UKA
ADY MIKROPROGRAMOWANE
Spis treści
1. WPROWADZENIE DO MIKROPROGRAMOWANIA.....................................................2
2. PRZYKA
ADOWY UKA
AD MIKROPROGRAMOWANY.................................................3
2.1. UKA
AD STERUJ
CY ............................................................................................................... 3
2.2. UKA
AD WYKONAWCZY.......................................................................................................... 5
2.3. FORMAT MIKROROZKAZU...................................................................................................... 8
3. ASEMBLER MIKROINSTRUKCJI ELMA.........................................................................9
3.1. WPROWADZENIE ................................................................................................................... 9
3.2. PLIK DEFINICYJNY .DEF ....................................................................................................... 10
3.3. PLIK MIKROPROGRAMU .ASM .............................................................................................. 10
3.4. PRZYKA
AD PLIKU DEFINICYJNEGO....................................................................................... 11
3.5. PRZYKA
ADY ........................................................................................................................ 12
5. ZESTAW LABORATORYJNY............................................................................................15
5.1 MODUA
FGPA...................................................................................................................... 15
5.2 MODUA
WYŚWIETLACZA LCD............................................................................................. 16
Warszawa 17.11.05
Układy mikroprogramowane
1. Wprowadzenie do mikroprogramowania
Mikroprogramowane układy cyfrowe składają się z dwóch części:
- części wykonującej operacje na danych wejściowych (układ wykonawczy),
- części sterującej wykonywaniem tych operacji (układ sterujący).
Schemat takiego układu przedstawia rysunek 1. Układ sterujący kontroluje pracę układu
wykonawczego poprzez linie sterowania Si. Liniami tymi przesyłane są sygnały wybierające
rodzaj operacji, która ma być wykonana przez układ wykonawczy oraz sygnały wskazujące skąd
mają być pobrane argumenty dla tej operacji. Układ wykonawczy informuje o swoim stanie za
pomocą sygnałów przesyłanych liniami warunków Wi. Pojawiają się tam np. sygnały mówiące
o wyniku ostatniej operacji. Sygnały te wpływają na dalsze działanie jednostki sterującej.
Laboratoryjny układ wykonawczy posiada dwa ośmiobitowe wejścia danych WE1 i WE0
i ośmiobitowe wyjście danych WY.
WE1 WE0
Si
Układ
Układ
sterujący
Wykonawczy
Wi
WY
Rysunek 1. Schemat blokowy układu mikroprogramowanego
Układ sterujący można zaprojektować na dwa różne sposoby: jako automat synchroniczny lub
jako układ z pamięcią. Pierwszy sposób polega na zaprojektowaniu takiego automatu
synchronicznego, którego działanie (przejścia ze stanu do stanu) jest określone przez algorytm
wykonywany przez układ wykonawczy. Na podstawie algorytmu buduje się tabelę przejść
i wyjść automatu. Jednym z rozwiązań może być automat zwany rozdzielaczem sterującym,
w którym stany kodowane są w kodzie  1 z n (przerzutników jest tyle ile stanów).
Drugi sposób polega na utworzeniu odpowiedniego programu działającego zgodnie z wy-
maganym algorytmem i zapisaniu go w pamięci. Układ taki nazywany jest mikro-
programowanym układem sterującym. Kolejne rozkazy programu nazywane są mikrorozkazami
lub mikroinstrukcjami. Mikroinstrukcje składają się z mikrooperacji czyli zestawu bitów
przeznaczonych do sterowania poszczególnymi blokami układu. Układ mikroprogramowany
wyróżnia się prostotą i przejrzystością budowy. Zastosowanie mikroprogramowania pozwala na
łatwą modyfikację działania jednostki sterującej poprzez wymianę mikroprogramu bez
konieczności modyfikowania struktury sprzętowej układu.
2/17
Układy mikroprogramowalne
2. Przykładowy układ mikroprogramowany
2.1. Układ sterujący
Przykładowy układ sterujący przestawiono na rysunku 2. W skład układu sterującego
wchodzi:
- pamięć stała ROM ,
- układ adresowania (licznik mikrorozkazów LA i multiplekser warunku skoku JC),
- licznik pętli LP.
S..S
2 0
S ..S
0 0 10 3
1 1
P 2
8
C 3
8
LD
P 4
8
LA
Reset
C 5
8
6
7
A-A
7 0
ROM
256x40
S S
11 12
S ..S
39 16
E
LP
Preset Z
Rysunek 2. Schemat blokowy układu sterującego
" Pamięć ROM
W pamięci ROM (w układzie laboratoryjnym o pojemności 256 słów 40 bitowych)
przechowywane są mikrorozkazy. Każdy mikrorozkaz składa się z 40 bitów (słowo w tej
pamięci) i jest dzielony na dwie części. Jedna z nich (bity od S16 do S39) jest przeznaczona do
sterowania pracą układu wykonawczego, a druga z nich (bity od S0 do S12) odpowiada za
sterowanie pracą układu sterującego (bity od S13 do S15 są nieużywane). Wybór komórki
pamięci następuje poprzez podanie (z układu adresowania) adresu na wejścia A7  A0
pamięci ROM.
