Motorola M68000 Family ...

Motorola M68000 Family Programmer's Reference Manual 1992r, ŁĄCZNOŚĆ

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MOTOROLA
M68000 FAMILY
Programmer’s Reference Manual
(Includes CPU32 Instructions)
Ó
MOTOROLA INC., 1992
TABLE OF CONTENTS
Paragraph
Number
Page
Number
Title
Section 1
Introduction
1.1
Integer Unit User Programming Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.1.1
Data Registers (D7 – D0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.1.2
Address Registers (A7 – A0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.1.3
Program Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
1.1.4
Condition Code Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
1.2
Floating-Point Unit User Programming Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.2.1
Floating-Point Data Registers (FP7 – FP0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
1.2.2
Floating-Point Control Register (FPCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.2.2.1
Exception Enable Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.2.2.2
Mode Control Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.2.3
Floating-Point Status Register (FPSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.2.3.1
Floating-Point Condition Code Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.2.3.2
Quotient Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
1.2.3.3
Exception Status Byte.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
1.2.3.4
Accrued Exception Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
1.2.4
Floating-Point Instruction Address Register (FPIAR) . . . . . . . . . . . . . 1-8
1.3
Supervisor Programming Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8
1.3.1
Address Register 7 (A7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
1.3.2
Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
1.3.3
Vector Base Register (VBR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
1.3.4
Alternate Function Code Registers (SFC and DFC) . . . . . . . . . . . . . 1-11
1.3.5
Acu Status Register (MC68EC030 only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
1.3.6
Transparent Translation/access Control Registers . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.6.1
Transparent Translation/access Control Register Fields for the
M68030. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.6.2
Transparent Translation/access Control Register Fields for the
M68040. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-13
1.4
Integer Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-14
1.5
Floating-Point Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
1.5.1
Packed Decimal Real Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
1.5.2
Binary Floating-Point Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-16
1.6
Floating-Point Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-17
1.6.1
Normalized Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-18
1.6.2
Denormalized Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-18
1.6.3
Zeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
1.6.4
Infinities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
1.6.5
Not-A-Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
1.6.6
Data Format and Type Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-20
1.7
Organization of Data in Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-25
1.7.1
Organization of Integer Data Formats in Registers . . . . . . . . . . . . . . 1-25
MOTOROLA
M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL
iii
TABLE OF CONTENTS
(
Continued
)
Paragraph
Number
Page
Number
Title
1.7.2
Organization of Integer Data Formats in Memory . . . . . . . . . . . . . . . 1-27
1.7.3
Organization of Fpu Data Formats in Registers and Memory . . . . . . 1-30
Section 2
Addressing Capabilities
2.1
Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.2
Effective Addressing Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.2.1
Data Register Direct Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.2.2
Address Register Direct Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.2.3
Address Register Indirect Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
2.2.4
Address Register Indirect with Postincrement Mode. . . . . . . . . . . . . . 2-6
2.2.5
Address Register Indirect with Predecrement Mode . . . . . . . . . . . . . . 2-7
2.2.6
Address Register Indirect with Displacement Mode . . . . . . . . . . . . . . 2-8
2.2.7
Address Register Indirect with Index (8-Bit Displacement) Mode . . . . 2-9
2.2.8
Address Register Indirect with Index (Base Displacement) Mode. . . 2-10
2.2.9
Memory Indirect Postindexed Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-11
2.2.10
Memory Indirect Preindexed Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12
2.2.11
Program Counter Indirect with Displacement Mode . . . . . . . . . . . . . 2-13
2.2.12
Program Counter Indirect with Index (8-Bit Displacement) Mode . . . 2-14
2.2.13
Program Counter Indirect with Index (Base Displacement) Mode. . . 2-15
2.2.14
Program Counter Memory Indirect Postindexed Mode . . . . . . . . . . . 2-16
2.2.15
Program Counter Memory Indirect Preindexed Mode . . . . . . . . . . . . 2-17
2.2.16
Absolute Short Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-18
2.2.17
Absolute Long Addressing Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-18
2.2.18
Immediate Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19
2.3
Effective Addressing Mode Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19
2.4
Brief Extension Word Format Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21
2.5
Full Extension Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-22
2.5.1
No Memory Indirect Action Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-24
2.5.2
Memory Indirect Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25
2.5.2.1
Memory Indirect with Preindex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25
2.5.2.2
Memory Indirect with Postindex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-26
2.5.2.3
Memory Indirect with Index Suppressed.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27
2.6
Other Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28
2.6.1
System Stack. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28
2.6.2
Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-29
Section 3
Instruction Set Summary
3.1
Instruction Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
3.1.1
Data Movement Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
3.1.2
Integer Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6
iv
M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL
MOTOROLA
TABLE OF CONTENTS
(
Continued
)
Paragraph
Number
Page
Number
Title
3.1.3
Logical Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
3.1.4
Shift and Rotate Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
3.1.5
Bit Manipulation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10
3.1.6
Bit Field Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10
3.1.7
Binary-Coded Decimal Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-11
3.1.8
Program Control Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-11
3.1.9
System Control Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12
3.1.10
Cache Control Instructions (MC68040) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14
3.1.11
Multiprocessor Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14
3.1.12
Memory Management Unit (MMU) Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15
3.1.13
Floating-Point Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15
3.2
Integer Unit Condition Code Computation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-17
3.3
Instruction Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
3.3.1
Using the Cas and Cas2 Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
3.3.2
Using the Moves Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
3.3.3
Nested Subroutine Calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
3.3.4
Bit Field Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
3.3.5
Pipeline Synchronization with the Nop Instruction. . . . . . . . . . . . . . . 3-21
3.4
Floating-Point Instruction Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-21
3.5
Floating-Point Computational Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-23
3.5.1
Intermediate Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-24
3.5.2
Rounding the Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-25
3.6
Floating-Point Postprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-27
3.6.1
Underflow, Round, Overflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28
3.6.2
Conditional Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28
3.7
Instruction Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-32
Section 4
Integer Instructions
Section 5
Floating Point Instructions
Section 6
Supervisor (Privileged) Instructions
Section 7
CPU32 Instructions
Section 8
Instruction Format Summary
8.1
Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-1
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