１６ビットマイコンボードの製作
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いつか使ってみるつもりで入手してそのまま置いてあった１６ビットＣＰＵのことを思い出しました。
ＡＭＤ社のＡＭ１８８です。
その名の通り、ＣＰＵコアは８０１８８互換の１６ビットＣＰＵです。
そのＡＭ１８８を使った１６ビットマイコンボードの製作記事です。
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［第５６回］



●ＡＭ１８８ＥＭのＣＬＯＣＫ（６）

前回は［第５３回］でテスト実行をしてオシロスコープで波形を観測した２本のプログラムのうち、下のリストのアドレス８０１８の０６を０１に書き換えたものをカメレオンロジアナで観測しました。
今回はもう１本のプログラム、８０１７をＣ３（ＲＥＴ）に書き換えたものをカメレオンロジアナで観測した記録をお見せします。

2018/7/1 7:226 86cktst.LST [00001] ;;; clock test for am188 [00002] ; [00003] ORG=8000 [00004] ; [00005] 8000 B080 MOV AL,80 [00006] 8002 E683 OUT 83,AL [00007] 8004 32C0 LOOP:XOR AL,AL;3 [00008] 8006 E680 OUT 80,AL;9 +1.5us [00009] 8008 E80C00 CALL T5US;7us <8017> [00010] 800B FEC8 DEC AL;3 [00011] 800D E680 OUT 80,AL;9 +0.6us [00012] 800F E80500 CALL T5US;7us <8017> [00013] 8012 FEC0 INC AL;3 [00014] 8014 EBEE90 JMP LOOP;14 <8004> [00015] ; [00016] ;5us timer clock 20MHz [00017] 8017 B106 T5US:MOV CL,06 [00018] 8019 FEC9 T5US2:DEC CL;3 [00019] 801B 75FC JNZ T5US2;13,,,16*6=96 0.05*100=5us <8019> [00020] 801D C3 RET;20 CALL=19,,,0.05+140=7us [00021] ; [00022] ;END LOOP =8004 T5US =8017 T5US2 =8019

前回は記録の先頭のところからお見せしましたが、今回は前回の記録と合わせるため、かなり進んだところからになります。
前回と同じ、アドレス８００５から見ていただくことにします（５６００ｎｓのところです）。
前回も書きましたが画面では一部が隠れていますがＰＲＯＢＥ００〜０７がデータバスＤ０〜Ｄ７、ＰＲＯＢＥ０８〜１５がアドレスバスＡ０〜Ａ７です。
ＰＲＯＢＥ１６がＣＬＫＯＵＴＡ（１０ＭＨｚクロック）、ＰＲＯＢＥ１７はＲＡＭＲＤです。


８００５は８００４　ＸＯＲ　ＡＬ，ＡＬの第２バイトです。
そのあと８００６、８００７のＯＵＴ　８０，ＡＬのあと８００８まで読み込まれています。
８００８はＣＡＬＬ　Ｔ５ＵＳの第１バイトです。
その後でＯＵＴ命令が実行されています。
６６００ｎｓあたりでＰＲＯＢＥ０８〜１５（アドレスＡ０〜Ａ７）に８０が出力されていることで、それがわかります。


ＯＵＴ命令の実行後、６８００ｎｓから８００９、８００Ａ、８００Ｂまで読み込まれています。
８００９、８００ＡはＣＡＬＬ　Ｔ５ＵＳの第２、第３バイトです。
８００ＢはＣＡＬＬ　Ｔ５ＵＳのあとのＤＥＣ　ＡＬの第１バイトですから、ここで読んでも破棄されてしまいます。
無駄な「先読み」です。
そのあといきなり８０１７が読み込まれています。
８０１７はＴ５ＵＳサブルーチンの先頭バイトです。
まだＣＡＬＬ命令は実行されていませんが、これも「先読み」です。
なぜＣＡＬＬ命令がまだ実行されていないのがわかるかといいますと、まだＣＡＬＬ命令の次のアドレスがスタックにＰＵＳＨされていないからです。
７８００ｎｓのところでリターン後のアドレスがスタックにＰＵＳＨされています。
アドレスの下位８ビットしか見えませんが、先にＦＥ、続いてＦＦになっています。
スタックへのＰＵＳＨが行なわれてからＣＡＬＬが実行されます（厳密に言えばスタックへのＰＵＳＨもＣＡＬＬ命令の動作の一部なのですが）。


