Разработка программной и аппаратной поддержки к методическим указаниям Программирование микроконтроллеров

Команда MOV – копирует содержимое одного РОН в другой. LDI – загружает

в один из 16 старших РОН байт, содержащийся в команде. IN и OUT – доступ к

регистрам ввода/вывода, начиная с нулевого адреса. Полный список всех

команд пересылки данных можно найти в ПРИЛОЖЕНИИ 1, Таблица А.3.

На рис.2.16 наглядно показано схематическое выполнение команды LPM.

Рис. 2.16. Команда LPM.

Команды арифметических и логических операций.

Основными арифметическими операциями являются сложение и вычитание

двух чисел. Эти команды по большей части очевидны. Сложение и вычитание

содержимого двух регистров производиться при помощи команд ADD и SUB.

Модификации этих команд, которые учитывают значение флага переноса,

позволяют выполнить операции над 8-, 16-, 24- и даже 32-разрядными числами

со знаком, хранящимися в регистрах.

Поясним функции флагов отрицательного результата N (negative),

переполнения V (overflow) и знака S (sign), так как они имеют некоторые

особенности и сложны для понимания при первоначальном знакомстве.

Флаг отрицательного результата N просто копирует значение бита 7

результата, который показывает, является результат положительным или

отрицательным числом.

Флаг переполнения V в регистре SREG указывает на переполнение во время

сложения или вычитания чисел со знаком. Рассмотрим пример:

ADD R1, R2

Флаг V будет установлен в 1, если в регистрах R1 и R2 содержаться

положительные числа, а результат их сложения окажется больше 127, или оба

числа отрицательны, а результат будет меньше –128. Рассмотрим пример с

конкретными значениями:

LDI R1, 100 ;100 = 0b01100100

LDI R2, 100 ;Занести 0b01100100 R1 и R2

ADD R1, R2 ;R1 = R1 + R2 = 200 = 0b11001000

Десятичное число 200 в двоичной записи имеет значение бита 7 равное

1, что указывает на получение отрицательного результата. Следовательно,

после выполнения операции сложения флаг N будет установлен в 1. Но в данном

случае вместе с флагом N будет так же установлен в 1 флаг V, указывая, что

произошло переполнение при обработке чисел со знаком.

Если содержимое R1 = R2 = - 100, то результатом сложения этих чисел

будет 0b00111000 в двоичной системе счисления, что является положительным

числом. При этом флаг N будет сброшен в 0,показывая, что результата

положителен, однако будет установлен флаг V, означающий, что на самом деле

это не так.

Использование флага S = N ^ V позволяет рассматривать результат как 9-

разрядное число со знаком, где старшим (знаковым) разрядом как раз и

является флаг S. Как было отмечено при описании флага V, он устанавливается

в 1, когда бит 7 результата имеет неправильное значение, то есть результат

не представлен правильным числом со знаком в дополнительном коде. Выполнив

операцию «ИСКЛЮЧИТЕЛЬНОЕ ИЛИ» над значением флага V и бита 7 результата,

который храниться в бите N, вы получите реальный знак результата. В первом

примере (100 + 100) происходит установка в 1 флагов V и N, в результате

флаг S будет равняться нулю (1 ^ 1 = 0). Во втором примере (- 100 - 100)

флаг N сбрасывается в 0, а флаг V устанавливается в 1, поэтому флаг S будет

равняться единице, указывая на то, что результат отрицательный.

Флаг S должен использоваться со старшим байтом числа. При операциях с

16-, 24- и 32-разрядными числами значение флага S надо проверять только

после завершения последней операции со старшим байтом числа. При операциях

с младшими байтами используется флаг переноса С, как обычно при выполнении

сложения и вычитания.

Команды ветвления

Команды относительного перехода RJMP и вызова подпрограммы RCALL

являются основными для изменения выполнения последовательности команд в МК.

При этом содержимое программного счетчика изменяется на величину смещения,

которое задается в 12 младших битах кода команды.

МК может выполнять команды ветвления по значению определенных битов в

регистре состояния SREG. Поскольку номер бита и его значение должны быть

указанны в коде команды, то диапазон возможных адресов перехода составляет

+/- 63 относительно текущего адреса. Это означает, что применение команд

условных ветвлений весьма ограничено, но эту проблему можно решить при

помощи ветвления к команде, которая затем выполнит необходимый безусловный

переход.