3/17
JC
Układy mikroprogramowane
" Układ adresowania
Wartość sygnału na wyjściu multipleksera JC określa sposób wyznaczenia adresu kolejnego
mikrorozkazu pobieranego z pamięci. Jeśli wartość na wyjściu multipleksera JC jest zero (na
wejściu LD licznika adresowego LA), to pobrany zostanie mikrorozkaz umieszczony pod
kolejnym (następnym w stosunku do aktualnego) adresem w pamięci ROM. Licznik LA jest
wtedy inkrementowany. Jeśli na wyjściu JC jest jedynka, to pobrany zostanie mikrorozkaz
umieszczony pod adresem zapisanym na bitach S10 do S3 mikrorozkazu. W tym przypadku
mówimy, że w programie wykonuje się skok.
Jeśli bity S2 do S0 mają wartość 000, to na wyjściu multipleksera jest zero (wejście oznaczone
0 multipleksera) i jako następny wykonywany jest mikrorozkaz umieszczony pod kolejnym
adresem w pamięci ROM. Jeśli bity S2 do S0 przyjmują wartość 001, to na wyjściu JC jest
jedynka (wejście multipleksera oznaczone 1) i wykonuje się skok bezwarunkowy. Jeśli bity S2
do S0, mają wartość inną niż 000 lub 001, to wartość na wyjściu multipleksera JC zależy od
podanych warunków, czyli stanów na wejściach 2, 3, 4, 5 i 7 multipleksera. Jeśli wartość
warunku będzie równa 1, to wykonany zostanie skok warunkowy. Warunków może być pięć:
w układzie wykonawczym powstają cztery warunki (P8, C8, , ), a jeden jest brany
P8 C8
z wyjścia Z licznika pętli LP (jedno z wejść multipleksera JC jest nieużywane).
W tabeli 1 zestawiono wszystkie warunki.
Tabela 1. Sterowania multipleksera warunków JC
Sterowanie Wyjście układu JC Opis
S2 do S0 Warunek (wejście LD licznika adresów)
000 0 Inkrementacja licznika adresów
001 1 A
adowanie licznika wartością S10 do S3
010 P8 Wartość wysuwanego bitu
011 C8 Przeniesienie sumatora
100 Negacja wartości wysuwanego bitu
P8
101 Przeniesienie sumatora
C8
110 - Nie używany
111 Wyzerowanie licznika
Z
Licznik LA wykonuje 2 mikrooperacje:
1. ładowanie  wpis równoległy wartości zapisanej w mikroprogramie na bitach S10 do S3
(wykonanie skoku LD=1),
2. inkrementacja  zwiększanie zawartości o jeden (wybór kolejnego mikrorozkazu, LD=0),
Licznik może zostać także wyzerowany przez operatora, który uruchomi przełącznik Reset .
Tabela 2. Sterowania licznika adresów LA
LD Opis
Reset
1 1 A
adowanie wartościami zapisanymi na bitach S9 do S3
0 1 Inkrementacja
X 0 Reset asynchroniczny
" Licznik pętli LP
Licznik LP służy do implementacji w programie pętli o 8 iteracjach. Jest to 3 bitowy licznik
poprzednikowy z synchronicznym wpisywaniem stanu 111 (wejście Preset) oraz wejściem E
zezwolenia na liczenie. Wyjście Z ma wartość 0, wtedy i tylko wtedy, gdy licznik ma wartość 0.
Gdy aktywne jest wejście E licznika (bit S12 słowa mikrorozkazu), to w każdym cyklu zegara
zmniejsza on swoją zawartość o jeden.
4/17
Układy mikroprogramowalne
Tabela 3. Sterowania licznik pętli LP
Sterowanie
Operacja Opis
S12 do S11
x1 LP:=111 A
adowanie
10 LP:=LP-1 Dekrementacja
2.2. Układ wykonawczy
Schemat układu wykonawczego przedstawiony został na rysunku 3. Jest to prosty procesor
składający się z:
- jednostki arytmetyczno-logicznej ALU,
- rejestru znaczników RZN,
- rejestru akumulatora A,
- multipleksera argumentów MA,
- banku 8 rejestrów pomocniczych BR,
- rejestru wyjściowego RWY.
