import pin

# 一个指令周期
FETCH = [
    # 把 pc(当前是0) 的值 输出到偏移地址寄存器中,
    pin.PC_OUT | pin.MAR_IN,
    # 内存根据上方修改后的偏移地址寄存器找到数据输出到总线上, IR 写入, 给PC 增加1
    pin.RAM_OUT | pin.IR_IN | pin.PC_INC,
    pin.PC_OUT | pin.MAR_IN,
    pin.RAM_OUT | pin.DST_IN | pin.PC_INC,
    pin.PC_OUT | pin.MAR_IN,
    pin.RAM_OUT | pin.SRC_IN | pin.PC_INC,
]

MOV = 0 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2  # 左移 留出来操作数位  然后再加上 ADDR_2的标志
ADD = 1 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2
SUB = 2 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2
CMP = 3 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2
AND = 4 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2
OR = 5 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2
XOR = 6 << pin.ADDR_2_SHIFT | pin.ADDR_2

INC = 0 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1
DEC = 1 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1
NOT = 2 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1
JMP = 3 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1

JO = 4 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1  # 溢出跳转
JNO = 5 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1  # 不溢出跳转
JZ = 6 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1  # 如果为0跳转
JNZ = 7 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1  # 非0跳转
JP = 8 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1  # 奇数跳转
JNP = 9 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1  # 偶数跳转

PUSH = 10 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1
POP = 11 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1

CALL = 12 << pin.ADDR_1_SHIFT | pin.ADDR_1


NOP = 0b0
RET = 0b1
HLT = 0b11_1111


INSTRUCTIONS = {
    2: {
        MOV: {  # 0b10000000
            # mov X任意寄存器, 5,      如果是mov a, 5 这个指令对应的前3个内存地址就是  1000_01_00 00000008(dst中保存的a寄存器编号是8) 00000101(src保存的数值是5, 等下SRC_OUT会输出到总线上)
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # 1000_01_00 这是IR寄存器上保存的指令
                # 目的任意寄存器的控制线的编号X, 保存在了DST寄存器中中, 输出到读写控制器控制使X寄存器打开写
                # 写入 SRC寄存器中保存的立即数
                # 这是控制读写寄存器操作寄存器控制器的值
                pin.DST_W | pin.SRC_OUT,
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # mov a, b
                pin.DST_W | pin.SRC_R
                # SRC_R 和 SRC_OUT的区别是:
                #   - SRC_R 是被读写控制器控制的表示, SRC_R内保存的值是一个寄存器编号, 此时把这个编号传到 寄存器控制器中然后把这个指定的寄存器数据传到总线上
                #   - SRC_OUT 是把直接SRC寄存器中的数据输出到总线
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_DIR): [  # mov a, [0x5]
                pin.SRC_OUT | pin.MAR_IN,  # 把0x5从src寄存器, 通过偏移地址寄存器传到 内存控制器中
                pin.DST_W | pin.RAM_OUT  # 把上面传到内存控制器中的地址, 输出到DST_W中的a寄存器中
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_RAM): [  # mov a, [b]
                pin.SRC_R | pin.MAR_IN,  # 把SRC_R中的b寄存器编号, 通过偏移地址寄存器MAR传到 内存控制器中
                pin.DST_W | pin.RAM_OUT
            ],

            (pin.AM_DIR, pin.AM_INS): [  # mov [0x2f], 5
                pin.DST_OUT | pin.MAR_IN,  # 把0x2f这个地址, 从dst寄存器, 通过偏移地址寄存器传到 内存控制器中
                pin.SRC_OUT | pin.RAM_IN
            ],
            (pin.AM_DIR, pin.AM_REG): [  # mov [0x0], a
                pin.DST_OUT | pin.MAR_IN,
                pin.SRC_R | pin.RAM_IN
            ],
            (pin.AM_DIR, pin.AM_DIR): [  # mov [0x0], [0x2f]
                pin.SRC_OUT | pin.MAR_IN,
                pin.T1_IN | pin.RAM_OUT,

                pin.DST_OUT | pin.MAR_IN,
                pin.T1_OUT | pin.RAM_IN
            ],
            (pin. AM_DIR, pin.AM_RAM): [  # mov [0x0], [a]
                pin.SRC_R | pin.MAR_IN,
                pin.T1_IN | pin.RAM_OUT,

