Ликбез по микроконтроллерам AVR. Часть 2. - Информация по МК, FAQ - Микроконтроллеры - Каталог статей - Собери свою радиосхему! Сайт радиолюбителей.
Собери свою радиосхему!
Воскресенье, 04.12.2016, 02:53 Приветствую Вас Гость

Чебоксары

Главная | Регистрация | Вход | RSS

Каталог статей

Главная » Статьи » Микроконтроллеры » Информация по МК, FAQ

Ликбез по микроконтроллерам AVR. Часть 2.
.

Теперь предстоит разобраться – как именно программист может выполнять операции с регистрами AVR при помощи написанной им программы. Для начала немного поговорим об ассемблере, прошу сторонников Си не ругаться, до ЯВУ мы ещё доберёмся.

Как я уже писал в первой части, программа – это заданная программистом последовательность инструкций, каждая из которых предписывает МК выполнить определённое действие. Пример инструкции: загрузить в регистр с именем r16 константу 0x12. Приказ этот для МК в виде 16-битного числа выглядит так: 1110000100000010. Именно это число, которое называется КОД ОПЕРАЦИИ, и будет занесено в 16-битную ячейку памяти программ по соответствующему адресу. Как именно распределяется программа по ячейкам памяти программ – разберём немного позже. Последовательность инструкций в виде 16-битных чисел представляет собой программу для AVR в машинных кодах. Однако, процесс написания программы в машинных кодах очень неудобен для человека. Поэтому в помощь программисту существует АССЕМБЛЕР – переводчик удобных для восприятия человеком команд в машинные коды для МК. Инструкция «загрузить в регистр с именем r16 константу 0x12» на ассемблере выглядит так:
ldi r16,0x12

Сокращение «ldi» образовано от английских слов «load data immediate» - «загрузка данных непосредственная». МНЕМОНИКА команды – запись её в виде ldi Rd, K – достаточно легко запоминается человеком. СИСТЕМА КОМАНД микроконтроллера – это совокупность всех команд, которые могут быть применены к данному МК. Число входящих в систему команд различно для разных семейств МК. Мнемоники также различаются. Поэтому ассемблер для одного семейства МК существенно отличается от предназначенного для другого семейства.
Для ознакомления с системой команд AVR откройте главу 3 книги А.В. Евстифеева «Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя».

Программа на ассемблере представляет собой заданную программистом последовательность команд, записанных в виде мнемоник, с указанием конкретных констант, регистров, битов. Вот фрагмент такой программы:

start: ldi r16,0x02     ; Загрузить константу 0х02 в регистр общего назначения r16
        out DDRB,r16   ; Записать в регистр DDRB данные из регистра r16
                               ; Теперь вывод PB1 оказался настроен на выход
        ldi r16,0x1D     ; Аналогичные действия с регистрами. Выключить
       out PORTB,r16   ; светодиод, который подключен к между PB1 и «общим»
       rjmp start          ; Перейти на метку start

    
Как видите, ничего сложного. Команды ассемблера не должны начинаться с самого начала строки, следует делать отступ. С самой первой строки пишутся МЕТКИ. Метки – это придуманные программистом для своего удобства слова. Ими помечаются те адреса в памяти программ, на которые возможны переходы. Встретив команду перехода на какую-либо метку, ассемблер подставит в код операции соответствующий этой метке адрес. Никто не запрещает программисту указывать адрес непосредственно в виде числа. Просто применение меток делает программу более наглядной и позволяет не следить за возможными изменениями адресов. Подобно тому, как Пупкин может сначала поселиться в гостиничном номере 105, а затем его переселят в номер 209. Но если просто сказать «Пойдём в номер Пупкина», мы разберёмся, по какому адресу идти в данный момент. После имени метки в ассемблере AVR следует ставить двоеточие. Недопустимо ставить в программе 2 метки с одинаковым именем.

