4. Программирование микропроцессорных систем
Микропроцессор может выполнять определенный набор действий, комбинируя которые, можно для него составлять различные программы работы вычислительной системы. Идентификатором определенного действия микропроцессора является двоичный код-команда. После ввода такого кода в микропроцессор устройство управления последнего расшифровывает код и обеспечивает выполнение заданной операции.
Набор кодов и соответствующих им операций, который может быть реализован данным микропроцессором, называется системой команд микропроцессора. Рассмотренные выше микропроцессоры имеют жесткую систему команд, которая целиком определяется логикой его устройства управления.
Каждая команда из набора команд идентифицирует некоторую операцию, выполняемую микропроцессором. В общем случае команда должна содержать два вида информации: указание на характер операции и указание на объекты данной операции (операнды). Первая часть команды является кодом операции (КОП), вторая часть команды является адресной частью.
Использование двоичных кодов для написания команд при программировании заменяется использованием буквенных кодов – мнемоник, которые гораздо более понятны человеку и облегчают процесс программирования.
При использовании мнемонических кодов код операции КОП задается буквенным сочетанием (от двух до четырех букв), которое является сокращением или аббревиатурой описания операции (на английском языке). Для записи мнемонических кодов используются заглавные буквы латинского алфавита, например
DCR– уменьшить на единицу и т.д.
Для указания числовой информации в команде могут использоваться двоичная, десятичная или шестнадцатеричная системы счисления. Последняя используется наиболее часто.
Любая информация в микроЭВМ представляется двоичным кодом. Логический нуль реализуется низким уровнем напряжения, логическая единица – высоким. МикроЭВМ работает с кодами определенной разрядности — машинными словами. Единицей информации, как правило, принят восьмиразрядный код — один байт информации. Байтом информации можно представить 2 8 = 256 различных состояний или десятичные числа от 0 до 255.
Двоичный код может выражать некоторую числовую или логическую информацию. Двоичными кодами в ЭВМ представляются обрабатываемые данные, адреса и команды программы.
Языки программирования
Последовательность действий микроЭВМ определяется программой, для написания которой используются различные языки, подразделяющиеся на машинно-ориентированные и алгоритмические. Из алгоритмических языков широко известны БЕЙСИК, ФОРТРАН, СИ, АДА. Машинно-ориентированным языком является АССЕМБЛЕР. В операторах машинно-ориентированного языка учитываются особенности той ЭВМ, для которой он предназначен. Таким образом, языки АССЕМБЛЕРА для разных ЭВМ различны, хотя эти различия в большинстве случаев невелики.
Программа на языке АССЕМБЛЕРА состоит из отдельных команд, определяющих содержание шагов программы. Естественным для ЭВМ является представление команд программ в виде двоичных кодов. Программа, написанная в вида последовательности двоичных кодов команд, называется объектной. Недостаток ее — сложность написания и контроля ввиду трудности восприятия человеком длинных двоичных кодов.
Язык АССЕМБЛЕРА позволяет написать программу с использованием буквенных аббревиатур для обозначения выполняемых операций. Буквенные коды команд называют также мнемоническими. Программа, написанная с помощью мнемонических кодов, называется исходной, не может быть непосредственно введена в память микроЭВМ и должна быть преобразована в двоичные коды, то есть в объектную программу. Это преобразование может быть выполнено человеком с использованием таблиц соответствия мнемокодов и двоичных кодов. Однако чаще такое преобразование выполняется с использованием ЭВМ и специальной программы — транслятора. Программа-транслятор для преобразования исходных программ, написанных на языке АССЕМБЛЕРА, в объектную программу называется АССЕМБЛЕРОМ.
Система команд микропроцессора включает следующие основные группы:
а) команды пересылок данных между регистрами, между регистрами и памятью, между регистрами и портами ввода-вывода;
б) команды арифметических операций над данными;
в) команды логических операций над данными;
г) команды передачи управления или перехода;
Команда, написанная на языке АССЕМБЛЕРА, может быть разделена на четыре части:
МЕТКА | ОПЕРАЦИЯ | ОПЕРАНД | КОММЕНТАРИЙ
Назначение частей команды:
Меткаслужит для выделения данной команды в последовательности команд (например, с целью последующего обращения к ней) и представляет собой набор некоторых символов, образующих имя команды.
Операцияописывает характер выполняемой микроЭВМ операции и выражается некоторым мнемокодом (кодом операции КОП), например:ADD —сложить,SUB—вычесть и т.д.
Операнд— данные, представляющие собой объект операции, реализуемой ЭВМ в ходе выполнения программы. Операнд может непосредственно содержать данные для выполняемой операции или указывать местонахождение данных (содержать адрес данных).
Комментарий— словесное пояснение выполняемой операции для упрощения пользования программой человеком. ЭВМ комментарий не обрабатывается.
Ниже приведен фрагмент программы циклового управления движениями руки манипулятора, составленной на АССЕМБЛЕРЕ 8-разрядного микропроцессора КР580ВМ80А.
МЕТКА КОП ОПЕРАНД КОММЕНТАРИЙ
LXIH,0400h Адрес РГУ в регистровую паруHL
MVIМ,8ВhУправляющее слово в РГУ
BEGIN: LXI Н,0403hАдрес канала А в регистровую паруHL
MVIM,00hВыключения распределителейK1 и К2
LXIН,0402hАдрес каналаSB в регистровую паруHL
LOOP1:CALLONESECВызов подпрограммы задержки времени
MOVА, М Ввод кода состояния привода
XRI05HПроверка исходного состояния датчиков
JNZLOOP1 Ожидание исходного состояния привода
LXIH,0403hАдрес канала А в регистровую паруHL
LXIH,0402hАдрес каналаBв регистровую пару
LOOP2:CАLLONESECВызов подпрограммы задержки времени
Программа начнёт работать после включения системы управления и подачи на микропроцессорный модуль (рис. 3.29) сигналов «Сброс» Rи готовность Г. Работа программы будет продолжаться до выключения системы или до снятия сигнала Г, после чего микропроцессор перейдет в состояние ожидания. Режим работы адаптера КР580ИК55 задается программным путем засылкой в его регистр управления РГУ кода 8ВН, что соответствует режиму 0, программированию канала А на вывод и каналовBиCна ввод данных. Для ввода-вывода использованы команды обращения к памяти, что обусловлено выбранным способом адресации портов ввода-вывода. Приведенную программу следует рассматривать как один из наиболее простых вариантов.
Система программирования микропроцессора
Чтобы сделать процесс разработки программ более эффективным, используется компьютерная система разработки программ. Она представляет собой вычислительную систему (центральным элементом которой является микроЭВМ), оснащенную набором системных программ. Процесс подготовки рабочей программы иллюстрируется рис. 4.1. Исходная программа с помощью текстового редактора вводится в ЭВМ и записывается на машинный носитель информации (например, на диск). При вводе исходной программы или при последующей работе с ней осуществляется проверка и редактирование программы с помощью средств редактора системы разработки.
Исходная программа с помощью ассемблера транслируется в объектную программу и записывается системой разработки на носителе в машинных кодах. Далее осуществляется отладка программы с помощью программы — отладчика системы и проверка работы программы. Полученная в результате отладки рабочая программа записывается системой разработки на том или ином носителе либо непосредственно в БИС памяти запоминающего устройства микропроцессора.