Assembler-Unterprogramme

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Kora Abel
vor 5 Jahren
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1 Assembler-Unterprogramme Rolle des Stack Prinzipieller Ablauf Prinzipieller Aufbau Unterprogramme void main(void) int sub(int i) { { int i,k; return i*2; i = sub(13); } k = sub(14); } Wie macht man das in Assembler? Problem: Merken, wo man hergekommen ist, um am Ende des Unterprogramms zurückzufinden. 1

2 Stapelspeicher (Stack) Organisationsprinzip eines Speicherbereiches - Verwendung z.b. in Prozessoren - Speicherung lokaler Variablen Funktionsaufruf: - Speicherung der Rücksprungadresse (Adresse, an der das Programm nach dem Funktionsaufruf weiter ausgeführt werden muss) wächst zumeist von hohen zu niedrigen Adressen Stackpointer (SP) - enthält Adresse des ersten freien Speicherplatzes im Stack - wird in speziellem e e Register des Prozessors s gehalten (Stackpointer te SP) arbeitet nach dem Prinzip first-in-last-out zwei wesentliche Aktionen - push (Einkellern, etwas auf dem Stapel ablegen) - pop (Auskellern, etwas vom Stapel nehmen) Register R0..R15 16 Bit Program counter 16 Bit Stack Pointer R16..R31 I T H S V N Z C X = R27:R26 R26 Y = R29:R28 Z = R31:R30 Flags Index Register 2

3 Funktionsprinzip Stack (push) 0x10F8 0x00 0x10F9 0x07 0x10FA 0x00 0x10FB 0x07 0x10FC 0x1E 0x10FD 0x1A 0x10FE 0x00 0x10FF 0xFE SP push push 3 5 0x10F8 0x00 0x10F9 0x07 0x10FA 0x00 0x10FB 0x07 0x10FC 0x1E 0x10FD 0x1A 0x10FE 0x00 SP 0x10FF 0x03 0x10F8 0x00 0x10F9 0x07 0x10FA 0x00 0x10FB 0x07 0x10FC 0x1E 0x10FD 0x1A SP 0x10FE 0x05 0x10FF 0x03 Stack-Adresse Stack-Inhalt Funktionsprinzip Stack (pop) 0x10F8 0x00 0x10F9 0x07 0x10FA 0x00 0x10FB 0x07 0x10FC 0x1E 0x10FD 0x1A SP 0x10FE 0x05 0x10FF 0x03 pop pop 5 3 0x10F8 0x00 0x10F9 0x07 0x10FA 0x00 0x10FB 0x07 0x10FC 0x1E 0x10FD 0x1A 0x10FE 0x05 SP 0x10FF 0x03 0x10F8 0x00 0x10F9 0x07 0x10FA 0x00 0x10FB 0x07 0x10FC 0x1E 0x10FD 0x1A 0x10FE 0x05 0x10FF 0x03 SP 3

4 Stack im RAM des ATmega128 $0000 $0020 $0060 RAMEND= 0x10ff Register I/O RAM Stack 1 Byte RAM: 4k Bytes Datenspeicher Der Stack startet ganz oben im Adressraum und wächst hin zu kleineren Adressen in den RAM hinein. i Stack-Initialisierung.include ATMega128.inc reset: ldi r16, LOW(RAMEND) out SPL, r16 ldi r16, HIGH(RAMEND) out SPH, r16 call test end: rjmp end test: ; Unterprogramm ret Stackpointer SP wird auf die letzte Adresse des RAM gesetzt letzte Adresse des RAM ist in ATMega128.inc als RAMEND definiert 4

5 Ablauf Unterprogramm 1. Bearbeitung eines Programms 2. call Unterprogrammname - PC+1 -> Stack - PC <- Adresse Unterprogramm 3. Abarbeitung des Unterprogramms - Verhindern sog. Nebeneffekte bei Eintritt: Speichern des Inhalts der lokal verwendeten Register auf dem Stack vor Beendigung: Wiederherstellen des Inhalts der lokal verwendeten Register vom Stack 4. ret - stack -> PC 5. Weiterbearbeitung des Programms ab Befehl, der auf call folgt call und ret am Beispiel call wait stack ldi r16,0x b... wait: 00002b 00002e nop ret PC 00002b PC Schritt 2 Schritt 4 5

6 Parameter-Übergabe einfachster Weg über Register - in Dokumentation beschreiben, welche Register für Parameter- Übergabe verwendet werden, z.b. Parameter in Register A, Ergebnis in Register B Parameterwert -> RegisterA Start UP Register A verarbeiten Unterprogramm... Register B weiterverarbeiten Ergebnis in Register B speichern Ende UP in C #define M 0xffff // Parameter (16 Bit) unsigned int nwait=m; Warten (sehr einfach) in Assembler.equ M=0xffff ; Parameter (16 Bit) ldi r27, HIGH(M) ldi r26, LOW(M) call wait... wait: wait_loop: ;max. ;Schleifenzahl wait(nwait);... void wait(unsigned short n) { do{ sbiw r26, 1 n--; brne wait_loop } while(n!= 0); ret } Tue nichts bis der Wert der Zählvariable 0 ist! Wie lange das dauert, ist von der Anzahl der Schleifendurchläufe und der Anzahl der Befehle des Unterprogramms abhängig 6

7 Register-Satz des ATmega128 Universal-Register (8Bit) R0..R15 16 Bit Program counter (PC) 16 Bit Stack Pointer (SP) R16..R31 I T H S V N Z C X = R27:R26 Y = R29:R28 Z = R31:R30 Status- oder Flag- Register (8Bit, SREG) Doppel-Register für indirekte Adressierung (16Bit) Die Flags im Statusregister C Z N V S H T I Global Interrupt Enable: erlaubt, dass der C Interrupts erhält Bit Copy Storage: Flag zum Austausch von Bits zwischen Registern Half Carry Flag: zeigt übertrag zwischen Bit3 und Bit4 an Sign Bit, S = N V: zeigt negatives Vorzeichen an Two s Complement Overflow Flag: MSB beider Operanden war vor der Operation gleich und MSB Ergebnis ist anders Negative Flag: zeigt an, dass Ergebnis einer Operation negativ sein könnte (MSB ist 1) Zero Flag: zeigt an, dass Ergebnis einer Operation Null ist Carry Flag: zeigt an, dass bei einer Operation ein Überlauf oder ein Borrow in der höchsten Stelle (MSB) aufgetreten ist 7

8 Zweck des Statusregisters wird vom C automatisch verändert und zeigt den Zustand des Ergebnisses der letzten Operation an, die die Flags beeinflusst hat, z.b.: - Operation ergab 0 -> Z-Flag wird gesetzt - Operation ergab einen Überlauf im höchstwertigen Bit -> C- Flag wird gesetzt einzelne Bits im Statusregister können zu bestimmten Zwecken auch durch den Programmierer gesetzt oder zurückgesetzt t werden - Interrupts sollen erlaubt werden -> Programmierer setzt das Interrupt-Flag (Befehl sei set enable interrupt) Befehls-Dokumentation und Flags Bedeutung Beispiel AND Flag wird durch Befehl beeinflusst S, N, Z 0 Flag wird durch Befehl zurückgesetzt V 1 Flag wird durch Befehl gesetzt - Flag wird durch Befehl nicht beeinflusst I,T,H,C 8

9 Bedingte Sprünge Relative Sprünge abhängig vom Zustand der Flags Syntax: sprungbefehl k ; k... wohin Sprungweite: -64 <= k <= +63 Befehle - wenn wahr: PC PC+k+1 - wenn falsch: PC PC +1 Beispiel: ldi r17, 8 nochmal: dec r17 brne weiter ;springe, wenn r17 nicht 0 rjmp nochmal ;sonst dekrementiere r17 nochmal weiter: nop Bedingte Sprünge Flag 1 oder 0? Flag 1 (set) 0 (cleared) Carry brcs brcc branch if carry set/cleared Negative brmi brpl branch if minus/plus Overflow brvs brvc branch if overflow set/cleared Zero breq brne branch if equal/not equal zero 9

