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RCPU
REFERENCE MANUAL
TABLE OF CONTENTS
Rev. 1 February 1999
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MOTOROLA
iii
PREFACE
Section 1
OVERVIEW
1.1 RCPU Overview. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-1
1.1.1 RCPU Features . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
1.1.2 RCPU Block Diagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
1.1.3 Instruction Sequencer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-5
1.1.4 Independent Execution Units . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-6
1.1.4.1 Branch Processing Unit (BPU). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
1.1.4.2 Integer Unit (IU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
1.1.4.3 Floating-Point Unit (FPU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8
1.1.4.4 Load/Store Unit (LSU) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-8
1.1.5 Instruction Cache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
1.1.6 Instruction Pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-9
1.1.7 Development Support. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-10
1.2 Levels of the PowerPC Architecture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
1.3 The RCPU as a PowerPC Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
1.3.1 PowerPC Registers and Programming Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-11
1.3.1.1 General-Purpose Registers (GPRs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.2 Floating-Point Registers (FPRs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.3 Condition Register (CR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.4 Floating-Point Status and Control Register (FPSCR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.5 Machine State Register (MSR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.6 Special-Purpose Registers (SPRs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.7 User-Level SPRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-12
1.3.1.8 Supervisor-Level SPRs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-13
1.3.2 Instruction Set and Addressing Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-13
1.3.2.1 PowerPC Instruction Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-14
1.3.2.2 PowerPC Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
1.3.2.3 RCPU Instruction Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-15
1.3.3 PowerPC Exception Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-16
Section 2
REGISTERS
2.1 Programming Models. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-1
2.2 PowerPC UISA Register Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.2.1 General Purpose Registers (GPRs) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.2.2 Floating-Point Registers (FPRs). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
2.2.3 Floating-Point Status and Control Register (FPSCR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4
2.2.4 Condition Register (CR) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-8
F
Freescale Semiconductor, Inc.
n
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