WE1 WE0
(WE ..WE) (WE..WE)
15 8 7 0
S
23
Zapis
S ..S
22 20
R..R
2 0
BR
S ..S
33 26
0 1 2 3
S ..S
25 24
MA
S ..S
19 16
A..A B..B
7 0 7 0
Operacja
C C
8 8
ALU
P P
8 8
S
RZN 35
Sel
C C
0 0
S
34
P P
Cs
0 0
P
8
C
8
A
s
36
LD
RWY
WYNIK
Rysunek 3 Układ wykonawczy
5/17
Układy mikroprogramowane
" Blok Arytmetyczno-logiczny ALU
Jednostka ALU może wykonywać operacje arytmetyczne: przesuwanie, dodawanie,
odejmowanie oraz operacje logiczne AND, OR i NOT (przy czym operacje przesuwania
i operacja NOT są jednoargumentowe) Jednym z argumentów ALU jest zawartość rejestru
akumulatora A. Drugi argument ALU jest podawany poprzez multiplekser MA. W zależności od
wartości bitów sterujących multiplekserem S25 i S24 może to być:
1. zawartość jednego z ośmiu rejestrów banku rejestrów BR,
2. wartość podana na wejście zewnętrzne WE1 (WE15 do WE8),
3. wartość na drugim wejściu zewnętrznym WE0 (WE7 do WE0),
4. wartość zapisana w mikroprogramie na bitach S33 do S26.
Wynik z układu ALU jest zawsze zapisywany do rejestru akumulatora A. Poprzez ustawienie
bitu S36 na wartość 1 można przepisać zawartość akumulatora do rejestru wyjściowego RWY.
Operacje wykonywane przez blok ALU uwzględniają bity wejściowe C0 i P0 z rejestru
znaczników RZN. Bit C0 jest używany przy operacji dodawania (przeniesienie wejściowe)
i odejmowania (pożyczka). Bit P0 jest używany przy operacjach przesuwania w lewo (bit
wchodzący na najmniej znaczącą pozycję) i w prawo (bit wchodzący na najbardziej znaczącą
pozycję). W tabeli 4 zestawiono mikrooperacje wykonywane przez układ ALU.
Tabela 4. Działanie jednostki arytmetyczno logicznej (ALU)
Sterowanie Wyjścia
Opis
s19 do s 16 ALU P8 C8
0000 A6..A0, P0 A7 C0 Przesunięcie w lewo (z bitem P0)
0001 P0,A7.. A1 A0 C0 Przesunięcie w prawo (z bitem P0)
0011 A+B+C0 P0 Przeniesienie Dodawanie w NKB
0010 A-B-C0 P0 Pożyczka Odejmowanie w NKB
0100 A P0 C0 Przepisanie wyjścia A (NOP)
0101 B P0 C0 Przepisanie wejścia B (np.ład. stałej)
1000 A OR B P0 C0 Operacja OR
1010 A AND B P0 C0 Operacja AND
1100 A XOR B P0 C0 Operacja XOR
" Rejestr znaczników RZN
Rejestr znaczników RZN jest rejestrem dwubitowym. Zależnie od rodzaju wykonywanej
operacji może zostać zapisany jeden z bitów lub ich wartość może pozostać nie zmieniona.
Podczas wykonywania przez blok ALU operacji dodawania lub odejmowania pierwszy bit
zapisywany jest wartością C8. Podczas wykonywania przez blok ALU operacji przesuwania
drugi bit zapisywany jest wartością P8.
Wyjścia rejestru znaczników (C0 i P0) mogą przyjmować wartości w zależności od jego
wysterowania. Jeśli na wejściu SEL jest sygnał jeden, to na wyjściach rejestru pojawiają się
wartości pamiętane w rejestrze. Jeśli SEL=0, to na obu wyjściach rejestru C0 i P0 pojawia się
wartość bitu S34. Powyższe ilustruje tabela 5.
Tabela 5. Sterowania rejestrem znaczników RZN (bity S19 do S16 i S35)
Sterowanie Wyjścia
Opis
S35 C0 P0
0 S34 S34 Zapisanie obydwu bitów rejestru wartością S34
Zapisanie rejestru znaczników wartością C8 jeśli
1 C8 P8 wykonywana jest operacja dodawania lub odejmowania
albo P8 przy operacji przesuwania
6/17
Układy mikroprogramowalne
" Bank rejestrów BR
Rejestry banku ponumerowane są od 0 do 7. Bank rejestrów ma trzy wejścia R2..R0
wyznaczające numer rejestru, który ma być aktywny (por. tabela 6). Zawartość wybranego
rejestru pojawia się na wyjściach banku rejestrów BR. Zapisanie rejestru następuje gdy bit S23
słowa mikrorozkazu jest równy jeden.
