Mikroprozessoren Grundlagen AVR-Controller Input / Output (I/O) Interrupt Mathematische Operationen

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1 Mikroprozessoren Grundlagen Aufbau, Blockschaltbild Grundlegende Datentypen AVR-Controller Anatomie Befehlssatz Assembler Speicherzugriff Adressierungsarten Kontrollstrukturen Stack Input / Output (I/O) Parallel I/O Seriell I/O Timer Zusammenfassung I/O Interrupt Mathematische Operationen

2 Direktiven: Anweisungen an den Assembler EEPROM Konfigurationsdatenspeicher Source- Code Assembler führt Direktiven aus MCU führt Maschinenbefehle aus Maschinencode Flash-ROM Programmspeicher RAM Datenspeicher Speicher

3 Direktiven (Syntax) [label: ] Direktive [Parameter] Name Beispiele: arithmetischer/logischer Ausdruck Zuweisung Funktion (LOW (0x1234), HIGH (0x1234)) String-Kostante ("ABC"), ASCII-Zeichen ('a') num. Konstante (0x0a, $0a, 0b ) Liste von Ausdrücken, Namen, Konstanten GNU-Asm: lo8(),hi8()

4 Direktiven Auswahl AVR-Studio.CSEG.DSEG.ESEG.EQU.INCLUDE.DEF.BYTE.DB.DW.ORG Code-Segment Daten-Segment EEPROM-Segment gibt einem Ausdruck einen Namen bindet Source-Code von einem anderen File ein gibt einem Register einen anderen Namen reserviert Speicherplatz (im SRAM) für Variablen definiert Byte-Konstante(n) definiert Word-Konstante(n) (2 Byte) definiert absolute Adresse innerhalb eines Segments

5 Direktiven Auswahl (GNUASM).text.data.byte.word.ascii.asciz Nachfolgend die Programm Sektion (Flash) Nachfolgend die Daten Sektion (SRAM) Bytes anlegen (je 8 Bit) Worte anlegen (je 16 Bit) ASCII Zeichen anlegen (ohne '\0' am Ende) ASCII Zeichen anlegen (mit '\0' am Ende)

6 .byte (AVR-Studio) Der Assembler reserviert Speicherplatz im Daten-Segment (RAM) für Variablen, die durch das Programm verändert werden können Name (label) enthält die erste Adresse dieses Speicherplatzes Beispiele: [label: ].byte Ausdruck.equ tabsize = 1000.dseg short_var:.byte 2 char_var:.byte 1 table:.byte tabsize ; Feld (1000 Bytes) im Listing.dseg short_var:.byte char_var:.byte table:.byte tabsize ; Feld (1000 Bytes)

7 Segment-Direktiven Die folgenden Direktiven gelten für den angegebnen Speicherbereich. Direktiven funktionieren oft nur für einen bestimmten Speicherbereich..CSEG/.text.ESEG.DSEG/.data Flash-ROM Programmspeicher EEPROM Konfigurationsdatenspeicher RAM Datenspeicher Speicher

8 .equ (AVR-Studio) equal Der Assembler ersetzt vor dem Assemblieren den Namen im Programmcode durch das Ergebnis des Ausdrucks.equ name = Ausdruck Beispiel:.equ SREG = 0x3f ; gibt der Adresse des Status- ; registers den Namen SREG.equ TEILER = 10.equFCPU= equFREQUENZ=2*FCPU/TEILER main: ldi ldi ldi r16, TEILER ; 16-Bit-Konstante! r17, LOW (FREQUENZ) ; FREQUENZ->r18:r17 r18, HIGH (FREQUENZ)

9 .equ (GNUASM) Der Assembler ersetzt vor dem Assemblieren den Namen im Programmcode durch das Ergebnis des Ausdrucks.equ name,ausdruck oder name=ausdruck GNUASM kann auch #define wie in C Beispiel:.equ SREG,0x3f ; gibt der Adresse des Status- ; registers den Namen SREG.equ TEILER,10.equFCPU, equFREQUENZ,2*FCPU/TEILER main: ldi ldi ldi r16, TEILER ; 16-Bit-Konstante! r17, lo8 (FREQUENZ) ;FREQUENZ->r18:r17 r18, hi8 (FREQUENZ)