スタックＰＵＳＨ後の８１００ｎｓ近辺でアドレス下位１８が出力されています。
ＭＥＭＲＤがアクティブではありませんから、メモリからの読み込みにはなりませんが、かといってＭＥＭＷＲはありえません。
８０１７はＲＥＴです。
その次のアドレスを読み込むのは無駄な「先読み」です。
それにしてもＭＥＭＲＤがアクティブではありません。
これは何でしょう。
先読みをしようとして途中で中止したのでしょうか？
そのあとスタックからリターン先アドレスがＰＯＰされていますが、順序はＰＵＳＨのときと同じでＦ７ＦＥ、Ｆ７ＦＦの順です。
続いて８００Ｂ、８００Ｃ、８００Ｄが連続して読み込まれています。


続いて８００Ｅ、８００Ｆが連続して読み込まれています。
８００ＦはＣＡＬＬ　Ｔ５ＵＳの第１バイトです。
その後でＯＵＴ命令が実行されています。
１００００ｎｓあたりでＰＲＯＢＥ０８〜１５（アドレスＡ０〜Ａ７）に８０が出力されていることで、それがわかります。
ＯＵＴ命令の実行後、１０２００ｎｓから８０１０、８０１１が読み込まれています。
８０１０、８０１１はＣＡＬＬ　Ｔ５ＵＳの第２、第３バイトです。


続いて１０６００ｎｓで８０１２が読み込まれています。
８０１２はＣＡＬＬ　Ｔ５ＵＳのあとのＩＮＣ　ＡＬの第１バイトです。
ここで読んでも破棄されてしまいますから無駄な「先読み」です。
そのあと８０１７が読み込まれています。
８０１７はＴ５ＵＳサブルーチンの先頭バイトです。
まだＣＡＬＬ命令は実行されていませんが、これも「先読み」です。
１１２００ｎｓでリターン後のアドレスがスタックにＰＵＳＨされています。

そのあとなのですが、１１５００ｎｓあたりでまた下位アドレスに１８が出力されています。
さきほどと同じです。
タイミングとしてはここはサブルーチンコール後の最初の処理が実行されているところのはずです（スタックへのＰＵＳＨが行なわれた直後のタイミングです）。
ところがサブルーチンの先頭はにＲＥＴ命令です。
うーん。
スタックにＰＵＳＨしてサブルーチンの先頭の命令を実行しようとしたら、それがＲＥＴ命令で、何もしないですぐに戻れ、と命令されてしまったと。
ＣＰＵが混乱してちょっと迷ってしまうのでしょうか。
どうもサブルーチンの先頭がＲＥＴだと、こういう動作になるようです。


そのあとスタックからリターン先アドレスがＰＯＰされています。
１２２００ｎｓでメインプログラムに戻って８０１２が読み込まれています。
そのあと８０１３、８０１４、８０１５までが連続して読まれています。
８０１４、８０１５はＪＭＰ　ＬＯＯＰです。


次の１３０００ｎｓで８０１６が読み込まれています。
これは無駄な「先読み」です。
ＪＭＰ　ＬＯＯＰはマシン語コードでは３バイトになっていますが、８０８６アセンブラの都合でそうなっているだけで、本当は２バイト命令です（前回［第５４回］参照）。
そのあと８００４が読み込まれました。
この次の１３６００ｎｓの８００５の読み込みのところで、ロジアナの先頭の記録に一致します。
スタートが５６００ｎｓですから、ここまで一回のループが８０００ｎｓです。
［第５３回］のオシロスコープでの観測結果（３．４μｓ＋４．５μｓ）とほぼ一致しました。

前回と今回とで、２本のプログラムの動作をクロックパルスがわかる波形で見てきました。
どちらの波形も見たところ特にとりたてて異常なところは見られませんでした。
そういうことになりますと。
［第５３回］で感じた疑問は解決できるのでしょうか？

前回のプログラムと今回のプログラムの違いは、前回はサブルーチンの中を１回だけ実行してＲＥＴしていますが、今回はサブルーチンの中を実行しないですぐにＲＥＴしている、というところだけです。
つまりサブルーチンの中の
ＭＯＶ　ＣＬ，０１　（３ｃｌｋ）
ＤＥＣ　ＣＬ　（３ｃｌｋ）
ＪＮＺ　Ｔ５ＵＳ２　（４ｃｌｋ）
の合計３＋３＋４＝１０クロック、０．５μｓ、これが２回なので計算上はちょうど１μｓの差になるはずなのに、前回は１０．６μｓで今回は８μｓですから、その差は２．６μｓもあります。
この差はサブルーチンで生じているはずです。
サブルーチンは２回実行されていますから、１回あたりで考えると、計算上の差は０．５μｓなのに実測での差は１．３μｓです。
どこでこの差が出てきたのでしょうか？
やっぱりどこかに異常な動作が隠されているのでしょうか？

聡明なる読者の皆様はすでにおわかりのことと思います。
実は、その答えは前回に書いていたのでした（その時点では私はまだ本当に気が付いていたわけではなかったのですが）。

１６ビットマイコンボードの製作［第５６回］
２０１８．７．１４ｕｐｌｏａｄ

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