英飞凌Aurix2G TC3XX 芯片内核详解(四)——TriCore指令集系统
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发布时间：2024-12-30 13:02
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时间：2024-12-30 14:51
本文主要介绍英飞凌Aurix2G TC3XX系列芯片内核指令集系统，及相关代码演示。指令集系统是一种用于计算机或其他数字处理器的体系结构，它规定了处理器能够执行的指令集合，包括操作码、操作数和指令格式等。不同的处理器架构，如x86、ARM、MIPS等，都有自己的指令集系统，这些系统决定了处理器如何执行各种操作，从简单的加法和乘法到复杂的条件分支和内存访问。指令集系统的设计直接影响了处理器的性能、功耗和软件兼容性。
在CPU中，用来存放操作数的存储单元主要有三种：堆栈、累加器、通用寄存器组。据此，可以把指令集系统的结构分为堆栈型结构、累加器型结构和通用寄存器型结构。早期的大多数计算机采用堆栈型结构或累加器型结构的指令系统，但自1980年以后，大多数计算机都采用了通用寄存器型结构，因为这种结构在灵活性和提高性能方面有明显的优势。
通用寄存器型结构中，操作数可以来自存储器，也可以来自寄存器。根据操作数的来源不同，可以进一步分类为寄存器-存储器结构（RM结构）和寄存器-寄存器结构（RR结构）。RM结构的操作数可以来自存储器或通用寄存器组，而RR结构的操作数全部来自通用寄存器组，只通过load和store指令访问寄存器。RR结构因其简洁性和源操作数的对称性而备受青睐，并且对于实现指令流水也更方便。
TriCore指令集属于通用寄存器型结构中的寄存器-寄存器结构，除了load和store指令以外，其余指令的操作数都来自通用寄存器组。本文介绍的TriCore内核是Aurix TC3XX系列中使用的TriCore™ TC1.6.2版本的内核架构。由于篇幅原因，无法讲解所有指令，但通过本文的介绍，读者能够较好地掌握TriCore指令系统的结构和使用，然后就可以自行利用内核手册进行查阅和学习。
TriCore™是一种统一的、32位的微控制器-DSP，针对实时嵌入式系统进行了优化的单核架构。这里的单核架构不是指芯片只有一个核，而是指其不具有多核的异构耦合设计，每个核都是、同构存在的。TriCore指令集支持32位指令和16位指令，支持嵌入式常用的微控制器系列处理指令，也支持一些DSP数据处理指令。
指令语法由指令和操作数组成，操作数可以是立即数、寄存器或内存。一条指令包括基础操作符、操作修饰符、操作数修饰符和操作数组成。操作修饰符用于控制指令的执行方式，而操作数修饰符则用于指定操作数的类型和来源。TriCore指令集的操作修饰符和操作数修饰符各有其特点，支持的指令类型包括Load/Store指令、算术运算指令、逻辑运算指令、移位指令、打包计算、比较指令、地址指令、跳转指令、上下文相关指令和系统相关指令等。
下面分类介绍TriCore指令集中的指令，同时包括部分操作修饰符和操作数修饰符的介绍。Load/Store指令是唯一两条能够访问内存的指令，其余指令都是基于寄存器进行操作的。算术运算指令包括MOVE、加减乘除、绝对值、逻辑运算、移位等，还包括计算非零bit位等。算术运算符有一种Saturation运算，操作修饰符为S，即饱和运算，意思是说当运算结果超出内存大小，结果是当前内存的最大值。算术运算指令还包括MOV、ADD、SUB、MUL、DIV、ABS、MIN、MAX、CADD、CSUB、SEL、AND、OR、XOR、CLO、CLZ、CLS、SH、SHA、SHAS、EXTR和INSERT指令等。
对于包装计算，TriCore的算术运算符还有一种打包运算方法，对于一个32位数据，可以按照字节或者半字分别计算，结果分别存放到指定位置。比较指令用于条件指令的操作修饰符，如分支跳转等。地址指令用于计算地址，而跳转指令用于程序流程控制。上下文相关指令包括中断、Trap、CALL、RET指令等，以及提供专有的上下文操作指令。系统相关指令包括System Call、指令和程序屏障、开关中断等功能。系统调用指令（SYSCAL）通过Trap6实现，数据/指令屏障指令（DYSNC/ISYNC）确保数据和指令的正确执行顺序。核特殊功能寄存器指令（MFCR/MTCR）用于读取和修改CSFR中的内容，中断开关指令（ENABLE/DISABLE）用于控制中断使能，以及Trap指令用于用户软件触发Trap。
最后，通过一段C语言示例，展示了TriCore指令集的调用和计算框架。示例代码通过辗转相除法求两个数的最大公约数，数据源和结果都使用全局变量，并通过Load/Store指令进行操作。代码通过函数调用展示了TriCore指令集的使用方式，包括函数调用、循环计算、条件跳转和返回操作等。