10 .include(avr-studio) Der Assembler bindet Code aus einem anderen Assembler-File anstelle der include-direktive in den aktuellen Code ein.include "filename" main.asm.include "const.asm" main: ldi r16,rbaud const.asm.equ FCPU= equ RBAUD=FCPU/1000 vor dem Assemblieren von main.asm.equ FCPU= equ RBAUD=FCPU/1000 main: ldi r16,low(rbaud) ldi r17,high(rbaud)

11 .include für ATMega128 (AVR-Studio) Der Assembler braucht Definitionen für den speziellen Prozessor, der im Projektes verwendet wird:.include "m128def.inc" main.asm.include "m128def.inc" main: lds r16,portb const.asm....equ PORTB=0x38... vor dem Assemblieren von main.asm....equ PORTB=0x38... main: lds r16,portb

12 #include(gnuasm) Der Assembler bindet Code aus einem anderen Assembler-File anstelle der include-direktive in den aktuellen Code ein.include "filename" main.asm #include "const.asm" main: ldi r16,rbaud const.asm.equ FCPU, equ RBAUD,FCPU/1000 vor dem Assemblieren von main.asm ¹ FCPU durch Eclipse IDE schon gesetzt.equ FCPU, ¹.equ RBAUD,FCPU/1000 main: ldi r16,lo8(rbaud) ldi r17,hi8(rbaud)

13 .def (AVR-Studio) define Der Assembler ersetzt angegebenen Namen durch das Register..def name = register Beispiel:.def TEMP = r16 ; gibt dem Register r16 den ; Namen TEMP main:... mov TEMP,r17 ;Inhalt von r17 nach r16

14 .db und.dw (AVR-Studio) define byte, define word Der Assembler definiert Byte- bzw. Word-Konstanten (2Byte) im Code- oder EEPROM-Segment über den Namen des Labels kann man auf die Adresse des Beginns des Speicherbereiches zugreifen [label: ].db (Liste von) Ausdrücken, Konstanten, Strings [label: ].dw (Liste von) Ausdrücken, Konstanten Beispiele: CODE:.db 0x30, 0x31, '2', '3' TEILER:.dw 1000 im Listing 00000d e 3332 CODE:.db 0x30, 0x31, '2', '3' 00000f 03e8 K1:.dw 1000

15 .byte (AVR-Studio) Der Assembler reserviert Speicherplatz im Daten-Segment (RAM) für Variablen, die durch das Programm verändert werden können Name (label) enthält die erste Adresse dieses Speicherplatzes Beispiele: [label: ].byte Ausdruck.equ tabsize = 1000.dseg short_var:.byte 2 char_var:.byte 1 table:.byte tabsize ; Feld (1000 Bytes) im Listing.dseg short_var:.byte char_var:.byte table:.byte tabsize ; Feld (1000 Bytes)

16 .comm (GNUASM) Der Assembler reserviert Speicherplatz in der Sektion. Dies können Variablen sein, die durch das Programm verändert werden. Generell aber nur Platzhalter, also uninitialisiert! Name (label) enthält die erste Adresse dieses Speicherplatzes (aus dem Lokation-Zähler des Assemblers) Beispiele:.data.comm Name, Ausdruck ; Soll in die Daten Sektion (SRAM).equ tabsize,1000 ; Assemblersymbol, Wert 1000.comm short_var,2 ; Variable 2 Byte.comm char_var,1.comm table,tabsize ; Variable 1 Byte ; Feld (1000 Bytes)

17 .org (AVR-Studio) organize Der Assembler setzt den Adressenzähler in dem vorher durch.xseg definierten Segment auf eine angegebene Adresse [label: ].org Ausdruck Beispiel:.equ MEINE_KONSTANTEN = 0x0000c8.CSEG ; im Flash-ROM.org MEINE_KONSTANTEN K1:.db 0x14, 102/3 K2:.dw 0x0123 im Listing:.CSEG 0000c c9 0123

18 .org (GNUASM) organize Der Assembler setzt den Location-Zähler in dem vorher durch.text definierten Segment auf eine angegebene Adresse.org Ausdruck Beispiel: MEINE_KONSTANTEN = 0x0000c8.text ; im Flash-ROM.org MEINE_KONSTANTEN K1:.byte 0x14, 102/3 K2:.word 0x0123 Das Symbol K1 bekommt den Wert 0xc8, K2 0xca

