Система команд микроконтроллера AVR MEGA128

Базовый набор команд языка ASSEMBLER для микроконтроллеров AVR содержит 120 инструкций, которые можно разделить на 4 группы: команды пересылки данных; арифметические и логические команды; инструкции для работы с битами; команды управления ходом исполнения программы.

Команды пересылки данных. Группа команд пересылки данных включает в себя инструкции по загрузке значений констант, пересылки данных типа регистр – регистр, регистр – память, регистр – порт ввода/вывода. Команды данной группы являются двух-операндными, причем первым операндом является приемник данных, а вторым – источник данных.

Команда загрузки констант ldi R, K применяется для записи непосредственного значения К в регистр – приемник R. В качестве регистра – приемника могут использоваться регистры общего назначения R16 – R31. Если константа представлена в двоичной или шестнадцатеричной системах счисления, то перед значением константы К необходимо указать спецификатор системы счисления 0b – для двоичной, 0х – для шестнадцатеричной соответственно. Примеры:

ldi R16, 125 загрузка в R16 десятичного числа 125;

ldi R20, 0xFF загрузка в R20 шестнадцатеричной константы FFh;

ldi R23, 0b11011001 загрузка в R23 двоичной константы 11011001;

Команда пересылки данных между регистрами mov Rd, Rs используется для пересылки значения из регистра-источника Rsв регистр-приемник Rd. Операнды в команде являются исключительно регистрами общего назначения R0 – R31.

Примеры:

mov R16, R0 загрузка в R16 значения из регистра R0;

mov R17, R20 загрузка в R17 значения из регистра R20;

В командах пересылки данных между регистром и ячейкой памяти используется механизм косвенной адресации, при котором адрес ячейки памяти заносится в один из 16-разрядных регистров Х,Y,Z (cм. рисунок 1.3). Форматы команд:

ld R₈, (R₁₆) – загрузка данных из ячейки памяти, адрес которой находится в 16-разрядном регистре R₁₆, в регистр общего назначения R₈

st (R₁₆), R₈ – загрузка данных из регистра общего назначения R₈ в ячейку памяти, адрес которой находится в 16-разрядном регистре R₁₆ ,

ldd R₈, (R₁₆+Q) – загрузка данных в регистр общего назначения R₈ из ячейки памяти, адрес которой находится как сумма значения, находящегося в 16-разрядном регистре R₁₆ , и смещения Q,.

std (R₁₆+Q), R₈ – загрузка данных из регистра общего назначения R₈ в ячейку памяти, адрес которой находится как сумма значения, находящегося в 16-разрядном регистре R₁₆ , и смещения Q,.

ld R₈, (R₁₆) – загрузка в регистр общего назначения R₈ данных из ячейки памяти, адрес которой находится в 16-разрядном регистре R₁₆;

Примеры:

ld R2, X загрузка в R2 значения из памяти по адресу, указанному в Х;

st Y, R5 загрузка значения из регистра R5 в память по адресу,

указанному в Y.

ldd R5, Z+1 загрузка в R5 байта из памяти по адресу Z+1;

std Y+4, R7 загрузка байта из регистра R7 в память по адресу Y+4.

Для обращения к портам ввода/вывода в микропроцессоре предусмотрены специальные команды in и out:

in R, P ввод данных из порта с адресом Р в регистр общего назначения R;

out P, R вывод данных из регистра общего назначения R в порт с адресом Р;

Примеры:

in R10, 0x15 ввод данных из порта с адресом 15h в регистр общего назначения R10;

out 0x2F, R8 вывод данных из регистра общего назначения R8 в порт с адресом 2Fh;

Арифметические и логические команды. Для работы с целыми двоичными числами целочисленное АЛУ микроконтроллера AVR MEGA128 поддерживает более десятка арифметических и логических команд.

Основными арифметическими командами являются инструкции сложения, вычитания и умножения. Операндами в командах данной группы могут быть только регистры общего назначения. Результат операции (кроме умножения) записывается по адресу первого операнда.

