esp-idf/docs/zh_CN/api-reference/system/ulp_instruction_set.rst

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Czysty Wina Historia

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{IDF_TARGET_NAME} ULP 协处理器指令
=================================================
:link_to_translation:`en:[English]`
本文档详细介绍了 {IDF_TARGET_NAME} ULP FSM 协处理器汇编程序使用的指令。
ULP FSM 协处理器有 4 个 16 位通用寄存器,分别标记为 R0、R1、R2、R3还有一个 8 位计数器寄存器 (``stage_cnt``) 用来实现循环。可以用特殊指令来访问阶段计数寄存器。
ULP 协处理器可以访问 8 K 字节大小的 RTC_SLOW_MEM 内存区域。内存以 32 位字单位寻址。它还可以访问 ``RTC_CNTL````RTC_IO````SENS`` 外设中的外设寄存器。
所有指令都是 32 位。跳转指令、ALU 指令、外设寄存器和内存访问指令在 1 个周期内执行。与外设TSENS、ADC 和 I2C相关的指令所需的周期不同具体取决于外设操作。
指令语法不区分大小写。无论是寄存器名称还是指令名称,都可以任意混合使用大小写字母。
.. _ulp-fsm-addressing:
寻址注意事项
-----------------
对于 {IDF_TARGET_NAME} ULP FSM 协处理器的 ``JUMP````ST````LD`` 系列指令,地址参数应以如下方式表示(具体取决于使用的地址参数类型):
- 当地址参数作为标签时,指令中的地址应为 32 位字。
对于示例程序::
entry:
NOP
NOP
NOP
NOP
loop:
MOVE R1, loop
JUMP R1
当此程序被汇编和链接时,标签 ``loop`` 的地址将为 16 字节。然而 ``JUMP`` 指令期望寄存器 ``R1`` 中存储的地址以 32 位字表示。由于这种情况较为常见,汇编程序会在生成 ``MOVE`` 指令时将标签 ``loop`` 的地址从字节转换为字。因此,生成的代码相当于::
0000 NOP
0004 NOP
0008 NOP
000c NOP
0010 MOVE R1, 4
0014 JUMP R1
- 另一种情况是,``MOVE`` 指令的参数不是标签,而是常量。此时汇编程序将 **直接使用该常量** ,不进行任何转换::
.set val, 0x10
MOVE R1, val
在这种情况下,加载到 ``R1`` 的值为 ``0x10``
但是,当使用立即数作为 ``LD````ST`` 指令的偏移量时,汇编程序会认为地址参数是字节,并在执行指令前将其转换为 32 位字::
ST R1, R2, 4 // offset = 4 bytes; Mem[R2 + 4 / 4] = R1
在这种情况下, R1 中的值存储在 [R2 + offset / 4] 指向的内存位置。
请看以下代码::
.global array
array: .long 0
.long 0
.long 0
.long 0
MOVE R1, array
MOVE R2, 0x1234
ST R2, R1, 0 // 将 R2 的值写入第一个数组元素,
// 即 array[0]
ST R2, R1, 4 // 将 R2 的值写入第二个数组元素,
//4 字节偏移量),即 array[1]
ADD R1, R1, 2 // 将地址递增 2 个字8 个字节)
ST R2, R1, 0 // 将 R2 的值写入第三个数组元素,
// 即 array[2]
指令执行时间注意事项
---------------------------------
ULP 协处理器的时钟 ``RTC_FAST_CLK`` 通常来自内部的 8 MHz 振荡器。如果应用程序需要获知精确 ULP 时钟频率,可以根据主 XTAL 时钟进行校准::
#include "soc/rtc.h"
// calibrate 8M/256 clock against XTAL, get 8M/256 clock period
uint32_t rtc_8md256_period = rtc_clk_cal(RTC_CAL_8MD256, 100);
uint32_t rtc_fast_freq_hz = 1000000ULL * (1 << RTC_CLK_CAL_FRACT) * 256 / rtc_8md256_period;
ULP 协处理器在获取每个指令时需要一定的时钟周期,执行时同样需要一定的时钟周期,此周期数取决于具体的指令。下文详细列出了每个指令所需的执行时间信息。
指令获取时间:
- 2 个时钟周期 - ALU 和分支类的指令
- 4 个时钟周期 - 其他指令
注意,访问 RTC 存储器和 RTC 寄存器时ULP 协处理器的优先级低于主 CPU。这意味着当主 CPU 与 ULP 访问同一块内存区域时ULP 协处理器需要等待,主 CPU 会优先访问。
.. only:: esp32s2 or esp32s3
ESP32 ULP 和 {IDF_TARGET_NAME} ULP 指令集的区别
-----------------------------------------------------------------------
与 ESP32 ULP FSM 协处理器相比,{IDF_TARGET_NAME} ULP FSM 协处理器具有扩展的指令集。{IDF_TARGET_NAME} ULP FSM 与 ESP32 ULP FSM 二进制不兼容但在重新构建后ESP32 ULP FSM 的汇编程序应能在 {IDF_TARGET_NAME} ULP FSM 上运行。
添加到 {IDF_TARGET_NAME} ULP FSM 的新指令包括:``LDL````LDH````STL````STH````ST32````STO````STI````STI32``
以下是所有指令的详细描述:
**NOP** - 无操作
----------------------
**语法**
**NOP**
**操作数**
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
不执行任何操作,只增加 PC
**示例**::
1: NOP
**ADD** - 做加法运算
-----------------------------------------
**语法**
**ADD** **Rdst, Rsrc1, Rsrc2**
**ADD** **Rdst, Rsrc1, imm**
**操作数**
- **Rdst** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc1** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc2** - 寄存器 R[0..3]
- **Imm** - 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将源寄存器与另一个源寄存器中的值相加或与一个 16 位有符号值相加,并将结果存储在目标寄存器中。
**示例**::
1: ADD R1, R2, R3 // R1 = R2 + R3
2: Add R1, R2, 0x1234 // R1 = R2 + 0x1234
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
Add R1, R2, value1 // R1 = R2 + value1
4: .global label // declaration of variable label
add R1, R2, label // R1 = R2 + label
...
