Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

С некоторыми командами мы уже познакомились, но еще не знаем толком, что они означают. Теперь я постараюсь разобрать основные команды и их использование. Подчеркну, что речь идет только о части самых употребительных и концептуально важных команд, потому что всего команд для AVR от 90 до 133 (в зависимости от контроллера), и только их подробное описание, например в [2], занимает почти 70 страниц, гораздо больше, чем описание собственно AVR-ассемблера. С теми командами, которые выпадут из рассмотрения здесь, мы познакомимся по ходу дела в дальнейшем. Выборочный перечень базовых команд с их описанием, достаточный для составления большинства законченных программ, вы также найдете в Приложении 4 . Однако в любом случае при написании собственных программ вам будет необходимо иметь справочник по командам, в роли которого может выступать как [1, 2], так и англоязычный документ PDF с описанием конкретного контроллера, который легко добывается с сайта Atmel. Учтите, что в неофициальных пособиях могут быть ошибки, так в [1, 2] они встречаются в достаточном количестве, хотя в последних изданиях их, возможно, и исправили.

Формат команды

Прежде всего, заметим, что команды (инструкции, операции — мы будем употреблять эти слова как синонимы) контроллера записываются в определенном формате. Сначала идет собственно мнемоническое название команды, которое может состоять из двух ( ld, st), трех ( mov, ldi, sei, add) или четырех ( breq, brne, sbiw) символов. Затем после пробела (любого их числа, допустимы также знаки табуляции), если это предусмотрено форматом команды, идут операнды: имена регистров или константы (а также выражения), над которыми производится операция (на самом деле это не имена, а адреса, но мы не будем забывать про включение inc-файлов и создание собственных определений, и оперировать только с именами, так будет гораздо меньше ошибок).

Если операндов два (больше не бывает), то они перечисляются через запятую (с любым числом пробелов до или после нее, или вообще без них). Причем тут действует важное правило: во всех ассемблерах второй операнд является первым по смыслу действия (т. е. источником), а первый — приемником (результатом). Например, команда ldi temp, 1расшифровывается, как «загрузить единицу в регистр temp», а операция sub temp, counterвычитает counterиз temp, а не наоборот, и результат помещает также в temp.

Заметки на полях

Такая запись (действие— приемник— источник) стандартна для всех ассемблеров, и называется прямой польской записью: когда сначала просят налить чай (действие), потом указывают, в какой стакан (первый операнд, он же результат), и только после этого сообщают, где находится чайник (второй операнд). В отличие от обычной инфиксной , когда сначала указывается стакан (первый операнд), в который нужно налить чай (действие), ах да, вот из этого чайника (второй операнд). Если кто-то пробовал пользоваться некоторыми старыми моделями настольных калькуляторов, то там использовалась обратная польская запись, когда сначала указываются оба операнда, а потом действие (стакан и чайник, затем указывается, что нужно налить из второго в первый). Это наиболее удобно для компьютерных устройств (потому что позволяет без лишних сложностей реализовать операции вычисления по формулам со скобками любой степени вложенности), но отнюдь не для человека, т. к. счет на таких калькуляторах требовал специальной тренировки. В то же время ассемблерный порядок операндов обычно не доставляет трудностей при обучении, и довольно логичен: сначала главный операнд, который будет изменяться, а потом тот, с помощью которого и производятся изменения.

Выходные файлы

Есть, конечно, команды, которые вообще не требуют операндов (как уже знакомые нам пор или sei), или используют всего один операнд ( cir), но вне зависимости от этого каждая команда AVR будет занимать в памяти ровно два байта (кроме немногих команд, вроде упоминавшейся jmp, которые работают с операндами большого размера, оттого занимают четыре байта). Такое готовое представление — командное слово, или код операции (КОП) — и записывается в виде числа компилятором в выходной файл, имеющий расширение hex, который необходим программатору для дальнейшей записи в контроллер. Кроме HEX-файлов, есть еще и другие форматы записи готовых программ (самый известный — бинарный), но hex-формат для микроконтроллеров самый распространенный, и мы будем рассматривать только его.

Рассматриваемый НЕХ-формат придуман фирмой Intel (есть и другие «гексы»). Отличается такой формат тем, что содержит числа в текстовом представлении (в шестнадцатеричной записи). Поэтому в случае чего его можно даже править в обычном текстовом редакторе (что исключено для бинарных файлов, содержащих числа, а не символы). Кстати, точно в таком же формате осуществляется запись констант в EEPROM, если это требуется.

Рассмотрим НЕХ-формат подробнее. На рис. 13.6 представлен файл короткой программы, открытый в обычном Блокноте. На первый взгляд тут «сам черт ногу сломит», но на самом деле все достаточно просто, хотя чтение затрудняется тем, что строки не поделены на отдельные байты. Разбираться будет проще, если вы скопируете этот файл под другим именем и расставите в нем пробелы после каждой пары символов. Мы же рассмотрим данный файл как есть.

Рис. 13.6. Файл формата HEX в Блокноте

Основную часть файла занимают информационные строки, содержащие непосредственно КОП. Они состоят из ряда служебных полей и собственно данных. Каждая строка начинается двоеточием, после которой идет число байт в строке. Кроме первой и последней, везде стоит, как видите, число 10 (десятичное 16), т. е. в каждой строке будет ровно 16 информационных байт (исключая служебные). После количества байт идет два байта адреса памяти, указывающие куда писать (в первой строке 0000, во второй это будет, естественно, 0010, т. е. предыдущий адрес плюс 16, и т. д.). Наконец, после адреса идет еще один служебный байт, обозначающий тип данных, который в информационных строках равен 00 (а в первой и последней — 02 и 01, о чем далее). Только после этого начинаются собственно байты данных, которые означают соответствующие КОП, записанные пословно (КОП для AVR, напоминаю, занимают в основном два байта, и память в этих МК также организована пословно), причем так, что младший байт идет первым. Таким образом, запись в первой информационной строке «ЗАС0» в привычном нам «арабском» порядке, когда самый старший разряд располагается слева, должна выглядеть, как СОЗА (если помните, я в главе 7 упоминал об этой несуразице).