Еще один класс команд ветвления – это команды пропуска. После проверки

указанного условия, данные команды либо выполняют следующую команду, либо

пропускают ее.

Битовые команды и команды тестирования битов.

Команды сброса (очистки) и установки битов предназначены для

модификации регистров ввода/вывода. Но некоторые из них могут работать

только с частью регистров ввода/вывода. Это значит, что для некоторой части

регистров ввода/вывода вы должны сначала переписать их содержимое в РОН,

модифицировать, а затем снова сохранить в регистре ввода/вывода. Для

выполнения этой процедуры можно написать специальную макрокоманду (макрос).

Часто необходимо переслать бит из одного регистра или переменной в

другой. Это можно сделать следующим образом:

BST B,5 ;поместить бит 5 переменно В в бит Т регистра SREG

BLD A,2 ;сохранить бит Т регистра SREG в качестве бита А.2

Команда SWAP меняет местами старший и младший полубайт регистра. Это

полезно когда вы храните в регистре две цифры, а не одно восьмибитовое

число.

Команды сдвигов и циклических сдвигов LSL, LSR, ROL, ROR и ASR полезны

как для выполнения сдвигов данных в процессе их ввода вывода, так и для

проверки значения определенного бита в РОН без необходимости выполнения 8

отдельных операций тестирования битов. С помощью циклического сдвига можно

произвести индивидуальную проверку любого бита в заданном месте байта.

3. ПРОГРАММНОЕ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОЦЕССА

ПРОГРАММИРОВАНИЯ МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ

3.1. Написание и отладка программного кода с помощью AVR Studio

Известные интегрированные среды разработки программ, повышающие

производительность труда программиста, позволяет избежать рутинной работы.

Интегрированные пакеты для разработки программ, выпускаемые разными

производителями, схожи между собой по функциям, по различным сервисным

возможностям, удобству работы и качеству генерируемого машинного кода.

Например пакет программ AVR Studio Version 3.53 (см. рис. 3.1.)

является интегрированной средой разработки (ИСР) для МК серии AVR.[16] Этот

программный продукт включает в себя:

. встроенный редактор текста, для набора исходного кода программы,

. транслятор с языка ассемблер,

. программный симулятор ЦПУ, памяти и устройств ввода/вывода

. поддержку внешних устройств, таких как – внутрисхемный эмулятор

(ВСЭ) ICEPRO, ICE200 и программатора типа AVRISP и STK500/501.

Рис. 3.1. Главное окно AVR Studio.

Компания Atmel распространяет данный продукт совершенно бесплатно, что

является огромным преимуществом в начале освоения программирования МК и

изучении его архитектуры.

Как и в реальной ИСР, здесь вы можете легко писать исходный текст

программы на ассемблере, подключить внешний компилятор для С, отлаживать

текст написанной программы используя встроенный программный симулятор или

подключить ВСЭ. И в конечном итоге вы можете запрограммировать свой МК

программатором AVRISP или STK500/501.

3.1.1. Обзор AVR Studio

Для установки AVR Studio требует Microsoft Windows 9x/NT/2000

Как уже говорилось, AVR Studio позволяет отслеживать код программы с

помощью внутрисхемного эмулятора или программного симулятора. Для

выполнения (отслеживания) кода программы она сначала должна быть

откомпилирована, чтобы сгенерировать объектный файла, который загружается в

AVR Studio.

Рис. 3.2. AVR Studio в процессе отладки исходного кода программы Ap1.asm.

Ключевое окно в AVR Studio является окно источника (Source window),

где отображается исходный код программы (см. рис. 3.2). Когда открывается

объектный файл, то автоматически создается окно источника. Оно показывает

выполняемый программный код и имеет название, соответствующее имени

открытого файла. Указатель программного счетчика (желтая стрелка () всегда

показывает на строчку, которая будет выполняться. Полоса статуса (Status

bar) указывает является ли исполнительное устройство ВСЭ или программным

симулятором. Окно источника дает информацию о логике программы. В

дополнении к этому, AVR Studio может показывать другие окна, которые

предоставляют пользователю достаточный контроль состояния каждого элемента

исполнительного устройства (ВСЭ или симулятор). Перечислим некоторые

доступные окна:

. Смотровое окно (Watch window) – показывает значения и адреса

определенных переменных.

. Окно РОН (Register window) – показывает состояние РОН. Регистры

могут быть изменены при остановке выполнения программы.

. Окно памяти (Memory window) – показывает содержимое памяти

программ, памяти данных, регистров ввода/вывода и содержимое

энергонезависимой памяти EEPROM. Ячейки памяти могут быть отражены

в различных форматах: шестнадцатеричном, десятичном или двоичном

формате или как ASCII символы. Содержимое памяти, также как и

регистры, может быть изменено по желанию при остановке программы.

. Окно регистров ввода/вывода (I/O window). Показывает содержимое

регистра состояния, таймеров, EEPROM регистров, портов ввода/вывода

и т.д.

. Окно процессора (Processor window). Показывает важную информацию о

выполнении программы включая Счетчик Команд (Program Counter),

Указатель Стека (Stack Pointer),флаги регистра состояния (Flags),

Счетчик Циклов (Cycle Counter) и др.

3.1.2. Создание нового проекта

Запустив AVR Studio в меню Project выберите пункт New. Как показано на

рис. 3.3, в появившемся диалоговом окне «Select project name» необходимо

будет ввести имя проекта (см. «Project name»), его местоположение

«Location» и тип проекта «Project type». Имя может быть любым стандартным

именем файла. Каталог можно написать в соответствующем текстовом поле или

выбрать из списка имеющихся папок, при нажатии кнопки справа с тремя

точками. Если каталога не существует, то он будет создан без всяких

напоминаний.

Рис. 3.3. Создание нового проекта.

Все файлы вашего проекта AVR Studio сохраняет в выбранном каталоге.

Тип проекта выбирают из следующих соображений:

. AVR Assembler: для компиляции кода текста проекта используется

встроенный транслятор. Не требует ни каких дополнительных настроек.

Мы будем использовать именно этот тип.

. Generic 3rd party C compiler: позволяет вручную настраивать AVR

Studio для использования внешних компиляторов.

После введения всех вышеперечисленных данных для продолжения нажмите

кнопку ‘OK’. Далее появится окно проекта, как показано на рис 3.4.

Рис. 3.4. Окно нового проекта.

В папках «Assembler Files» и «Other Files» хранятся файлы связанные с

вашим проектом. Но на рис. 3.4 они пока пустые.

Добавление ассемблерного файла в проект может быть реализовано

несколькими способами. Можно добавить существующий файл или создать новый.

Далее мы используем и тот, и другой способ.

Создадим новый файл исходного кода программы. Для этого с помощью

нажатия правой кнопки мыши на папке «Assembler Files» вызовем контекстное

меню, как показано на рис. 43 и выберем пункт «Add File…». Появиться окно

под названием «Add Files to Project». Убедитесь, что вы находитесь в

каталоге своего проекта. В этом каталоге как минимум должен быть файл

вашего проекта. В нашем случае это – "Demo_Project.apr". в текстовом поле

«File name:» введем имя нового файла – "LED_code.asm", и нажмем кнопку

«Open». Заметим, что расширение файла – asm следует ввести вручную, т.к.

автоматически оно не создастся. Если все сделано правильно, то создастся

файл с тем именем, который вы ввели.

Создание файла можно было осуществить с помощью контекстного подменю

«Create New File». Тогда появиться примерно такое же окно как на рис 3.3,

но под названием «Create new file». В это случае AVR Studio создает файл не

в указанной папке (Assembler или др.), а в корневой папке проекта (Target),

что бывает не всегда полезным.

В только что созданный файл добавьте следующий код программы:

;******************************************************

.include "8515def.inc"

.def temp = r16

rjmp RESET ; вектор прерывания по включению питания,

;сбросу RESET или от сторожевого таймера

RESET:

ldi temp,low(RAMEND) ;инициализируем указатель стека

out SPL,temp ;

ldi temp,high(RAMEND);

out SPH,temp ;

ser temp ;temp = 0xFF

out DDRB,temp ;конфигурируем порт В как выход

loop:

out PORTB,temp ;выводим temp в порт В

inc temp ;инкремент temp

rjmp loop ;переход на метку loop

;******************************************************

Теперь добавим в проект уже существующий файл. Для этого, во-первых,

скопируем файл "8515def.inc" в каталог нашего проекта (см. рис. 3.3.), т.е.

в D:\Project_files\AVRasm\ из подкаталога Appnotes, где находится AVR

Studio. Вернувшись в окно проекта проделаем знакомую уже нам операцию по

добавлению файла. На папке «Assembler Files» в контекстном меню выберем

пункт «Add File…». В появившемся диалоговом окне добавления файлов к

проекту выберем каталог нашего проекта, а из перечисленных файлов –

"8515def.inc" и нажмем «Open». Теперь окно проекта должно соответствовать

рис. 3.5.

Рис. 3.5. Окно проекта с рабочими файлами.

Посмотрев внимательно на рис. 3.5 можно заметить отличие иконок файлов

"8515def.inc" и "LED_code.asm". Дело в том, что когда мы добавляем первый

файл в новый проект, то AVR Studio помечает его как входной транслируемый

файл – «Assembler entry file». И при вызове встроенного транслятора

(ассемблера) будет компилироваться именно этот файл, помеченный красной

стрелкой вправо, а все остальные, помеченные синей стрелкой вниз – будут

игнорироваться. Вообще-то говоря файл "8515def.inc" добавлять в окно

проекта совершенно не обязательно. Это было сделано с целью обучения. Важно

чтобы этот файл был в том же каталоге, что и ассемблерный файл.

Рис. 3.6. Меню «Project».

Теперь самое время транслировать исходный код программы в объектный

код. Для этого существует несколько способов. Можно вызвать контекстное

меню и кликнуть мышью на «Assemble», как показано на рис. 3.5, или сделать

тоже самое через меню «Project» (см. рис. 3.6). А можно просто нажать «F7».

Появится окно «Project Output» с сообщением об успешной трансляции или

ошибках, если они имеются. Если вы еще не сохранили проект, то желательно

это сделать, выбрав через меню «Project» команду «Save» или на панели

инструментов нажать кнопку «Save all». Если трансляция прошла без ошибок,

то можно смело приступать к исполнению кода на встроенном симуляторе или

ВСЭ, если он имеется в наличии.

Заметим, что для создания hex файла, который необходим при прошивки

(программирование) кристалла, необходимо изменить установки проекта

(Project Settings…) см. рис. 3.5. и рис. 3.6. Для этого в появившемся окне

“AVR Assembler Options” установите “Output file format:” на “Intel Intellec

8/MDS (Intel Hex)”. Теперь каждый раз при вызове транслятора будет

создаваться выходной файл с расширением hex и файл с расширением eep, если

в коде программы есть сегмент EEPROM данных.

3.1.3. Исполнение программного кода

Для отладки программы или другими словами, для выполнения программного

кода в режиме симулятора необходимо, конечно же, чтобы программа

транслировалась без ошибок.

Рис. 3.7. Меню «Debug».

После успешной трансляции выберете из меню «Debug» команду «Trace

into» или нажмите «F11», как показано на рис. 3.7. Так как у нас нет ВСЭ,

то AVR Studio сама предложит определить соответствующий режим программного

симулятора (см. рис. 3.8). Появится окно «Simulator Options», в котором

необходимо будет выбрать тип устройства для симуляции. В данном примере это

AT90S8515. Изменять значения частоты и объема памяти нежелательно, так как

они установлены для выбранного устройства по умолчанию согласно техническим

параметрам МК. После нажатия кнопки «ОК», можно сказать, что все готово для

работы с кодом программы на симуляторе в пошаговом режиме или другом, каком

вы пожелаете.

Рис. 3.8. Окно опций программного симулятора.

Заметим, что теперь в окне исходного кода программы, слева на серой

полосе появилась желтая стрелка вправо, которая является указателем

программного счетчика. Она указывает на следующую инструкцию, которая будет

выполняться. Пример такой стрелки можно увидеть на рис. 3.8.

Рис. 3.9. Меню «View».

Окно регистров ввода/вывода.

Для более наглядного представления, что происходит с регистрами

ввода/вывода во время выполнения программы, откроем соответствующее окно –

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8