Ćwiczenia 06 - Elementy programowania w assemblerze

Ćwiczenia 06 - Elementy programowania w assemblerze, architektura 8051.
1. Wprowadzenie do oprogramowania MCU 8051 IDE
W ramach ćwiczeń wykorzystamy środowisko MCU 8051 IDE, które jest dostępne do
pobrania na stronie domowej 1.
Rys.1. Logo środowiska MCU 8051 IDE.
Tworzenie projektu w programie MCU8051 jest możliwe z poziomu interfejsu graficznego.
Po instalacji2 i uruchomieniu środowiska MCU 8051 IDE należy stworzyć nowy projekt.
Rys.2. Tworzenie nowego projektu.
1
Strona domowa projektu MCU 8051 IDE: http://www.moravia-microsystems.com/mcu-8051-ide/ (Stan z dnia
12-11-2014)
2
Przy instalacji wymagane są prawa administratora, jednakże możliwe jest stworzenie wersji portable przy
pomocy odpowiedniego oprogramowania.
1
Następnie pojawia się okno z konfiguracją
procesora, którego będziemy programować.
Dla przykładu możemy nazwać projekt
NowyProjekt, podać wybraną ścieżkę do
folderu w którym mają zostać stworzone
pliki projektu. Następnie możemy wybrać
procesor np. o architekturze 8051. Dostępne
są
także
inne
architektury
dla
zainteresowanych.
Ewentualnie
możliwe
dodatkowych zasobów.
jest
dodanie
Rys.3. Okno tworzenia nowego projektu.
Projekty są przechowywane w pliku przy wykorzystaniu języka XML o rozszerzeniu
*.mcu8051ide . Pliki są kodowane w UTF-8, natomiast jak EOL (End of Line) używa się LF
(Line Feed)3.
Rys.4. Zbiorcze zestawienie okienek funkcyjnych w MCU 8051 IDE.
źródło: Home Page MCU IDE
3
EOL Wiki, link: http://pl.wikipedia.org/wiki/Koniec_linii (Stan z dnia 14-01-2015)
2
Po zatwierdzeniu nasz nowy projekt jest już otwarty w środowisku, a także plik o
rozszerzeniu *.asm w którym Projekt jest pusty domyślnie, więc możemy rozpocząć
kodowanie programu za pomocą rozkazów.
Przykład Pusty program z pętlą.
Aby utworzyć pusty program z pętlą, należy wprowadzić poniższą instrukcję:
1
2
3
4
5
LJMP GO
GO:
; instrukcje
HALT:
LJMP HALT
Działanie programu rozpoczyna się od wykonania instrukcji skoku. Skok polega na
przeskoczeniu w programie do miejsca o danej etykiecie (w tym przypadku jest to nazwa
GO). Następnie program zapętla się w nieskończoność, ze względu na to, że ciągle
przeskakuje do linii z rozkazem skoku do etykiety HALT.
Rys.4. Widok projektu.
Instrukcje które są poprzedzone znakiem ; to komentarze. Ogólnie bardzo na miejscu jest
zachowanie następującego porządku w kodzie:
ETYKIETA: NAZWA_ROZKAZU ARG1 ARG2
;komentarz
Dla wygody etykiety pisze się w osobnych liniach, choć nie jest to żadna zasada.
3
Aby uruchomić program, wybieramy Simulator>Start/Shutdown,
lub
używamy
skrótu
klawiszowego F2.
Rys.5. Uruchamianie projektu.
Możemy również skorzystać z panelu w dolnej
części okna. Ikona Rakiety uruchamia symulację
działania programu. Działanie natomiast możemy
zobaczyć w sposób ciągły, wybierając animację, lub
w sposób krokowy, uruchamiając każdy kolejny cykl
na kliknięcie przycisku kroku.
Do podstawowych funkcji oprogramowania MCU 8051 IDE, oprócz kompilowania
programów napisanych w assemblerze lub języku C, możemy zaliczyć przede wszystkim
wygodny edytor kodów, który poprzez funkcje auto uzupełniania i kolorowanie składni
wspomaga pisanie kodu i poprawia jego przejrzystość. Ponadto dostępny jest szeroki
wachlarz dodatków, m.in. symulatora, dzięki czemu możemy wygodnie podglądać wartości
adresów i flag podczas prowadzenia symulacji wykonania programu, w systemach
liczbowych binarnym, ósemkowym, dziesiętnym i szesnastkowym.
Rys.6. Symulator.
2. Arytmetyka liczb
W ramach ćwiczeń zostaną wykorzystane rozkazy: ADD, MOV, MUL, SUBB, INC, DEC, DIV, z
którymi należy się zapoznać.
Rejestry R0,R1...są 8 bitowe, przyjmują wartości od 0 do 255 – nie większe. Wprowadzenie większej
wartości powoduje błąd.
Przykłady: a) Inkrementuje wartość 1 do 2 i znowu itd. b) Ustawia 1 i póxniej liczy po kolei co 1.
a) LJMP GO
GO:
mov R1, #01d
INC R1
LJMP GO
b) LJMP GO
mov R1, #01d
GO:
INC R1
LJMP GO
Zad.1. Umieść w pamięci liczby, a następnie dodaj podane liczby. Wynik zapisz w R0:
4
a) 14+6
b) 26+17
LJMP GO
GO:
mov R1, #26d
mov R2, #17d
mov A, R1
ADD A, R2
HALT:
LJMP HALT
c) 31+47
d) 240+34
Rozwiązanie przykładowe Zad.1. a). Umieszczamy liczby 14 i 6 w komórkach pamięci R1 i R2:
MOV
MOV
R1,#14d
R2,#6d
Zwróćmy uwagę, że wprowadziliśmy liczby w postaci dziesiętnej, dzięki literce d na końcu. Innym
sposobem jest wprowadzenie w postaci binarnej #1110b lub szesnastkowej #0Eh. W pamięci
domyślnie mamy podgląd na dwubitowy szesnastkowy zapis. Przy szesnastkowym formacie należy
także pamiętać, aby nie rozpoczynać liczby od symbolu litery (tj. nie wprowadzać #E).
Następnie przenosimy jedną z liczb do akumulatora podstawowego, a następnie wydajemy rozkaz
dodawania:
MOV
ADD
A,R1
A,R2
wynik jest przechowywany w akumulatorze. W pierwszej instrukcji możemy także podać adres
komórki pamięci #01h zamiast etykiety R1. W przypadku większych liczb, jeżeli dodane liczby
przekroczą zakres 8 bitów binarnych, przepełnienie jest przenoszone do akumulatora pomocniczego,
oraz zostaje zapalona flaga OV (Overflow). Po czym wykonujemy rozkaz dodawania i zapisujemy
liczbę wynikową w komórce R0 adresu pamięci:
MOV
A,01h
5
Zad.2 Mnożenie liczb. Dane umieść w pamięci w komórkach R4 i R5, natomiast wynik zapisz pod
adresem R7. Co się stanie, jeżeli wynik nie mieści się w akumulatorze?
a) 7*9
b) 10*21
c) 21*31
d) 27*41
e)24*34 z wykroczeniem wyniku poza zakres
18h *22h
Zad.3. Odejmowanie liczb. Wykonaj poniższe działania:
a) 30-4
b) 10-14
c) 81-26
d) 250-77
Zad.4. Operacje inkrementacji i dekrementacji.
a) Zapisz do akumulatora liczbę 250, a następnie pomniejsz ją dwukrotnie.
b) Zapisz do głównego akumulatora liczbę 3, a do drugiego liczbę 11, a następnie powiększ o dwa
każdą z nich.
6
Zad.5. Wykonaj dzielenie liczb:
a) 12/3
b) 32/8
c) 31/2, Gdzie są zapisane informacje o całościach a gdzie o resztach? – wynik w akumulatorze, reszta
wB
Zad.6. Wykonaj poniższe działania wykorzystując jak najmniejszą liczbę rejestrów. Przed operacjami
zapisz dane w pamięci.
a) (41+3)/2 + 21*3 – 3 =82
LJMp GO
GO:
MOV R0, #41d
MOV R1,#3d
MOV R2, #21d
MOV A,R0
ADD A,R1
Mov b,#2d
Div Ab
Mov R0,A
Mov A,r2
Mov b,r1
Mul ab
ADD A,r0
Subb A,R1
HALT:
LJMP HALT
b) (21 - 11)/5 - ( 32/8 - 2)
c) 31*3 + 170/5 - 3*(50 - 43)
d) (55 - 15 + 10)*3 - 5*(27 - 2)
3. Wykorzystanie Virtual Hardware
Środowisko MCU 8051 IDE udostępnia szereg elementów dodatkowych, które możemy
wykorzystać, takich jak: panel LED, wyświetlacz siedmiosegmentowy czy multiplekser LED i
nie tylko.
7
Rys.7. Panel LED podłączony do portu P0.
Rys.8. Wyświetlacz siedmiosegmentowy podłączony do porty P3.
Rys.9. Wyświetlacz macierzowy LED z podłączoną jedną diodą do pierwszego bitu portu P3.
Zad.1. Napisz program, który zapali jedna diodę na wybranym panelu ledowym. Pamiętaj o
podłączeniu diody do wybranej linii wybranego portu. Wykorzystaj rozkaz CPL negujący
wartość odpowiedniego bitu.
Zad.2. Napisz program, który na Panelu LED (panel z ośmioma diodami led) będzie zapalał
kolejne diody od lewej do prawej. Pamiętaj o podłączeniu diod do odpowiednich portów.
Należy zapętlić rozwiązanie.
Zad.3. Napisz program, który zapali pierwszą diodę na panelu led i będzie tj. przesuwał
zapaloną diodę na kolejne miejsce. Gdy zapali się ostatnia dioda, to kolejna, która zapali się
po niej będzie diodą pierwszą.
Zad.4. Napisz program, który będzie wyświetlał inne ciekawe układy na panelu led.
Zad.5. Napisz program wyświetlający na cyfrowym panelu led (LED Display) liczbę 5.
Wykorzystaj rozkaz MOV.
8
Zad.6. Napisz program wyświetlający kolejno cyfry 0,1,2,3,...,9,0,1,2,.....
4. Pseudo instrukcje, banki pamięci, STOST
Pseudo instrukcje - instrukcje własne assemblera
Dyrektywy: EQU, ORG, DB
ORG - pozwala na określenie w od którego miejsca w pamięci będą lokowane instrukcje
programu , np.
ORG
100H
spowoduje iż od tej pory instrukcje będą zapisywane od miejsca adresu 100H. Jednakże
umieszczanie tego na samym początku nie jest dobrym pomysłem, gdyż podczas
wykonywania programu nie będą widoczne instrukcje, należy wykonać skok do miejsca
instrukcji. Dla przykładu możemy zmodyfikować program z Zad.1.a), którego instrukcje są
umieszczone od adresu 100h:
ORG
LJMP
ORG
LJMP
0H
START
100H
START
MOV
MOV
MOV
ADD
MOV
R1,#14d
R2,#6d
A,R1
A,R2
R0,A
LJMP
HALT
START:
HALT:
EQU - instrukcja pozwala na przypisywanie pewnym etykietom określonego adresu pamięci
np.
D7BM EQU 7FH
spowoduje przypisanie etykiety do pamięci 7FH. Od tej pory możemy odwoływać się do
etykiety D7BM zamiast do konkretnego adresu pamięci.
DB - pozwala na przypisanie zbioru wartości w pamięci programu.
Banki rejestrów
W architekturze 8051 mamy dostępne cztery banki pamięci. Dostęp jest ustawiany przez bity RS0 i
RS1:
RS1
0
RS0
0
Rejestr
0
Adres
0x00 - 0x07
9
0
1
1
1
0
1
1
2
3
0x08 - 0x0F
0x10 - 0x17
0x18 - 0x1F
Obsługa struktury danych - STOS
Stos udostępnia operacje:
PUSH - przekazywanie wartości na stos
POP - zdejmowanie wartości ze stosu (dla zaoszczędzenia cykli, wartość w pamięci zostaje, ale stos jej
nie pamięta)
MOV
MOV
PUSH
PUSH
POP
POP
P0,#0FH
P1,#0EH
P0
P1
A
B
;umieść pod P0 wartość 0FH
;umieść pod P1 wartość 0EH
;umieść na stosie wartość portu P0
;umieść na stosie wartość portu P1
;zdejmij ze stosu wartość i zapisz pod A
;zdejmij ze stosu wartość i zapisz pod B
Zad.1.* Wykorzystaj stos do wyznaczenia wartości wyrażenia ONP.
a) 100 50 - 10 / 25 10 % 2 + 4 * +
b) 22 5 / 23 6 % 5 * + 10 5 3 - / c)5 4 + 3 * 13 5 % 7 3 / * + 13 -
10