Arquitectura y mapa de memoria del 80C167. Cesáreo Fernández Martínez Álvaro Sánchez Miralles

Transcripción

1 Arquitectura y mapa de memoria del 80C167 Cesáreo Fernández Martínez Álvaro Sánchez Miralles

2 Introducción Microcontrolador (Embedded Processor) de 16 bits ALU y Registros de 16 bits Diseñado para tareas de control industrial Robusto frente al ruido electromagnético Rango direccionamiento: 16 Mbytes (memoria) Con memoria RAM interna Ciertas versiones disponen también de ROM interna Con muchos dispositivos integrados en el chip Controladores de comunicaciones serie Puertos paralelo Temporizadores (timers) Convertidor analógico/digital (A/D) Moduladores PWM (electrónica de potencia). Título Presentación - 2

3 Modelo de programador del 167 Memoria CPU FF FFFF Registros R7 R15 PC R6 R14 PSW R5 R13 SP R4 R3 R12 R11 (SFR s) R2 R R1 R0 (GPR s) R9 R8 00 FE00 00 FE02 I/O (SFR s) 00 FE0X Título Presentación - 3

4 Memoria Organizada en celdas de 1 BYTE (8 bits). Cuál es el valor máximo que se puede almacenar en una celda? Cada byte tiene su DIRECCIÓN Dada en 24 bits (16 Mbytes) Cuando se habla de direcciones en clase siempre por defecto están en hexadecimal y con 24 bits. A veces se obvian los ceros a la izquierda. Ejemplo: 00 05FF se suele escribir 5FF Se accede a la memoria usando la dirección Lectura/escritura (datos/direcciones: 1 s y 0 s) dato = READ (dirección) WRITE(dato, dirección) Registros (CPU): Posiciones de memoria de acceso rápido I/O. En el 167 el acceso a puertos es similar al acceso a memoria Título Presentación - 4

5 Primer ejemplo Suma de dos datos en ASS 167 Suma (0x100)+(0x102) en (0x104) MOV R0,0x100 ; READ MOV R0,0x102 ; READ ADD R1,R0 MOV 0x104,R1 ;WRITE Para llenar R0 hacen falta dos bytes! (2 bytes por dato) En direcciones consecutivas de memoria (0x100/0x101) Parte baja del dato (en R0) en dirección par Título Presentación - 5

6 Programas en C y Ensamblador Primer ejemplo: bucle for En lenguaje C for (i=1; i <=N; i++) j += 1; Dirección inicial del programa En lenguaje ensamblador N = 5; j en 00FA00 H 500 E0 10 MOV R0,#1 ; r0 (i) 502 E0 11 MOV R1,#1 ; auxiliar CMP R0,#5 ; if i>n 506 AD 05 JMPR cc_sgt,0x510 ; then goto 512H F1 00 FA ADD 0xfa00,R1 ; j += 1 50C ADD R0,#1 ; i += 1 50E 0D FA JMPR cc_uc,0x504 ; salto sin condición 510 Dirección de memoria Codificación de la instrucción Título Presentación - 6

7 Notas En Ensamblador más largo que en C Línea ensamblador = operación elemental mov de un dato de memoria-registro (registromemoria) Suma dos datos Compara dos datos Saltos (con y sin condición) Las instrucciones se almacenan en memoria en formato BINARIO (1 s y 0 s) Las instrucciones ocupan 2 ó 4 bytes Las instrucciones se almacenan en posiciones de memoria CONSECUTIVAS. Se ejecutan en orden Salvo el los saltos La DIRECCIÓN (de memoria) de la próxima instrucción a ejecutar se almacena en el PC (Contador de Programa) Título Presentación - 7

8 Cómo se ejecuta un programa? Dos pasos: Captura de la instrucción (Instruction Fetch, usando el PC) Ejecución (usando la ALU) Fetch: Trae la instrucción de memoria, incrementa PC CPU = MEM(PC); PC++; Execute: La ALU realiza la operación (suma, resta, etc.) Título Presentación - 8

9 Programa ensamblador Traduce las instrucciones de pnemónico a binario Por ejemplo, la instrucción MOV R0,#1 Se convierte en (Codificación de instrucciones) E0 10 Tipos de ensambladores De línea: No soporta etiquetas (reside en el monitor de la tarjeta) De PC: Soporta etiquetas (reside en el PC) Título Presentación - 9

10 Ejemplo con etiquetas (ensamblador en PC) Las etiquetas facilitan la programación en ASS Etiquetas (op) En PC MOV R0,#1 ; r0 (i) MOV R1,#1 ; auxiliar bucle: CMP R0,#5 ; if i>n JMPR cc_sgt,fin ; then goto fin ADD 0xfa00H,R1 ; j += 1 ADD R0,#1 ; i += 1 JMPS bucle ; = jmpr cc_uc, fin: Instrucción Operandos Comentarios (opcional) En línea 500 MOV R0,#1 ; r0 (i) 502 MOV R1,#1 ; auxiliar 504 CMP R0,#5 ; if i>n 506 JMPR cc_sgt,0x510 ; then goto 512H 508 ADD 0xfa00,R1 ; j += 1 50C ADD R0,#1 ; i += 1 50E JMPR cc_uc,0x504 ; salto sin condición 510 Título Presentación - 10

11 Instrucciones y operandos (resumen) Operaciones Transferencia: mov Aritméticas: add, sub, cmp, neg, mul, div Lógicas: and, or, not Desplazamientos: shr, shl Saltos: jmpr cc_uc (cc_eq, cc_ne, cc_ugt, cc_sgt, cc_ule,...) Números Decimal 14 Hexadecimal 0xE 0E H (0 por delante si empiezan por letra) Binario B Título Presentación - 11

