本文首發(fā)于 B 站《深圳 IO》文集（https://www.bilibili.com/read/readlist/rl569860）。原創(chuàng)不易，轉(zhuǎn)載請注明出處。

關(guān)卡展示

本關(guān)要求你實(shí)現(xiàn)一個(gè)鈦反應(yīng)堆狀態(tài)顯示器。具體的控制方法參考數(shù)據(jù)手冊：

1~5 對應(yīng)五種錯(cuò)誤信號，10~14 對應(yīng)著能源輸出，20~24 對應(yīng)著溫度輸出，30~34 對應(yīng)著操縱桿。

能源／溫度在 0~19?時(shí)亮一格，20~39 時(shí)亮兩格，40~59 時(shí)亮三格，60~79 時(shí)亮四格，80~100 時(shí)亮五格。

操縱桿信號為 0 時(shí)亮 32、33、34 號方塊，信號為 50 時(shí)亮 31、32、33 號方塊，信號為 100 時(shí)亮 30、31、32 號方塊。

需要點(diǎn)亮某個(gè)部件時(shí)，將該部件的編號傳入顯示器即可；需要熄滅某個(gè)部件時(shí)，將該部件編號的相反數(shù)傳入顯示器即可。

本關(guān)有【錯(cuò)誤】、【能源】、【溫度】、【操縱桿】四大輸入量。最簡單的辦法就是用四塊芯片依次控制這四種輸入量。電路圖和代碼如下：

左上角的 MC4000X 連接著【錯(cuò)誤】輸入，是 1 號芯片。它的任務(wù)比較簡單，收到【錯(cuò)誤】端口的信號后（slx x0），將對應(yīng)的信號值直接發(fā)給顯示器就 OK 了（mov x0 x3）。當(dāng)然只干這么點(diǎn)活未免沒有充分利用這塊 MC4000X 的代碼容量。我們發(fā)現(xiàn)，能源／溫度的最低一格的方塊，還有操縱桿的最中間的方塊是常亮的，因此我們在這塊芯片里額外執(zhí)行三條初始化指令，點(diǎn)亮這三個(gè)常亮的方塊（@ mov 32 x3, @ mov 20 x3, @ mov 10 x3）。

位于正中央的 MC6000 連接著【電源】輸入，是 2 號芯片。第一行的代碼（mov -30 x3）是從下方控制操縱桿的 4 號芯片里挪出來的，我們先無視它。

這塊芯片的邏輯嵌套比較多，但很容易理解。當(dāng)電源值在 80~100 范圍內(nèi)時(shí)，我們的代碼看起來是這樣的：

當(dāng)電源值在 60~79 范圍內(nèi)時(shí)，我們的代碼看起來是這樣的：

當(dāng)電源值在 40~59 范圍內(nèi)時(shí)，我們的代碼看起來是這樣的：

當(dāng)電源值在 20~39 范圍內(nèi)時(shí)，我們的代碼看起來是這樣的：

當(dāng)電源值在 0~19 范圍內(nèi)時(shí)，我們的代碼看起來是這樣的：

做完這些后，記得休眠一秒，進(jìn)入下一個(gè)時(shí)鐘周期（slp 1）。

最靠近顯示器的 MC6000 連接著【溫度】輸入，是 3 號芯片。3 號芯片的代碼和 2 號芯片大同小異，只是因?yàn)檫@塊芯片控制的是溫度顯示，不是電源顯示，所以操作數(shù)的十位數(shù)都由 1 變成了 2。同樣的邏輯我不再復(fù)述。

最后是最下方的 MC4000。這塊芯片連接著【控制】輸入，是 4 號芯片。這塊芯片本應(yīng)是 10 行代碼?？扇绻褂?MC6000 的話，會把本應(yīng)送到 3 號芯片的【溫度】這路輸入給擋住，無法送到 3 號芯片中。因此，這里我選擇了將其中一行代碼（mov -30 x1）挪到 2 號芯片中。2 號芯片的?x3 口連接著顯示器，因此挪過去的代碼也相應(yīng)地產(chǎn)生了變化（mov -30 x3）。這樣本芯片就只有 9 行代碼了，就能換成 MC4000 了。節(jié)省了成本不說，線路板的占用面積也變少了，【溫度】這路輸入信號就能暢通無阻地送到 3 號芯片中了。

