K EDATA和64K XDATA数据空间已经可以支持一定规模的科学数据处理了，加上片上的ADC等设备，已经可以进行一定规模的数据采集、图像处理和音频流、视频流处理了。这就为建立DSP库提供了实验和开发条件。

（3）从现在开始专门按专题建立STC32位单片机DSP指令集（用我那个年代的术语是建立STC32位单片机DSP专题数学库）：

1）首先建立基本数学函数DSP指令集，比如三角函数。这实际上是改造C251的基本函数库，继续将C251作为STC32位单片机的主流编译器。

2）其次建立统计函数、冲击滤波器函数、数字滤波器函数、均衡器函数和声音处理函数这几个DSP指令集。这实际上是为STC32位单片机上的ADC、DMA、IIS等开发应用标准库，为STC用户提供规范支持和逐渐建立STC DSP生态打下基础。

3）然后建立向量函数、快速傅里叶变换、矩阵函数等DSP指令集。

（4）在建立基础DSP指令集的同时，从语音识别开始，探索STC32位单片机的将DSP用于AI之路。

李***

有个问题，如果DSP开发出来，后续STC官方也有可能会直接推出“lib”格式的封装库，我想问的是，后续会不会推出源码形式的文件（比如“*.s”）以及教程，方便爱好者跟着学汇编搞定DSP库？

神***

这些都在论坛大家一起开发