BlogFM Re: 从零开始的红白机模拟

STEP3: CPU 指令实现 - 基础指令

这节就详细谈谈基础指令, 所谓'基础指令'只是自己随便命名的, 避免一节过长, 请勿对号入座.

指令周期

不同指令需要消耗不同的周期, 这很好理解. 不过就算相同的指令环境不同也会消耗不同周期:

页面边界交叉(Page Boundary Crossed)
- 页面边界交叉是指6502将内存划分为256个页面(8位机但是拥有16位地址空间).
- 当访问不同页面时, 需要额外的指令周期去读取.
跳转到不同页面(Branch Occurs Different Page)
- 意思和上面的差不多
这两个会在这一步的最后一节详细谈谈

LDA - Load "A"

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	LDA #Oper	A9	2	2
零页	LDA Oper	A5	2	3
零页,X	LDA Oper,X	B5	2	4
绝对	LDA Oper	AD	3	4
绝对,X	LDA Oper,X	BD	3	4*
绝对,Y	LDA Oper,Y	B9	3	4*
(间接,X)	LDA (Oper,X)	A1	2	6
(间接),Y	LDA (Oper),Y	B1	2	5*

* 在页面边界交叉时 +1s

由存储器取数送入累加器A, 影响FLAG: Z(ero),S(ign), 伪C代码:

A = READ(address);
CHECK_ZSFLAG(A);

LDX - Load 'X'

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	LDX #Oper	A2	2	2
零页	LDX Oper	A6	2	3
零页, Y	LDX Oper,Y	B6	2	4
绝对	LDX Oper	AE	3	4
绝对, Y	LDX Oper,Y	BE	3	4*

* 在页面边界交叉时 +1s

由存储器取数送入变址寄存器X, 影响FLAG: Z(ero),S(ign), 伪C代码:

X = READ(address);
CHECK_ZSFLAG(X);

LDY - Load 'Y'

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	LDY #Oper	A0	2	2
零页	LDY Oper	A4	2	3
零页,X	LDY Oper,X	B4	2	4
绝对	LDY Oper	AC	3	4
绝对,X	LDY Oper,X	BC	3	4*

* 在页面边界交叉时 +1s

由存储器取数送入变址寄存器Y, 影响FLAG: Z(ero),S(ign), 伪C代码:

Y = READ(address);
CHECK_ZSFLAG(Y);

STA - Store 'A'

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
零页	STA Oper	85	2	3
零页,X	STA Oper,X	95	2	4
绝对	STA Oper	80	3	4
绝对,X	STA Oper,X	90	3	5
绝对,Y	STA Oper, Y	99	3	5
(间接,X)	STA (Oper,X)	81	2	6
(间接),Y	STA (Oper),Y	91	2	6

将累加器A的数送入存储器, 影响FLAG:(无), 伪C代码:

WRTIE(address, A);

STX - Store 'X'

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
零页	STX Oper	86	2	3
零页,Y	STX Oper,Y	96	2	4
绝对	STX Oper	8E	3	4

将变址寄存器X的数送入存储器, 影响FLAG:(无), 伪C代码:

WRTIE(address, X);

STY - Store 'Y'

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
零页	STY Oper	84	2	3
零页,X	STY Oper,X	94	2	4
绝对	STY Oper	8C	3	4

将变址寄存器Y的数送入存储器, 影响FLAG:(无), 伪C代码:

WRTIE(address, Y);

ADC - Add with Carry

助记符号 A = A + M +C

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	ADC #Oper	69	2	2
零页	ADC Oper	65	2	3
零页,X	ADC Oper,X	75	2	4
绝对	ADC Oper	60	3	4
绝对,X	ADC Oper,X	70	3	4*
绝对,Y	ADC Oper,Y	79	3	4*
(间接,X)	ADC (Oper,X)	61	2	6
(间接),Y	ADC (Oper),Y	71	2	5*

* 在页面边界交叉时 +1s

累加器,存储器,进位标志C相加,结果送累加器A. 影响FLAG: S(ign), Z(ero), C(arry), (o)V(erflow), 伪C代码:

src = READ(address);
uint16_t result16 = A + src + (CF ? 1 : 0);
CHECK_CFLAG(result16>>8);
uint8_t result8 = result16;
CHECK_VFLAG(!((A ^ src) & 0x80) && ((A ^ result8) & 0x80));
A = result8;
CHECK_ZSFLAG(A);

SBC - Subtract with Carry

助记符号 A = A - M - (1-C)

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	SBC #Oper	E9	2	2
零页	SBC Oper	E5	2	3
零页,X	SBC Oper,X	F5	2	4
绝对	SBC Oper	ED	3	4
绝对,X	SBC Oper,X	FD	3	4*
绝对,Y	SBC Oper,Y	F9	3	4*
(间接,X)	SBC (Oper,X)	E1	2	6
(间接),Y	SBC (Oper),Y	F1	2	5