label: nop // definition of variable label
**SUB** - 做减法运算
--------------------------------
**语法**
**SUB** **Rdst, Rsrc1, Rsrc2**
**SUB** **Rdst, Rsrc1, imm**
**操作数**
- **Rdst** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc1** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc2** - 寄存器 R[0..3]
- **Imm** - 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将两个源寄存器中的值相减,或从一个源寄存器中减去一个 16 位有符号值,并将结果存储到目标寄存器中。
**示例**::
1: SUB R1, R2, R3 // R1 = R2 - R3
2: sub R1, R2, 0x1234 // R1 = R2 - 0x1234
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
SUB R1, R2, value1 // R1 = R2 - value1
4: .global label // declaration of variable label
SUB R1, R2, label // R1 = R2 - label
....
label: nop // definition of variable label
**AND** - 两个操作数的按位与
----------------------------------------
**语法**
**AND** **Rdst, Rsrc1, Rsrc2**
**AND** **Rdst, Rsrc1, imm**
**操作数**
- **Rdst** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc1** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc2** - 寄存器 R[0..3]
- **Imm** - 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令对源寄存器的值和另一个源寄存器的值或一个 16 位有符号值进行按位与操作,并将结果存储到目标寄存器中。
**示例**::
1: AND R1, R2, R3 // R1 = R2 & R3
2: AND R1, R2, 0x1234 // R1 = R2 & 0x1234
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
AND R1, R2, value1 // R1 = R2 & value1
4: .global label // declaration of variable label
AND R1, R2, label // R1 = R2 & label
...
label: nop // definition of variable label
**OR** - 两个操作数的按位或
-------------------------------------------
**语法**
**OR** **Rdst, Rsrc1, Rsrc2**
**OR** **Rdst, Rsrc1, imm**
**操作数**
- **Rdst** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc1** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc2** - 寄存器 R[0..3]
- **Imm** - 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令对源寄存器的值和另一个源寄存器的值或一个 16 位有符号值进行按位或操作,并将结果存储到目标寄存器中。
**示例**::
1: OR R1, R2, R3 // R1 = R2 || R3
2: OR R1, R2, 0x1234 // R1 = R2 || 0x1234
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
OR R1, R2, value1 // R1 = R2 || value1
4: .global label // declaration of variable label
OR R1, R2, label // R1 = R2 || label
...
label: nop // definition of variable label
**LSH** - 逻辑左移
----------------------------
**语法**
**LSH** **Rdst, Rsrc1, Rsrc2**
**LSH** **Rdst, Rsrc1, imm**
**操作数**
- **Rdst** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc1** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc2** - 寄存器 R[0..3]
- **Imm** - 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令对源寄存器进行逻辑左移移动的位数由另一个源寄存器或一个16位有符号值确定并将结果存储到目标寄存器中。
.. note::
大于 15 位的移位操作结果不确定。
**示例**::
1: LSH R1, R2, R3 // R1 = R2 << R3
2: LSH R1, R2, 0x03 // R1 = R2 << 0x03
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
LSH R1, R2, value1 // R1 = R2 << value1
4: .global label // declaration of variable label
LSH R1, R2, label // R1 = R2 << label
...
label: nop // definition of variable label
**RSH** - 逻辑右移
-----------------------------
**语法**
**RSH** **Rdst, Rsrc1, Rsrc2**
**RSH** **Rdst, Rsrc1, imm**
**操作数**
- **Rdst** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc1** - 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc2** - 寄存器 R[0..3]
- **Imm** - 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令对源寄存器进行逻辑右移,移动的位数由另一个源寄存器或一个 16 位有符号值确定,并将结果存储到目标寄存器中。
.. note::
大于 15 位的移位操作结果未定义。
**示例**::
1: RSH R1, R2, R3 // R1 = R2 >> R3
2: RSH R1, R2, 0x03 // R1 = R2 >> 0x03
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
RSH R1, R2, value1 // R1 = R2 >> value1
4: .global label // declaration of variable label
RSH R1, R2, label // R1 = R2 >> label
label: nop // definition of variable label
**MOVE** – 移动到寄存器
---------------------------
**语法**
**MOVE** **Rdst, Rsrc**
**MOVE** **Rdst, imm**
**操作数**
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3]
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3]
- **Imm** – 16 位有符号值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将源寄存器的值或一个 16 位有符号值移动到目标寄存器。
.. note::
注意,当标签用作立即数时,标签的地址会从字节转换为字。这是因为对于 ``LD````ST````JUMP`` 指令,地址寄存器的值应以字表示,而不以字节表示。更多详细信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: MOVE R1, R2 // R1 = R2
2: MOVE R1, 0x03 // R1 = 0x03
3: .set value1, 0x03 // constant value1=0x03
MOVE R1, value1 // R1 = value1
4: .global label // declaration of label
MOVE R1, label // R1 = address_of(label) / 4
...