Основные команды для выполнения операций сложения, вычитания и умножения (для чисел без знака):

add Rd, Rs команда сложения (addition), действие: Rd=Rd+Rs;

sub Rd, Rs команда вычитания (subtraction), действие: Rd=Rd–Rs.

mul Rd, Rs команда умножения (multipl.), действие: R1, R0=Rd*Rs;

Команды изменяют флаги переноса С, переполнения V, знака N, S, и нуля Z. При выполнении операции умножения n -значных чисел местонахождение результата разрядностью 2n фиксировано и не указывается в команде: при умножении двух байтов результат размером в слово заносится в регистровую пару (R1, R0), в R0 – младшее слово, в R1 – старшее слово.

Примеры:

add R10, R15 R10 = R10 + R15;

sub R2, R7 R2 = R2 – R7;

mul R5, R16 R1,R0 = R5 * R16.

Команды положительного и отрицательного приращения (инкремента и декремента):

inc R инкремент (increment), действие R=R + 1;

dec R декремент (decrement), действие R=R – 1;

В качестве операнда в этих командах допускается использовать только регистр общего назначения.

Примеры:

inc R20 действие R20 = R20 + 1;

dec R16 действие R16 = R16 – 1;

Основными логическими командами микроконтроллера AVR MEGA128 являются:

or Rd, Rs логическое “или”; действие: Rd = Rd or Rs;

and Rd, Rs логическое “и”; действие: Rd = Rd and Rs;

eor Rd, Rs “исключающее или”; действие: Rd = Rd eor Rs.

Данные команды выполняют операции поразрядного логического “или”, логического “и”, “исключающего или” (см. таблицу 1.2) над операндами, находящимися в регистрах общего назначения, причем результат записывается по адресу первого операнда. Примеры:

or R7, R11 действие: R7 = R7 or R11;

and R10, R11 действие: R10 = R10 and R11;

eor R25, R30 действие: R25 = R25 eor R30.

Таблица 1.2 – Таблицы истинности логических операций or, end, eor

Указанные команды используются для выполнения операций поразрядного маскирования: or – для установки единиц в заданных разрядах, and – для установки нулей, еor – для выяснения совпадений значений битов первого операнда с маской. Команды изменяют флаги нуля, Z, знака N и переполнения V. Примеры поразрядных логических операций, иллюстрирующие применение механизма маскирования битов, приводятся в таблице 1.3.

Таблица 1.3 – Примеры поразрядных логических операций

Команда поразрядного инвертирования:

com R логическое отрицание; действие: R = 0b11111111 – R,

выполняет изменение значений двоичных разрядов операнда (регистр общего назначения) на противоположные.

Пример:

com R3 действие: R3 = 0b11111111 – R3.

Полный перечень арифметических и логических команд микроконтроллера AVR MEGA128 приводится в Приложении 2.

Команды для работы с битами. Дополняют совокупность логических операций команды сброса, установки и проверки значений отдельных битов.

Команды сброса cbi P, n и установки sbi P, n битов предназначены для присваивания значений 0 и 1 отдельным битам портов ввода/вывода соответственно. Первым операндом в этих командах является адрес порта ввода/вывода, вторым – номер бита (от 0 до 7).

Примеры:

cbi 0x17, 5 действие: 0x17₅ = 0;

sbi 0x40, 1 действие: 0x40₁ = 1.

Команда логического сдвига lsl R осуществляет сдвиг влево на одну позицию всех битов операнда, а в младший разряд добавляется нуль. Старший бит операнда поступает в флаг переноса С. В качестве операнда могут использоваться только регистры общего назначения. Команда lsr R выполняет сдвиг вправо на одну позицию всех битов операнда, а в старший разряд добавляется нуль. Младший бит операнда поступает в флаг переноса С. Механизм работы и синтаксис аналогичен команде lsl. Примеры использования команд логического сдвига:

Поменять местами младшую и старшую тетрады байта, загруженного в регистр общего назначения, можно с помощью команды swap R. Следующий фрагмент иллюстрирует действие команды swap:

ldi R19, 0b01001101 Загрузить константу 0b01001101 в регистр R19;

swap R19 В результате исполнения команды swap в регистре R19 будет сохранено значение 0b11010100.

