Wyklad 2

1
Wyklad 2

• Podstawowe informacje dotyczace
• programowania systemów wbudowanych
• Programowanie
• rdzenia procesora
• SAB80C537
• dr inz. Andrzej Przybyl
• Katedra Inzynierii Komputerowej
• Politechnika Czestochowska

2
Wiadomosci podstawowe

• Przypomnijmy sobie, co bedziemy robic
• ) Oprogramowanie (firmware) dla urzadzen
  wbudowanych stanowi specyficzna galaz
  programowania narzucajaca restrykcyjne
  ograniczenia na rozmiar, budowe oraz szybkosc
  dzialania programu (oprogramowanie czasu
  rzeczywistego, tworzenie sterowników dla urzadzen
  oraz systemów operacyjnych dedykowanych dla
  konkretnych platform sprzetowych, ...).
• ... a takze realizacja typowych algorytmów
  sterowania, takich jak regulatory typu P-I-D,
  regulatory histerezowe, regulatory dwustanowe w
  rezimie czasu rzeczywistego przy wykorzystaniu
  mechanizmu przerwan sprzetowych
• implementacja pomocniczych procedur
  obliczeniowych limitowanie zakresu sygnalu na
  zadanej wartosci (nasycanie), operacje typu MAC
  (Multiply-Accumulate), rózniczkowanie i
  calkowanie sygnalów
• dostep i konfiguracja specjalizowanych rejestrów
  sterujacych sterowanych urzadzen
• komunikacja za posrednictwem standardów
  transmisji szeregowej z urzadzeniami wykonawczymi
  lub pomiarowymi, takimi jak przetworniki AC,
  nieulotne pamieci szeregowe itp.
• realizacja interfejsu uzytkownika
• definicja znaleziona, za pomoca wyszukiwarki
  google, na stronie internetowej
  http//www.codeconcept.pl/pl/Services_FW_Embedded.
  php

3
Symbol graficzny mikrokontrolera, do uzycia na
schemacie ideowym w systemie mikroprocesorowym

• Widoczne sa tzw. nózki mikrokontrolera
  (piny), i oznaczenia ich funkcji.
• Glówna funkcja nózek kontrolera sa porty
  wejscia/wyjscia. Porty sa zgrupowane po osiem i
  nazwane P0, P1, P2, ... itd. (kazdy port to 8
  sygnalów 8 bitów w slowie procesora)
• Pozostale sygnaly to zasilanie (VAGND, VSS, VCC)
  sygnal resetu (RESET), sygnal zegara taktujacego
  (XTAL1, XTAL2) itp.

4
Pierwszy program dla systemu wbudowanego z
mikrokontrolerem SAB80C537 (Siemens/Infineon)
sterowanie portami wyjsciowymi (GPIO)

• NAME PROGRAM
• INCLUDE (REG517.INC) dolaczenie pliku
  definicji rejestrów procesora 80C537
• PROGRAM SEGMENT CODE definicja segmentu
  zawierajacego kod programu
• org 0x0000 ustawienie adresu poczatku programu
  (pierwszej instrukcji)
• JMP START
• RSEG PROGRAM informacja dla linkera - nastepne
  dane to kod programu
• (bedzie umieszczony w segmencie pamieci CODE)
• START
• tu zamieszczamy instrukcje, które maja sie
  wykonac jednorazowo po uruchomieniu programu
• PETLA poczatek petli glownej programu
• mov P1,00000000b wpisanie do wszystkich bitów
  portu P1 wartosci zero
• ustawienie stanu niskiego na 8 liniach
  wyjsciowych mikrokontrolera
• mov P1,00000010b wpisanie do wszystkich bitów
  portu P1 wartosci binarnej
• ustawienie stanu niskiego na 7 liniach
  wyjsciowych mikrokontrolera,
• oraz stanu wysokiego na linii P.1
• (bit numer 1 bity sa numerowane od prawej
  do lewej nr bitu 76543210
• jmp PETLA instrukcja skoku zmiana
  naturalnej kolejnosci wykonywania
  instrukcji skok do miejsca oznaczonego
• etykieta tekstowa PETLA

poznane instrukcje MOV, JMP poznane dyrektywy
ORG, SEGMENT CODE, END poznana skladnia
struktura projektu, adresowanie natychmiastowe
() wykorzystanie etykiet,
dolaczanie plików naglówkowych (include)
5
Drugi program - obsluga portów wejsciowych GPIO,
np. sygnalów z czujników lub klawiatury