Tabela 6. Mikrooperacje wykonywane przez bank rejestrów
Sterowanie
Opis
S23 S22 do S20
0 numer rejestru Na wyjście banku podawana jest zawartość rejestru o
numerze określonym na wejście R2..R0
1 numer rejestru Zapis zawartości akumulatora A do rejestru o numerze
zapisanym w R2..R0
" Rejestr akumulatora A
Akumulator A jest to ośmiobitowy rejestr, którego wartość jest uaktualniana w każdym
(takcie) mikrorozkazie. W celu pozostawienia wartości akumulatora bez zmiany, ALU musi
wykonać operację pustą NOP (przepisanie wyjścia A).
" Multiplekser danych wejściowych MA
Multiplekser danych wejściowych MA umożliwia wybór danej, która będzie podana jako
drugi argument (wejście B) bloku ALU (jako pierwszy argument zawsze podawana jest
zawartość akumulatora A). Multiplekser MA pozwala wybrać jedno z czterech z
ródeł danych jak
pokazano w tabeli 6.
Tabela 8. Mikrooperacje wykonywane przez multiplekser danych wejściowych MUX
Sterowanie Wyjście
Opis
S25 S24 MA
00 BR Dana pobierana z Banku Rejestrów BR
01 WE1 Dana pobierana z WE1
10 WE0 Dana pobierana z WE0
11 S33..S26 Dana pobierana z pamięci ROM (bity S33..S26)
" Rejestr wyjściowy RWY
Rejestr wyjściowy RWY umożliwia wyprowadzenie wyniku działania układu. Jest to 8
bitowy rejestr z wejściem zezwolenia na zapis (LD). Po ustawieniu zezwolenia na zapis w stan
aktywny nastąpi przepisanie wartości z akumulatora do rejestru wyjściowego RWY.
Tabela 9. Mikrooperacje wykonywane przez RWY
Sterowanie Wyjście
Opis
S36 RWY
0 RWY Bez zmian
1 A Zapis zawartości akumulatora A
7/17
Układy mikroprogramowane
2.3. Format mikrorozkazu
Mikrorozkazy to słowa 40 bitowe. Format mikrorozkazu przedstawia tabela 10.
Tabela 10. Przypisanie bitów mikrorozkazu poszczególnym mikrooperacjom
Bity Znaczenie
S2..S0 Wybór warunku skoku(wejście sterujące JC)
S10..S3 Adres docelowy skoku(wejście danych JC)
S11 Załadowanie licznika pętli LP wartością 7 (wejście Preset)
S12 Zmniejszenie o 1 wartości licznika pętli LP
S15..S13 Nieużywane
S19..S16 Kod operacji wykonywanej przez ALU
S22..S20 Adres rejestru w banku rejestrów BR
S23 Zapis rejestru w banku rejestrów BR wartością akumulatora A
S25..S24 Wybór drugiego argumentu (B) dla ALU
S33..S26 Stała natychmiastowa podawana na wejście 3 multipleksera MA
S34 Wejście rejestru znaczników
S35 Sterowanie rejestrem znaczników
S36 Zapisanie wartości akumulatora A do rejestru wyjściowego RWY
S39..S37 Nieużywane
Tabela 11. Słowo mikrorozkazu
A
ado-
Wejścia Argument Zapis A Wybór
Nieużywane wanie Argument natychmiastowy
RZN B do BR rejestru BR
RWY
S39 S38 S37 S36 S35 S34 S33 S32 S31 S30 S29 S28 S27 S26 S25 S24 S23 S22 S21 S20
Dekre- A
adowanie Wybór
Operacja ALU Nieużywane Adres skoku
mentacja LP LP warunku
S19 S18 S17 S16 S15 S14 S13 S12 S11 S10 S9 S8 S7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0
8/17
Układy mikroprogramowalne
3. Asembler mikroinstrukcji ELMA
3.1. Wprowadzenie
ELMA to program, który umożliwia przekształcenie pliku z mnemonicznym zapisem
mikroprogramu w plik z binarnym obrazem pamięci ROM mikroprogramu.
Plik mikroprogramu składa się z wielu mikroinstrukcji. Każdą mikroinstrukcję zapisuje się w
osobnym wierszu. Jedna mikroinstrukcja odpowiada jednemu słowu sterującemu w pamięci
mikroprogramu. Mikroinstrukcja składa się z jednej lub kilku mikrooperacji.
Przykładowo można zdefiniować mikrooperację ADD która ustawia bity odpowiedzialne za
operację wykonywaną przez ALU tak, że wykonane zostanie dodawanie. Podobnie można
zdefiniować mikrooperację SUB tak, żeby wykonane zostało odejmowanie. Można zdefiniować
mikrooperację JMP, która ustawi część słowa mikroinstrukcji związaną z częścią sterującą
układu tak, że wykonany zostanie skok czy też mikrooperacje NXT powodującą przejście do
następnej instrukcji.
