金水明32051指令集架构

杨***

一、金水明32051基本指令集

A351是基于金水明32051指令集的汇编语言，A51是Keil编译器基于8051指令集的汇编语言。除了IDATA段和少量的宏语言规范外，A351汇编语言支持A51汇编语言的绝大部分语法规范，绝大部分的用A51汇编语言编写的程序金水32051编译器都能直接编译通过，生成正确的机器码。

金水明32051指令集是专门为满足8位单片机C语言要求而设计的抽象指令集，8051指令集是金水明32051指令集的完全子集，金水明32051指令集由8051指令集+扩展指令集组成。

（1）金水明32051-L0寄存器和存储空间。

寄存器是指令集的操作对象，8051寄存器是金水明32051寄存器的完全子集，称为“金水明32051-L0寄存器”。

8051单片机的全部存储空间是金水明32051指令集存储空间的完全子集，称为“金水明32051-L0存储空间”。L0空间包括64KB的CODE程序空间，64KB的XRAM扩展RAM空间，256字节的直接寻址DATA内部RAM空间，256字节的间接寻址IDATA内部RAM空间和256位的位寻址BIT空间。

（2）金水明32051-L1寄存器。

金水明32051的寄存器由全部的8051寄存器、扩展的两个16位指针寄存器和组合的两个32位通用寄存器组成。后面两者称为“金水明32051-L1寄存器”

1）两个16位指针寄存器为BP和VP，主要用于函数的参数和局部变量的存取，它们只支持XRAM空间的间接寻址和间接偏移寻址。

由于8位8051单片机没有可以直接对应的16位寄存器可用，故采用了在DATA空间分配固定的地址来实现。对于8051内核单片机16位的操作只能有8位CPU的指令来完成，所以每个扩展寄存器用高低两个8位寄存器组成，在金水32051编译器中它们的地址分配如下（大端模式）：

2）两个32位的通用寄存器为EAX和EBX，主要用与各种数值运算和少量的C语言数组和指针变量的存取。作为寻址寄存器时它们只支持XRAM空间的变量存取。

8位的8051单片机有8个通用寄存器可用，金水明32051将它们组合起来作为16位和32位通用寄存器，组合方式参考80x86指令集，其组合方式如下：

其中为了与8051的汇编语言A51有区别，在金水明32051扩展指令集中，8位寄存器的取了不同的名称BR0~BR7，但它和单片机的R0~R7是同一组寄存器，使用时请注意。

32位的操作用EAX和EBX来完成，16位的操作主要用AX和BX来完成，8位的操作主要用BR7和BR3来完成。

在金水明32051指令集中，用户使用8051指令时，8051寄存器和状态的变化与8051指令集相同，而使用扩展指令时，所有的8051寄存器和状态都可能改变了。最典型的例子是进行两32位浮点数的四则运算和关系运算。

由于16位和32位的操作只能有8位CPU的指令和对应的来完成，原则上每条16位和32位的金水明32051扩展指令操作完成后，CPU的全部寄存器R0~R7、DPL、DPH、ACC、B、PSW都改变了。

二、 金水明32051扩展指令格式

金水明32051扩展指令集主要是针对CODE、XRAM和DATA空间的存取指令和16位、32位的运算指令。

金水明32051扩展指令绝大多数是＂非对称指令＂：每条指令不是对所有的寄存器都适用，源寄存器和目标寄存器是固定的，不一定能对调位置。比如16位和32位的乘除法指令。以下将金水明32051扩展指令简称为＂351指令＂，8051指令简称为＂51指令＂。

（1）操作数

金水明32051指令的操作数有三种寄存器、变量和立即数。寄存器的数据长度可以从它们唯一的名称来区分，但是变量和立即数就需要额外的修饰符来确定。

寄存器操作数由寄存器名称确定，不再附加其他修饰成分。

（2）操作符

为了明确区分351指令采用与51指令完全不同的操作符，包括8位操作的指令。尤其是对于不同的存储空间，351指令使用操作符，不像51指令一路MOV到底。

（3）立即数表达式与变量表达式

用符号“#”开头的操作数称为立即数表达式，否则称为变量表达式。立即数表达式的值是操作数本身，变量表达式的值是一个地址，指令的操作数是存放在该地址中的数。

比如指令：“MVR  AX, # 0x200”是将一个数值512放入R6R7寄存器对中。

比如指令：“LDX   AX,  0x200”是将XRAM空间中存放在地址512中的字节数据寄存器R6中，将地址513中的字节数据寄存器R7中。金水明32051指令集采取“大端地址模式”。

假设有数组int Z[10]，则

指令：“LDX   BX,  Z+8”是将数组元素Z[4]中存放的值放入R6R7寄存器对中。

指令：“MVR   BX,  # Z+8”是将数组元素Z[4]的地址放入R6R7寄存器对中，这对应C语言的取地址操作“&Z[4]”。

由于C351程序中的变量都是要进行重定位的 ，所以编写程序时并不能知道数组Z具体的存放地址，上面的语句在经过金水32051编译器的模块连接和重定位后，在二进制机器码中能给出正确的绝对地址。

（4）A351汇编语言长度定位修饰符

在汇编语言中，没有像C语言的整数、长整数这样的数据类型定义，汇编语言中的地址标识符只表明变量的地址位置，没有在其中存放的数据的长度信息，因此在汇编语言中需要关于变量的长度定位修饰符。

A351保持A51的长度定位修饰符：

字节长度定位修饰符： BCYE、BCYE0、BCYE1、BCYE2、BCYE3

16位数据长度定位修饰符： WORD、WORD2

32位数据长度定位修饰符： DWORD

三、金水明32051扩展指令集

金水明32051扩展指令集分为7个部分：

（1）MVR 寄存器传送指令。比如

       MVR             BR1, BR0 ;

       MVR             VP, AX ;

       MVR             EAX, EBX;

       MVR             BR7, # 0x1234 ;

       MVR             AX, # 1234 ;

       MVR             EBX, # 0x1234567890 ;

// ---- 浮点数 -------------------------

       MVR             EAX, # 1.2345 ;      //1.2345 = 0x3F9E0419         

       MVR             EAX, # 1.0 ;    // 1.0    = 0x3F800000         

（2）变量堆栈操作指令。

使用VP寄存器的堆栈称为“变量堆栈“。变量堆栈只在XRAM空间放数据，并不包括函数调用的返回地址，而且8051也不可能执行XRAM的指令，可以提高程序运行的安全性。

比如：

       PUSHV            EAX                                                        ;4字节

       PUSHV            BX                                                   ; 2字节

       PUSHV            BR5                                                 ;1字节

       POPV      EAX                                                  ;4字节

       POPV      BP                                                     ;2字节

       POPV      BR0                                                  ;1字节

// ---- 数值0 进栈 ---------------------------

       PUSHZ        12                                                       ;

// ---- 分配变量空间 ---------------------------

     VP_ADD        -4               ;分配内存

     VP_ADD        4                 ;释放内存

（3）DATA空间操作指令。比如

    LDD       BX, 0x34                ;

    LDD       EAX, X1+2                ;

STD       P2M1 , # 0x00   ;

STD       P2 , # 0xFF   ;

（4）CODE空间操作指令。比如：

    LDC       BR7, 0x12                ;

    LDC       BX, Z               ;

（5） XDATA空间操作指令。比如：

STX     CNT,EAX   ;

STX     main?Loop_Counter, EAX   ;

LDX     EAX, main?Loop_Counter   ;

（6）变量空间操作指令。比如：

LDV       EAX, @BP +i   ;

STV        @BP +i, EAX   ;

（7）算术运算指令。比如32位除法：

     DIVS     EAX, EBX ; --> EAX/EBX

     DIVU     EAX, EBX ; --> EAX/EBX

     DIVF     EAX, EBX ; --> EAX/EBX

（8）二进制运算指令。比如AND运算：

     BINAND     EAX, EBX  ; --> EAX

     BINAND     AX, BX ; --> AX

     BINAND     BR7, BR3  ; --> BR7

（9）关系运算指令。比如大于运算：

     GTF     EAX, EBX ; --> EAX

     GTS     EAX, EBX ; --> EAX

     GTS     AX, BX   ; --> AX

（10）逻辑运算指令。比如“或者”运算：

     LORF     EAX, EBX ; --> EAX

     LORX     EAX, EBX ; --> EAX

     LORX     AX, BX  ; --> AX

     LORX     BR7, BR3 ; --> BR7