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TEC-2000 Virtual Machine 使用手册

TEC-2000 Virtual Machine 使用手册. 南京大学计算机科学与技术系 程序设计：李振华 李秦霖 界面制作：袁瑞峰. 开发背景. 大三上学期，我们做计算机组成原理实验，使用的机器是 TEC-2000 单片机（清华大学设计，清华同方制造）。它使用标准芯片，硬件设施比较完备，适合教学和实验。 在此基础上，我们设计并开发了 TEC-2000 虚拟机软件。一方面，它实现了一台虚拟机，运行虚拟机可以取得和原来单片机实际运行一样的效果；另一方面，虚拟机可以通过串口与真实单片机进行通信，与两台单片机通信过程一致。

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TEC-2000 Virtual Machine 使用手册

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Presentation Transcript

  1. TEC-2000 Virtual Machine使用手册 南京大学计算机科学与技术系 程序设计：李振华 李秦霖 界面制作：袁瑞峰

  2. 开发背景 • 大三上学期，我们做计算机组成原理实验，使用的机器是TEC-2000单片机（清华大学设计，清华同方制造）。它使用标准芯片，硬件设施比较完备，适合教学和实验。 • 在此基础上，我们设计并开发了TEC-2000虚拟机软件。一方面，它实现了一台虚拟机，运行虚拟机可以取得和原来单片机实际运行一样的效果；另一方面，虚拟机可以通过串口与真实单片机进行通信，与两台单片机通信过程一致。 • 同时，虚拟机增添了许多原来单片机所没有的功能，给实验编码、运行、调试和观察带来很大的方便。 • 请注意将TVM（TEC-2000 Virtual Machine）文件夹放在C盘（或D盘）根目录下。

  3. 运行程序 • 本软件不需要安装，双击TVM文件夹下的TEC Pro.exe即可运行。

  4. 功能概要 • 1.支持A，G，R，D，E，U，T，P等命令； • 2.可读入.ASM汇编文件或者.COD二进制文件执行； • 3.可选择不同的运行方式（全速，单指令，单微指令，暂停） • 4.支持中断实验（三级中断源），可以设定中断向量； • 5.支持指令集与微指令集的动态扩充； • 6.控件动态显示所有重要信号与数据状态（部分控件可点击）；

  5. 使用流程（1） • 1.首先点击“连接”按钮，选择“与TEC2000通信”或者“使用虚拟机模拟”； • 2.若使用虚拟机模拟，则点击“全速运行”按钮，进入正常工作方式； • 3.为详细了解虚拟机工作情况,建议点击“暂停”,然后单指令或单微指令运行； • 4.若要读入文件，点击“打开文件”按钮，文件格式将自动转换，如要执行文件，再点击“传送”按钮，则文件写入内存，可以执行；

  6. 使用流程（2） • 5.中断实验，请点击“中断向量设定”按钮以设定中断向量基址，并且编好中断程序写入内存，按钮“1”“2”“3”代表三级中断源； • 6.虚拟机可以执行所有的基本指令和部分扩展指令，如果要扩充指令集或者微指令集，选择“TEC Pro控制”菜单下的“微指令扩充...”菜单，注意：只有在微程序模拟的情况下才可以扩充，同时，扩充微指令前请务必仔细设计，否则虚拟机将不能正常工作。

  7. 虚拟机启动

  8. 模式1：联接TEC-2000单片机

  9. 模式2：使用TEC-2000虚拟机（组合逻辑控制方式）模式2：使用TEC-2000虚拟机（组合逻辑控制方式）

  10. 模式3：使用TEC-2000虚拟机（微程序控制方式）

  11. 虚拟机工作结束

  12. 按钮栏

  13. 菜单栏（按钮栏没有的功能） • 文件菜单下的“汇编”菜单。 • 汇编：用于将汇编.ASM文件转成机器码.COD和列表文件.LST（可选），会弹出DOS窗口，一般敲两次回车即可，用户也可以另外命名。 • 虚拟机控制菜单下的“微指令扩充”菜单。 • 微指令扩充：由用户定义新的微指令，在合理的情况下，新的微指令将加入到虚拟机的指令系统中。

  14. PCEC工作面板（接受基本命令和基本指令）

  15. ASEC工作面板（接受汇编扩展指令）

  16. 命令输入及参考帮助

  17. 虚拟机工作全图

  18. 微程序工作图

  19. 微程序定序器（内部图）

  20. 组合逻辑工作图

  21. 运算器（内部图）

  22. 串口COM1和COM2

  23. 内存（内部图）

  24. TEC-2000基本命令集 • A [adr]； 从指定（或默认）地址adr开始写一小段汇编程序 • U [adr]； 从指定（或默认）地址adr开始反汇编一小段程序 • D [adr]； 从指定（或默认）地址adr开始显示内存120个存储字的内容 • E [adr]； 从指定（或默认）地址adr开始修改存储器内容 • G [adr]； 从指定（或默认）地址adr开始运行程序 • R [reg]； 显示/修改寄存器reg的内容 • T [adr]； 从指定（或默认）地址adr开始单条执行程序指令

  25. TEC-2000指令集（1） • DI； 关中断，置中断允许位INTE=0 • DW adr； 写地址为adr的内存 • EI； 开中断，置中断允许位INTE=1 • IN i/o port； 从外设I/O PORT端口读入数据到R0 • JR OFFSET； 无条件跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

  26. TEC-2000指令集（2） • OR DR，SR； 将DR和SR做或运算的结果写入DR • ADC DR，SR； 将DR+SR+C的值写入DR • ADD DR，SR； 将DR+SR的值写入DR • AND DR，SR； 将DR和SR做与运算的结果写入DR • ASR DR； DR算术右移，最高为保持不变，最低位移入C • CLC； 清进位标志位C=0

  27. TEC-2000指令集（3） • CMP DR，SR; 用DR减去SR • DEC DR； 将DR-1的值写入DR • INC DR； 将DR+1的值写入DR • JRC OFFSET； 当C=1时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET • JRS OFFSET； 当S=1时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET • JRZ OFFSET； 当Z=1时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

  28. TEC-2000指令集（4） • NOT DR； 将DR求反后的值写入DR • OUT I/O PORT； 将R0中的数据写入外设I/O PORT端口 • RCL DR； DR与C循环左移，C移入最低位，最高位移入C • RCR DR； DR与C循环右移，C移入最高位，最低位移入C • RET； 子程序返回

  29. TEC-2000指令集（5） • SBB DR，SR； 将DR-SR-C的值写入DR • SHL DR； DR逻辑左移，最低位补0，最高位移入C • SHR DR； DR逻辑右移，最高位补0，最低位移入C • STC； 置进位标志位C=1 • SUB DR，SR； 将DR-SR的值写入DR

  30. TEC-2000指令集（6） • POP DR； 弹出栈顶数据送DR • XOR DR，SR； 将DR和SR做异或运算的结果写入DR • CALA ADR； 调用首地址在ADR的子程序 • CALR SR； 调用SR指向的子程序 • IRET； 中断返回

  31. TEC-2000指令集（7） • JMPA ADR； 无条件跳转到地址ADR • JMPR SR； 无条件跳转到SR指向的地址 • JRNC OFFSET； 当C=0时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET • JRNS OFFSET； 当S=0时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET • JRNZ OFFSET； 当Z=0时，跳转到ADR，ADR=原PC值+OFFSET

  32. TEC-2000指令集（8） • LDRA DR，[ADR]；将ADR所指向的内存中的内容写入DR • LDRR DR，[SR]； 将SR里地址所指向的内存中的内容写入DR • LDRX DR，OFFSET[SR]；将OFFSET+SR所指向的内存中内容写入DR • MVRD DR，DATA； 将DATA写入DR • MVRR DR，SR； 将SR的值写入DR

  33. TEC-2000指令集（9） • POPF； 弹出栈顶数据送状态标志寄存器 • PSHF； 状态标志（C、Z、V、S、P1、P0）入栈 • PUSH SR； SR入栈 • STRA [ADR]，SR；将SR的值写入ADR所指向的内存中 • STRR [DR]，SR；将SR的值写入DR里地址所指向的内存中 • STRX DR,OFFSET[SR]；将DR的值写入OFFSET+SR所指向的内存中 • TEST DR，SR； DR和SR做与运算

  34. 运行方式 • 在联机模式下，只能全速运行； • 在虚拟机模式下，可以全速运行，也可以暂停； • 虚拟机选用组合逻辑控制时，可以单指令运行，方便指令调试； • 虚拟机选用微程序控制时，可以单微指令运行，方便指令和微指令调试；

  35. 调试（单指令） • 在虚拟机使用组合逻辑控制方式下，可以单指令运行以进行调试； • 各总线数据、串口数据、寄存器R0、PC、SP中数据可以从图中直接读出，点击运算器ALU可以详细查看运算器中每一个信号和寄存器的状态，点击内存将显示整个内存中各内存单元保存的数据；

  36. 调试（单微指令） • 在虚拟机使用微指令控制方式下，可以单微指令运行以进行调试； • 各总线数据、串口数据、寄存器R0、PC、SP中数据可以从图中直接读出，点击运算器ALU可以详细查看运算器中每一个信号和寄存器的状态，点击内存将显示整个内存中各内存单元保存的数据； • 点击微程序定序器AM2910可以查看微程序中所有控制信号和状态位；

  37. 保存文件 • 虚拟机所能识别的文件格式有.ASM（汇编）、.COD（16位机器码）、.LST（列表文件） • 列表文件只在汇编时才可能生成（可选，用户指定）。 • 建议文件保存在TVM文件夹根目录下。

  38. 打开文件 • 若打开.ASM汇编文件，虚拟机自动切换到ASEC编辑面板，在这里可以对汇编文件进行编辑； • 若打开.COD机器码文件，虚拟机同样将自动切换到ASEC编辑面板，同时将机器码自动转换为.ASM汇编文件显示以方便阅读。 • .LST文件是作为列表文件使用的，所以不能打开。

  39. 机器码传送 • 若当前打开的是.ASM汇编文件，请先点击文件菜单中的“汇编”将它转成.COD机器码；然后点击“传送”将机器码写入内存； • 若当前打开的是.COD文件，虚拟机直接将文件中的机器码写入内存； • 注意：只有文件的机器码写入内存才能执行，否则文件仅处于编辑状态。

  40. 中断向量设定

  41. 三级中断 • 虚拟机支持中断实验。 • 中断实验前请先设计好中断程序，建议用汇编扩展指令写。如程序中所设中断向量与虚拟机实际中断向量不符，请设定中断向量使两者一致； • 三级中断优先级逐次升高，3级最高，不能被屏蔽；1级最低，可以被高级的屏蔽。

  42. 版本、制作组、功能和使用说明 • 版本：TEC-2000 Virtual Machine 1.0 • 制作组： 程序设计：李振华 李秦霖 界面制作：袁瑞峰 • 功能和使用说明见PPT4、5、6，也可以运行虚拟机后点击按钮栏最后一个按钮。

  43. 微指令扩充界面

  44. 微指令扩充说明 • 微指令是控制器的核心部分，所以扩充之前请务必仔细设计，否则可能破坏虚拟机指令系统； • 按照上图所示格式进行微指令编码，各种编码在下拉列表中都显示出了它的功能，请仔细参照这些功能说明进行编码； • 可以查看已经编好的微指令，若确定无误，点击右下方“确定”按钮，若发现错误，点击“删除”按钮。

  45. 工作例程1：A命令 功能：简单的A命令程序，顺次输出字符0－9。 >A 2000H • 2000: MVRD R0,30 • 2002: MVRD R1,0A • 2004: OUT 80 • 2005: INC R0 • 2006: DEC R1 • 2007: JRNZ 2004 • 2008: RET

  46. 工作例程1：运行结果 • >G 2000 • 0123456789 //运行结果输出 • R0=003A R1=0000 R2=0000 R3=0000 SP=2780 PC=2000 R6=0000 R7=0000 R8=0000 • R9=0000 R10=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=2612 R15=0000 F=11000000

  47. 工作例程2：读入汇编程序 功能：汇编程序，与例程1功能相同，顺次输出字符 0－9。 • ORG 2000H • MVRD R0,0030H • MVRD R1,000AH • L:OUT 80H • INC R0 • DEC R1 • JRNZ L • RET • END

  48. 工作例程2：汇编程序码转机器码并送入内存 • 上述汇编.ASM文件的机器码：(16进制) • 0100 2009 0088 0000 • 3088 1000 0A86 8009 • 0008 1047 FC8F 00 • 点击“传送”按钮将上述机器码写入内存（2000H地址开始）。

  49. 工作例程2：运行结果 • >G 2000 • 0123456789 • R0=003A R1=0000 R2=0000 R3=0000 SP=2780 PC=2000 R6=0000 R7=0000 R8=0000 • R9=0000 R10=0000 R11=0000 R12=0000 R13=0000 R14=2612 R15=0000 F=11000000

  50. 工作例程3：中断实验 • 主程序不断输出字符0，此时可以点击三级中断按钮，若进入1级中断则不断输出1，进入2级中断则不断输出2，进入3级中断则不断输出3。进入i级中断处理时，只有键入对应数字键才能退出该级中断处理。 • 代码： • ORG 2000H • MVRD R1,0030H • MVRD R2,0031H • MVRD R3,0032H • MVRD R6,0033H • MVRD R7,00FFH

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