label: nop // definition of label
**ST** – 将数据存储到内存中
---------------------------------
**语法**
**ST** **Rsrc, Rdst, offset**
**操作数**
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存要存储的 16 位值
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 13 位有符号值,以字节表示
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 Rsrc 的 16 位值存储到目标内存地址 [Rdst + offset] 中,存储的数据占目标内存中一个字的低半部分,而高半部分由当前程序计数器 PC 的值(以字为单位,左移 5 位)与 Rdst0..3)进行逻辑“或”运算::
Mem[Rdst + offset / 4]{31:0} = {PC[10:0], 3'b0, Rdst, Rsrc[15:0]}
应用程序可以使用高 16 位来确定 ULP 程序中的哪条指令将某个特定的字写入了内存。
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: ST R1, R2, 0x12 // MEM[R2 + 0x12 / 4] = R1
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1
ST R1, R2, offs // MEM[R2 + 0 / 4] = R1
// MEM[Addr1 + 0] will be 32'h600001
.. only:: esp32s2 or esp32s3
**STL** – 将数据存储到 32 位内存的低 16 位
----------------------------------------------------------------
**语法**
**STL** **Rsrc, Rdst, offset, Label**
**操作数**
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存要存储的 16 位值
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 11 位有符号值,以字节为单位的偏移
- **Label** – 用户定义的 2 位无符号值
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 Rsrc 的 16 位值存储到地址为 [Rdst + offset / 4] 的内存的低半字中::
Mem[Rdst + offset / 4]{15:0} = {Rsrc[15:0]}
Mem[Rdst + offset / 4]{15:0} = {Label[1:0],Rsrc[13:0]}
``ST````STL`` 命令可以互换使用,以保持对早期版本 ULP 核的向后兼容性。
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: STL R1, R2, 0x12 // MEM[R2 + 0x12 / 4] = R1
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1
STL R1, R2, offs // MEM[R2 + 0 / 4] = R1
// MEM[Addr1 + 0] will be 32'hxxxx0001
3:
MOVE R1, 1 // R1 = 1
STL R1, R2, 0x12, 1 // MEM[R2 + 0x12 / 4] = 0xxxxx4001
**STH** – 将数据存储到 32 位内存的高 16 位
------------------------------------------------------------
**语法**
**STH** **Rsrc, Rdst, offset, Label**
**操作数**
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存要存储的 16 位值
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 11 位有符号值,以字节为单位的偏移
- **Label** – 用户定义的 2 位无符号值
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 Rsrc 的 16 位值存储到地址为 [Rdst + offset / 4] 的内存的高半字中::
Mem[Rdst + offset / 4]{31:16} = {Rsrc[15:0]}
Mem[Rdst + offset / 4]{31:16} = {Label[1:0],Rsrc[13:0]}
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: STH R1, R2, 0x12 // MEM[R2 + 0x12 / 4][31:16] = R1
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1
STH R1, R2, offs // MEM[R2 + 0 / 4] = R1
// MEM[Addr1 + 0] will be 32'h0001xxxx
3:
MOVE R1, 1 // R1 = 1
STH R1, R2, 0x12, 1 // MEM[R2 + 0x12 / 4] 0x4001xxxx
**ST32** – 将 32 位数据存储到 32 位内存
---------------------------------------------------
**语法**
**ST32** **Rsrc, Rdst, offset, Label**
**操作数**
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存要存储的 16 位值
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 11 位有符号值,以字节为单位的偏移
- **Label** – 用户定义的 2 位无符号值
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 PC 的 11 位值,标签值和 Rsrc 的 16 位值存储到地址为 [Rdst + offset / 4] 的 32 位内存中::
Mem[Rdst + offset / 4]{31:0} = {PC[10:0],0[2:0],Label[1:0],Rsrc[15:0]}
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: ST32 R1, R2, 0x12, 0 // MEM[R2 + 0x12 / 4][31:0] = {PC[10:0],0[2:0],Label[1:0],Rsrc[15:0]}
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1
ST32 R1, R2, offs, 1 // MEM[R2 + 0] = {PC[10:0],0[2:0],Label[1:0],Rsrc[15:0]}
// MEM[Addr1 + 0] will be 32'h00010001
**STO** – 设置自动递增操作的偏移值
-------------------------------------------------------
**语法**
**STO** **offset**
**操作数**
- **Offset** – 11 位有符号值,以字节为单位的偏移
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 16 位值设置到偏移寄存器::
offset = value / 4
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: STO 0x12 // Offset = 0x12 / 4
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
STO offs // Offset = 0x00
**STI** – 将数据存储到 32 位内存中,并自动递增预定义地址偏移
-------------------------------------------------------------------------------------------
**语法**
**STI** **Rsrc, Rdst, Label**
**操作数**
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存要存储的 16 位值
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标地址,以 32 位字为单位
- **Label** – 用户定义的 2 位无符号值
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 Rsrc 的 16 位值存储到地址为 [Rdst + offset / 4] 的内存的低半字和高半字中。
当 STI 指令被调用两次时,会自增偏移量。请确保在执行 STI 指令之前,执行 ``STO`` 指令来设置该偏移值::