Definicje tych mikrooperacji dla prezentowanego układu mikroprogramowanego:
ADD (19, 16, !0011) #mikrorozkaz dodawania
SUB (19, 16, !0010) #mikrorozkaz odejmowania
NXT (2,0,!000) #incrementacja licznika LA
JMP (2,0,!001) {10,3} #mikrorozkaz skoku (parametr {10,3} określa adres
#skoku)
Powyższy zapis oznacza, że mikrooperacja ADD ustawia bity od 19 do 16 na wartość 0011,
mikrooperacja SUB ustawia te same bity na wartość 0010. Mikrooperacja NXT ustawia bity od
2 do 0 na wartość 000. Mikrooperacja JMP ustawia bity od 2 do 0 na wartość 001, bity od
10 do 3 zostaną ustawione wartością przekazaną jako argumentu tej mikrooperacji (por. tekst
dalej). Powyższe operacje powinny znalez
ć się w pliku definicji mikrooperacji (.def).
Mikrooperacje ADD oraz SUB ustawiają te same bity słowa mikroprogramu lecz na różne ich
wartości. Nie można ich więc połączyć w jednej mikroinstrukcji. Natomiast operacja JMP
ustawia inne bity, może więc zostać połączona z operacją ADD lub SUB. A
ączenia
mikrooperacji w mikrorozkazy dokonuje się w pliku z mikroprogramem. W każdym wierszu
tego pliku zapisana jest jedna mikroinstrukcja. Mikrooperacje, które mają być złączone
w ramach jednej mikroinstrukcji wpisuje się w jednym wierszu oddzielając je od siebie
średnikiem. Przykładowy mikroprogram może wyglądać następująco (poniższy mikroprogram
służy wyłącznie ilustracji działania mikroasemblera):
ADD(); NXT();
SUB(); JMP(4);
ADD(); JMP(2);
W powyższym mikroprogramie zdefiniowane są trzy mikrorozkazy. Pierwszy powoduje
połączenie mikrooperacji ADD z mikrooperacją NXT. Pierwszym słowem w pamięci
mikroprogramu będzie więc słowo, w którym bity 19 do 16 będą ustawione na wartość 0011,
a bity od 2 do 0 na wartość 000. W drugim mikrorozkazie bity od 19 do 16 będą ustawione na
wartość 0010, bity od 2 do 0 będą miały wartość 001, a bity od 10 do 3 zostaną ustawione jako
wartość 0000100 odpowiadająca dziesiętnej liczbie 4. Pozostałe bity przyjmą wartość
nieokreśloną. Podobnie zdefiniowany będzie trzeci mikrorozkaz.
Każda mikrooperacja może mieć dowolną liczbę argumentów. Wartości tych argumentów
podawane są przy użyciu mikrooperacji w pliku mikroprogramu z rozszerzeniem .asm.
9/17
Układy mikroprogramowane
Rozszerzenie wprowadzonej wcześniej operacji ADD na operacje 3 argumentową może mieć
postać:
ADD (19,16,!0011) {22,20} {33,26} {25,24}
Użycie tej mikrooperacji powoduje ustawienie bitów od 19 do 16 na wartość 0011 oraz
zapisanie na pozycje 22-20, 33-26 oraz 25-24 odpowiednio pierwszego, drugiego i trzeciego
argumentu. Argumentami wywołania mikrooperacji mogą być liczby zapisane w systemie
dziesiętnym. Przykładowe wywołanie takiej mikrooperacji może mieć postać:
ADD(2,5,0);
W wyniku translacji mikrooperacji powstanie słowo z wpisaną w bity 19-16 wartością 0011,
w bity 22-20 wartością 010, w bity 33-26 wartością 00000101 oraz wartością 00 zapisaną w
bitach 25-24. W wyniku translacji całego pliku mikroprogramu powstanie obraz pamięci ROM
zapisany w pliku wynikowym z rozszerzeniem .mif.
Załóżmy, że operacje.def jest plikiem, w którym zdefiniowane są mikrooperacje,
a program.asm jest plikiem z mikroprogramem.
Translacji dokonuje się mikroasemblerem ELMA uruchamianym poleceniem
java Elma operacje.def program.asm
Obraz pamięci mikroprogramu zapisany zostanie w pliku program.mif.
W każdym rodzaju pliku tekst począwszy od znaku # do końca linii traktowany jest jak
komentarz i niema wpływu na działanie programu ELMA.
3.2. Plik definicyjny .def
Pierwszą linią w pliku .def musi być linia
wordLength=liczba
gdzie liczba określa długość słowa mikrorozkazu. Następnie następuje dowolnie wiele
definicji mikrooperacji. Każda definicja mikrooperacji składa się z identyfikatora mikrooperacji,
jednego lub wielu napisów postaci (x,y,!z) oznaczającego że w bity od x do y należy wpisać
wartość z oraz zero lub więcej wpisów postaci {x,y} określających miejsca, w które należy
wpisać kolejne argumenty.