                pin.DST_OUT | pin.MAR_IN,
                pin.T1_OUT | pin.RAM_IN
            ],

            (pin.AM_RAM, pin.AM_INS): [  # mov [a], 0x5
                pin.DST_R | pin.MAR_IN,
                pin.SRC_OUT | pin.RAM_IN
            ],
            (pin.AM_RAM, pin.AM_REG): [  # mov [a], c
                pin.DST_R | pin.MAR_IN,
                pin.SRC_R | pin.RAM_IN
            ],
            (pin.AM_RAM, pin.AM_DIR): [  # mov [a], [0x5]
                pin.SRC_OUT | pin.MAR_IN,
                pin.T1_IN | pin.RAM_OUT,

                pin.DST_R | pin.MAR_IN,
                pin.T1_OUT | pin.RAM_IN
            ],
            (pin.AM_RAM, pin.AM_RAM): [  # mov [a], [b]
                pin.SRC_R | pin.MAR_IN,
                pin.T1_IN | pin.RAM_OUT,

                pin.DST_R | pin.MAR_IN,
                pin.T1_OUT | pin.RAM_IN
            ],
        },
        ADD: {
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # add b, 5
                pin.DST_R | pin.A_IN,  # 将b寄存器内的值 转移到 A寄存器
                pin.SRC_OUT | pin.B_IN,  # 将 src中的值 转移到 b寄存器
                pin.OP_ADD | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW  # 打开alu输出计算之后 写入到 DST中的编号为 b寄存器中, 并记录 psw
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # add a, b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.SRC_R | pin.B_IN,
                pin.OP_ADD | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        SUB: {
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # sub b, 5
                pin.DST_R | pin.A_IN,  # 将b寄存器内的值 转移到 A寄存器
                pin.SRC_OUT | pin.B_IN,  # 将 src中的值 转移到 b寄存器
                pin.OP_SUB | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW  
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # sub a, b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.SRC_R | pin.B_IN,
                pin.OP_SUB | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        CMP: {
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # cmp b, 5
                pin.DST_R | pin.A_IN,  # 将b寄存器内的值 转移到 A寄存器
                pin.SRC_OUT | pin.B_IN,  # 将 src中的值 转移到 b寄存器
                pin.OP_SUB | pin.ALU_PSW  # 相减, 只更新状态字即可
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # cmp a, b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.SRC_R | pin.B_IN,
                pin.OP_SUB | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        AND: {
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # and b, 5
                pin.DST_R | pin.A_IN,  # 将b寄存器内的值 转移到 A寄存器
                pin.SRC_OUT | pin.B_IN,  # 将 src中的值 转移到 b寄存器
                pin.OP_AND | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # and a, b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.SRC_R | pin.B_IN,
                pin.OP_AND | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        OR: {
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # or b, 5
                pin.DST_R | pin.A_IN,  # 将b寄存器内的值 转移到 A寄存器
                pin.SRC_OUT | pin.B_IN,  # 将 src中的值 转移到 b寄存器
                pin.OP_OR | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # or a, b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.SRC_R | pin.B_IN,
                pin.OP_OR | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        XOR: {
            (pin.AM_REG, pin.AM_INS): [  # xor b, 5
                pin.DST_R | pin.A_IN,  # 将b寄存器内的值 转移到 A寄存器
                pin.SRC_OUT | pin.B_IN,  # 将 src中的值 转移到 b寄存器
                pin.OP_XOR | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
            (pin.AM_REG, pin.AM_REG): [  # xor a, b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.SRC_R | pin.B_IN,
                pin.OP_XOR | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
    },
    1: {
        INC: {
            pin.AM_REG: [  # inc b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.OP_INC | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        DEC: {
            pin.AM_REG: [  # dec b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.OP_DEC | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        NOT: {
            pin.AM_REG: [  # not b
                pin.DST_R | pin.A_IN,
                pin.OP_NOT | pin.ALU_OUT | pin.DST_W | pin.ALU_PSW
            ],
        },
        JMP: {  # jmp 0x5  跳转到立即数的地址
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },

        JO: {
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },
        JNO: {
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },
        JZ: {
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },
        JNZ: {
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },
        JP: {
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },
        JNP: {
            pin.AM_INS: [
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,
            ]
        },
        PUSH: {
            pin.AM_INS: [  # push 5

                # 计算得到新的栈顶地址
                pin.SP_OUT | pin.A_IN,
                pin.OP_DEC | pin.ALU_OUT | pin.SP_IN,  # 替换sp为新的sp

                pin.SP_OUT | pin.MAR_IN,  # 修改 mar偏移寄存器
                # 修改 msr段地址寄存器
                pin.SS_OUT | pin.MSR_IN,

                # 根据 msr段地址 和mar偏移地址 控制内存写
                pin.RAM_IN | pin.DST_OUT,

                # 修改msr即可, mar会被pc修改
                pin.MSR_IN | pin.CS_OUT,

            ],
            pin.AM_REG: [  # push b
                # 计算得到新的栈顶地址
                pin.SP_OUT | pin.A_IN,
                pin.OP_DEC | pin.ALU_OUT | pin.SP_IN,  # 替换sp为新的sp

                pin.SP_OUT | pin.MAR_IN,  # 修改 mar偏移寄存器
                # 修改 msr段地址寄存器
                pin.SS_OUT | pin.MSR_IN,


                # 根据 msr段地址 和mar偏移地址 控制内存写
                pin.RAM_IN | pin.DST_R,

                # 修改msr即可, mar会被pc修改
                pin.MSR_IN | pin.CS_OUT,
            ]
        },
        POP: {
            pin.AM_REG: [  # pop d
                # 修改段地址和偏移地址
                pin.SP_OUT | pin.MAR_IN,
                pin.SS_OUT | pin.MSR_IN,
                # 读出内存数据到 dst_w
                pin.RAM_OUT | pin.DST_W,

                # 对sp增加1
                pin.SP_OUT | pin.A_IN,
                pin.OP_INC | pin.ALU_OUT | pin.SP_IN,

                # 恢复 msr
                pin.CS_OUT | pin.MSR_IN,
            ]
        },
        CALL: {
            pin.AM_INS: [  # call 0x5
                # 先把当前pc压栈
                pin.SP_OUT | pin.A_IN,
                pin.OP_DEC | pin.ALU_OUT | pin.SP_IN,  # sp减去1回写到sp

                pin.SP_OUT | pin.MAR_IN,  # 修改 mar偏移寄存器
                # 修改 msr段地址寄存器
                pin.SS_OUT | pin.MSR_IN,

                # 根据 msr段地址 和mar偏移地址 控制内存写, 把当前PC 压栈
                pin.RAM_IN | pin.PC_OUT,

                # 修改PC为 DST
                pin.DST_OUT | pin.PC_IN,

                # 修改msr即可, mar会被pc修改
                pin.MSR_IN | pin.CS_OUT,
            ],
            pin.AM_REG: [  # call b
                pin.SP_OUT | pin.A_IN,
                pin.OP_DEC | pin.ALU_OUT | pin.SP_IN,

                pin.SP_OUT | pin.MAR_IN,
                # 修改 msr段地址寄存器
                pin.SS_OUT | pin.MSR_IN,

                # 当前pc压栈
                pin.RAM_IN | pin.PC_OUT,
                # 修改PC为 DST
                pin.DST_R, pin.PC_IN,

                pin.MSR_IN | pin.CS_OUT,
            ]
        },
    },
    0: {
        NOP: [
            pin.CYC,
        ],
        HLT: [
            pin.HLT,
        ],
        RET: [
            # 修改段地址和偏移地址
            pin.SP_OUT | pin.MAR_IN,
            pin.SS_OUT | pin.MSR_IN,

            # 直接把栈顶的值读到PC(这个值保存的事call的时候, PC的值)
            pin.RAM_OUT | pin.PC_IN,

            # 对sp增加1
            pin.SP_OUT | pin.A_IN,
            pin.OP_INC | pin.ALU_OUT | pin.SP_IN,

            # 恢复 msr
            pin.CS_OUT | pin.MSR_IN,

        ]
    }
}


if __name__ == "__main__":
    print(FETCH)