Mem[Rdst + offset / 4]{15:0/31:16} = {Rsrc[15:0]}
Mem[Rdst + offset / 4]{15:0/31:16} = {Label[1:0],Rsrc[13:0]}
**示例**::
1: STO 4 // Set offset to 4
STI R1, R2 // MEM[R2 + 4 / 4][15:0] = R1
STI R1, R2 // MEM[R2 + 4 / 4][31:16] = R1
// offset += (1 * 4) //offset is incremented by 1 word
STI R1, R2 // MEM[R2 + 8 / 4][15:0] = R1
STI R1, R2 // MEM[R2 + 8 / 4][31:16] = R1
**STI32** – 将 32 位数据存储到 32 位内存中,并自动递增地址偏移
-----------------------------------------------------------------------------------------
**语法**
**STI32** **Rsrc, Rdst, Label**
**操作数**
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存要存储的 16 位值
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标地址,以 32 位字为单位
- **Label** – 用户定义的 2 位无符号值
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将 PC 的 11 位值,标签值和 Rsrc 的 16 位值存储到地址为 [Rdst + offset / 4] 的 32 位内存中。
每次调用 STI32 指令时,偏移值都会自动增加。确保在执行 STI32 指令之前,执行 ``STO`` 指令来设置偏移值::
Mem[Rdst + offset / 4]{31:0} = {PC[10:0],0[2:0],Label[1:0],Rsrc[15:0]}
**示例**::
1: STO 0x12
STI32 R1, R2, 0 // MEM[R2 + 0x12 / 4][31:0] = {PC[10:0],0[2:0],Label[1:0],Rsrc[15:0]}
// offset += (1 * 4) //offset is incremented by 1 word
STI32 R1, R2, 0 // MEM[R2 + 0x16 / 4][31:0] = {PC[10:0],0[2:0],Label[1:0],Rsrc[15:0]}
**LD** – 从内存中加载数据
------------------------------------
**语法**
**LD** **Rdst, Rsrc, offset**
**操作数**
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标寄存器
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 13 位有符号值,以字节为单位的偏移量
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将地址为 [Rsrc + offset / 4] 的内存中的 16 位低半字加载到目标寄存器 Rdst 中::
Rdst[15:0] = Mem[Rsrc + offset / 4][15:0]
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。详情请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: LD R1, R2, 0x12 // R1 = MEM[R2 + 0x12 / 4]
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1 / 4 (address of label is converted into words)
LD R1, R2, offs // R1 = MEM[R2 + 0]
// R1 will be 123
.. only:: esp32s2 or esp32s3
**LDL** – 从 32 位内存的低半字中加载数据
-------------------------------------------------
**语法**
**LDL** **Rdst, Rsrc, offset**
**操作数**
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标寄存器
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 13 位有符号值,以字节为单位的偏移量
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将地址为 [Rsrc + offset / 4] 的内存中的 16 位低半字加载到目标寄存器 Rdst 中::
Rdst[15:0] = Mem[Rsrc + offset / 4][15:0]
``LD````LDL`` 命令可以互换使用,以保持对早期版本 ULP 核的向后兼容性。
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: LDL R1, R2, 0x12 // R1 = MEM[R2 + 0x12 / 4]
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 123 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1 / 4 (address of label is converted into words)
LDL R1, R2, offs // R1 = MEM[R2 + 0]
// R1 will be 123
**LDH** – 从 32 位内存的高半字加载数据
--------------------------------------------------------------
**语法**
**LDH** **Rdst, Rsrc, offset**
**操作数**
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3],目标寄存器
- **Rsrc** – 寄存器 R[0..3],保存目标地址,以 32 位字为单位
- **Offset** – 13 位有符号值,以字节为单位的偏移
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将地址为 [Rsrc + offset / 4] 的内存中的 16 位高半字加载到目标寄存器 Rdst 中::
Rdst[15:0] = Mem[Rsrc + offset / 4][15:0]
.. note::
注意,以字节为单位指定的偏移量会在执行前被转换为 32 位字偏移量。更多信息请参阅 :ref:`ulp-fsm-addressing`
**示例**::
1: LDH R1, R2, 0x12 // R1 = MEM[R2 + 0x12 / 4]
2: .data // Data section definition
Addr1: .word 0x12345678 // Define label Addr1 16 bit
.set offs, 0x00 // Define constant offs
.text // Text section definition
MOVE R1, 1 // R1 = 1
MOVE R2, Addr1 // R2 = Addr1 / 4 (address of label is converted into words)
LDH R1, R2, offs // R1 = MEM[R2 + 0]
// R1 will be 0x1234
**JUMP** – 跳转到绝对地址
-------------------------------
**语法**
**JUMP** **Rdst**
**JUMP** **ImmAddr**
**JUMP** **Rdst, Condition**
**JUMP** **ImmAddr, Condition**
**操作数**
- **Rdst** – 寄存器 R[0..3] 包含要跳转到的地址(以 32 位字表示)
- **ImmAddr** – 13 位地址(以字节表示),对齐为 4 字节
- **Condition**
- EQ – 如果最后的 ALU 操作结果为零,则跳转
- OV – 如果最后的 ALU 设置了溢出 flag则跳转
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 2 个周期。
**描述**
该指令跳转到指定的地址。既可以无条件跳转,也可以基于 ALU flag 跳转。
**示例**::
1: JUMP R1 // Jump to address in R1 (address in R1 is in 32-bit words)
2: JUMP 0x120, EQ // Jump to address 0x120 (in bytes) if ALU result is zero
3: JUMP label // Jump to label
...