Dodatkowo można definiować stałe, które mogą być użyte w pliku .asm jako argumenty
wywołania mikrooperacji. Stałe definiujemy w następujący sposób:
:nazwa=wartość
wartość jest liczbą w systemie dziesiętnym.
3.3. Plik mikroprogramu .asm
W pliku .asm, podobnie jak w pliku .def, można zdefiniować stałe w postaci
nazwa=wartość. Mikrorozkaz definiuje się umieszczając w jednym wierszu mikrooperacje,
które mają być złączone, podając w nawiasach argumenty i oddzielając mikrooperacje
średnikiem. Można również definiować etykiety. Poprzez rozpoczęcie wiersza napisem
nazwa: definiujemy etykietę o nazwie nazwa. Użycie etykiety jako argumentu mikrooperacji
powoduje zastąpienie jej wartością adresu mikrorozkazu znajdującego się bezpośrednio za
definicją etykiety.
10/17
Układy mikroprogramowalne
3.4. Przykład pliku definicyjnego
Poniżej przedstawiono pliki z definicjami mikrooperacji dla omawianego układu
mikroprogramowanego.
WordLength = 40 #długość słowa mikrorozkazu
#stałe dla multipleksera JC wyboru warunków skoku
:W_1=1 #skok bezwarunkowy, wejście 1 multipleksera JC
:W_S8=2 #skok gdy S8=1, wejście 2 multipleksera JC
:W_C8=3 #skok gdy C8=1, wejście 3 multipleksera JC
:W_NS8=4 #skok gdy S8=0, wejście 4 multipleksera JC
:W_NC8=5 #skok gdy C8=0, wejście 5 multipleksera JC
:W_NZ=7 #skok gdy Z=0, wejście 7 multipleksera JC
JMPC (0,0,!x) {2,0} {10,3} #mikrorozkaz skoku warunkowego o dwóch
#argumentach (warunek, adres)
JMP (2,0,!001) {10,3} #mikrorozkaz skoku bezwarunkowego (adres)
NXT (2,0,!000) #mikrorozkaz inkrementacji LA
LDCNT (11,11,!1) #załadowanie licznika LP wartością 111
NXT (12,12,!1) #dekrementacja licznika LP
#stałe (numery rejestrów z banku rejestrów BR)
:r0=0
:r1=1
:r2=2
:r3=3
#stałe do wyboru argumentu B dla ALU
:reg=0 #argument pobierany z banku rejestrów BR
:WE1=1 #argument pobierany z WE1
:WE0=2 #argument pobierany z WE0
:imm=3 #argument pobierany z pamięci mikroprogramu ROM
#mikrorozkazy ALU
ADD (19,16,!0011) {22,20} {33,26} {25,24} #dodawanie(nr rejestru, stała
#z mikroprogramu, wybór
#argumentu B)
ADDR (19,16,!0011) (25,24, !00) {22,20} #dodawanie rejestru (nr
#rejestru)
ADDI (19,16,!0011) (25,24, !11) {33,26} #dodanie stałej z
#mikroprogramu
ADDW1 (19,16,!0011) (25,24, !01) #dodanie argumentu z WE1
ADDW0 (19,16,!0011) (25,24, !10) #dodanie argumentu z WE0
SUB (19,16,!0010) {22,20} {32,25} {25,24} #odejmowanie(nr rejestru,
#stała z mikroprogramu, wybór
#argumentu B)
SUBR (19,16,!0010) (25,24, !00) {22,20} #odejmowanie rejestru
SUBI (19,16,!0010) (25,24, !11) {33,26} #odejmowanie stałej
SHL (19,16,!0000) #przesuwanie w lewo
SHR (19,16,!0001) #przesuwanie w prawo
11/17
Układy mikroprogramowane
NOP (19,16,!0100) #operacja pusta
LDA (19,16,!0101) {22,20} {33,26} {25,24} #załadowanie akumulatora
#(nr rejestru, stała z
#mikroprogramu, wybór
#argumentu B)
A2R (23,23,!1) {22,20} #ładowanie rejestru
#zawartością akumulatora
#sterowanie rejestrem znaczników RZN
SIN (0,0,!x) {34,34} #ustawianie bitem s34 wyjść C0 i P0 rejestru
#znaczników podczas operacji przesuwania
CIN (0,0,!x) {34,34} #ustawianie bitem s34 wyjść C0 i P0 rejestru
#znaczników podczas operacji dodawania lub
#odejmowania
SREG (0,0,!x) {35,35} #zapis RZN podczas operacji przesuwania
CREG (0,0,!x) {35,35}` #zapis RZN podczas operacji dodawania
BOR (19,16,!100x) {22,20} {33,26} {25,24} #mikrorozkaz OR z wyborem
#argumentu B
BAND (19,16,!101x) {22,20} {33,26} {25,24} #mikrorozkaz AND z wyborem
#argumentu B
BXOR (19,16,!110x) {22,20} {33,26} {25,24} #mikrorozkaz XOR z wyborem
#argumentu B
DISP (36,36,!1) #mikrorozkaz zapisu RWY
3.5. Przykłady
Program 1
" Poniżej przedstawiono mikroprogram, który zwiększa wartość akumulatora o wartość
odczytaną z WE1 i po każdym dodaniu zapisuje nową wartość w rejestrze wyniku.