10 Unterprogramm prinzipieller Aufbau Reset: Stack initialisieren (am besten am RAM-Ende)... Unterprogrammname: ; im UP verwendete Register retten ; (außer Register für Rückgabeparameter) push Register1 push Register2... ; Verarbeitung (Register1, 2) ; Registerinhalte wieder herstellen pop Register2 pop Register1 ret Tasteneingabe in Assembler 10

11 Grundsätzlicher Ablauf Tasteneingabe Grundsätzlicher Ablauf Tasteneingabe in C #include <avr\io.h> in Assembler.include m128def.inc // PortD alle Pins //auf Eingabe DDRD=0x00; ; PortD alle Pins ;auf Eingabe ldi r16, 0x00 out DDRD, r16 // Pullups ein PORTD=0xff; ;Pullups ein ldi r16, 0xff out PORTD, r16 11

12 Grundsätzlicher Ablauf Tasteneingabe in C while(pind==0xff); in Assembler notpressed: in r16, PIND cpi r16, 0xff breq notpressed Grundsätzlicher Ablauf Tasteneingabe in C while(pind!=0xff); in Assembler pressed: in r16, PIND cpi r16, 0xff brne pressed 12

13 Grundsätzlicher Ablauf Tasteneingabe in C _delay_ms(100); in Assembler (keine Bibliotheksfunktion, Aufruf kann je nach Gestaltung des Unterprogramms abweichen) ldi r27, 0x03 ldi r26, 0xff call wait Zugriff auf Konstanten im ROM Speicher-Organisation im ROM Zeiger in Assembler Beispiel: Ausgabe von LED-Mustern 13

14 Ausgabe von LED-Mustern Unterprogramm void putpattern(char* ppattern) soll LED-Muster auf LEDs anzeigen LED-Muster werden als konstante Arrays im ROM abgelegt, deren Ende mit dem Wert 0 gekennzeichnet ist (Null-terminiert) - Muster ist zur Laufzeit nicht veränderbar (const) - zum Lesen aus dem ROM wird der Befehl lpm verwendet - die Adresse des jeweils auszugebenden Bytes wird in Doppel- Registern (16 Bit) gespeichert Ablage eines Musters im ROM.cseg PAT1:.db 0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80,0x00 Speicherbelegung (ROM) Adresse Inhalt (16 Bit) 0x00003e 0x02 0x01 0x00003f 0x04 0x03 0x x08 0x x00 0x80 höherwertiges niederwertiges Byte Byte kleinste adressierbare Einheit im ROM ist das Datenwort (16 Bit) Muster bestehen aus Bytes (8 Bit) 14

15 Register-Satz des ATmega128 Universal-Register (8Bit) R0..R15 16 Bit Program counter (PC) 16 Bit Stack Pointer (SP) R16..R31 I T H S V N Z C X = R27:R26 Y = R29:R28 Z = R31:R30 Status- oder Flag- Register (8Bit, SREG) Doppel-Register für Zeiger (16Bit) indirekte Adressierung Register mit High und Low-Teil ansprechbar, z.b.: ldi ZH, 0x00 ; lädt r31 ldi ZL, 0x03 ; lädt r30 Program Memory Access Load Program Memory Beispiel: lpm r16,z 15

16 Program Memory Access Post-increment Beispiel: lpm r16,z+ LPM am Beispiel Speicherbelegung (ROM) Adresse Inhalt (16 Bit) 0x x10 0x08 0x x40 0x20 0x x00 0x80 High-Byte des Inhalts der Adresse Inhalt Z-Register Adresse in Z (oder X oder Y) LSB Low-Byte de es Inhalts der Adresse e Z++ Z++ 16

17 if else... Vergleich r16==0 [nein] [ja] unsigned char r16=1; if( r16 == 0) aktion1(); else aktion2(); aktion1 not_null aktion2 endif... not_null: endif: ldi r16,1 cpi r16,0 brne not_null call aktion1 jmp endif call aktion2 nop 17

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