12 Instrucción MOV Directo a registro mov r0,r1 ; R0 <- R1 Inmediato mov r0,#3 ; R0 <- 3 (no olvidar #!) directo a memoria mov r0,0fa00h ; R0 <- Mem[fa00 H] Indirecto ( normal, post-incremento, pre-decremento) mov r0,[r1] ; R0 <- Mem[R1] (R1 Puntero) mov r0,[r1+] ; R0 <- Mem[R1], R1 <- R1 + 2 mov r0,[-r1] ; R1 <- R1-2, R0 <- Mem[R1] mov r0,[r1+#4] ; R0 <- Mem[R1+#4] A nivel de byte movb rl0,#3 ; R0 <- 3 movb rh0,[r1+] ; R0 <- Mem[R1], R1 <- R1 + 1 Título Presentación - 12

13 Tipos de instrucciones Aritméticas Add, Sub, Neg, Cmp, Mul Saltos add r0,r1 ; R0 <- R0 + R1 JMPR va precedido de CMP (compara), de forma que después de comparar se realiza el salto según una condición. JMPR: Con condición, sin condición (unconditional) Jmpr Jmpr Jmpr Jmpr Jmpr Jmpr... next: CMP R0,R1 JMPR cc_ugt,next ;si R0 > R1... cc_eq, dir (equal, salta si igual) cc_uc, dir (unconditional, salta siempre) cc_ne, dir (not equal, salta si no igual) cc_ugt, dir (unsigned greater than) cc_sgt, dir (signed greater than) cc_ule, dir (unsigned less or equal) Título Presentación - 13

14 Más ejemplos if ( ) Alto nivel if (a == b) a = 0; Ensamblador next: MOV CMP JMPR MOV MOV R0,a R0,b cc_ne,next R0,#0 a,r0 Título Presentación - 14

15 Otro ejemplo while ( ) Alto nivel Ensamblador i = 0; while (i<10) { a[i] = i; i += 1; } MOV R0,#0 MOV R1,#1 MOV R2,#0fa00h otro: CMP R0,#10 JMPR cc_sge,next MOV [R2],R0 ADD R0,R1 ADD R2,#2 JMPR cc_uc, otro next: Título Presentación - 15

16 Mapa de memoria del 80C167

17 Mapa de memoria del 80C167 Segmentada, en código. Paginada en datos. FF FFFF Página 3 (RAM Interna) FFFF 16 Mb 255 Segmentos de 64 kb Página 2 C Página 1 (RAM ext) S1 64Kb S0 64Kb 16 Kb Página 0 (RAM ext) Hay versiones con ROM interna Título Presentación - 17

18 Página 3: RAM interna + SFR s Los registros de control de los periféricos están en P3. Reciben el nombre de Special Function Registers (SFRs). SFR s RAM SFRs acceso bit a bit SFRs Acceso bit a bit GPRs STACK FFFF FF00 FE00 FD00 FC00 Cuántos registros caben? F600 Los General Purpose Registers (GPRs) son los registros R0 a R15 Título Presentación - 18

19 GPRs: General Purpose Registers Registros de propósito general (R0 a R15) Son de 16 bits Los 8 primeros registros (R0 a R7) se pueden acceder a nivel de byte (8 bits). En este caso reciben los nombres: RL0 y RH0 (para R0) Los 4 primeros registros (R0 a R3) pueden almacenar direcciones (punteros) Ubicados en la zona (0xFC00 H a 0xFD00 H) Se puede reubicar el banco de registros (los 16) en esta zona de memoria actuando sobre el registro (SFR): CP (Contex Pointer) (SFR) CP inicial = 0xFC00 Título Presentación - 19

20 CP: Contex Pointer Si CP = FC00, Qué vale 'a'? Direcci ón... Dato MOV MOV... CP,#0FC00 H a, R0 FC08 FC06 FC04 FC FF00 FC04 A050 R4 R3 R2 R1 FC R0 Si CP = FC04, Qué vale 'a'?... MOV CP,#0FC04 H MOV a, R0... Direcci ón... FC08 FC06 Dato FF00 R4 R3 R2 R1 FC04 FC04 R0 FC02 A050 FC Título Presentación - 20

21 SFRs: Special Function Registers PSW (Processor Status Word). Contiene los flags, ó códigos de condición (para instrucciones de salto. P.e. jmpr cc_eq,dir ) N: Negative C: Carry (acarreo) V: Overflow (números con signo) Z: Zero SP (Stack Pointer) Apunta a la zona de Stack (0xF600 a 0xFC00, crece hacia abajo). Otros: Control de periféricos (p.e. Las luces en 0xFFC0) Título Presentación - 21

22 PC: Program Counter Contador de programa (PC). 24 bits para el C167 IP: Instruction Pointer (16 bits, apunta dentro del segmento) CSP: Code Segment Pointer (8 bits, apunta al segmento en uso) 8 bits FF FFFF Si PC = CSP indica el segmento en uso de los 255 posibles Segmentos CSP IP bits S1 64Kb S0 64Kb IP indica la zona del segmento en uso de las 64k posibles Título Presentación - 22

23 DPPs: Data Page Pointer Registers Acceso a memoria Y si el dato está fuera del primer segmento? La dirección del dato tiene más de 16bits. Por ejemplo: R0 <- Mem(0x0A7000) Solución: DPPs 10 bits. Hay 4: DPP0, DPP1, DPP2 y DPP3. DPP0 10bits MOV R0, 0x100 ; R0 <- Mem(100) Segmento seleccionado Número de DPP seleccionado Página seleccionada MOV DPP0, #0x29 MOV R0, 0x3000 DPP2 10bits MOV DPP2, #0x29 MOV R0, 0xB Título Presentación - 23