label: nop // Definition of label
4: .global label // Declaration of global label
MOVE R1, label // R1 = label (value loaded into R1 is in words)
JUMP R1 // Jump to label
...
label: nop // Definition of label
**JUMPR** – 跳转到相对偏移(条件基于 R0
-------------------------------------------------------------
**语法**
**JUMPR** **Step, Threshold, Condition**
**操作数**
- **Step** – 相对于当前位置的偏移量,以字节为单位
- **Threshold** – 分支条件的阈值
- **Condition**
- **EQ** (等于) – 如果 R0 中的值 == 阈值,则跳转
- **LT** (小于) – 如果 R0 中的值 < 阈值,则跳转
- **LE** (小于或等于) – 如果 R0 中的值 <= 阈值,则跳转
- **GT** (大于) – 如果 R0 中的值 > 阈值,则跳转
- **GE** (大于或等于) – 如果 R0 中的值 >= 阈值,则跳转
**周期**
.. only:: esp32
条件 **LT****GE****LE****GT**:执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 2 个周期。
条件 **LE****GT** 在汇编程序中用一个 **JUMPR** 指令实现::
// JUMPR target, threshold, GT 的实现为:
JUMPR target, threshold+1, GE
// JUMPR target, threshold, LE 的实现为:
JUMPR target, threshold + 1, LT
条件 **EQ** 在汇编程序中用两个 **JUMPR** 指令实现::
// JUMPR target, threshold, EQ 的实现为:
JUMPR next, threshold + 1, GE
JUMPR target, threshold, GE
next:
.. only:: esp32s2 or esp32s3
条件 **EQ****GT****LT**:执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 2 个周期。
条件 **LE****GE** 在汇编程序中使用两个 **JUMPR** 指令实现::
// JUMPR target, threshold, LE is implemented as:
JUMPR target, threshold, EQ
JUMPR target, threshold, LT
// JUMPR target, threshold, GE is implemented as:
JUMPR target, threshold, EQ
JUMPR target, threshold, GT
因此,执行时间取决于所用分支:要么执行 2 个周期 + 获取 2 个周期,要么执行 4 个周期 + 获取 4 个周期。
**描述**
如果条件为真,该指令会跳转到相对地址。条件是指 R0 寄存器的值和阈值的比较结果。
**示例**::
1:pos: JUMPR 16, 20, GE // Jump to address (position + 16 bytes) if value in R0 >= 20
2: // Down counting loop using R0 register
MOVE R0, 16 // load 16 into R0
label: SUB R0, R0, 1 // R0--
NOP // do something
JUMPR label, 1, GE // jump to label if R0 >= 1
**JUMPS** – 跳转到相对地址(条件基于阶段数)
-------------------------------------------------------
**语法**
**JUMPS** **步骤, 阈值, 条件**
**操作数**
- **步骤** – 相对于当前位置的偏移,以字节为单位
- **阈值** – 分支条件的阈值
- **条件**
- **EQ** (等于) – 如果 stage_cnt == 阈值,则跳转
- **LT** (小于) – 如果 stage_cnt < 阈值,则跳转
- **LE** (小于或等于) - 如果 stage_cnt <= 阈值,则跳转
- **GT** (大于) – 如果 stage_cnt > 阈值,则跳转
- **GE** (大于或等于) — 如果 stage_cnt >= 阈值,则跳转
**周期**
.. only:: esp32
条件 **LE**, **LT**, **GE**:执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 2 个周期。
条件 **EQ**, **GT** 在汇编程序中用两个 **JUMPS** 指令实现::
// JUMPS target, threshold, EQ 的实现为:
JUMPS next, threshold, LT
JUMPS target, threshold, LE
next:
// JUMPS target, threshold, GT 的实现为:
JUMPS next, threshold, LE
JUMPS target, threshold, GE
next:
因此,执行时间取决于所用分支:要么执行 2 个周期 + 获取 2 个周期,要么执行 4 个周期 + 获取 4 个周期。
.. only:: esp32s2 or esp32s3
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 2 个周期。