• org 0x0000 ustawienie adresu poczatku programu
  (pierwszej instrukcji)
• ETYKIETA1
• JNB P5.1, STAN_NISKI_NA_LINII_1
• przetestowanie linii wejsciowej P5.1
  mikrokontrolera i skok do etykiety
• STAN_NISKI_NA_LINII_1 w przypadku wykrycie
  stanu niskiego
• gdy program dotarl do tego miejsca, to znaczy
  ze na linii P5.1 byl stan wysoki
• tu wstawiamy instrukcje procesora, które maja
  sie wykonac w takim przypadku
• mov P1,00000010b
• jmp ETYKIETA1 powrót do poczatku programu
  (petla glówna)
• STAN_NISKI_NA_LINII_1
• gdy program dotarl do tego miejsca, to znaczy
  ze na linii P5.1 byl stan niski
• tu wstawiamy instrukcje procesora, które maja
  sie wykonac w takim przypadku
• mov P1,00000000b

poznane instrukcje JNB oraz JB
6
Mikrokontroler SAB80C537

• Jest to jeden z mikrokontrolerów z rodziny 51
  (tzw. piecdziesiatka jedynka). Inne kontrolery
  z tej rodziny to 80C51, 80C2051, 80C535, itp.
• UWAGA dostepna jest bardzo obszerna liczba
  publikacji dotyczaca procesorów z rodziny 51
  LITERATURA
• Procesory z rodziny 51 sa najpopularniejsza
• oraz produkowana i uzywana do dzis rodzina
  mikrokontrolerów!

• Po lewej SAB80C537 produkcji Intel (rok produkcji
  1980 (!), szybkosc 16 MHz procesor 12-taktowy.
  Wykonywanie jednej instrukcji zajmuje 12 taktów
  zegara.
• Po prawej SAB-C515 produkcji Infineon (Siemens)
  rok produkcji 1992 nieco ubozsza, kolejna z
  odmian podstawowej wersji procesora 80C51
  (zdjecie po lewej stronie u dolu)
• Strona prawa u dolu zdjecie plytki
  laboratoryjnej uzywanej w Katedrze Inzynierii
  Komputerowej Politechniki Czestochowskiej.
  Widoczne sa przyciski, potencjometry,
  wyswietlacz alfanumeryczny LCD, wyswietlacz
  7-segmentowy LED oraz w górnej czesci pamieci RAM
  i EPROM i zlacze do komunikacji szeregowej w
  standardzie RS232.

7
Budowa mikrokontrolera SAB80C537
(Siemens)/Infineon

• W schemacie blokowym wyróznic mozna
• CPU (Central Processor Unit) centralna
  jednostka przetwarzajaca odpowiedzialna za
  wykonywanie rozkazów procesora.
• Wewnetrzna pamiec RAM 256 bajtów oraz opcjonalna
  ROM,
• Porty wejscia/wyjscia (I/O Input/Output) P0
  P8
• Jednostka mnozaco dzielaca Div./Mul. Unit
• Uniwersalne oraz specjalizowane uklady czasowo-
  licznikowe, tzw. Timery T0, T1, T2,
  Capture/Compare Unit
• Moduly do obslugi komunikacji szeregowej Serial
  channel 0 i 1
• Przetwornik analogowo/cyfrowy A/D Converter
• Elementy dodatkowe oscylator, watchdog, itp.
• Uwaga mozliwe jest podlaczenie zewnetrznej
  pamieci o pojemnosci maksymalnie 64kbajty.
  Wykorzystywane sa w tym celu specjalne
  wlasciwosci niektórych portów I/O. Porty zajete
  do obslugi komunikacji z pamiecia zewnetrzna nie
  moga byc uzyte do innych celów.

