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關卡展示

這一關看上去非常像【深圳龍騰有限公司】系列里的關卡。但實際做了以后才發(fā)現(xiàn)，這一關并不簡單，要考慮的因素非常多，難度大致和龍騰第 29 關《變色鞋》相當。

本關要求實現(xiàn)一個精確計時器，這個計時器有【開始停止】和【關閉重置】兩個按鈕，均為多功能按鈕。本關的要求如下：

• 初始狀態(tài)下，計時器處于關機狀態(tài)。

• 關機狀態(tài)下按下【開始停止】按鈕時，開機，并將時間置為 0。

• 開機狀態(tài)下按下【開始停止】按鈕，可來回切換計時／停止計時的狀態(tài)。當處于計時狀態(tài)時，每隔兩個時鐘周期，計時器的值 +1。

• 在開機且停止計時的狀態(tài)下按下【關閉重置】按鈕時，若計時器時間不為零，則先將計時器時間歸零；若計時器時間已歸零，則向計時器發(fā)送 -999 以關機。其余任何時候，按下【關閉重置】按鈕都維持原狀。

根據(jù)以上要求，我們可以將計時器細分為四種狀態(tài)：①關機；②開機且正在計時；③開機且停在 0 時間；④開機且停在非 0 時間。那么，我們只需要用一個芯片來計算計時器的實時狀態(tài)，另一個芯片根據(jù)實時狀態(tài)來計算顯示值，就可以完成任務了。電路圖和代碼如下：

由于【開始停止】和【關閉重置】兩個輸入量和下方的芯片直接相連，因此下方的芯片是真正意義上的“第一塊芯片”。我們從這塊芯片開始看起。

我們剛才說過，計時器一共可以細分為四種狀態(tài)。我們將這四種狀態(tài)分別編號 0~3。并存儲到這塊芯片的 acc 寄存器里。具體對應關系如下：

• 0：關機（且是初始狀態(tài)）

• 1：開機且停在 0 值

• 2：開機且停在非 0 值

• 3：開機且處于計時狀態(tài)

第 1~5 行代碼的作用是檢測是否有【關閉重置】信號，以及檢測到信號時的操作。首先我們檢查【關閉重置】信號是否出現(xiàn)（tcp p0 0），未出現(xiàn)時關閉一切 + - 號指令，跳到第 6 行。根據(jù)題目要求，處于計時狀態(tài)時，不響應關閉重置信號。因此我們現(xiàn)在檢測狀態(tài)碼是否小于 3（+ tcp acc 3）。狀態(tài)碼為 3 時，不執(zhí)行任何操作，關閉 + - 號指令，跳到第 6 行。而當狀態(tài)碼小于 3 時，又細分成數(shù)值為 0 和非 0 兩種情況。數(shù)值為非 0，狀態(tài)碼為 2 時（- teq acc 2），將數(shù)值清零但不關機，也就是將狀態(tài)碼變?yōu)?1（+ mov 1 acc）。數(shù)值為 0，或者處于關機狀態(tài)時，狀態(tài)碼為 0、1 中的一個，此時需要將計時器關機，也就是將狀態(tài)碼變?yōu)?0（- mov 0 acc）?！娟P閉重置】按鈕的邏輯就這么多。

第 6~12 行代碼的作用是檢測是否有【開始停止】信號，以及檢測到信號時的操作。首先我們檢查【開始停止】信號是否出現(xiàn)（tcp p1 0），未出現(xiàn)時關閉一切 + - 號指令，跳到第 13 行。【開始停止】按鈕的邏輯較為復雜，因為不論當前處于什么狀態(tài)，只要按下了【開始停止】按鈕，狀態(tài)都會改變。首先我們判斷當前是否處于關機狀態(tài)（+ teq acc?0），如果是關機狀態(tài)，則開機，且令數(shù)字停在 0 值，也就是將狀態(tài)碼設為 1（+ mov 1 acc）。執(zhí)行完后需要跳到第 13 行，避開第 12 行的 + 號指令（+ jmp d）。如果當前不處于關機狀態(tài)，那么又要細分是否正在計時（- teq acc?3）。停在 0 還是非 0 不重要，那個是給【關閉重置】做邏輯判斷的。如果不在計時，也就是狀態(tài)碼不為 3，則啟動計時，將狀態(tài)碼改為 3（- mov 3 acc）。如果正在計時，也就是狀態(tài)碼為 3，則停止計時。停止計時后，時間肯定是處于非 0 狀態(tài)，所以此時將狀態(tài)碼改為 2（+?mov 2 acc）。第 12 行的 + mov 2 acc?僅當?shù)?10?行的測試指令 - teq?acc?3 成立時才能執(zhí)行，所以第 8 行的 + mov 1 acc?執(zhí)行完畢后需要強制跳轉下去，避免誤執(zhí)行這條 + 號指令。

操作完成后，將當前時鐘周期的狀態(tài)碼發(fā)給左上角的“第二塊芯片”，由它計算現(xiàn)在的計時器應該顯示什么數(shù)字（mov acc x0）。最后，休眠一秒，進入下一個時鐘周期（slp 1）。

現(xiàn)在開始看左上角的芯片。左上角芯片的 acc 寄存器用于記錄計時器的實時數(shù)字（擴大十倍的數(shù)字），dat 寄存器用于接收下方芯片發(fā)來的狀態(tài)碼。我們首先將下方芯片發(fā)來的實時狀態(tài)碼存入 dat 寄存器（mov x1 dat），然后圍繞著這個狀態(tài)碼做文章。當狀態(tài)碼是 0 時（teq dat 0），說明處于關機狀態(tài)，將 acc 置為 -999 表示關機（+ mov -999 acc），然后跳到第 8 行，將 -999 發(fā)送給右上角的芯片（mov acc x3）。我們發(fā)現(xiàn) 7、8 兩行把 acc 的值傳了兩次，這是因為右上角的芯片需要將擴大了 10 倍的時間做除以 10 的運算，在僅有兩個寄存器的情況下，必須要兩次提供原數(shù)才能正確地執(zhí)行除以 10 的運算（這個我們后面再說）。而如果傳的值是 -999 的話，我們不需要去做除以 10 的運算，這個值只需要傳一遍就行了。所以當 acc 是 -999 時，跳過第一個 mov acc x3，直接執(zhí)行第二個 mov acc x3。