**描述**
如果条件为真,指令将跳转到相对地址。条件是计数寄存器的值和阈值的比较结果。
**示例**::
1:pos: JUMPS 16, 20, EQ // Jump to (position + 16 bytes) if stage_cnt == 20
2: // Up counting loop using stage count register
STAGE_RST // set stage_cnt to 0
label: STAGE_INC 1 // stage_cnt++
NOP // do something
JUMPS label, 16, LT // jump to label if stage_cnt < 16
**STAGE_RST** – 重置阶段计数寄存器
------------------------------------------
**语法**
**STAGE_RST**
**操作数**
无操作数
**描述**
该指令将阶段计数寄存器设置为 0
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**示例**::
1: STAGE_RST // 重置阶段计数寄存器
**STAGE_INC** – 增加阶段计数寄存器
----------------------------------------------
**语法**
**STAGE_INC** **值**
**操作数**
- **值** – 8 位值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期。
**描述**
该指令将给定值增加到阶段计数寄存
**示例**::
1: STAGE_INC 10 // stage_cnt += 10
2: // Up counting loop example:
STAGE_RST // set stage_cnt to 0
label: STAGE_INC 1 // stage_cnt++
NOP // do something
JUMPS label, 16, LT // jump to label if stage_cnt < 16
**STAGE_DEC** – 减少阶段计数寄存器
----------------------------------------------
**语法**
**STAGE_DEC** **值**
**操作数**
- **值** – 8 位值
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令从阶段计数寄存器中减去给定值
**示例**::
1: STAGE_DEC 10 // stage_cnt -= 10;
2: // Down counting loop example
STAGE_RST // set stage_cnt to 0
STAGE_INC 16 // increment stage_cnt to 16
label: STAGE_DEC 1 // stage_cnt--;
NOP // do something
JUMPS label, 0, GT // jump to label if stage_cnt > 0
**HALT** – 结束程序
--------------------------
**语法**
**HALT**
**操作数**
无操作数
**周期**
执行需要 2 个周期
**描述**
该指令会停止 ULP 协处理器并重新启动 ULP 唤醒定时器(如果定时器已启用)
**示例**::
1: HALT // Halt the coprocessor
**WAKE** – 唤醒芯片
---------------------------
**语法**
**WAKE**
**操作数**
无操作数
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令从 ULP 协处理器向 RTC 控制器发送一个中断。
- 如果 SoC 处于深度睡眠模式并启用了 ULP 唤醒,会唤醒 SoC。
- 如果 SoC 不处在深度睡眠模式,并且在 RTC_CNTL_INT_ENA_REG 寄存器中设置了 ULP 中断位 (RTC_CNTL_ULP_CP_INT_ENA),则会触发 RTC 中断。
.. note::
注意,在使用 WAKE 指令前ULP 程序可能需要等待 RTC 控制器就绪,才能唤醒主 CPU。此信息通过 RTC_CNTL_LOW_POWER_ST_REG 寄存器的 RTC_CNTL_RDY_FOR_WAKEUP 位来指示。当 RTC_CNTL_RDY_FOR_WAKEUP 为零时,执行 WAKE 指令唤醒无效。如果希望在主 CPU 不处于睡眠模式时使用 WAKE 指令,可以用 RTC_CNTL_LOW_POWER_ST_REG 的 RTC_CNTL_MAIN_STATE_IN_IDLE 位(位 27来检查主 CPU 状态,确定其处于正常模式还是睡眠模式。
**示例**::
1: is_rdy_for_wakeup: // Read RTC_CNTL_RDY_FOR_WAKEUP bit
READ_RTC_FIELD(RTC_CNTL_LOW_POWER_ST_REG, RTC_CNTL_RDY_FOR_WAKEUP)
AND r0, r0, 1
JUMP is_rdy_for_wakeup, eq // Retry until the bit is set
WAKE // Trigger wake up
REG_WR 0x006, 24, 24, 0 // Stop ULP timer (clear RTC_CNTL_ULP_CP_SLP_TIMER_EN)
HALT // Stop the ULP program
// After these instructions, SoC will wake up,
// and ULP will not run again until started by the main program.
