第二天一早，第八组设计室，工业计算机26颗芯片的分配图挂在黑板上。
吕辰手里拿着《精简指令集体系结构与编码表》，站在黑板前。
台下坐着诸葛彪、钱兰、曾祺，以及七个设计小队42名成员。
“咱们的精简指令集，理论组已经设计完毕，我们在午马机上跑通了。48条指令，全部验证通过。”吕辰开门见山，“今天，咱们把这48条指令，分配到26颗芯片里。”
他翻开编码表，指着第一页的总表。
“按照咱们最初的设计，使用频率最高的指令，要做在主控核心和运算器里，单周期执行。I/O和特殊指令，分配到对应的专用芯片里。这些指令直接和硬件打交道，必须和对应的接口芯片协同设计。”
他放下手，看着台下：“
第一类是算术逻辑指令，一共是12条，吕辰在黑板上依次写了下来。
ADD、SUB、MUL、DIV、AND、OR、XOR、NOT、CMP、INC、DEEG
钱兰道：“这12条指令，是工业控制最常用的，几乎每个控制回路都要用。必须全部硬件化，放在主控制核心和定点运算器里。”
大张海举手：“MUL和DIV也硬件化？乘法器和除法器面积可不小。”
曾祺回应道：“工业控制里的乘除，大部分是乘除常数，比如PID算法里的系数乘。做简单乘法器就够了，不需要32位乘32位的复杂单元。用移位加实现，面积小，速度够用。”
其他人没有意见，吕辰点点头：“主控核心：算术逻辑单元ALU，支持12条指令。”
第二类是分支跳转指令，一共8条。
JMP、JZ、JNZ、JC、CALL、RET、INT
诸葛彪道：“这些指令控制程序流程。中断、子程序调用、条件跳转，实时性要求高。”
钱兰特别指出“INT”和“CALL”：“中断响应要在几个时钟周期内完成，所以中断现场保存必须硬件自动完成，不能用微程序。”
其他人没有意见，吕辰在中央处理模块那一栏画了一个箭头，指向主控制核心。
“全部放在主控制核心。”
第三类是数据传送指令，一共6条。
MOV、LOAD、STORE、PUSH、POP、XCHG
吕辰指着黑板：“MOV是寄存器之间传数据，LOAD/STORE是寄存器和内存之间传数据。这些指令的执行频率极高，一个温度控制回路里，有一半指令是数据传送。”
周建国道：“LOAD/STORE要访问内存，地址计算和总线时序怎么处理？”
吕辰在黑板上画了一个简图。
“地址计算放在主控制核心，总线访问由存储控制器（KL-MC）配合完成。LOAD指令执行时，主控核心把地址发到地址总线，存储控制器从内存读数据，放回数据总线，主控核心再把数据写进寄存器。”
其他人没有意见，吕辰在存储模块那一栏写了几个字：“KL-MC：配合LOAD/STORE实现。”
I/O读写指令一共10条。
IN、OUT、INS、OUTS、READ_ADC、WRITE_DAC、READ_TEMP、SET_PWM、READ_ENCODER、SET_STEPPER
“这一类指令最多。”吕辰的声音提高了一些，“工业控制的核心就是读传感器、写执行器。这10条指令，每一条都对应一种或几种I/O操作。”
他在黑板上画了一张表，左边写上指令，右边空着。
“现在，咱们来讨论各I/O读写指令的对应芯片。”
钱兰道：“按照咱们的架构，I/O操作要放在专用芯片里，所以这些指令，不全部做在主控制核心里。”
吕辰点了点头：“主控核心只负责指挥，不负责干活。干活的事，交给专用芯片。这样主控核心的设计就简单了，不需要集成各种模拟电路和接口逻辑。”
经过讨论，IN/OUT放在数字量输入/输出芯片；INS/OUTS放在串行通信控制器；READ_ADC放在模拟量输入芯片……