繼續(xù)判斷，當狀態(tài)碼是 1 時（teq acc 1），我們需要將 acc 強制歸零（+ mov 0 acc），至此，我們將 acc 的值傳兩遍給右邊的芯片（mov acc x3, mov acc x3），并休眠一秒（slp 1）。

細心的讀者可能會問了：狀態(tài)碼是 3 時你怎么不計時了？其實，我們不是不計時，而是【延遲計時】。狀態(tài)碼是 3 時，當前的時鐘周期不能立刻做累加運算，而是要等到下一個時鐘周期時才能開始累加。想象一下生活中的秒表是什么樣子的：你剛按下秒表的時候，秒數(shù)還是 0，到了下一秒的時候，秒數(shù)才變?yōu)?1。這里我們也是一樣的邏輯，休眠完畢后，檢查上一秒的狀態(tài)值是否是 3（teq dat 3）。若是 3 的話，計時器 +0.5（+ add 5）。

最后我們來看右上角的芯片。由于我們的計時器每 2 秒才能計一個數(shù)，所以實際上相當于每秒鐘只能計 0.5 個數(shù)。而我們的游戲又不能使用小數(shù)，所以很無奈，上一個芯片只能把時鐘擴大 10 倍，每秒鐘計 5 個數(shù)，再交由這塊芯片重新做一次除以 10 并向下取整的運算，得到實際顯示的時間值。

我們之前說過，百位為 0 時，我們可以直接用 dgt 1 取十位來得到除以 10 的結果。而這道題的計時器是完全可以計到 10 以上的，也就是百位不一定為 0。這時候除以 10 就比較麻煩了。

首先我們得到從左邊芯片傳來的 ×10 后的數(shù)值，并放入 acc（mov x1 acc）。當然，因為 -999 只會傳一次，所以我們首先檢查原數(shù)是否是 -999（tcp acc -999）。如果是 -999，就別做什么除以 10 的操作了，直接跳到第 9 行關機就完事。如果不是 -999 的話，我們首先將這個數(shù)字的十位提取出來（+ dgt 1），并放到 dat 里備用（+ mov acc dat）。這時候，再從左邊的芯片獲得一份原數(shù)的副本（+ mov x1 acc），提取出百位（+ dgt 2），乘以 10，以便將這個放在最低位上的【百位數(shù)字】向前移動一位（+ mul 10），原先的最低位改成放之前存在 dat 里的【十位數(shù)字】（+ add dat）。如此，便得到了原數(shù)字除以 10 并向下取整的數(shù)。將這個數(shù)發(fā)送給顯示器后（mov acc x3），休眠一秒，進入下一個時鐘周期（slp 1）。

點擊左下角的【模擬】，稍等片刻，便會彈出結算界面：

優(yōu)化三項指標

我們的這個初版代碼，主要的功耗都浪費在了【除以 10 并向下取整】這個過程里。其實，我們可以改為使用一個 ROM，里面放上 0、1 相間的數(shù)字，表示當前時鐘周期里需要累加的值。這樣相當于“前一秒計 0 個數(shù)，后一秒計 1 個數(shù)”，而不是之前的“每秒鐘計 0.5 個數(shù)”。這樣就成功避開了【除以 10 并向下取整】這樣繁瑣的運算。電路圖和代碼如下：

這個方案里，原先的三塊芯片變成了兩塊芯片 + 一塊 ROM，下方芯片也改為使用 x3 口來和上方芯片通訊。所以下方芯片的第 13 行代碼由原先的 mov acc x0 改成了 mov acc x3，而下方芯片其余代碼和上一版方案完全一致。

然后我們重點關注一下上方芯片。上方芯片此時的 acc 寄存器記錄的已經(jīng)是真實的顯示器值了，而不是擴大十倍的值。所以其 x3 口已經(jīng)直接和顯示器相連了。與此同時，它的 x0 和 x1 口連接著一個 ROM 的數(shù)據(jù)口和地址口。

上方芯片的代碼邏輯和上一版方案大同小異，簡單過一下：首先從下方芯片獲得實時狀態(tài)并存入 dat（mov x2 dat）。狀態(tài)值是 0 時關閉顯示器（teq dat 0, + mov -999 acc），狀態(tài)值是 1 時將計時值清零（teq dat 1, + mov 0 x1, + mov 0 acc）。這里注意，ROM 的地址口是和【計時狀態(tài)下已經(jīng)過的秒數(shù)】一致的，所以清零計時值不只是將顯示的數(shù)值清零，經(jīng)過的秒數(shù)也要清零。我們將當前秒數(shù)發(fā)給顯示器并休眠一秒后（mov acc x3, slp 1）【延遲判定】上一秒是否處于計時狀態(tài)（teq dat 3）。若上一秒處于計時狀態(tài)，讀一下 ROM 的數(shù)據(jù)口，令實際數(shù)字加上這個增量值（+ add x0，上一秒是偶數(shù)秒時 +0，上一秒是奇數(shù)秒時 +1）。

點擊左下角的【模擬】，稍等片刻，便會彈出結算界面：

成本 ￥15→￥12，電量 1.4K→719，代碼行數(shù) 35→24，三項指標都有質的飛躍。