1: check_wakeup: // Read RTC_CNTL_RDY_FOR_WAKEUP and RTC_CNTL_MAIN_STATE_IN_IDLE bit
READ_RTC_REG(RTC_CNTL_LOW_POWER_ST_REG, 27, 1)
MOVE r1, r0 // Copy result in to r1
READ_RTC_FIELD(RTC_CNTL_LOW_POWER_ST_REG, RTC_CNTL_RDY_FOR_WAKEUP)
OR r0, r0, r1
JUMP check_wakeup, eq // Retry until either of the bit are set
WAKE // Trigger wake up
HALT // Stop the ULP program
.. only:: esp32
**SLEEP** – 设置 ULP 唤醒计时器周期
---------------------------------------
**语法**
**SLEEP** **sleep_reg**
**操作数**
- **sleep_reg** – 0..4,选择一个 ``SENS_ULP_CP_SLEEP_CYCx_REG`` 寄存器
**周期**
执行需要 2 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令决定 ULP 唤醒计时器使用哪一个 ``SENS_ULP_CP_SLEEP_CYCx_REG`` (x = 0..4) 寄存器值作为唤醒周期。默认情况下,使用 ``SENS_ULP_CP_SLEEP_CYC0_REG`` 的值
**示例**::
1: SLEEP 1 // Use period set in SENS_ULP_CP_SLEEP_CYC1_REG
2: .set sleep_reg, 4 // Set constant
SLEEP sleep_reg // Use period set in SENS_ULP_CP_SLEEP_CYC4_REG
**WAIT** – 等待一定的周期数
-------------------------------------
**语法**
**WAIT** **Cycles**
**操作数**
- **Cycles** – 等待的周期数
**周期**
执行需要 (2 + **Cycles**) 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令指示延迟一定的周期数。
**示例**::
1: WAIT 10 // Do nothing for 10 cycles
2: .set wait_cnt, 10 // Set a constant
WAIT wait_cnt // wait for 10 cycles
.. only:: not esp32
**TSENS** – 使用温度传感器进行测量
--------------------------------------------
**语法**
- **TSENS** **Rdst, Wait_Delay**
**操作数**
- **Rdst** – 目标寄存器 R[0..3],结果将存储到此寄存器
- **Wait_Delay** – 执行测量所需的周期数
**周期**
执行需要2 + **Wait_Delay** + 3 * TSENS_CLK个周期获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令使用 TSENS 进行测量,并将结果存储到通用寄存器
**示例**::
1: TSENS R1, 1000 // Measure temperature sensor for 1000 cycles,
// and store result to R1
**ADC** – 使用 ADC 进行测量
---------------------------------
**语法**
- **ADC** **Rdst, Sar_sel, Mux**
- **ADC** **Rdst, Sar_sel, Mux, 0** — 形式已弃用
**操作数**
- **Rdst** – 目标寄存器 R[0..3],结果将存储到此寄存器
- **Sar_sel** – 选择 ADC0 = SARADC11 = SARADC2
.. only:: esp32
- **Mux** - 启用 ADC 通道,通道号为 [Mux-1]。如果传递了 Mux 值 1会使用 ADC 通道 0。
.. only:: esp32s2 or esp32s3
- **Mux** - 选择的 PADSARADC Pad[Mux-1] 被启用。如果传递了 Mux 值 1会使用 ADC pad 0。
**周期**
执行需要 ``23 + max(1, SAR_AMP_WAIT1) + max(1, SAR_AMP_WAIT2) + max(1, SAR_AMP_WAIT3) + SARx_SAMPLE_CYCLE + SARx_SAMPLE_BIT`` 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令通过 ADC 进行测量
.. only:: esp32
**示例** ::
1: ADC R1, 0, 1 // Measure value using ADC1 channel 0 and store result into R1
.. only:: esp32s2 or esp32s3
**示例** ::
1: ADC R1, 0, 1 // Measure value using ADC1 pad 2 and store result into R1
.. only:: esp32
**I2C_RD** - 从 I2C 从机中读取单字节
----------------------------------------------
**语法**
- **I2C_RD** **Sub_addr, High, Low, Slave_sel**
**操作数**
- **Sub_addr** – 要从 I2C 从机中读取的地址
- **High*, *Low** — 定义要读取的位的范围。[High, Low] 以外的位会被屏蔽
- **Slave_sel** - 要使用的 I2C 从机地址的索引
**周期**
执行时间主要取决于 I2C 通信时间。获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
``I2C_RD`` 指令从索引为 ``Slave_sel`` 的 I2C 从机读取一个字节。从机地址(格式为 7 位)必须预先设置到寄存器字段 ``SENS_I2C_SLAVE_ADDRx`` 中,其中 ``x == Slave_sel``。 8 位读取结果存储到 ``R0`` 寄存器。
**示例**::
1: I2C_RD 0x10, 7, 0, 0 // Read byte from sub-address 0x10 of slave with address set in SENS_I2C_SLAVE_ADDR0
**I2C_WR** - 向 I2C 从机写入单字节
-----------------------------------------
**语法**
- **I2C_WR** **Sub_addr, Value, High, Low, Slave_sel**
**操作数**
- **Sub_addr** – I2C 从机内要写入的地址
- **Value** – 要写入的 8 位值
- **High**, **Low** — 定义要写入的位范围。[High, Low] 范围外的位会被屏蔽
- **Slave_sel** - 要使用的 I2C 从机地址的索引
**周期**
执行时间主要取决于 I2C 通信时间。获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
``I2C_WR`` 指令向索引为 ``Slave_sel`` 的 I2C 从机地址写入一个字节。从机地址(格式为 7 位)必须预先设置到寄存器字段 ``SENS_I2C_SLAVE_ADDRx`` 中,其中 ``x == Slave_sel``
**示例**::
1: I2C_WR 0x20, 0x33, 7, 0, 1 // Write byte 0x33 to sub-address 0x20 of slave with address set in SENS_I2C_SLAVE_ADDR1.