那么我們分析的時(shí)候，還是按照完整的 10 行代碼來分析。完整的 10 行代碼是這個(gè)樣子的：

一個(gè)典型的“三態(tài)判定”?！究刂啤枯斎胫挥?0、50、100 三種值，先假設(shè)是中間狀態(tài)，點(diǎn)亮 31、33 號小方塊，熄滅 30、34 號小方塊（tcp p0 50, mov -30 x1, mov +31 x1, mov +33 x1, mov -34 x1）。此時(shí)的狀態(tài)是 30、34 熄滅，31、32、33 點(diǎn)亮。

當(dāng)控制輸入是 0 時(shí)，在以上操作的基礎(chǔ)上，熄滅 31 號小方塊，點(diǎn)亮 34 號小方塊（- mov -31 x1, - mov +34 x1），最終狀態(tài)變?yōu)?30、31 熄滅，32、33、34 點(diǎn)亮。

當(dāng)控制輸入是 100 時(shí)，在以上操作的基礎(chǔ)上，熄滅 33 號小方塊，點(diǎn)亮 30 號小方塊（+ mov -33 x1, +?mov +30 x1），最終狀態(tài)變?yōu)?30、31、32 點(diǎn)亮，33、34 熄滅。

做完以上操作后，休眠一秒，進(jìn)入下一個(gè)時(shí)鐘周期（slp 1）。

點(diǎn)擊左下角的【模擬】，可以看到顯示屏已經(jīng)能顯示出實(shí)時(shí)的反應(yīng)堆狀態(tài)了，非常漂亮：

稍等片刻，便會彈出結(jié)算界面：

優(yōu)化電量

我們的第一版設(shè)計(jì)方案里，耗電量達(dá)到了 1.5K。這是因?yàn)槲覀兠棵腌姸荚谒⑿嘛@示屏。實(shí)際上我們并不需要這么頻繁地刷新，只需要在輸入量產(chǎn)生變化時(shí)刷新即可。輸入量未產(chǎn)生變化時(shí)對顯示屏的一切操作都是【空操作】。

除連接【錯(cuò)誤】輸入信號的 1 號芯片外，其余芯片都可以用 acc 寄存器記錄前一秒的狀態(tài)。僅當(dāng)本秒的狀態(tài)和前一秒不一致時(shí)，才需要刷新顯示屏。本方案較上一版方案的改動(dòng)較大，我需要從頭開始重新分析一遍所有的邏輯。電路圖和代碼如下：

此時(shí)，為了布線上的方便，1 號芯片從左上角的位置挪到了上方居中的位置，芯片型號由原先的 MC4000X 換成了 MC4000，和顯示器連接的端口變成了 x1。因此該芯片上一版代碼中的 x3 全部替換成 x1。同時(shí)，這塊芯片的初始化部分還增加了兩條指令（@ mov 34 x1, @ mov 33 x1），將操縱桿部分初始化為了【控制】輸入為 0?時(shí)的狀態(tài)。任何芯片的 acc 寄存器的初始值都是 0，這里等于是假設(shè)第 0 秒前的第 -1 秒，【控制】輸入是 0。

這里我們先看連接著【控制】輸入的 4 號芯片。這次，因?yàn)榇a量的增加，這塊芯片換成了 MC6000，這樣我們就能把原先挪到 2 號芯片的那行代碼（mov -30 x1）挪回來了。到達(dá)新的一秒后，首先檢查【控制】輸入的值是否和上一秒一致（teq p0 acc）。一致時(shí)，直接跳到最后睡覺，無需刷新這部分的顯示（+ jmp d）。不一致時(shí)，先將本秒的【控制】值寫入 acc，供下一秒使用。接下來是和上一版方案完全一致的“三態(tài)判定”的過程。這里要注意，芯片換成 MC6000 后，和顯示器通訊的端口變成了 x3，因此這塊芯片上一版代碼中的 x1 要全部替換成 x3。

最復(fù)雜的部分在于控制【電源】和【溫度】顯示的 2 號、3 號芯片。上一版方案里，2 號、3 號芯片已經(jīng)占用掉了 14 和 13 行代碼，已經(jīng)無法再容納“將本秒的狀態(tài)值和 acc 做比較”、“按需跳過刷新過程”以及“將本秒狀態(tài)存入 acc 供下一秒使用”這樣三行代碼了。本方案里，我們使用了循環(huán)結(jié)構(gòu)來刷新【電源】和【溫度】的顯示，且聽我詳細(xì)道來。

電源值和要點(diǎn)亮的小方塊呈如下的映射關(guān)系：

我們可以看到，電源值和要點(diǎn)亮的小方塊的最大編號間的關(guān)系滿足如下數(shù)學(xué)公式：

這里面僅當(dāng) power 為 100 時(shí)是例外情況。當(dāng) power 為 100 時(shí)，max = 15。然而我們的顯示器上并沒有編號為 15 的方塊，向顯示器傳入 15 相當(dāng)于【空操作】，不會產(chǎn)生足以影響結(jié)果的 bug。

我們的 2 號、3 號芯片正是圍繞著這個(gè)公式做循環(huán)的?，F(xiàn)在我們來看 2 號芯片的代碼。

首先檢查本秒的狀態(tài)值和上一秒是否一致（teq p0 acc）。一致時(shí)，關(guān)閉所有的 - 號指令，直接跳到最后睡覺。不一致時(shí)，則將本秒的狀態(tài)值 ×5 后取百位，相當(dāng)于除以 20 后向下取整（- mov p0 acc, - mul 5, - dgt 2），并加上 11 后發(fā)給右邊的 5 號芯片（- add 11, - mov acc x1），然后再發(fā)一個(gè) -15 給右邊的 5 號芯片（- mov -15 x1）。做完這些后，為了方便下一秒鐘和本秒鐘的狀態(tài)做比較，將本秒的狀態(tài)值放入 acc（- mov p0 acc）。然后，我們就可以安心休眠了（slp 1）。

3 號芯片的邏輯和 2 號芯片大同小異，只是所有操作數(shù)的十位數(shù)都由 1 變成了 2。

2 號、3 號芯片的代碼里，向右邊的 5 號芯片發(fā)送了 max+1，以及 -15/-25 這兩個(gè)值，其實(shí)是委托右邊的芯片用循環(huán)的方式，將【11/21 ≤ 編號 < max+1】的燈點(diǎn)亮，將【max+1 ≤ 編號 < 15/25】的燈熄滅。這就是 max+1 及 -15/-25 兩個(gè)數(shù)的意義。我們來分析一下右側(cè) 5 號芯片的代碼：

首先等待左側(cè)的芯片將自己喚醒（slx x1）。喚醒后，我們將收到的 max+1 放入 dat（mov x1 dat），然后將該值復(fù)制一份放入 acc，并將個(gè)位置 1（mov dat acc, dst 0 1），準(zhǔn)備完成“將【11/21?≤?編號 < max+1】的燈點(diǎn)亮”這部分任務(wù)。當(dāng) acc < max+1 時(shí)（tcp acc dat），我們將對應(yīng)的燈點(diǎn)亮（- mov acc x3），然后令 acc +1 以切換到下一個(gè)燈繼續(xù)判斷，直到 acc = max+1 為止（- add 1, - jmp 5）。

此時(shí)我們要注意一下，熄滅一個(gè)燈要傳入對應(yīng)燈編號的相反數(shù)。所以“將【max+1?≤?編號 < 15/25】的燈熄滅”這樣的任務(wù)其實(shí)要做的是“循環(huán)給顯示屏傳送 -max-1 ~ -14/-24 范圍內(nèi)的值”。這里，我們將 max+1 乘以 -1，變成 -max-1（mul -1），并從 x1 口接收第二個(gè)數(shù) -15/-25（mov x1 dat），準(zhǔn)備完成“將【max+1?≤?編號 < 15/25】的燈熄滅”這部分任務(wù)。當(dāng) acc > -15/-25 時(shí)（tcp acc dat），我們將對應(yīng)的燈熄滅（+ mov acc x3），然后令 acc -1（絕對值 +1）以切換到下一個(gè)燈繼續(xù)判斷，直到 acc = -15/-25 為止（+ sub 1, + jmp b）。

點(diǎn)擊左下角的【模擬】，稍等片刻，便會彈出結(jié)算界面：

電量由之前的 1.5K 驟降到 761，效率幾乎提升了一倍！