Дополняют перечень команд для работы с битами инструкции для сброса/установки значений флаговых разрядов в регистре статуса SREG, описание которых приводится в Приложении 2.

Команды сравнения, условного и безусловного перехода. Команда сравнения cp Rd, Rs – осуществляет действие Rd–Rs и устанавливает флаги нуля Z, отрицательного результата N, переполнения V, переноса C и дополнительного переноса H. Результат не сохраняется по адресу первого операнда, а только формируются флаги. Операндами могут быть только регистры общего назначения.

Команды условного перехода вызываются сразу после команд сравнения (или других инструкций, вызывающих изменения битов регистра состояния SREG) и на основе анализа флагов осуществляют переход по указанному адресу (метке) в памяти команд.

Наиболее распространенными среди команд этой группы являются:

breq M переход на М, если равно;

brne M переход на М, если неравно;

brlo M переход на М, если меньше;

brsh M переход на М, если больше или равно.

Пример совместного использования команд сравнения и условного перехода:

cp R1, R5 сравнить значения в регистрах R1 и R5;

breq lbl1 выполнить переход на метку lbl1, если значения в регистрах R1 и R5 равны (R1–R5=0).

Команда rjmp М осуществлянт безусловный переход по указанному 8-разрядному адресу (метке, label) в памяти команд. Пример:

rjmp lbl2 безусловный переход на метку lbl2.

Команда jmp М осуществлянт безусловный переход по указанному 16-разрядному адресу (метке, label) в памяти команд. Пример:

rjmp lbl3 безусловный переход на метку lbl3.

Полный перечень команд сравнения и перехода приводится в Приложении 2.

1.1.4. Синтаксис и основные операторы языка С.

Сложные программные проекты можно более компактно описывать (по сравнению с языком Assembler) с помощью языка программирования С, который обладает возможностями языков низкого и высокого уровня, а так же большой библиотекой функций.

Алфавит языка С состоит из строчных и заглавных букв латинского алфавита, цифр (0 – 9) и специальных символов. Причем, при записи идентификаторов и ключевых слов необходимо учитывать регистр символов. Так, идентификаторы sysreg и Sysreg не являются одинаковыми. Все ключевые слова должны быть набраны строчными буквами. Разделителем между операторами является символ; Закомментированные строки начинаются с идущих подряд двух символов //.

Константы в языке С декларируются с помощью директивы #define в соответствие с синтаксисом:

#define имя константы значение;

При работе с аппаратными средствами удобно записывать константы в двоичной и шестнадцатеричной формах. Перед значением констант ставятся символы 0b и 0x для двоичного и шестнадцатеричного представлений соответственно. Регистр символов при записи шестнадцатеричных констант не имеет значения. Примеры объявления констант:

#define k 25; // объявлена десятичная константа k=25;

#define KX 0xF5; // объявлена шестнадцатеричная константа KX=F5h;

#define k2 0x6e; // объявлена шестнадцатеричная константа k2=6Eh;

#define KB 0b1010; // объявлена двоичная константа KB=0b1010;

Базовыми целыми типами данных в языке С являются: сhar (размер 1 байт, диапазон значений – 128 ¸ 127) и int (размер 2 байта, диапазон значений – 32768 ¸ 32767). Модификатор unsigned, записывыемый перед именем базового типа, позволяет интерпретировать значения приведенных выше типов данных как числа без знака: unsigned сhar (размер 1 байт, диапазон значений 0 ¸ 255), unsigned int (размер 2 байта, диапазон значений 0 ¸ 65535). При этом старший разряд является битом данных, а не знаковым битом числа.