После точки с запятой пишутся КОММЕНТАРИИ. Это пояснения, которые программист пишет для себя и тех, кто будет смотреть программу. Микроконтроллеру они не нужны, поэтому ассемблер их просто игнорирует.

Адреса ячеек памяти программ в AVR начинаются с нуля ($0000). Адрес последней ячейки и их общее количество зависят от модели МК. Например, у ATmega16 объём памяти программ составляет 8192 ячейки. Ячейки 16-битные, поэтому память программ занимает 16 килобайт. Память может измеряться и в словах. 1 слово занимает 16 бит или 2 байта. Таким образом, объём памяти ATmega16 составляет 8K слов. Адреса ячеек – от $0000 до $1FFF. Большинство инструкций занимают по 1 ячейке, некоторым необходимо 2. Максимальный размер программы для конкретного МК как раз и ограничивается объёмом его памяти программ.

Откуда МК узнаёт – какую именно команду ему предстоит выполнить сейчас? Адрес ячейки памяти программ со следующей исполняемой командой находится в специальном регистре, который называется ПРОГРАММНЫЙ СЧЁТЧИК или PC. Другое его название – СЧЁТЧИК КОМАНД. В микроконтроллерах AVR, в отличие от PIC, для программиста PC напрямую недоступен. При нормальной работе МК число в регистре PC после выполнения каждой команды автоматически увеличивается на 1 (или на 2, если команда занимает 2 ячейки). При переходах и ещё в некоторых случаях (прерывания, вызов подпрограмм и возврат из них) этот порядок нарушается, и в PC загружается тот адрес, на который выполняется переход. Таким образом, порядок выполнения инструкций, находящихся в памяти программ, соответствует последовательности значений PC.

Скорость работы МК определяется тактовой частотой. 1 машинный цикл AVR выполняется за время 1 периода тактового генератора. Таким образом, при частоте тактового генератора 1 МГц за 1 секунду произойдет 1 миллион тактов. Большая часть команд выполняется микроконтроллерами AVR за 1 машинный цикл. Это стало возможным благодаря конвейерной обработке команд. При отработке команд перехода и ещё некоторых нормальная работа конвейера нарушается, и возникают задержки от 1 до 4 тактов. Подробнее о работе конвейера и причинах возникновения задержек почитайте в книге А.В. Евстифеева «Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя», глава 2, раздел 2.3.

Источники тактового сигнала могут быть различными, по выбору программиста. Самые распространённые варианты – это внутренний RC-генератор (не требует подключения внешних деталей), генератор с внешней RC-цепочкой, или встроенный кварцевый генератор с подключаемым внешним резонатором. Возможно также использование тактового сигнала от внешнего источника. Нижняя граница тактовой частоты архитектурой самого МК не ограничивается, она может быть сколь угодно малой – хоть 1 такт в год от внешнего источника. Верхняя граница зависит от модели МК и нередко составляет 8 или 16 МГц. Подробности, как обычно, можете узнать из даташита на конкретный МК.

Адрес $0000 – это ВЕКТОР СБРОСА. Именно с размещённой по этому адресу команды начинается выполнение программы после включения питания или сброса МК. Значение адреса вектора сброса в некоторых МК может быть изменено, но этот случай нас пока не интересует. Сброс может быть вызван внутренними или внешними причинами. О внутренних разговор будет позже. Одной из причин сброса является падение напряжения питания Vcc ниже определённой величины. Для внешнего сброса предназначен вывод _RESET. Сброс происходит при удержании низкого уровня (не более 0,1Vcc) на этом выводе не менее 1…3 мкс. При работе МК на выводе _RESET должно поддерживаться напряжение (0,9…1,0)Vcc. Во многих AVR имеется внутренний подтягивающий резистор, соединяющий _RESET c Vcc. В этом случае _RESET допустимо никуда не подключать, но для большей надёжности можно установить и дополнительный внешний резистор. Подробности о сбросе можете прочитать в книге А.В. Евстифеева «Микроконтроллеры AVR семейства Mega. Руководство пользователя», глава 4, раздел 4.4.