19 Speicherzugriff Wir unterscheiden (Harvard Architektur): Datenadressraum und den Programmadressraum

20 LDS / STS Load / Store Data Dient zum Laden / Speichern im Datenbereich (0..$ffff) Geht nur für Bytes als Quelle Geht für R0.. R31 Syntax Beispiel : lds sts R13,0x0123 0x0021,R13

21 LD: Load Indirect Lade Register (0..31) mit Speicherzelle, deren Datenadresse in x oder y oder z ist x = r27:r26 y = r29:r28 z = r31:r30 ld r0,x ; r0=mem[ x ] ld r0,x+¹ ; r0=mem[ x++ ]; ld r0,-x¹ ; r0=mem[ --x ]; ¹Autoinkrement/Autodekrement

22 LDD Load Indirect With Displacement Lade Register (0..31) mit Speicherzelle, deren Datenadresse y+d oder z+d ist d = displacement { } ldd r0,y+1 ; r0=mem[ y+1 ] ldd r0,z+63 ; r0=mem[ z+63 ];

23 LPM: Load Program Memory (Indirect) Lade Register (0..31) mit Speicherzelle (Flash) deren Programmadresse in x oder y oder z ist Geht nur über z = r31:r30 als Indirekt-Quelle Alle Register r0..r31 möglich ld r0,z ; r0=pmem[ z ] ld r0,z+¹ ; r0=pmem[ z++ ]; ld r0,-z¹ ; r0=pmem[ --z ]; ¹Autoinkrement/Autodekrement

24 ADIW / SBIW Add/Subtract Immediate from/to Word Addiere / Subtrahiere Zahl von / zu Register (Immediate) Geht für die Registerpaare: R25:24 R27:26 R29:28 R31:30 Addierte / Subtrahierte Zahl: Syntax Beispiel: adiw r25:24,63

25 IJMP Indirect Jump Sprung = Lade Program Counter mit neuem Wert aus R31:R30 (Z-Register) ziel:nop ldi ldi ijmp nop r31,high (ziel) r30,low (ziel) GNU-Asm: lo8(),hi8()

26 ICALL Indirect Call icall = call (Z) main: mov R31, high(sub1) mov R30, low (sub1) icall rjmp main sub1:ret

27 Anwendung ijmp: switch() switch( a) { case 10: do10(); break; case 11: do11(); break; case 12: do12(); break; default: break; }

28 Anwendung: Switch #include <stdio.h> void uart_init(); void sub10() {printf("hello 10\n");} void sub11() {printf("hello 11\n");} void sub12() {printf("hello 12\n");} void to_switch(int index); int main(int arg, char *arv[]) { uart_init(); printf("pgm starts\n"); to_switch(11); }

29 ICALL Teil 1 #include <avr/io.h>.global to_switch to_switch: ;Parameter is passed in r25:r24 cpi r24,10 ;kleiner als brlo default ;10 ergibt default-fall cpi r24,13 ;grösser gleich brsh default ;13 ergibt default Fall subi r24,10 ;relativiert auf 0 lsl r24 ;*2, da Adressen 16 Bit lang ldi ZL,lo8(Liste) ;high Byte von Listenadresse ldi ZH,hi8(Liste) ;low Byte von Listenadresse

30 ICALL, Teil 2 clr r16 ;Null für adc add ZL,r24 ;Offset für Liste addieren adc ZH,r16 ;mögliches Carry zu High Byte lpm r0,z+ ;r0 Low Byte der Fct- Adresse lpm r1,z ;r1:r0 -> Fct-Adresse movw r30,r0 :Fct-Adr. Nach Z kopieren icall ;UP aufrufen default: ret ;zum Aufrufer zurück Liste: ;Liste der Funktionen- Adressen.word sub10,sub11,sub12

31 Mikroprozessoren Grundlagen Aufbau, Blockschaltbild Grundlegende Datentypen AVR-Controller Anatomie Befehlssatz Assembler Speicherzugriff Adressierungsarten Kontrollstrukturen Stack Input / Output (I/O) Parallel I/O Seriell I/O Timer Zusammenfassung I/O Interrupt Mathematische Operationen