PRM-M68000_eng.pdf

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MOTOROLA
M68000 FAMILY
Programmer’s Reference Manual
(Includes CPU32 Instructions)
©
MOTOROLA INC., 1992
TABLE OF CONTENTS
Paragraph
Number
Title
Section 1
Introduction
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3
1.1.4
1.2
1.2.1
1.2.2
1.2.2.1
1.2.2.2
1.2.3
1.2.3.1
1.2.3.2
1.2.3.3
1.2.3.4
1.2.4
1.3
1.3.1
1.3.2
1.3.3
1.3.4
1.3.5
1.3.6
1.3.6.1
1.3.6.2
1.4
1.5
1.5.1
1.5.2
1.6
1.6.1
1.6.2
1.6.3
1.6.4
1.6.5
1.6.6
1.7
1.7.1
MOTOROLA
Page
Number
Integer Unit User Programming Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
Data Registers (D7 – D0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
Address Registers (A7 – A0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
Program Counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
Condition Code Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
Floating-Point Unit User Programming Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
Floating-Point Data Registers (FP7 – FP0) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-4
Floating-Point Control Register (FPCR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
Exception Enable Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
Mode Control Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
Floating-Point Status Register (FPSR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
Floating-Point Condition Code Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
Quotient Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
Exception Status Byte.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
Accrued Exception Byte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
Floating-Point Instruction Address Register (FPIAR) . . . . . . . . . . . . . 1-8
Supervisor Programming Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8
Address Register 7 (A7) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
Status Register . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
Vector Base Register (VBR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
Alternate Function Code Registers (SFC and DFC) . . . . . . . . . . . . . 1-11
Acu Status Register (MC68EC030 only) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
Transparent Translation/access Control Registers . . . . . . . . . . . . . . 1-12
Transparent Translation/access Control Register Fields for the
M68030. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
Transparent Translation/access Control Register Fields for the
M68040. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-13
Integer Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-14
Floating-Point Data Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
Packed Decimal Real Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
Binary Floating-Point Formats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-16
Floating-Point Data Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-17
Normalized Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-18
Denormalized Numbers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-18
Zeros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
Infinities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
Not-A-Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-19
Data Format and Type Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-20
Organization of Data in Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-25
Organization of Integer Data Formats in Registers . . . . . . . . . . . . . . 1-25
M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL
iii
TABLE OF CONTENTS
(
Continued
)
Paragraph
Number
1.7.2
1.7.3
Title
Page
Number
Organization of Integer Data Formats in Memory . . . . . . . . . . . . . . . 1-27
Organization of Fpu Data Formats in Registers and Memory . . . . . . 1-30
Section 2
Addressing Capabilities
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.2.3
2.2.4
2.2.5
2.2.6
2.2.7
2.2.8
2.2.9
2.2.10
2.2.11
2.2.12
2.2.13
2.2.14
2.2.15
2.2.16
2.2.17
2.2.18
2.3
2.4
2.5
2.5.1
2.5.2
2.5.2.1
2.5.2.2
2.5.2.3
2.6
2.6.1
2.6.2
Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
Effective Addressing Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
Data Register Direct Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
Address Register Direct Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
Address Register Indirect Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
Address Register Indirect with Postincrement Mode. . . . . . . . . . . . . . 2-6
Address Register Indirect with Predecrement Mode . . . . . . . . . . . . . . 2-7
Address Register Indirect with Displacement Mode . . . . . . . . . . . . . . 2-8
Address Register Indirect with Index (8-Bit Displacement) Mode . . . . 2-9
Address Register Indirect with Index (Base Displacement) Mode. . . 2-10
Memory Indirect Postindexed Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-11
Memory Indirect Preindexed Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12
Program Counter Indirect with Displacement Mode . . . . . . . . . . . . . 2-13
Program Counter Indirect with Index (8-Bit Displacement) Mode . . . 2-14
Program Counter Indirect with Index (Base Displacement) Mode. . . 2-15
Program Counter Memory Indirect Postindexed Mode . . . . . . . . . . . 2-16
Program Counter Memory Indirect Preindexed Mode . . . . . . . . . . . . 2-17
Absolute Short Addressing Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-18
Absolute Long Addressing Mode. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-18
Immediate Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19
Effective Addressing Mode Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-19
Brief Extension Word Format Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-21
Full Extension Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-22
No Memory Indirect Action Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-24
Memory Indirect Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25
Memory Indirect with Preindex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-25
Memory Indirect with Postindex. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-26
Memory Indirect with Index Suppressed.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-27
Other Data Structures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28
System Stack. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-28
Queues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-29
Section 3
Instruction Set Summary
3.1
3.1.1
3.1.2
iv
Instruction Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-1
Data Movement Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5
Integer Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-6
M68000 FAMILY PROGRAMMER’S REFERENCE MANUAL
MOTOROLA
TABLE OF CONTENTS
(
Continued
)
Paragraph
Number
3.1.3
3.1.4
3.1.5
3.1.6
3.1.7
3.1.8
3.1.9
3.1.10
3.1.11
3.1.12
3.1.13
3.2
3.3
3.3.1
3.3.2
3.3.3
3.3.4
3.3.5
3.4
3.5
3.5.1
3.5.2
3.6
3.6.1
3.6.2
3.7
Title
Page
Number
Logical Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
Shift and Rotate Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-8
Bit Manipulation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10
Bit Field Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-10
Binary-Coded Decimal Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-11
Program Control Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-11
System Control Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12
Cache Control Instructions (MC68040) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14
Multiprocessor Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-14
Memory Management Unit (MMU) Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15
Floating-Point Arithmetic Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-15
Integer Unit Condition Code Computation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-17
Instruction Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
Using the Cas and Cas2 Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
Using the Moves Instruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
Nested Subroutine Calls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
Bit Field Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-20
Pipeline Synchronization with the Nop Instruction. . . . . . . . . . . . . . . 3-21
Floating-Point Instruction Details . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-21
Floating-Point Computational Accuracy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-23
Intermediate Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-24
Rounding the Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-25
Floating-Point Postprocessing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-27
Underflow, Round, Overflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28
Conditional Testing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-28
Instruction Descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-32
Section 4
Integer Instructions
Section 5
Floating Point Instructions
Section 6
Supervisor (Privileged) Instructions
Section 7
CPU32 Instructions
Section 8
Instruction Format Summary
8.1
Instruction Format . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-1
MOTOROLA
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