[发明专利]一种4位RISC微控制器

权利要求书

1.一种4位RISC微控制器，包括控制模块、程序存储器、寄存器文件、复位模块、时钟模块和至少一个外围功能模块，其特征在于，

该控制模块包括指令寄存器，指令译码器，堆栈，算术逻辑单元ALU，和程序计数器，其采用二级两相流水线架构；

程序存储器用于存储单周期指令和双周期指令，每个单周期指令在执行指令的同时取出下一条指令，每个双周期指令的第一指令周期在执行指令的同时取出下一条指令，其第二指令周期在执行指令的同时重新取指令，每个指令周期分为第一相和第二相，

在所述第一相，控制模块完成堆栈入栈、程序存储器读取、寄存器读取、指令译码和ALU运算操作，

在所述第二相，控制模块完成堆栈弹出、指令寄存器锁存、寄存器写入、程序计数器改写操作。

2.如权利要求1所述的4位RISC微控制器，其特征在于，该微控制器结构包括具有49条指令的一套精简指令集，所述指令译码器输出的信号包括：

寄存器操作类指令，指令译码器输出寄存器地址信息和读写操作信号给寄存器文件，输出运算控制信号给算术逻辑单元；

立即数指令，指令译码器输出立即数和运算控制信号给算术逻辑单元；

程序转移类指令和中断，指令译码器输出程序地址信息和跳转控制信号给程序计数器，输出堆栈控制信号给堆栈，输出中断控制信号给中断处理器；

控制类指令，指令译码器输出各种控制信号到功能模块或相应的外围功能模块；

外围功能模块控制指令，指令译码器输出外围功能模块控制指令用于控制和检测语音模块的工作。

3.如权利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包括19条算术逻辑指令，对ALU和寄存器文件中的数据进行加、减、与、或、异或、取反、加1和/或减1的算术逻辑运算，运算结果保存在ALU或者存回寄存器文件。

4.如权利要求3所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述19条算数逻辑指令包括9条结果仅存放在ALU的算术逻辑指令和10条运算结果不仅存放在ALU还存回寄存器文件的指令。

5.如权利要求3所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述算术逻辑指令包含4条带进位加、减指令。

6.如权利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包括2条数据传输类指令，用于把寄存器文件的数据传输给ALU或把ALU的数据传输给寄存器文件。

7.如权利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包括7条立即数指令，用于把立即数传输给ALU或者把立即数与ALU数据进行加、减、与、或、异或，结果存放在ALU。

8.如权利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包含2条十进制调整指令，把加、减运算后存放在ALU中的二进制数据调整成十进制数据，结果存放在ALU。

9.如权利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包含2条带进位移位指令，把ALU和进位寄存器进行循环左移或循环右移。

10.如权利要求2所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述指令集包含12条程序转移指令，通过改变程序计数器的值来控制程序的转移。

11.如权利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序转移指令包含1条程序调用指令CALL，用来调用子程序。

12.如权利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序转移指令包含1条无条件跳转指令JUMP，用来使程序无条件跳转到目标地址。

13.如权利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序转移指令包含4条条件跳转指令JZ、JNZ、JC和JNC，通过判断ALU是否为零或者进位标志是否为1作为条件，条件成立时使程序跳转到目标地址，不成立时执行下一条指令。

14.如权利要求10所述的4位RISC微控制器，其特征在于，所述程序转移指令包含2条条件跳过指令SKZ和SKNZ，通过判断ALU某一位是否为零作为条件，条件成立时使程序跳过下一条指令，不成立时执行下一条指令。