[發(fā)明專利]一種4位RISC微控制器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110135254.0
• 申請日: 2011-05-24
• 公開（公告）號: CN102221991A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳勤學(xué);丁東民;金翔
• 申請（專利權(quán)）人: 華潤半導(dǎo)體（深圳）有限公司
• 主分類號: G06F9/38
• 分類號: G06F9/38
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

1.一種4位RISC微控制器，包括控制模塊、程序存儲器、寄存器文件、復(fù)位模塊、時鐘模塊和至少一個外圍功能模塊，其特征在于，

該控制模塊包括指令寄存器，指令譯碼器，堆棧，算術(shù)邏輯單元ALU，和程序計數(shù)器，其采用二級兩相流水線架構(gòu)；

程序存儲器用于存儲單周期指令和雙周期指令，每個單周期指令在執(zhí)行指令的同時取出下一條指令，每個雙周期指令的第一指令周期在執(zhí)行指令的同時取出下一條指令，其第二指令周期在執(zhí)行指令的同時重新取指令，每個指令周期分為第一相和第二相，

在所述第一相，控制模塊完成堆棧入棧、程序存儲器讀取、寄存器讀取、指令譯碼和ALU運算操作，

在所述第二相，控制模塊完成堆棧彈出、指令寄存器鎖存、寄存器寫入、程序計數(shù)器改寫操作。

2.如權(quán)利要求1所述的4位RISC微控制器，其特征在于，該微控制器結(jié)構(gòu)包括具有49條指令的一套精簡指令集，所述指令譯碼器輸出的信號包括：

寄存器操作類指令，指令譯碼器輸出寄存器地址信息和讀寫操作信號給寄存器文件，輸出運算控制信號給算術(shù)邏輯單元；

立即數(shù)指令，指令譯碼器輸出立即數(shù)和運算控制信號給算術(shù)邏輯單元；

程序轉(zhuǎn)移類指令和中斷，指令譯碼器輸出程序地址信息和跳轉(zhuǎn)控制信號給程序計數(shù)器，輸出堆棧控制信號給堆棧，輸出中斷控制信號給中斷處理器；

控制類指令，指令譯碼器輸出各種控制信號到功能模塊或相應(yīng)的外圍功能模塊；

外圍功能模塊控制指令，指令譯碼器輸出外圍功能模塊控制指令用于控制和檢測語音模塊的工作。

3.如權(quán)利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包括19條算術(shù)邏輯指令，對ALU和寄存器文件中的數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、異或、取反、加1和/或減1的算術(shù)邏輯運算，運算結(jié)果保存在ALU或者存回寄存器文件。

4.如權(quán)利要求3所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述19條算數(shù)邏輯指令包括9條結(jié)果僅存放在ALU的算術(shù)邏輯指令和10條運算結(jié)果不僅存放在ALU還存回寄存器文件的指令。

5.如權(quán)利要求3所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述算術(shù)邏輯指令包含4條帶進位加、減指令。

6.如權(quán)利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包括2條數(shù)據(jù)傳輸類指令，用于把寄存器文件的數(shù)據(jù)傳輸給ALU或把ALU的數(shù)據(jù)傳輸給寄存器文件。

7.如權(quán)利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包括7條立即數(shù)指令，用于把立即數(shù)傳輸給ALU或者把立即數(shù)與ALU數(shù)據(jù)進行加、減、與、或、異或，結(jié)果存放在ALU。

8.如權(quán)利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包含2條十進制調(diào)整指令，把加、減運算后存放在ALU中的二進制數(shù)據(jù)調(diào)整成十進制數(shù)據(jù)，結(jié)果存放在ALU。

9.如權(quán)利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包含2條帶進位移位指令，把ALU和進位寄存器進行循環(huán)左移或循環(huán)右移。

10.如權(quán)利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包含12條程序轉(zhuǎn)移指令，通過改變程序計數(shù)器的值來控制程序的轉(zhuǎn)移。

11.如權(quán)利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序轉(zhuǎn)移指令包含1條程序調(diào)用指令CALL，用來調(diào)用子程序。

12.如權(quán)利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序轉(zhuǎn)移指令包含1條無條件跳轉(zhuǎn)指令JUMP，用來使程序無條件跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址。

13.如權(quán)利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序轉(zhuǎn)移指令包含4條條件跳轉(zhuǎn)指令JZ、JNZ、JC和JNC，通過判斷ALU是否為零或者進位標(biāo)志是否為1作為條件，條件成立時使程序跳轉(zhuǎn)到目標(biāo)地址，不成立時執(zhí)行下一條指令。

14.如權(quán)利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序轉(zhuǎn)移指令包含2條條件跳過指令SKZ和SKNZ，通過判斷ALU某一位是否為零作為條件，條件成立時使程序跳過下一條指令，不成立時執(zhí)行下一條指令。