При сбросе во все регистры ввода/вывода (РВВ) заносятся начальные значения, заданные фирмой-производителем, а в PC загружается адрес вектора сброса. Выполнение программы после сброса начинается не мгновенно, а после некоторой задержки, для надёжности. По адресу $0000 программист обычно размещает команду безусловного перехода к инициализационной части программы, начало которой он обозначает меткой, например, "start”. Это делается для того, чтобы обойти размещённую в начале памяти программ таблицу векторов прерываний.

.org 0
reset: jmp start
……
…… (здесь переходы на обработку прерываний)
……
start: ldi r16,0x12
…… (отсюда продолжается программа)


В этом примере reset и start – метки. Директивой org программист указывает ассемблеру, по какому адресу следует поместить следующую команду в памяти программ. Таким образом, команда jmp start будет размещена по адресу $0000. Перед директивами в ассемблере AVR следует ставить точку. Какую команду следует применить здесь для перехода – двухбайтовую jmp или однобайтовую rjmp – зависит от конкретной модели AVR, смотрите в даташите. По какому адресу будет находиться первая команда инициализационной части (в примере это ldi) – нам в данном случае неважно, пусть ассемблер её сам расположит, а нам достаточно знать метку.

После сброса МК в PC загрузится вектор сброса $0000 и будет выполнена находящаяся по этому адресу команда безусловного перехода к метке start. Следовательно, в PC загрузится соответствующий метке start адрес, и выполнение программы продолжится с команды ldi r16,0x12

Инициализационная часть программы (далее я буду называть её просто инициализацией МК) предназначена для программной настройки микроконтроллера после сброса под нужды программиста. Здесь выполняется настройка выводов портов на вход/выход, включение и настройка периферийных модулей, занесение требуемых начальных значений в регистры. После инициализации МК выполняет возложенные на него программистом задачи.

Выводы по 2 части:

1. Для перевода удобных человеку команд в машинные коды предназначен ассемблер.
2. Набор возможных действий программиста с микроконтроллером определяется системой команд этого МК.
3. Каждая команда имеет определённую мнемонику для лучшего запоминания.
4. При написании программы на ассемблере применяются метки, комментарии и директивы.
5. Максимальный размер программы ограничивается объёмом памяти программ выбранного МК.
6. Порядок выполнения находящихся в памяти программ команд соответствует последовательности значений программного счётчика PC.
7. Скорость работы МК определяется тактовой частотой. 1 такт работы AVR выполняется за 1 период тактовой частоты.
8. Тактирование AVR возможно от внутреннего RC-генератора, подключение внешних деталей при этом не требуется.
9. Выполнение программы после включения питания или сброса МК начинается с адреса вектора сброса (для AVR обычно $0000).
10. Сброс может быть вызван падением напряжения питания ниже определенной величины, воздействием на вывод _RESET, а также некоторыми другими причинами.
11. Программа, как правило, начинается с команды безусловного перехода к инициализационной части.
12. Инициализация предназначена для программной настройки МК после сброса под нужды программиста.

© picmaniac



Категория: Информация по МК, FAQ | Добавил: Advanced (12.05.2012)
Просмотров: 3414 | Комментарии: 1 | Теги: AVR, микроконтроллер, МК | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 1
1  
That's a skillful anwser to a difficult question

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]
Форма входа
Логин:
Пароль:
Категории раздела
Источники питания и приборы
Охрана и контроль доступа
Измерительные устройства
Часы, таймеры, счетчики
Световые эффекты
Защита и контроль
Для начинающих
Разное
BASCOM AVR
Информация по МК, FAQ
Поиск
Наш опрос
Конденсатор не проводит
Всего ответов: 178

Статистика

Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
у нас тут все на bascom)

Подавляющее количество часов на Atmega8 выполнены с использо...

В чем тогда может быть причина, что у меня показывает лишь в...

Рейтинг@Mail.ru