从累加器减去存储器和进位标志C,结果送累加器A. 影响FLAG: S(ign), Z(ero), C(arry), (o)V(erflow), 伪C代码:

src = READ(address);
uint16_t result16 = A - src - (CF ? 0 : 1);
CHECK_CFLAG(!(result16>>8));
uint8_t result8 = result16;
CHECK_VFLAG(((A ^ result8) & 0x80) && ((A ^ src) & 0x80));
A = result8;
CHECK_ZSFLAG(A);

INC - Increment memory

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
零页	INC Oper	E6	2	5
零页,X	INC Oper,X	F6	2	6
绝对	INC Oper	EE	3	6
绝对,X	INC Oper,X	FE	3	7

存储器单元内容+1, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

tmp = READ(address);
++tmp;
WRITE(address, tmp);
CHECK_ZSFLAG(tmp);

DEC - Decrement memory

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
零页	DEC Oper	C6	2	5
零页,X	DEC Oper,X	D6	2	6
绝对	DEC Oper	CE	3	6
绝对,X	DEC Oper,X	DE	3	7

存储器单元内容-1, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

tmp = READ(address);
--tmp;
WRITE(address, tmp);
CHECK_ZSFLAG(tmp);

AND - 'And' memory with A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	AND #Oper	29	2	2
零页	AND Oper	25	2	3
零页,X	AND Oper,X	35	2	4
绝对	AND Oper	2D	3	4
绝对,X	AND Oper,X	3D	3	4*
绝对,Y	AND Oper,Y	39	3	4*
(间接,X)	AND (Oper,X)	21	2	6
(间接),Y	AND (Oper),Y	31	2	5

* 在页面边界交叉时 +1s

存储器单元与累加器做与运算, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

A &= READ(address);
CHECK_ZSFLAG(A);

ORA - 'Or' memory with A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	ORA #Oper	09	2	2
零页	ORA Oper	05	2	3
零页,X	ORA Oper,X	15	2	4
绝对	ORA Oper	0D	3	4
绝对,X	ORA Oper,X	10	3	4*
绝对,Y	ORA Oper,Y	19	3	4*
(间接,X)	ORA (Oper,X)	01	2	6
(间接),Y	ORA (Oper),Y	11	2	5

* 在页面边界交叉时 +1s

存储器单元与累加器做或运算, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

A |= READ(address);
CHECK_ZSFLAG(A);

EOR - "Exclusive-Or" memory with A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	EOR #Oper	49	2	2
零页	EOR Oper	45	2	3
零页,X	EOR Oper,X	55	2	4
绝对	EOR Oper	40	3	4
绝对,X	EOR Oper,X	50	3	4*
绝对,Y	EOR Oper,Y	59	3	4*
(间接,X)	EOR (Oper,X)	41	2	6
(间接),Y	EOR (Oper),Y	51	2	5*

* 在页面边界交叉时 +1s

存储器单元与累加器做异或运算, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

A ^= READ(address);
CHECK_ZSFLAG(A);

INX - Increment X

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	INX	E8	1	2

变址寄存器X内容+1, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

++X;
CHECK_ZSFLAG(X);

DEX - Decrement X

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	DEX	CA	1	2

变址寄存器X内容-1, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

--X;
CHECK_ZSFLAG(X);

INY - Increment Y

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	INY	C8	1	2

变址寄存器Y内容+1, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

++Y;
CHECK_ZSFLAG(Y);

DEY - Decrement Y

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	DEY	88	1	2

变址寄存器Y内容-1, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

--Y;
CHECK_ZSFLAG(Y);

TAX - Transfer A to X

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	TAX	AA	1	2

将累加器A的内容送入变址寄存器X, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

X = A;
CHECK_ZSFLAG(X);

TXA - Transfer X to A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	TXA	8A	1	2

将变址寄存器X的内容送入累加器A, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

A = X;
CHECK_ZSFLAG(A);

TAY - Transfer A to Y

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	TAY	A8	1	2

将累加器A的内容送入变址寄存器Y, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

Y = A;
CHECK_ZSFLAG(Y);

TYA - Transfer Y to A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	TYA	98	1	2

将变址寄存器Y的内容送入累加器A, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

A = Y;
CHECK_ZSFLAG(A);

TSX - Transfer SP to X

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	TSX	BA	1	2

将栈指针SP内容送入变址寄存器X, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码:

X = SP;
CHECK_ZSFLAG(X);

TXS - Transfer X to SP

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	TXS	9A	1	2

将变址寄存器X内容送入栈指针SP, 影响FLAG:无, 伪C代码:

SP = X;

