CPU S12Z Reference Manual - Reference Manual

Linear S12ZMicrocontrollers

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CPU S12Z

Reference Manual

CPUS12ZRMRev. 1.0101/2013

Table 0-1. Revision History

Rev Date Author Description

1.00 10 Oct 2012 Initial release.

1.01 24 Jan 2013 Fixed typos and grammar errors throughout the document.

Chapter 1Introduction

1.1 Introduction to S12Z CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131.2 Features. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141.3 Symbols and Notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3.1 Source form notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151.3.2 Operators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161.3.3 CPU registers. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3.4 Memory and addressing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.3.5 Condition code register (CCR) bits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3.6 Address mode notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181.3.7 Machine coding notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.3.8 CCR activity notation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191.3.9 Definitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

Chapter 2Overview

2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212.2 Programmers Model and CPU Registers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.1 General Purpose Data Registers (Di) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222.2.2 Index Registers (X, Y) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.3 Stack Pointer (SP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.4 Program Counter (PC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232.2.5 Condition Code Register (CCR). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.5.1 U Control Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242.2.5.2 IPL[2:0] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.5.3 S Control Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.5.4 X Mask Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252.2.5.5 I Mask Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.5.6 N Status Bit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.5.7 Z Status Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.5.8 V Status Bit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.2.5.9 C Status Bit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 262.3 Data Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.4 Memory Operand Sizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.5 CPU Register Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272.6 Memory Organization. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

Chapter 3Addressing Modes

3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.2 Summary of Addressing Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293.3 Inherent Addressing Mode (INH) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.4 Register Addressing Mode (REG, REG*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.5 Immediate Addressing Modes (IMM, IMM1, IMM2, IMM3, IMM4) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.5.1 Short Immediate Addressing mode (IMMe4*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Linear S12 Core Reference Manual, Rev. 1.01

Freescale Semiconductor 3

3.6 Relative Addressing Modes (REL, REL1) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.7 Extended Addressing Modes (EXT1*, EXT2*, EXT3*, EXT24) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303.8 Indexed Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.8.1 4-Bit Short Constant Offset from X, Y, or SP (IDX*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.8.2 9-Bit Constant Offset from X, Y, SP or PC (IDX1*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.8.3 24-Bit Constant Offset from X, Y, SP or PC (IDX3*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.8.4 Register Offset Indexed from X, Y, or SP (REG,IDX*). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313.8.5 Automatic Pre/Post Increment/Decrement from X, Y, or SP (++IDX*). . . . . . . . . . . . . . . . . 323.8.6 18-Bit Constant Offset from Di (IDX2,REG*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.8.7 24-Bit Constant Offset from Di (IDX3,REG*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.9 Indexed Indirect Addressing Modes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.9.1 Register Offset Indexed Indirect from X or Y ([REG,IDX]*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.9.2 9-Bit Constant Offset Indexed Indirect from X, Y, SP or PC ([IDX1]*) . . . . . . . . . . . . . . . . . 323.9.3 24-Bit Constant Offset Indexed Indirect from X, Y, SP or PC ([IDX3]*) . . . . . . . . . . . . . . . . 333.10 Address Indirect Addressing Mode ([EXT3]*) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.11 Effective Address . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.12 Memory Operand Sizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333.13 CPU Register Operands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.14 Instructions Using Multiple Addressing Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.14.1 Shift Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.14.2 Bit Manipulation Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 343.14.3 Looping (DBcc, TBcc) Instructions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.14.4 Math (MUL, MAC, DIV, and MOD) Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353.14.5 Move Instructions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

Chapter 4Instruction Queue

4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2 Queue Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.1 S12Z CPU Instruction Queue Implementation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.2 S12Z CPU Operation Dispatcher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374.2.3 Changes in Execution Flow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 384.2.3.1 Exceptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.2.3.2 Subroutines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.2.4 Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 394.2.4.1 Conditional Branches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .