SMP Übung 9 - Lösungsvorschlag

Transkript

1 1. Aufgabe: Sieben Segment Anzeigen, Multiplexing, a) Bestimmung der Zeichenkodierung Bei der Zeichenkodierung ist zu beachten, dass ein Low-Pegel auf der Leitung PDA(j) (in Verbindung mit einem Low- Pegel auf der PDB(i) Leitung) bewirkt, dass die entsprechende Leuchtdiode aktiviert wird. In der folgenden Tabelle bedeutet im Binärcode somit eine 0 Segment an, eine 1 steht für Segment aus, wobei die Segmente in der Reihenfolge Pgfedcba im Binärcode angeordnet sind. Um Verwechslungen bei der Darstellung auf der 7-Segment Anzeige auszuschließen werden die anzuzeigenden hexadezimalen Ziffern A, B, C, D, E und F durch die entsprechenden Großbuchstaben dargestellt. 7-Segment Anzeige Ziffer Binärcode Hex C F A B F A B C A7 D A1 E F E Eine Ziffer auf der 7-Segment Anzeige wird durch ein Byte codiert. Bits sind gesetzt, wenn das Segment bei der Darstellung der Ziffer nicht leuchten soll. Den so entstehenden Binärcodes sind die entsprechenden hexadezimalen Werte zugeordnet. Beispiel: Die Ziffer 5 wird wie links zu sehen auf der 7- Segment Anzeige dargestellt. Daraus ergibt sich der Binärcode (Segmente P, e und b leuchten nicht, die entsprechenden Bits sind also gesetzt), der hexadezimal als 92 dargestellt wird. 1

2 1. Aufgabe: b) Initialisierung des Parallel-Interface-Bausteins Der Parallel-Interface-Baustein wird folgendermaßen initialisiert: Port A Bit 7-0: Ausgang DDRA = $FF Port B Bit 3-0: Ausgang DDRB = $0F keine Interrupts, kein Handshaking CRA = CRB = 0 (Zur Initialisierung des Parallel-Interface-Bausteins siehe auch die 8.Übung.) In dieser Aufgabe soll nur die Interrupt-Routine implementiert werden. Die Initialisierung von CPU und Interface findet im Hauptprogramm statt und wird hier nicht weiter behandelt. Es wird davon ausgegangen, das die internen Register einfach über ihren Namen zur Verfügung stehen! 2

3 1. Aufgabe: Zur Programmidee Für die Interrupt-Routine bietet sich folgende Vorgehensweise an: 1. Die anzuzeigende Stelle aus der Speicherstelle STELLE auslesen, zyklisch weiterschalten und speichern, damit beim nächsten Routinen-Aufruf die nächste Stelle ausgeben wird. 2. Aus der Speicherstelle OUTPUT den Wert der anzuzeigenden Stelle extrahieren und daraus die Segmentansteuerung bestimmen. 3. Auf der richtigen Anzeigestelle die entsprechenden Segmente ansteuern. Für STELLE gibt es generell zwei Möglichkeiten: Den Wert zu speichern, der als nächstes dargestellt werden soll, oder den, der als letztes dargestellt wurde. 3

4 1. Aufgabe: Implementierung als Assemblerprogramm ORG $ TABLE DC.B $C0,$F9,$A4,$B0,$99,$92,$82,$F8,$80,$90,$88,$83,$A7,$A1,$86,$8E MASK DC.W $ F,$000000F0,$00000F00,$0000F000 INTLED: MOVEM R0-R2, -(SP) ; Verwendete Register sichern. MOVE STELLE, R0 ; Anzuzeigende Stelle auslesen. ADD #1, R0 ; Stelle zyklisch weiterschalten: um 1 erhöhen AND #3, R0 ; aber auf 2 Binär-Stellen begrenzen. MOVE R0, STELLE ; Neue Ausgabestelle speichern (für nächsten Interrupt). MOVE #$FFFF FFFF, R1 ; Low-Pegel für Auswahl der aktiven Anzeige-Stelle BCLR R0, R1 ; aus Ausgabestelle berechnen. MOVE.W MASK(R0*4), R2 ; Aus OUTPUT den passenden Wert extrahieren, AND.H OUTPUT, R2 ; der allerdings noch an unterschiedlichen Stellen steht. ASL #2, R0 ASR R0, R2 ; In R2 steht nun binär codiert der Wert der Anzeige-Stelle. 4

5 1. Aufgabe: Implementierung als Assemblerprogramm - Fortsetzung MOVE.B TABLE(R2), R0 ; Den dazugehörenden Hex-Wert aus Tabelle auslesen. MOVE.B R1, DRB ; Aktuelle Anzeige-Stelle aktivieren und MOVE.B R0, DRA ; Segmente zur Zifferndarstellung ansteuern. MOVEM (SP)+, R0-R2 ; Register wiederherstellen. RTE ; Rücksprung aus Ausnahmeverarbeitung. 5

6 1. Aufgabe: Programmablauf Wie funktioniert das Extrahieren der Werte aus OUTPUT? Für die Interrupt-Routine sind zwei Tabellen angelegt worden: TABLE und MASK. In TABLE stehen nacheinander die bei der Zeichenkodierung bestimmten Hex-Werte, die die Segmentansteuerung für die entsprechenden Ziffern realisieren. In MASK sind vier Masken definiert, mit denen sich die einzelnen Stellen des Wertes von OUTPUT extrahieren lassen. Das Extrahieren des Wertes beginnt mit der Codezeile MOVE.W MASK(R0*4), R2. Zur Erinnerung: in R0 steht, welche Stelle angezeigt werden soll. Durch den MOVE-Befehl wird eine der vier Masken ausgewählt, abhängig von der auszugebenden Stelle. Die Masken sind so aufgebaut, dass sich mit ihnen im nächsten Befehl AND.H OUTPUT, R2 die aktuelle Stelle, ein 4-Bit-Muster, nach R2 extrahieren lässt. Allerdings steht dieses Bit-Muster an gleichen Position innerhalb R2, an der es schon in OUTPUT stand, also in den Bits R2[3..0], R2[7..4], R2[11..8] oder R2[15..12]. Die anderen Bits in R2 sind nicht gesetzt. Über den Wert von R0, also die aktuelle Stelle, lässt sich bestimmen, wie weit das Bitmuster nach rechts geschoben werden muss, damit es als Wert in R2 steht. Wurde beispielsweise die 2. Stelle (Vorsicht: die Stellenzählung beginnt bei 0!) von OUTPUT extrahiert, so muss noch um 8 Stellen nach rechts geschoben werden, um den Wert in R2 zu haben. Dies geschieht in den Codezeilen ASL #2, R0 und ASR R0, R2. Dieser Wert wird nun als Index für TABLE eingesetzt, man erhält die passende Ansteuerung für die Ausgabesegmente (MOVE.B TABLE(R2), R0). Beispiel: OUTPUT hat den Wert 37FA, die 2. Stelle 7 (also R0 = 2) soll extrahiert werden OUTPUT R2 nach MOVE.W MASK(R0*4), R R2 nach AND.H OUTPUT, R2 R2 nach den Shift-Befehlen (R2 = 7) 6

7 2. Aufgabe: Handshake Programmierung a) Initialisierung des Parallel-Interface-Bausteins Der Parallel-Interface-Baustein wird folgendermaßen initialisiert: Port B Bit 7-0: Ausgang DDRB = $FF IRQ bei C1B, Ausgabe Handshake CRB = 1101xx0x = $D0 7

8 2. Aufgabe: b) Unterprogramm OUT (Ausgabe eines Datenblocks auf Port B) Die Daten sollen von der Interrupt-Routine INTF übertragen werden, die immer dann aufgerufen wird, wenn die Peripherie ein Datum abgeholt hat. Damit die Peripherie mit der Datenübernahme beginnt, wird das erste Byte vom Unterprogramm selber übertragen, alle weiteren Bytes dann von der Interrupt-Routine. BUFPTR DS.W 1 ; Zeiger: auszugebendes Zeichen BUFEND DS.W 1 ; Zeiger: letztes Zeichen plus eins OUT: IR INTF sperren MOVE.B #$D0, CRB ; Port B initialisieren MOVE.B #$00, CRA ; Port A (IRQ) deaktivieren MOVE.B #$FF, DDRB ; alle Bits von PDB Ausgang ADD R0, R1 ; Endadresse des Puffers ausrechnen MOVE R1, BUFEND ; und merken MOVE.B (R0)+, DRB ; erstes Byte holen und ausgeben, Zeiger weiterschieben MOVE R0, BUFPTR ; Buffer auf neuen Anfang setzten IR INTF freigeben RTS ; Rücksprung 8

9 2. Aufgabe: c) Interrupt-Routine INTF INTF: PUSH R0 ; verwendetes Register sichern MOVE.B #$80, SRB ; IRQ-Anforderung löschen SR7B MOVE.W BUFPTR, R0 ; Zeiger auf aktuelles Byte setzen CMP.W BUFEND, R0 ; Ende des Puffers erreicht? BEQ LEER MOVE.B (R0)+, DRB ; Nein! Nächstes Byte ausgeben MOVE.W R0, BUFPTR ; und Zeiger weiterschieben POP R0 ; Register wiederherstellen RTE LEER: MOVE.B #0, CRB ; Puffer leer, IRQs sperren bzw. Port B deaktivieren POP R0 ; Register wiederherstellen RTE Wenn die Ausgabe komplett ist (Puffer leer) wird von der Interrupt-Routine der Port B deaktiviert, damit weitere Interrupts gesperrt sind. Soll eine weitere Ausgabe durchgeführt werden, wird der Port durch den Aufruf des Unterprogramms OUT neu initialisiert und aktiviert. 9

10 3. Aufgabe: Endgeräteprogrammierung, Gerät liest Daten in einen Puffer a) Initialisierung des Parallel-Interface-Bausteins Der Parallel-Interface-Baustein wird folgendermaßen initialisiert: Port A Bit 7-0: Eingang DDRA = 0 kein IRQ, Eingabe Handshake CRA = 1001xx0x = $90 b) Speicherbereich für den Puffer BUFFER DS.B 2047 ; Puffer BUFEND DS.B 1 ; Pufferende NEWLINE EQU 10 ; ASCII-Wert von Newline/Line Feed dezimal Der Puffer ist ein Speicherbereich, in dem die Ein-/Ausgabe-Daten abgelegt werden. Auf ihn kann über seine symbolische Adresse zugegriffen werden. Durch BUFEND soll das Ende des Buffers zur Verfügung stehen, um überprüfen zu können, ob der Puffer voll ist. Es soll im folgenden Programm solange von der Schnittstelle gelesen werden, bis das Zeichen NewLine/Line Feed im Eingabestrom erscheint. Im Eingabestrom lässt es sich über 10 seinen ASCII-Wert hex 0A identifizieren.

11 3. Aufgabe: c) Programmsegment System initialisieren: Stackpointer, PC in Verktortabelle eintragen etc. START: MOVE.B #$90, CRA ; Interface initialisieren MOVE.B #$00, DDRA MOVE.B #$00, CRB AGAIN: LEA BUFFER, R0 ; Anfang des Puffers laden LOOP: BTST.B #7, SRA ; auf ein Zeichen warten Busy Waiting BEQ LOOP MOVE.B #$80, SRA ; C1A-IR-Statusbit löschen MOVE.B DRA, R1 ; Zeichen holen MOVE.B R1, (R0)+ ; in den Puffer schreiben, Zeiger erhöhen CMP.B R1, NEWLINE ; Prüfen, ob Ausgabe nötig BEQ PROC ; (wenn ja) CMP.W R0, #BUFEND ; Puffer (fast) voll? BNE LOOP ; Nein: nächstes Zeichen holen MOVE.B #NEWLINE, (R0) ; Ja: Ende markieren und ausgeben PROC: LEA BUFFER, R0 ; Zeiger auf Puffer-Anfang JSR PROCESS_DATA ; Daten verarbeiten BRA AGAIN ; und wieder von vorne 11

12 4. Aufgabe: Parallele Datenübertragung zwischen zwei Endgeräten a) Initialisierung des Parallel-Interface-Bausteins Der Parallel-Interface-Baustein wird folgendermaßen initialisiert: Port A Bit 7-0: Eingang DDRA = 0 IRQ bei C1A, Eingabe Handshake CRA = 1101xx0x Port B Bit 7-0: Ausgang DDRB = $FF IRQ bei C1B, Ausgabe Handshake CRB = 1101xx0x 12

13 4. Aufgabe: b) Definition des Puffers Buffer Inhalt des Puffers Read-Pointer Write-Pointer full BUFFER DS.B 2047 ; der Ringpuffer BUFEND DS.B 1 ; Ende des Ringpuffers RPTR DS.W 1 ; Read-Pointer WPTR DS.W 1 ; Write-Pointer FULL DS.B 1 ; Boolean: FULL!= 0 bedeutet Puffer voll In dieser Aufgabe soll ein Ringpuffer verwendet werden, d. h. wenn der Puffer voll ist, wird er wieder ab dem Anfangsbereich beschrieben. In der Speicherstelle FULL wird der Zustand des Puffers verwaltet. Es wird dabei zwischen den beiden Zuständen Puffer voll und Puffer nicht voll unterschieden. In FULL wird also die letzte Zugriffsaktion (lesend oder schreibend) gespeichert. Die Sende-Interrupt-Routine bewegt den Read-Pointer (nachdem die Daten ausgeben wurden). Wird dadurch die Adresse des Write-Pointers erreicht, bedeutet dies dass der Puffer leer ist. Alle in den Puffer eingelesenen (empfangenen) Daten (das letzte eingelesene Datum wird durch den Write-Pointer markiert, bzw. die Adresse vor der aktuellen Position des Write-Pointers) sind dann wieder ausgegeben worden. 13

14 4. Aufgabe: b) Puffer Programmablauf Die Empfangs-Interrupt-Routine bewegt den Write-Pointer (nachdem die Daten eingelesen wurden). Wird dadurch die Adresse des Read-Pointers erreicht (nachdem das Ende des Ringpuffers erreicht ist, wird das Schreiben am Anfang des Puffers fortgesetzt), bedeutet dies dass der Puffer voll ist. Der Read-Pointer markiert das letzte ausgegebene Datum bzw. das darauf folgende Datum. SENDEN: Wenn der Read- den Write-Pointer erreicht, ist der Puffer leer. Buffer Inhalt des Puffers Buffer Read-Pointer Write-Pointer Read-Pointer Write-Pointer EMPFANGEN: Wenn der Write- den Read-Pointer erreicht, ist der Puffer voll. Buffer Inhalt des Puffers Read-Pointer Write-Pointer Write-Pointer Read-Pointer 14

15 4. Aufgabe: b) Ablauf der Empfangs- und Sende-Interrupt-Routinen Empfangs-IR (E-IR) Sende-IR (S-IR) voll Puffer leer voll Puffer leer WPTR!= RPTR WPTR!= RPTR PUTBUF: freigegeben S-IR gesperrt PFULL: E-IR sperren Datum nicht lesen Status nicht löschen S-IR freigeben E-IR freigeben S-IR sperren Datum in den Puffer Datum lesen und gleich ausgeben GOOUT: Datum aus Puffer ausgeben 15

16 4. Aufgabe: b) Programmsegment des Hauptprogramms MAIN: System und Interface initialisieren LEA BUFFER, R0 MOVE R0, WPTR ; Initialisierung des Puffers MOVE R0, RPTR MOVE.B #0, FULL ; Puffer am Anfang nicht voll Im Hauptprogramm muss wie üblich das System und das Interface initialisiert werden. Ebenso werden die Schreib- und Lesezeiger auf den Anfang des Puffers gesetzt, der Pufferzustand auf nicht voll gesetzt. 16

17 4. Aufgabe: b) Interrupt-Routine IN (Empfangs-IR) Empfangs-IR (E-IR) voll PUTBUF: E-IR sperren Datum nicht lesen Status nicht löschen Puffer WPTR!= RPTR Datum in den Puffer freigegeben leer S-IR gesperrt S-IR freigeben Datum lesen und gleich ausgeben IN: MOVESR #% , SR ; Höchste Priorität, keine Unterbrechung mögl. PUSH R0 ; verwendetes Register sichern MOVE.W WPTR, R0 CMP R0, RPTR ; WPTR/RPTR ungleich: Daten lesen, in Puffer schreiben BEQ CHECKIN ; sonst Sonderfälle (leer, voll) PUTBUF: MOVE.B DRA, (R0)+ ; Datum lesen und in Puffer schreiben MOVE.B #$80, SRA ; C1A-IR-Statusbit löschen CMP R0, #BUFEND ; Pufferende erreicht? BLS PTOKIN ; (BLS: Sprung bei Z=1 oder C=1) LEA BUFFER, R0 ; erreicht, vorne geht es weiter PTOKIN: MOVE.W R0, WPTR ; WPTR aktualisieren MOVE.B #-1, FULL ; bei gleichen Zeigern ist der Puffer jetzt voll POP R0 ; Register wiederherstellen RTE Hinweis zur Notation: %xxxx bedeutet, dass der angegebene Wert binär codiert ist. 17

18 4. Aufgabe: b) Interrupt-Routine IN (Empfangs-IR) Fortsetzung Empfangs-IR (E-IR) ; es fehlen noch die Fälle Puffer voll bzw. leer CHECKIN: TEST FULL ; Puffer voll oder leer? BEQ EMPTIN voll Puffer leer MOVE.B #% , CRA ; voll, Empfangsinterrupt sperren POP R0 ; verwendetes Register wiederherstellen WPTR!= RPTR RTE PUTBUF: E-IR sperren Datum nicht lesen Status nicht löschen freigegeben S-IR gesperrt S-IR freigeben Datum lesen und gleich ausgeben EMPTIN: BTST.B #6, CRB ; Sende IR frei? BNE PUTBUF MOVE.B #% , CRB ; leer, Sende-Interrupt freigeben MOVE.B DRA, DRB ; Datum lesen und gleich ausgeben MOVE.B #$80, SRA ; C1A-IR-Statusbit löschen Datum in den Puffer POP R0 ; verwendetes Register wiederherstellen RTE 18

19 4. Aufgabe: b) Interrupt-Routine OUT (Sende- IR) OUT: MOVESR #% , SR ; Höchste Priorität, keine Unterbrechung mögl. PUSH R0 ; verwendetes Register sichern MOVE.W RPTR, R0 CMP R0, WPTR ; RPTR/WPTR vergleichen BNE GOOUT ; ungleich: Daten aus Puffer ausgeben Sende-IR (S-IR) TEST FULL ; Sonderfälle (leer, voll) behandeln BNE PFULL ; voll MOVE.B #% , CRB ; leer, Sende-Interrupt sperren voll Puffer leer POP R0 ; verwendetes Register wiederherstellen WPTR!= RPTR RTE PFULL: E-IR freigeben GOOUT: Datum aus Puffer ausgeben S-IR sperren PFULL: MOVE.B #% , CRA ; voll, wird jetzt aber frei. Empfangs- Interrupt freigeben GOOUT: MOVE.B #$80, SRB ; C1A-IR-Statusbit löschen MOVE.B (R0)+, DRB ; Datum aus Puffer ausgeben CMP R0, #BUFEND ; Pufferende erreicht? BLS PTOKO ; (BLS: Sprung bei Z=1 oder C=1) LEA BUFFER, R0 ; ja, vorne geht es weiter (Ringpuffer) PTOKO: MOVE.W R0, RPTR ; RPTR aktualisieren MOVE.B #0, FULL ; bei gleichen Zeiger ist der Puffer jetzt leer POP R0 ; verwendetes Register wiederherstellen RTE 19