CLC - Clear Carry

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	CLC	18	1	2

清除进位标志C, 影响FLAG: C(arry), 伪C代码:

CF = 0;

SEC - Set Carry

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	SEC	38	1	2

设置进位标志C, 影响FLAG: C(arry), 伪C代码:

CF = 1;

CLD - Clear Decimal

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	CLD	D8	1	2

清除十进制模式标志D, 影响FLAG: D(Decimal), 伪C代码:

DF = 0;

SED - Clear Decimal

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	SED	F8	1	2

设置十进制模式标志D, 影响FLAG: D(Decimal), 伪C代码:

DF = 1

CLV - Clear Overflow

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	CLV	B8	1	2

清除溢出标志V, 影响FLAG: (o)V(erflow), 伪C代码:

VF = 0;

CLI - Clear Interrupt-disable

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	CLI	58	1	2

清除中断禁止标志I, 影响FLAG: I(nterrupt-disable), 伪C代码:

IF = 0;

SEI - Set Interrupt-disable

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	SEI	78	1	2

设置中断禁止标志I, 影响FLAG: I(nterrupt-disable), 伪C代码:

IF = 1;

CMP - Compare memory with A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	CMP #Oper	C9	2	2
零页	CMP Oper	C5	2	3
零页,X	CMP Oper,X	D5	2	4
绝对	CMP Oper	CD	3	4
绝对,X	CMP Oper,X	DD	3	4*
绝对,Y	CMP Oper,Y	D9	3	4*
(间接,X)	CMP (Oper,X)	C1	2	6
(间接),Y	CMP (Oper),Y	D1	2	5*

比较储存器值与累加器A. 影响FLAG: C(arry), S(ign), Z(ero). 伪C代码:

uint16_t result16 = (uint16_t)A - (uint16_t)READ(address);
CF = result16 < 0x100;
CHECK_ZSFLAG((uint8_t)result16);

CPX - Compare memory with X

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	CPX #Oper	E0	2	2
零页	CPX Oper	E4	2	3
绝对	CPX Oper	EC	3	4

比较储存器值与变址寄存器X. 影响FLAG: C(arry), S(ign), Z(ero). 伪C代码:

uint16_t result16 = (uint16_t)X - (uint16_t)READ(address);
CF = result16 < 0x100;
CHECK_ZSFLAG((uint8_t)result16);

CPY - Compare memory with Y

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
立即	CPY #Oper	C0	2	2
零页	CPY Oper	C4	2	3
绝对	CPY Oper	CC	3	4

比较储存器值与变址寄存器Y. 影响FLAG: C(arry), S(ign), Z(ero). 伪C代码:

uint16_t result16 = (uint16_t)Y - (uint16_t)READ(address);
CF = result16 < 0x100;
CHECK_ZSFLAG((uint8_t)result16);

BIT - Bit test memory with A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
零页	BIT Oper	24	2	3
绝对	BIT Oper	2C	3	4

位测试

若 A&M 结果 =0, 那么Z=1
若 A&M 结果!=0, 那么Z=0
S = M的第7位
V = M的第6位

影响FLAG: (o)V(erflow), S(ign), Z(ero). 伪C代码:

tmp = READ(address);
VF = (tmp >> 6) & 1;
SF = (tmp >> 7) & 1;
ZF = A & tmp ? 0 : 1;

ASL - Arithmetic Shift Left

助记符号: C <- |7|6|5|4|3|2|1|0| <- 0

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
累加器A	ASL A	0A	1	2
零页	ASL Oper	06	2	5
零页,X	ASL Oper,X	16	2	6
绝对	ASL Oper	0E	3	6
绝对, X	ASL Oper,X	1E	3	7

累加器A, 或者存储器单元算术按位左移一位. 最高位移动到C, 最低位0. 影响FLAG: S(ign) Z(ero) C(arry), 伪C代码:

// ASL A:
CHECK_CFLAG(A>>7);
A <<= 1;
CHECK_ZSFLAG(A);

// 其他情况
tmp = READ(address);
CHECK_CFLAG(tmp>>7);
tmp <<= 1;
WRITE(address, tmp);
CHECK_ZSFLAG(tmp);

LSR - Logical Shift Right

助记符号: 0 -> |7|6|5|4|3|2|1|0| -> C

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
累加器A	LSR A	4A	1	2
零页	LSR Oper	46	2	5
零页,X	LSR Oper,X	56	2	6
绝对	LSR Oper	4E	3	6
绝对,X	LSR Oper,X	5E	3	7

累加器A, 或者存储器单元逻辑按位右移一位. 最低位回移进C, 最高位变0, 影响FLAG: S(ign) Z(ero) C(arry), 伪C代码:

// LSR A:
CHECK_CFLAG(A & 1);
A >>= 1;
CHECK_ZSFLAG(A);

// 其他情况
tmp = READ(address);
CHECK_CFLAG(tmp & 1);
tmp >>= 1;
WRITE(address, tmp);
CHECK_ZSFLAG(tmp);

ROL - Rotate Left

助记符号: ...|0| <- C <- |7|6|5|4|3|2|1|0| <- C <- |7|...

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
累加器A	ROL A	2A	1	2
零页	ROL Oper	26	2	5
零页,X	ROL Oper,X	36	2	6
绝对	ROL Oper	2E	3	6
绝对,X	ROL Oper,X	3E	3	7

累加器A, 或者储存器内容连同C位按位循环左移一位, 影响FLAG: S(ign) Z(ero) C(arry), 伪C代码:

// A_M 意思到了就行
uint16_t src = A_M;
src <<= 1;
if (CF) src |= 0x1;
CHECK_CFLAG(src > 0xff);
A_M = src;
CHECK_ZSFLAG(A_M);

ROR - Rotate Right

助记符号: ...|0| -> C -> |7|6|5|4|3|2|1|0| -> C -> |7|...

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
累加器A	ROR A	6A	1	2
零页	ROR Oper	66	2	5
零页,X	ROR Oper,X	76	2	6
绝对	ROR Oper	6E	3	6
绝对,X	ROR Oper,X	7E	3	7

累加器A, 或者储存器内容连同C位按位循环左移一位, 影响FLAG: S(ign) Z(ero) C(arry), 伪C代码:

// A_M 意思到了就行
uint16_t src = A_M;
if (CF) src |= 0x100;
CF = src & 1;
src >> 1;
A_M = src;
CHECK_ZSFLAG(A_M);

PHA - Push A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	PHA	48	1	3

累加器A压入栈顶(栈指针SP-1). 影响FLAG:(无), 伪C代码:

PUSH(A);

PLA - Pull(Pop) A

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	PLA	68	1	4

push的反操作, 在6502汇编称为pull, 不过自己还是习惯称为pop. 6502_cn这篇文档提到没有FLAG修改, 可能是笔误, 其他文档(比如这个)提到会影响S(ign) Z(ero) , 伪C代码:

A = POP();
CHECK_ZSFLAG(A);

PHP - Push Processor-status

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	PHP	08	1	3

将状态FLAG压入栈顶, 影响FLAG:(无), 伪C代码:

PUSH(P | FLAG_B | FLAG_R);

PLP - Pull Processor-status

寻址模式	汇编格式	OP代码	指令字节	指令周期
隐含	PLP	28	1	4

PHP逆操作, 影响FLAG: (是的), 伪C代码:

p = POP();
// 无视BIT4 BIT5
RF = 1;
BF = 0;

REF

Sep 09 '18 05:09 dustpg

LDY指令的表格错了

Oct 19 '18 08:10 fixecl

LDY指令的表格错了

感谢指出

Oct 19 '18 08:10 dustpg

ERA - "Exclusive-Or" memory with A 存储器单元与累加器做或运算, 影响FLAG:Z(ero),S(ign), 伪C代码

发现这里漏了一个‘异’233

Dec 05 '19 11:12 Slackre

May 12 '21 13:05 fushang318

May 15 '21 08:05 fushang318

and ora sbc 的 (间接),Y 指令周期数都漏掉了 *

May 22 '21 01:05 fushang318

Re: 从零开始的红白机模拟 - [06]基础指令

STEP3: CPU 指令实现 - 基础指令

指令周期

LDA - Load "A"

LDX - Load 'X'

LDY - Load 'Y'

STA - Store 'A'

STX - Store 'X'

STY - Store 'Y'

ADC - Add with Carry

SBC - Subtract with Carry

INC - Increment memory

DEC - Decrement memory

AND - 'And' memory with A

ORA - 'Or' memory with A

EOR - "Exclusive-Or" memory with A

INX - Increment X

DEX - Decrement X

INY - Increment Y

DEY - Decrement Y

TAX - Transfer A to X

TXA - Transfer X to A

TAY - Transfer A to Y

TYA - Transfer Y to A

TSX - Transfer SP to X

TXS - Transfer X to SP

CLC - Clear Carry

SEC - Set Carry

CLD - Clear Decimal

SED - Clear Decimal

CLV - Clear Overflow

CLI - Clear Interrupt-disable

SEI - Set Interrupt-disable

CMP - Compare memory with A

CPX - Compare memory with X

CPY - Compare memory with Y

BIT - Bit test memory with A

ASL - Arithmetic Shift Left

LSR - Logical Shift Right

ROL - Rotate Left

ROR - Rotate Right

PHA - Push A

PLA - Pull(Pop) A

PHP - Push Processor-status

PLP - Pull Processor-status

REF