适应实时多任务的微控制器高效指令支持(2)

位信息是二进制中最基本的数据。控制系统中，经常需要检测位信息，例如进程的标识、外设的状态等。在多任务系统中，各进程将占用不同物理地址的系统资源。这时，指令能否支持间址的位访问，就大大影响进程之间的切换。如果不支持间址的位访问，假设有8位信息点，则必须编写8句直接位检测的语句来判别，增加了代码的长度；如果各进程要使用同一个代码段，必须为各进程置换重用的资源，浪费时间；而如果各进程使用不同的资源，则必须书写代码功能相同、仅仅资源不同的代码。现在常用的微控制器，位间接寻址能力都比较差，编写程序费时费力，代码冗长，修改困难。

对于字节数据，要求提供既可对数据代码区，又可对程序代码区的间址访问支持。当前常见的微控制器，虽然也提供对程序代码区的间址访问支持，但限于查表操作。应用程序要访问存放于数据内的常数，必须先调用查表程序获取对象，再将它放入某个工作单元，然后才能开始处理。如果能通过间址直接访问程序存储器中的数据表，则节省了时间与空间的开销。

（2）数据描述能力

随着人工智能、自适应、自学习技术的发展，参与关系运算的两个对象经常都是变量，微控制器指令系统的设计必须考虑这一因素。

关系运算的两个对象，应该支持运算器与立即数、寄存器、直接寻址或者间接寻址对象的关系运算；而间接寻址对象可以放在数据存储区中，也可以在程序存储区中。考虑到数组、队列的运算需要，比较理想的是间址寄存器支持指定次数循环或者支持循环队列操作。

相对寻址能力；采用一个基指针，再与间址寄存器叠加形成访问地址。既可访问程序代码空间。便于查表操作，用空间资源换取时间，提高非线性运算的处理速度；又可访问数据存储空间，便于计算机辅助开发应用程序生成运行代码中数据间址访问。

3.原子操作指令支持

同步与互斥是多进程必须处理的问题。多进程抢占系统资源时，要先判断系统资源使用标识。一般用一个位标识，是空闲则占用。这是一种互斥行为，一旦资源被占用，其它进程不得使用。为了避免一个进程检测到系统资源空闲之后，但在未改变标识位之间，另一个进程也检测到该资源空闲，必须将检测与改变标识设计为原子操作。一般，都通过禁止系统中断来解决。在检测之前关闭中断，检测之后再开启中断。如果指令提供对标志位以及对标识字节的原子操作支持，将减少程序并提高效率。

（1）标识位操作指令

要求对标识位的检测、清除标识位以及转移，在一条指令内完成。这在有些微控制器中已有指令支持。

（2）适应信号灯操作的指令

多进程并发运行时，经常用到信号灯技术。为了适应PV操作等同步与互斥操作，微控制器应提供减一等于某值转移，以及增一等于某值转移这样的指令支持。这样就可免去信号监测前后的关闭、开启中断操作，而仅在需要保护临界区时才关闭中断。禁止中断的时间减少了，相当于系统响应实时事件的能力