Все переменные должны быть декларированы до их использования в программе. При записи имен переменных необходимо учитывать регистр символов. Формат объявления переменной:

тип данных имя переменной [=начальное значение];

Если несколько переменных имеют одинаковый тип данных, то при объявлении их идентификаторы можно перечислить через запятую. Начальное значение переменной можно не указывать. Примеры:

char A=10;

int B, C, D;

unsigned int E, F;

Рассмотрим основные операторы языка С.

Оператор присваивания имеет следующий синтаксис:

идентификатор = выражение;

В выражениях над операндами могут использоваться следующие арифметические и логические операции языка С:

Арифметические операции:

+ сложение;

– вычитание;

* умножение,

/ деление.

Логические операции:

|| логическое ИЛИ;

&& логическое И;

! логическое НЕ;

| побитовая операция ИЛИ;

& побитовая операция И;

^ побитовая операция исключающее ИЛИ;

~ побитовая операция НЕ;

<< логический сдвиг влево;

>> логический сдвиг вправо.

Язык С относится к строго типизированным языкам программирования: переменным одного типа нельзя непосредственно присваивать значения другого типа данных. Для однозначного определения приоритета операций в выражениях необходимо использовать круглые скобки (). Пример оператора присваивания:

A = (B+C)*D;

Оператор условия if/else позволяет выполнять одно из двух действий в зависимости от условия. Синтаксис оператора:

if (условие) выражение1

[ else выражение2];

Условие представляет собой выражение, заданное с помощью операций отношения:

== равно;

!= не равно;

< меньше;

<= меньше или равно;

> больше;

>= больше или равно.

Если условие истинно, то выполняется выражение1, если ложно – то выполняется выражение2. Часть else может отсутствовать. Если, в зависимости от условия необходимо выполнить фрагмент программы, состоящий из нескольких операторов, то их необходимо поместить в фигурные скобки { }. Пример использования оператора условия:

if (A==B) {C=D+E; I=N+5}

else {C=D–E; I=N–5;}

Оператор выбора switch/case позволяет избирательно выполнить фрагмент программного кода, в зависимости от значения выражения. Формат оператора:

switch (целочисленное выражение) {

case константа1: выражение1;

break;

case константа2: выражение2;

break;

...

case константаN: выражениеN;

break;

[ default: действия по умолчанию;] }

Оператор break должен находиться во всех ветвях, в противном случае нарушится выборочное выполнение команд в ветвях после case. Ветвь default можно не указывать. Пример использования оператора выбора:

switch (num) {

case 0: A=B+C; C=D+2;

break;

case 1: A=B–C; C=D+10;

break;

case 5: A=B*C; C=D+15;

break; }

Оператор цикла с параметром for используется в тех случаях, когда заранее известно количество итераций цикла. Синтаксис оператора цикла for приведен ниже:

for (инициализирующее выражение; условное выражение; модифицирующее выражение)

{

операторы тела цикла;

}

Рассмотрим работу цикла for: инициализирующее выражение при первом запуске цикла присваивает начальное значение счетчику цикла; затем анализируется условное выражение (цикл выполняется пока условие истинно). Каждый раз после всех строк тела цикла выполняется модифицирующее выражение, в котором происходит изменение счетчика цикла. Выход из цикла произойдет, как только условное выражение получит значение false. Пример оператора цикла:

s=0;

m = 1;

for (i=1; i<=10; i++)

{ s=s+i;

m=m*i; }

Оператор цикла с предусловием while применяется, когда число повторений неизвестно, но необходимо выполнить некоторое условие. Формат оператора приведен ниже:

while (условное выражение)

{

операторы тела цикла;

}

Оператор начинается с ключевого слова while, за которым следует логическое выражение, возвращающее значения false или true. Операторы, заключенные в фигурных скобках, образуют тело цикла. Пример использования оператора цикла while:

a=0;

while (a<10)

{ b=(c+d)*a–f;

a=a+2; }

Подпрограммы на языке С оформляются в виде функций. Описание функции имеет следующий синтаксис:

[Тип возвращаемого значения] имя функции ([список параметров])

{

[декларации локальных переменных]

операторы тела функции;

[ return выражение;]

}

Если функция не возвращает значения, то тип возвращаемого значения не указывается и секция return не используется. При отсутствии параметров после имени функции обязательно указываются пустые круглые скобки (). Тело функции заключается в фигурные скобки { }. Переменные, объявленные в теле функции, являются локальными (видимыми только в пределах тела функции). Функции, возвращающие значения, можно использовать в правой части операторов присваивания.

Рассмотрим пример декларации функции, возвращающей, в зависимости от значения аргумента С, сумму или разность двух целых чисел:

int sum (int A, int B, char C)

{

if (C>=0) return A+B;

else return A–B;

}

Пример функции, не имеющей аргументов и не возвращающей значения:

init_data () {

A=10;

B=100+А; }

При программировании микроконтроллера часто возникает необходимость использовать ассемблерный код в программе, написанной на языке С. В этом случае фрагмент программы, составленный из ассемблерных операторов, помещается в операторные скобки:

#asm

операторы языка ассемблер

#endasm;

Пример фрагмента программы на языке Assembler:

#asm

mov r1,r5

ldi r17,0xf5

#endasm;

Одиночный ассемблерный оператор в теле С – программмы, может быть записан в виде директивы #asm("Оператор языка Assembler”);.

Пример:

#asm ("out 0x12,r16"); // выполнить команду out 0x12,r16.

Функции, написанные на ассемблере, возвращают значения через регистр R30 для типов char и unsigned char, и регистровую пару (R31, R30) для типов int и unsigned int (в R31 – старший, а в R30 – младший байты). Параметры функции передаются через стек, на вершину которого указывает регистр Y, причем старший байт слова записывается по старшему адресу. Механизмы вызова и возврата из функции осуществляются средствами компилятора С. Директива #pragma warn- запрещает компилятору генерировать предупреждения о том, что функция не возвращает результат стандартным способом (с помощью оператора return).

В качестве примера рассмотрим ассемблерную функцию, выполняющую суммирование двух целых чисел и возвращающую значение типа int (пояснения к ассемблерному коду прилагаются):

int summa (int A, int B)

{

#asm

ldd R27, Y+3 загрузить старший байт параметра А;

ldd R26, Y+2 загрузить младший байт параметра А;

ldd R25, Y+1 загрузить старший байт параметра В;

ld R24, Y; загрузить младший байт параметра В;

add R24, R26 выполнить суммирование младших байтов А и В;

adc R25, R27 выполнить суммирование старших байтов А и В

c учетом флага переноса С;

mov R30, R24 записать младший байт суммы в регистр R30;

mov R31, R25 занести старший байт суммы в регистр R31;

#endasm

}

Вызов данной функции может осуществляться следующим образом:

...

int С;

C=summa (10, 15);

...

Часто в ассемблерных подпрограммах возникает необходимость получить доступ к значениям переменных, объявленных в С–программе. Размещение переменных (в регистрах процессора или памяти данных) можно определить из файла с расширением *.map, имя которого совпадает с именем файла исходного кода программы. Данный файл генерируется компилятором и находится в одном каталоге с исходным модулем программы.

Рассмотрим структуру программы на С. Текст исходного модуля программы начинается с директив препроцессора #include <имя файла.h>, с помощью которых в программный код проекта подгружаются файлы заголовков, содержащие объявления различных констант, идентификаторов и прототипы функций. Пример использования данной директивы, подгружающей заголовочный файл mega128.h:

#include <mega128.h>

Далее следуют объявления констант (с помощью директив #define) и глобальных переменных.

Затем записываются декларации функций, используемых в тексте главной программы, расположенной в теле функции main(), с операторов которой начинается выполнение программы. Тело функции main() расположено внутри фигурных скобок {}.

Поиск по сайту: