1.2.2 MSP430G2553中央處理器

中央處理器（CPU）是單片機的核心，實現(xiàn)了運算器和控制器的功能，其性能直接決定著單片機的處理能力。MSP430G2553單片機的CPU結(jié)構(gòu)與通用單片機基本相同，其CPU具有一個對應(yīng)用高度透明的16位精簡指令集（RISC）架構(gòu)，主要包括1個16位的算術(shù)邏輯運算單元（ALU）、16個寄存器、1個指令單元。所有的操作（程序流指令除外）均作為寄存器操作與用于源操作數(shù)的7種尋址模式和用于目的操作數(shù)的4種尋址模式一起執(zhí)行，這使得其運算能力很強，整體功耗卻極低。圖1-3是MSP430G2553單片機的CPU結(jié)構(gòu)。

1.CPU的特性

MSP430G2553單片機的主要特性如下。

1）具有27條指令和7個尋址模式的RISC。

2）有可使用每個尋址模式的每條指令的正交架構(gòu)。

3）包括程序計數(shù)器、狀態(tài)寄存器和棧指針的完全寄存器訪問。

4）可實現(xiàn)單周期寄存器運行。

5）大尺寸16位寄存器文件，減少了到存儲器的取指令。

6）16位地址總線可實現(xiàn)直接訪問整個存儲器范圍上的分支。

7）16位數(shù)據(jù)總線可實現(xiàn)對字寬自變量的操作。

8）常量發(fā)生器提供最多六個立即值并減少了代碼尺寸。

9）無須中間寄存器保持的直接存儲器到存儲器傳輸。

10）字和字節(jié)尋址與指令格式。

2.寄存器

MSP430G2553單片機CPU集成了16個寄存器：R0～R15，其中R0～R3專門用作程序計數(shù)器（PC）、棧指針（SP）、狀態(tài)寄存器（SR）和常數(shù)發(fā)生器（CG1和CG2），其余的寄存器R4～R15為通用寄存器。

（1）程序計數(shù)器

16位程序計數(shù)器指向?qū)⒈粓?zhí)行的下一條指令。每個指令使用偶數(shù)數(shù)量的字節(jié)（2字節(jié)、4字節(jié)或6字節(jié)），并且PC相應(yīng)遞增。64KB地址空間內(nèi)的指令訪問在字邊界上執(zhí)行，并且PC與偶數(shù)地址對齊。可用所有指令和尋址模式對PC尋址。

（2）棧指針

棧指針被CPU用來存儲子例程調(diào)用和中斷的返回地址。它使用先遞減、后遞增的機制。此外，SP可由軟件用所有指令和尋址模式來使用。SP由用戶初始化入RAM，并且與偶數(shù)地址對齊，如圖1-4所示。

例如：

利用PUSH和POP指令將棧指針SP指向入棧和出棧數(shù)據(jù)的順序，如圖1-5所示。

（3）狀態(tài)寄存器

狀態(tài)寄存器在程序設(shè)計中有著重要意義，它反映了程序執(zhí)行時控制器的當前狀態(tài)，用于指示ALU的運算結(jié)果狀態(tài)以及時鐘狀態(tài)等。通過判斷狀態(tài)寄存器的標志位，用戶可控制程序的執(zhí)行流向。

MSP430單片機的狀態(tài)寄存器有16位，一般常用其前9位，其說明如表1-2所示。

（4）常數(shù)發(fā)生器

常數(shù)發(fā)生器CG1和CG2生成的六個常用常數(shù)無須額外的16位代碼字。用源寄存器尋址模式（AS）選擇常數(shù)，硬件自動生成-1、0、1、2、4、8，如表1-3所示。

常數(shù)發(fā)生器的優(yōu)勢在于：

1）無須特殊指令；

2）對于六個常數(shù)，無須代碼字；

3）無須代碼存儲器訪問來檢索常數(shù)。

如果六個常數(shù)中的一個被用作立即源操作數(shù)，則匯編程序自動使用常數(shù)發(fā)生器。寄存器CG1和CG2在常數(shù)模式中使用，不能被顯式尋址，它們運行時只能作為數(shù)據(jù)源寄存器。