8
Budowa jednostki centralnej CPU - rdzen
mikrokontrolera

• Procesor 8-bitowy to znaczy, ze jego podstawowa
  jednostka przetwarzajaca operuje na slowie
  8-bitowym
• Grupa rejestrów uniwersalnych R0-R7
• Dwa tzw. Akumulatory (A, B ) nazwa wywodzi
  sie od ich pierwotnego zastosowania w
  procesorach Akumulacji czyli sumowania.
  Podstawowy akumulator to A.
• Operacje arytmetyczne (dodawanie, odejmowanie,
  mnozenie, itp.) oraz logiczne (operacje na bitach
  typu AND, OR, NOT, XOR, itp.) dozwolone sa tylko
  na akumulatorach A i B
• Pozostale rejestry rdzenia procesora sa
  specjalizowane sluza do konkretnych celów, np.
• DPTR Data PoinTeR wskaznik danych w pamieci
  zewnetrznej. Jest to jeden z dwu rejestrów
  16-bitowych w tym 8-bitowym procesorze. Sluzy do
  zadawania adresu podczas odczytu z komórki
  pamieci zewnetrznej. (Do procesora mozna
  podlaczyc pamiec zewnetrzna o pojemnosci
  maksymalnie 64kbajty 216 bajtów, która wymaga
  16-bitowego adresowania).
• PSW Program Status Word slowo statusowe
  programu skladajace sie z tzw. flag statusowych.
• PC - Program Counter 16 bitowy rejestr
  wskazujacy adres aktualnie wykonywanego rozkazu z
  pamieci procesora.
• SP Stack Pointer wskaznik stosu, sluzacy do
  obslugi specjalnej struktury danych w pamieci
  wewnetrznej procesora.

9
Podstawowe instrukcje rdzenia procesora oraz
wybrane tryby adresowaniaMOV

• przyklady uzycia
• tryb adresowania rejestrowy
• MOV A,B kopiowanie wartosci z rejestru B do
  rejestru A (kierunek operacji dwu-argumentowych
  zawsze z prawej na lewa)
• MOV A, R0 kopiowanie wartosci z rejestru R0 do
  A
• MOV R0, A kopiowanie wartosci z rejestru A do
  R0
• tryb adresowania natychmiastowy
• MOV A,10 kopiowanie stalej wartosci
  dziesietnej (podanej natychmiastowo) do rejestru
  A
• MOV A,0Ah j.w. ale liczbe dziesiec zapisano
  w kodzie szesnastkowym
• MOV A,00001010b j.w. ale liczbe dziesiec
  zapisano w kodzie binarnym
• tryb adresowania bezposredni
• MOV A,10 kopiowanie zawartosci komórki o
  adresie 10, z pamieci wewnetrznej

10
Instrukcje arytmetyczneADD, SUBB oraz flaga
przeniesienia/pozyczki AC

• przyklad uzycia
• tryb adresowania rejestrowy (w operacjach
  arytmetycznych jeden z argumentów jest zawsze w
  Akumulatorze A, wynik zawsze zostanie zapisany w
  A)
• ADD A,B dodawanie wartosci z rejestru B do
  rejestru A
• ADD A, R0 dodawanie wartosci z rejestru R0 do A
• tryb adresowania natychmiastowy
• ADD A,10 dodawanie stalej wartosci licbowej
  (podanej po symbolu w postaci dziesietnej,
  szesnastkowej lub binarnej) do rejestru A
• tryb adresowania bezposredni
• ADD A,10 dodawanie zawartosci komórki o adresie
  10, z pamieci wewnetrznej do zawartosci A

11
Rejestr statusowy PSW Program Status Word
Rejestr zawiera flagi wskazujace na wynik
ostatniej wykonanej operacji arytmetycznej lub
logicznej w rdzeniu procesora.
Symbol Numer Bitu Opis
CY 7 Flaga przeniesienia i pozyczki
AC 6 Flaga przeniesienia dodatkowego dla operacji BCD
F0 5 Flaga 0 ogólnego przeznaczenia
RS1 4 Wybór polozenia banku rejestrów uniwersalnych R0-R7 RS1,RS0 00 Bank 0, adres 00H-07H RS1,RS0 01 Bank 1, adres 08H-0FH RS1,RS0 10 Bank 2, adres 10H-17H RS1,RS0 11 Bank 3, adres 18H-1FH
RS0 3 Wybór polozenia banku rejestrów uniwersalnych R0-R7 RS1,RS0 00 Bank 0, adres 00H-07H RS1,RS0 01 Bank 1, adres 08H-0FH RS1,RS0 10 Bank 2, adres 10H-17H RS1,RS0 11 Bank 3, adres 18H-1FH
OV 2 flaga przepelnienia
F1 1 Flaga ogólnego przeznaczenia
P 0 Flaga parzystosci
12
Flaga przeniesienia i pozyczki CY
funkcjonowanie podczas dodawania

• Ustawiana jest, gdy wynik operacji arytmetycznej
  (np. dodawanie) nie miesci sie na jednym bajcie.
• Przyklad
• mov A, 255
• add A, 1 w trakcie wykonywania tej instrukcji
  nastapi tzw. przeniesienie czyli ustawienie
  flagi CY
• Wytlumaczenie
• Wynik prawidlowy to 256, ale maksymalna wartosc
  liczbowa jaka da sie zapisac na 8 bitach (bajcie)
  wynosi 255.
• 1111 1111b 255
• 0000 0001b 1
• 1 0000 0000b 256 (wartosc zero na
  8-bitowym rejestrze wyniku ustawiona flaga
  sygnalizujaca przeniesienie)

13
Flaga przeniesienia i pozyczkiCY funkcjonowanie
podczas odejmowania

• Ustawiana jest równiez, gdy wynik operacji
  arytmetycznej (np. dodawanie) nie miesci sie na
  jednym bajcie.
• Przyklad wystapienie pozyczki
• mov A, 0
• clr c konieczne jest skasowanie flagi CY
  przed wykonaniem instrukcji odejmowania, gdyz
  instrukcja SUBB odejmuje od A (oprócz
• argumentu) równiez wartosc tej flagi wynoszaca
  zero lub jeden.
• subb A, 1 w trakcie wykonywania tej instrukcji
  nastapi tzw. pozyczka czyli
• ustawienie flagi CY
• Wytlumaczenie
• Wynik prawidlowy to -1, ale minimalna wartosc
  liczbowa jaka da sie zapisac na 8 bitach w
  naturalnym kodzie binarnym (NKB) wynosi 0.
• 0000 0000b 255
• -0000 0001b 1
• 1 1111 1111b 255 w NKB 8-bitów,
  ale nalezy uwzglednic, ze wystapila pozyczka,
  prawidlowy wynik -1)

14
Instrukcje skoków warunkowychJC, JNC

• JC ETYKIETA skok warunkowy do miejsca
  oznaczonego jako ETYKIETA
• Warunkiem wykonania skoku jest
• USTAWIONA flaga CY
• JNC ETYKIETA skok warunkowy do miejsca
  oznaczonego jako ETYKIETA
• Warunkiem wykonania skoku jest
• SKASOWANA flaga CY

15
Instrukcje skoków warunkowychJZ, JNZ

• JZ ETYKIETA skok warunkowy do miejsca
  oznaczonego jako ETYKIETA
• Warunkiem wykonania skoku jest ZEROWA wartosc
  akumulatora A
• JNZ ETYKIETA skok warunkowy do miejsca
  oznaczonego jako ETYKIETA
• Warunkiem wykonania skoku jest NIEZEROWA wartosc
  akumulatora A

16
Trzeci program konstrukcja prostej petli

• analogiczny zapis w jezyku symbolicznym
• R00
• do
• ...
• R0R01
• while (R0lt10)
• org 0x0000 ustawienie adresu poczatku programu
  (pierwszej instrukcji)
• mov R0,0 ustawienia wartosci poczatkowej
  zmiennej R0
• POCZATEK_PETLI
• ... dowolne instrukcje
• mov A,R0 zwiekszenie wartosci R0R01
• add A,1
• mov R0,A

17
Podsumowanie
poznane instrukcje MOV, JMP, JC, JNC, JZ, JNZ,
JB, JNB, ADD, SUBB, CLR C poznane dyrektywy
ORG poznana skladnia adresowanie
natychmiastowe (), absolutne,
rejestrowe wykorzystanie etykiet dolaczanie
plików naglówkowych (include) poznane elementy
budowy mikrokontrolera porty I/O, rejestry
uniwersalne A,B, R0-R7, rejestr PSW i flagi
statusowe poznane techniki programowania rozgal
ezienia programu konstruowanie prostych
petli wykorzystanie operacji wielokrotnej
precyzji
18
Przykladowe pytania testowe

• Opisac rejestry uniwersalne mikrokontrolera z
  rodziny 51.
• Opisac podstawowe tryby adresowania na
  przykladzie instrukcji dodawania?
• Co to jest i do czego sluzy rejestr statusowy
  PSW?
• Jakie sa ograniczenia zwiazane ze stosowaniem
  instrukcji arytmetycznych w procesorze z rodziny
  51?
• Co to sa instrukcje skoków warunkowych?
• Skonstruowac prosta petle programowa o podanych
  parametrach?