移位指令仅有4条，分别是SHL、SHR、ROL、ROR。
这个比较好定，移位指令用于数据处理，比如协议解析、编解码。
这些指令逻辑简单，但执行频率不低。
因此，放在主控核心的ALU里，和算术逻辑单元共用数据通路。
位操作指令也只有3条，BSET、BCLR、BTST，这些指令硬件实现很容易，放主控核心。
系统控制指令虽然同样是3条，但是就比较考量。
NOP是空操作，HALT是停机，WDR是看门狗复位。
WDR指令很重要，工业控制不能死机，看门狗定时器需要程序定期‘喂狗’，如果程序跑飞了，没有及时喂狗，看门狗就会自动复位系统。
因此，WDR指令需要和电源管理芯片里的看门狗定时器配合。
在执行WDR时，主控核心通过控制总线告诉电源管理芯片喂狗了，定时器清零。
最后是两条特殊指令SWI和RDTIM，前者是软件中断，用于系统调用。后者是读时钟，用于实时任务调度。
讨论完毕，吕辰在黑板上写完最后一行字，放下粉笔，转过身。
“48条指令，分配完毕。咱们来总结一下。”
“主控制核心，硬件实现40条高频指令，算术逻辑、分支跳转、数据传送、移位、位操作、系统控制、特殊指令中的SWI和RDTIM。冗余监控核心同上，2颗定点运算器，实现乘除法和移位操作，加速运算，存储模块……”
吕辰讲完，会议室里安静了几秒。
钱兰第一个开口：“吕辰，你把I/O指令和专用芯片的对应关系写成一张表，这个方法不错，以后写微程序的时候，程序员能查。”
曾祺赞同：“依我看，咱们得整理一个《I/O指令与芯片映射手册》，我看这个事，我来负责吧。”
诸葛彪问了一句：“那8条没有硬件化的低频指令，放在程序存储器里的微程序，谁来写？”
吕辰想了想：“这点事情不大，不用麻烦程序设计院，我拿去交给李师兄，这些没有硬件化的指令，最终都是要放进工业计算机的微程序库的。”
诸葛彪把烟掐灭在烟灰缸里，站起来伸了个懒腰。
“48条指令，40条硬件化，8条微程序模拟。分配完了，下一步干什么？”
吕辰看了看墙上的挂钟，已经快十二点了。
“下午开始，各小队根据指令集分配，修改《芯片功能规格说明书》。每一颗芯片，要明确列出它需要支持的指令、数据通路、控制接口。”
他看着台下：“三天之内，改完。然后开始逻辑设计。”
方案议定，吕辰等人进入了枯燥的设计工作当中。
这天一早，吕辰从厨房拿了两个馒头揣进兜里，推着自行车就出了门。
到了设计室，钱兰已经坐在桌前，面前摊着厚厚一沓稿纸，铅笔夹在耳朵上，正对着那张《精简指令集体系结构与编码表》发呆。
听见脚步声，抬起头，眼睛
“钱师姐，这么早？”
钱兰揉了揉太阳穴：“48条指令分配到26颗芯片里，说是一句话的事，做起来全是问题。昨天晚上我翻了三个小时，发现好几个指令的执行路径在物理上根本走不通。”
她把稿纸转过来，指着上面用红笔圈出来的几处。
“你看这个LOAD指令，需要从内存读数据到寄存器。但咱们的存储控制器和主控制核心之间，数据总线只有8位。LOAD一次要两个周期，这还行。但问题是，如果连续LOAD，总线仲裁会冲突。我刚才算了一下，至少要加一个数据缓冲队列，不然指令流水线根本转不起来。”
吕辰凑过去看了两眼，眉头皱了起来。
“加缓冲队列，意味着控制核心的逻辑要改。本来已经定了40条硬件指令，现在为了这个队列，至少要多加两个状态。”
“所以我才头疼。”钱兰把铅笔拿下来，在纸上敲了敲，“不加，性能不达标；加了，面积超标、时序收不住。宋教授那边卡得严，五微米工艺下，核心芯片面积不能超过80平方毫米。”