Dodawanie powtarzane jest w nieskończoność.
Start:
ADD(0,0,1); DISP(); JMP(Start);
Program 2
" Poniżej przedstawiono mikroprogram, który odczytuje dwie ośmiobitowe liczby z
wejścia WE1 i WE0, umieszcza je w rejestrach 1 i 2, oblicza ich sumę i umieszcza wynik
w rejestrze 3 oraz zapisuje go w rejestrze wyjściowym.
#wczytywanie argumentów do rejestrów r1 i r2
LDA(0,0,WE1);
A2R(r1); NOP();
LDA(0,0,WE0);
A2R(r2); NOP();
ADDR(r1);
12/17
Układy mikroprogramowalne
end:
DISP(); NOP(); JMP(end)
Program 2a
" Powyższy program można uprościć. W tym celu zauważmy, że można jednocześnie
ładować do akumulatora nową wartość i zapisywać wartość bieżącą do rejestru. Wobec
tego instrukcje:
A2R(r1); NOP();
LDA(0,0,WE0);
można zastąpić jedną instrukcją:
A2R(r1); LDA(0,0,WE0);
Program 3
" Mikroprogram mnożenia liczb w NKB
Poniżej przedstawiono listing programu mnożenia dwóch liczb w kodzie NKB.
rd1=1
rd2=2
rcrc=3
LDA(00, 00, WE1); #wczytywanie argumentów do rejestrów r0 i r1
A2R(r0);NOP();
LDA(00, 00, WE0);
A2R(r1);NOP();
LDCNT();NOP(); #zerowanie licznika pętli
LDA(00,0,imm); #zerowanie rejestru r2
A2R(r2);NOP();
SHR(); SIN(0); SREG(0); #zerowanie rejestru znaczników
ADDI(0);
#rozpoczyna się właściwy mikroprogram mnożenia
mulLoop:
LDA(r1,00,reg); #załadowanie r1 do akumulatora
SHR(); SIN(0); SREG(0); #przesuniecie w prawo z uzupełnieniem lewego bitu
#wartością 0
JMPC(W_S8, doAdd);NOP(); #jeśli wysunięty bit (najmłodszy bit r1) był
#ustawiony to skaczemy do doAdd (umieszczony
#tam mikroprogram dodaje do r0 zawartość r2 i
#wraca do etykiety shift).
shift:
LDA(r2,00,reg); #załaduj r2 do akumulatora
JMPC(W_C8,c1);NOP(); #jeśli przy ostatnim dodawaniu było
#przeniesienie to skok do c1,
c0:
SHR(); SIN(0); SREG(0); #przesunięcie akumulatora (w którym jest r2) w
#prawo, uzupełnienie zerem z lewej strony
13/17
Układy mikroprogramowane
JMP(next);NOP(); #skok do etykiety next
c1:
SHR(); SIN(1); SREG(0); #przesunięcie akumulatora (w którym jest r2) w
#prawo, uzupełnienie jedynka z lewej strony
next:
A2R(r2);NOP(); #zapisanie akumulatora (przesuniętego w c1 lub
#c2) do rejestru r2
LDA(r1,00,reg); #załadowanie r2 do akumulatora
SHR(); SIN(00); SREG(1); #przesunięcie r1 w prawo, uzupełnione z lewej
#strony tym co zostało wysunięte z prawej strony
#w poprzednim przesuwaniu
A2R(r1);NOP(); #zapisanie przesuniętego r1 w r1
ADDI(0);CIN(0); CREG(0); #wyczyszczenie znaczników
NXT(); JMPC(W_NZ, mulLoop);NOP(); #jeśli jeszcze nieskończone mnożenie to
#skok do mulLoop
JMP(endLoop);NOP(); #w przeciwnym przypadku do endLoop.
#podprogram dodawania wykorzystywany na początku mullop i tam opisany
doAdd:
LDA(r0,00,reg);
ADDR(r2); CIN(0); CREG(0);
A2R(r2);NOP();
JMP(shift);NOP();
# koniec mnożenia
endLoop:
#wyświetlenie r1 na zewnętrznym wyświetlaczu w nieskończonej pętli
LDA(r1,00,reg);
DISP();NOP();
LDA(r2,00,reg);
JMP(endLoop);NOP();
14/17
Układy mikroprogramowalne
5. Zestaw laboratoryjny
Zestaw laboratoryjny przedstawiony na Rysunku 4, składa się z dwóch podstawowych
modułów SML3: modułu FPGA i moduł wyświetlacza LCD (opisanych poniżej), pozostałe
moduły (używane przez mikroprogram mnożenia) służą do ustawiania argumentów
i wyświetlania wyniku.
Rysunek 4. Zestaw laboratoryjny z pakietem FPGA
5.1 Moduł FGPA
Moduł z układem FPGA zawiera:
układ FPGA EP1k30,
programator ByteBlasterMV ze złączem portu równoległego,
oscylator,
gniazdo BNC,
9 gniazd w standardzie systemu SML3 (SV1- SV9),
16 diod LED,
4 przyciski (BT1-BT4),
3 przełączniki (SW1-SW3).
Rysunek 5. Pakiet z układem FPGA
15/17
Układy mikroprogramowane
Gniazda SV1 do SV7 są gniazdami uniwersalnymi. Podczas ćwiczenia z mikro-
programowania ich wykorzystanie jest następujące:
SV1  złącze dla wejścia WE1,
SV2  złącze dla wejścia WE0,
SV3  złącze wyjściowe WY,
SV4  sterowanie wyświetlaczem LCD (wyjście),
SV5  SV8 nieużywane,
SV9  zasilacz.
Zwory dostępne na pakiecie powinny mieć następujące ustawienie:
" OSC zwarte z CLK1 (ustawione w pozycji górnej),
" BNC zwarte z CLK2 (ustawione w pozycji dolnej),
" Vosc zwarte z +5V (ustawione w pozycji prawej),
" zwora 2.5V  zwarta (jeśli nie jest zwarta należy obowiązkowo zgłosić to prowadzącemu
ćwiczenie).
Przełączniki na pakiecie są następujące:
" SW1  praca krokowa (1-góra) / ciągła (0-dół),
" BT1  reset.
" BT2  jeden krok podczas pracy krokowej,
Przełączniki SW2, SW3 oraz BT3 i BT4 są nieużywane.
Diody sygnalizacyjne
Dla ułatwienia uruchamiania i śledzenia pracy układu mikroprogramowanego na płytce
umieszczono 16 diod LED. Pozwala to obserwować na nich stan niektórych linii układu
(pozostałe informacje wyświetlane są na module wyświetlacza LCD) przy czym diody LED*B
(dolny rząd) prezentują stan obecny układu, LED*A (górny rząd) stan z poprzedniego cyklu.
Sygnał wyświetlane na diodach LED:
" LED8  wartość P0,
" LED7  wartość P8
" LED6  wartość C0,
" LED5  wartość C8,
" LED4  wartość wybranego warunku skoku (wejście LD licznika adresowego LA),
" LED3  linia S23  zapisanie wartości akumulatora do rejestru,
" LED2, LED1  wartość 1.
5.2 Moduł wyświetlacza LCD
Dwuwierszowy wyświetlacz LCD 2x16 wraz z ze sterownikiem ułatwia śledzenie pracy
układu mikroprogramowanego. Dzięki niemu można zaprezentować stan układu w chwili
bieżącej (wiersz dolny), jak również stan poprzedni (wiersz górny). W połączeniu z możliwością
pracy krokowej umożliwia to dokładną obserwację działania układu. Jest to szczególnie cenne,
gdy układ nie działa w zamierzony sposób. W oparciu o znajomość stanu poprzedniego można
wtedy stosunkowo prosto wyjaśnić przyczynę takiego zachowaniu układu.
Wyświetlacz LCD prezentuje stan układu z bieżącego i poprzedniego cyklu zegarowego
(Rysunek 7). W jednym wierszu wyświetlacza LCD prezentowane są następujące wielkości
(począwszy od lewej strony):
- wartość wyjścia licznika adresowania LA (2 znaki)
- bity S9..S3 (wartość adresu skoku) (2 znaki)
- wartość akumulatora (2 znaki)
16/17
Układy mikroprogramowalne
- wartość wejścia B ALU (2 znaki)
- bity S19 do S13 (operacja wykonywana przez ALU) (1 cyfra)
- wartość bitów S2 do S0 (wybór warunku skoku) (1cyfra)
- wartość bitów S22 do S20 (wybór rejestru) (1 cyfra).
Wartość licznika Adres Wartość Wejście B Operacja wykonywana
adresu skoku akumulatora ALU przez ALU
Adres rejestru
Warunek skoku
Rysunek 7. Opis pozycji wyświetlacza
Wszystkie wartości prezentowane są w systemie szesnastkowym.
17/17