**REG_RD** – 从外设寄存器读取
------------------------------------------
**语法**
**REG_RD** **Addr, High, Low**
**操作数**
- **Addr** – 寄存器地址,以 32 位字为单位
- **High** – 寄存器结束位号
- **Low** – 寄存器起始位号
**周期**
执行需要 4 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令从外设寄存器读取最多 16 位到一个通用寄存器:``R0 = REG[Addr][High:Low]``
.. only:: esp32
该指令可以访问 RTC_CNTL、RTC_IO、SENS 和 RTC_I2C 外设中的寄存器。从 ULP 中看到的寄存器地址可以根据 DPORT 总线上相同寄存器的地址计算得出,如下所示::
addr_ulp = (addr_dport - DR_REG_RTCCNTL_BASE) / 4
.. only:: esp32s2 or esp32s3
该指令可以访问 RTC_CNTL、RTC_IO、SENS 和 RTC_I2C 外设中的寄存器。从 ULP 看到的寄存器地址可以根据 PeriBUS1 总线上相同寄存器的地址计算得出,如下所示::
addr_ulp = (addr_peribus1 - DR_REG_RTCCNTL_BASE) / 4
**示例**::
1: REG_RD 0x120, 7, 4 // load 4 bits: R0 = {12'b0, REG[0x120][7:4]}
**REG_WR** – 写入外设寄存器
-----------------------------------------
**语法**
**REG_WR** **Addr, High, Low, Data**
**操作数**
- **Addr** – 寄存器地址,以 32 位字为单位
- **High** – 寄存器结束位号
- **Low** – 寄存器起始位号
- **Data** – 要写入的值8 位
**周期**
执行需要 8 个周期,获取下一条指令需要 4 个周期
**描述**
该指令将一个立即数的最多 8 位写入到外设寄存器中:``REG[Addr][High:Low] = data``
.. only:: esp32
此指令可以访问 RTC_CNTL、RTC_IO、SENS 和 RTC_I2C 外设中的寄存器。从 ULP 看到的寄存器地址可以根据 DPORT 总线上同一寄存器的地址计算得出,如下所示::
addr_ulp = (addr_dport - DR_REG_RTCCNTL_BASE) / 4
.. only:: esp32s2 or esp32s3
此指令可以访问 RTC_CNTL 、 RTC_IO 、 SENS 和 RTC_I2C 外设中的寄存器。从 ULP 看到的寄存器地址可以根据 PeriBUS1 上同一寄存器的地址按如下方式计算::
addr_ulp = (addr_peribus1 - DR_REG_RTCCNTL_BASE) / 4
**示例**::
1: REG_WR 0x120, 7, 0, 0x10 // set 8 bits: REG[0x120][7:0] = 0x10
方便的外设寄存器访问宏
--------------------------------------------------
ULP 源文件在进入汇编程序之前先通过 C 预处理器,因此可以使用某些宏来方便地访问外设寄存器。
一些现有的宏定义在 ``soc/soc_ulp.h`` 头文件中,这些宏允许通过的名称访问外设寄存器的字段。可以通过这些宏使用的外设寄存器名称定义在 ``soc/rtc_cntl_reg.h````soc/rtc_io_reg.h````soc/sens_reg.h````soc/rtc_i2c_reg.h`` 中。
READ_RTC_REG(rtc_reg, low_bit, bit_width)
将 rtc_reg[low_bit + bit_width - 1 : low_bit] 中的数读到 R0最多 16 位。如::
#include "soc/soc_ulp.h"
#include "soc/rtc_cntl_reg.h"
/* 将 RTC_CNTL_TIME0_REG 的低 16 位读入 R0 */
READ_RTC_REG(RTC_CNTL_TIME0_REG, 0, 16)
READ_RTC_FIELD(rtc_reg, field)
将 rtc_reg 的一个字段读取到 R0最多 16 位。如::
#include "soc/soc_ulp.h"
#include "soc/sens_reg.h"
/* 将 SENS_SAR_SLAVE_ADDR3_REG 的 8 位 SENS_TSENS_OUT 字段读入 R0 */
READ_RTC_FIELD(SENS_SAR_SLAVE_ADDR3_REG, SENS_TSENS_OUT)
WRITE_RTC_REG(rtc_reg, low_bit, bit_width, value)
将立即数写入 rtc_reg[low_bit + bit_width - 1 : low_bit],最多 8 位。如::
#include "soc/soc_ulp.h"
#include "soc/rtc_io_reg.h"
/* 设置 RTC_GPIO_OUT_W1TS_REG 中 RTC_GPIO_OUT_DATA_W1TS 字段的 BIT(2) */
WRITE_RTC_REG(RTC_GPIO_OUT_W1TS_REG, RTC_GPIO_OUT_DATA_W1TS_S + 2, 1, 1)
WRITE_RTC_FIELD(rtc_reg, field, value)
将立即数写入 rtc_reg 的一个字段,最多 8 位。如::
#include "soc/soc_ulp.h"
#include "soc/rtc_cntl_reg.h"
/* 将 RTC_CNTL_STATE0_REG 的 RTC_CNTL_ULP_CP_SLP_TIMER_EN 字段设置为 0 */
WRITE_RTC_FIELD(RTC_CNTL_STATE0_REG, RTC_CNTL_ULP_CP_SLP_TIMER_EN, 0)