PRÁCTICA 4: MOTOROLA 68000

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1 PRÁCTICA 4: MOTOROLA OBJETIVOS 1.1 Manejo del software de simulación IDE68k. 1.2 Comprensión y manejo de excepciones. 1.3 Programación el lenguaje ensamblador. 2. INTRODUCCIÒN TEÓRICA 2.1 Introducción al simulador IDE68k El entorno de programación IDE68K funciona bajo sistema operativo Windows y permite crear, editar, compilar y simular la ejecución de un programa por el MC Los programas pueden escribirse usando el lenguaje ensamblador o basándose en lenguajes de alto nivel como el C o el Pascal. Para esta práctica se usará el primero. El manejo del entorno es realmente sencillo, a lo que se le une un número reducido de opciones que el usuario puede utilizar. En la siguiente figura se muestra la ventana principal del entorno donde, también, se han destacado los iconos de acceso rápido más usados en la creación, edición y simulación de programas. En primer lugar, se debe crear un nuevo documento con extensión.asm, donde se escribe el programa en ensamblador. Para el IDE68k el formato de una línea de programa que contenga, o bien una instrucción, o bien una directiva, debe ser el siguiente. Label: Opcode Operand(s) ; Comment Asimismo, téngase en cuenta que la primera instrucción del programa debe contener una etiqueta y, también, que la última línea del programa debe contener la directiva End con la nombre de la etiqueta que acompaña la primera instrucción del programa. End etiqueta A continuación se Abre un proyecto nuevo en el que se incluirá el fichero con extensión ASM que se generó en el paso anterior. Salvaremos dicho 1

2 proyecto y, solicitaremos, como opción, la generación del fichero.lst que permitirá la simulación posterior del programa. El icono de Edición de proyecto nos permitirá cambiar, en el momento que se desee, los parámetros de configuración del mismo. Terminada la fase de creación de ficheros y proyecto, pasamos a la Compilación. Se abre, entonces, una nueva ventana que informa de los errores de compilación y de las líneas donde ocurrieron. Una vez depurada la sintaxis del programa, se pasará a la fase de Simulación, que invoca al '68000 Visual Simulator', que aparece en una nueva ventana donde se realiza la depuración y simulación del programa escrito. Consta de cuatro regiones: Barra de comandos, Página de Memoria, CPU y Área de Programa. 2

3 La barra de comandos contiene las opciones de ejecución (paso a paso manual, paso a paso automático o Ejecución continua), Reset (X), Generación de interrupciones autovectorizadas (I1-I7) y los diferentes periféricos que se pueden simular y que se estudian a continuación. En el área de la CPU, se muestra el contenido de los registros de datos, direcciones, contador de programa, SR y banderines del En ejecución paso a paso, se observará cómo estos se modifican a medida que se van ejecutando las diferentes instrucciones. En el área de Memoria se visualiza los contenidos de una región del espacio de direccionamiento. Con la barra de desplazamiento se podrá ir viendo otras regiones de la memoria. No obstante, en la ejecución paso a paso, automáticamente, el simulador, irá mostrando y destacando, las partes de memoria que se están modificando. En la zona inferior, aparece el programa escrito por nosotros. En una secuencia paso a paso, se irán destacando aquellas instrucciones que van a ser ejecutadas Periféricos del simulador El simulador '68000 Visual Simulator' dispone de periféricos virtuales que permiten interactuar con el programa. Cada periférico ocupa una dirección o conjunto de direcciones en el espacio de direccionamiento. En el opción 'Configure peripherals' del menú 'peripherals', se puede configurar o modificar la dirección que ocupa cada uno. A continuación se describirán algunos de ellos. Diodos LEDs: Consisten en 8 Led s numerados del 0 al 7 y asociados a los 8 bits de la dirección $E003 de memoria. Escribiendo un 1 en algún bit de esa posición, activa el correspondiente LED, escribiendo un cero, lo apaga. Alternativamente, se puede actuar sobre los led s escribiendo una palabra en la dirección $E002, pero, en este caso, los 8 bits más significativos, se ignoran. 3

4 Conmutadores: Consisten en una fila de 8 conmutadores numerados del 0 al 7 y asociados a los 8 bits de la dirección $E001 de memoria. Un conmutador está activo cuando su diodo asociado está encendido e inactivo, cuando está apagado. Un conmutador activo se lee como un 1 lógico. Alternativamente, se puede obtener el estado de los conmutadores leyendo los 16 bits asociados a la dirección $E000, pero, en este caso, los 8 bits más significativos no tienen significado. Display de 7 segmentos: Es un dispositivo que posee cuatro dígitos de 7 segmentos. Cada digito tiene asociado una posición de memoria independiente de los otros tres. Los segmentos y el punto decimal adjunto se controlan por cada uno de los bits de la posición de memoria asociada a cada dígito. Los dígitos decimales y otros símbolos se pueden mostrar escribiendo los correspondientes patrones de bits en las posiciones $E011, $E013, $E015 and $E017. Alternativamente, los patrones de bits se pueden escribir como palabras de 16 bits en las localizaciones $E010, $E012, $E014 y $E016, aunque los 8 bits más significativos de cada palabra se ignoran. La dirección $E011 (o $E010) se corresponde con el dígito más a la izquierda del display. Cada bit de la dirección asociada a un dígito controla un segmento del mismo. Si se pone a 1 dicho bit, se activa el segmento correspondiente, si se escribe un 0, se apaga. La relación de cada bit de la posición de memoria con su segmento es Pabcdefg (P es el punto decimal). 4

5 2.2 Procesamiento de excepciones Cualquier situación que requiera la atención inmediata del microprocesador se denomina excepción y precisa de la existencia de mecanismos que permitan interrumpir la ejecución normal de instrucciones, para pasar a atender esa situación particular. Atendiendo al origen de la excepción se pueden clasificar en: Internas (Error de ejecución, instrucción especial,...) Externas (señal procedente del exterior -entradas IPLx, BERR..). 5

6 2.2.1 Vectores de excepción Toda excepción tiene asociada una posición de memoria que contiene su vector de excepción que no es más que una dirección de memoria donde comienza la rutina de servicio de la excepción. El procesamiento de una excepción requiere la búsqueda del vector asociado, el almacenamiento en la pila de los registros PC y SR y la bifurcación a la rutina que comienza en la dirección contenida en el vector (Rutina de excepción). Existen 255 vectores de excepción almacenados en la tabla de vectores de excepción que comienza a partir de la dirección $ de la memoria RAM. El tamaño del vector de excepción es el de una doble palabra (4 bytes), salvo el vector de RESET que ocupa dos dobles palabras (8 bytes). El tamaño de la tabla de vectores es de 1Kbytes. Cada vector se identifica a través del número de vector (N). La dirección de memoria donde se encuentra el vector N, viene dada por 4*N. Los 64 primeros vectores (0 al 63) están preasignados, aunque pueden sobreescribirse. Los demás vectores (192) quedan libres para ser asignados a dispositivos periféricos como vectores de interrupción de usuario. 6

7 2.2.2 Secuencia de procesamiento de una excepción. La atención de una excepción debe cubrir los siguientes aspectos: o Atención inmediata a la excepción, con interrupción, incluso, si la prioridad es alta, de la instrucción en curso. o La bifurcación a la dirección correcta de comienzo de la rutina de servicio de la excepción. o El retorno correcto a la secuencia de instrucciones interrumpida, una vez finalizada la rutina de servicio. Para conseguir estos objetivos, el procesamiento de una excepción por el MC68000 transcurre en una secuencia de 4 pasos: 1. El registro SR se copia en un registro interno. Se desactiva el modo traza (T=0) y se activa el bit S (S=1) por lo que el microprocesador entra en modo supervisor. Para excepciones asociadas a peticiones de interrupción, o a RESET, se actualiza el valor de la máscara de interrupciones I2-I0. 2. Se determina el número de vector de excepción por lógica interna, si es uno de los preasignados, o a partir de una búsqueda denominada "reconocimiento de interrupción", si se trata de una interrupción de usuario. A partir del número de vector se genera la dirección del vector de excepción. 3. Se salvan, en la pila del supervisor (SSP), los contenidos del contador de programa PC y del registro de estado SR. Primero se guarda PCH, seguido de PCL y SR. 4. El microprocesador carga en el registro PC el contenido del vector de interrupción. Después de esta secuencia, el procesador reanuda el ciclo normal de ejecución de instrucciones en la dirección de comienzo de la rutina de tratamiento de la excepción. La última instrucción de la rutina de excepción debe ser RTE, cuya ejecución recupera de la pila el registro SR, después el PCL y finalmente el PCH. Esto 7

8 permite reanudar el estado y la ejecución de instrucciones por el punto interrumpido Tipos de excepción De las diferentes excepciones sólo se presentarán las que se van a emplear para el desarrollo del estudio práctico. RESET Una excepción por RESET persigue objetivos algo distintos al resto de las excepciones. No se guardan los valores del PC y el SR en la pila porque no se desea volver a recuperar el estado del procesador. Se cargan unos valores iniciales en los registros SSP y PC. Además, el registro SR se inicializa de la forma siguiente: 1. Se desactiva el modo traza T=0 2. Se activa el modo supervisor: S=1 3. Se enmascaran todos los niveles de prioridad de interrupción: I2-I0=111 DIVISIÓN POR CERO Se produce cuando al realizar una operación de división, el registro que contiene el divisor, vale 0. Esta excepción pertenece al grupo de 2 de las excepciones, es decir, a las de baja prioridad. INTERRUPCIONES La activación de las entradas #IPLn codifica el nivel de petición de interrupción. El nivel 0, #IPLn(n=0,1,2)=1 indica que no hay interrupción, y el nivel 7, IPLn(n=0,1,2)=0 indica la interrupción de mayor prioridad (NMI). Con el IDE68k se puede simular una petición de interrupción de nivel j, pulsando el botón Ij. El nivel de interrupción que puede atender el microprocesador viene fijado por los bits I0, I1,e I2 del SR. Se atienden interrupciones de nivel mayor al fijado en la máscara de interrupción con la salvedad de la NMI. Cuando el MC68000 acepta una interrupción, se desencadenan los mismos procesos que los descritos para las excepciones, salvo que el número del vector de excepción se obtiene mediante un ciclo especial de lectura. En concreto, se salvan en la pila el contador de programa y el registro de estado, se activa el bit S, se desactiva el bit T, se actualizan los bits I2, I1, I0 al nivel de la interrupción peticionaria y se inicia el ciclo de reconocimiento de interrupción: A partir de aquí pueden ocurrir varias cosas: Se activa la entrada #VPA (periférico síncrono). En tal caso, el microprocesador utiliza el autovector asociado al nivel de interrupción actual. 8

9 Se activa la entrada #DTACK (periférico asíncrono). En este caso, el periférico, además de activar esa señal, ha colocado, en el bus de datos, un byte que contiene un número de vector de excepción. Este número de vector debe estar comprendido entre ( (vectores de usuario). Se activa la entrada #DTACK pero se recibe, como número de vector, el $F. Esto es la interrupción no inicializada. Se activa la entrada #BERR. Indica que, en el ciclo de interrupción, el no ha recibido ningún vector de interrupción y por eso se ha producido un error de bus. Esto provoca la generación de la interrupción espúrea (vector 24). El IDE68k simula el funcionamiento de las interrupciones sectorizadas. 9

10 3. ESTUDIO PRÁCTICO 3.1 Realizar un programa para el MC68000 que permita modificar la excepción de división por cero. Cada vez que se produzca una división por cero, la excepción modificada debe mostrar en la pantalla de siete segmentos que proporciona el software de emulación IDE68K la palabra UFFF. 3.2 Diseñar la subrutina de excepción que permita manejar la interrupción autovectorizada de Nivel 6 y Nivel 7, de manera que cada vez que se produzca una de ellas, se incremente una variable contador y que muestre su contenido mediante un dispositivo de LED s que proporciona el software de simulación. 3.3 Modificar el código anterior para atender sólo las peticiones de interrupción autovectorizadas de Nivel Realizar un programa en ensamblador MC68000 que solucione el siguiente problema: Como se sabe, tres segmentos s1, s2 y s3 de longitudes dadas l1, l2 y l3 pueden formar triángulo si y sólo si se cumplen las siguientes desigualdades: l1<l2+ l3 l2 <l1+ l3 l3 <l1+ l2 3 Se pretende diseñar un programa ensamblador del M68000 que compruebe si tres segmentos de longitudes conocidas pueden formar triángulo. Los tres segmentos se encontrarán almacenados en las palabras de memoria referenciadas como A, B y C. En caso afirmativo, se escribirá el valor 1 en la variable de memoria referenciada como RES, y, en caso negativo, RES tomará el valor 0. Se pide: o Especificar los datos de entrada y de salida mencionados en el enunciado, indicando los tamaños elegidos para los mismos. o Realizar una descripción textual del algoritmo propuesto. o Describir el algoritmo por pasos, indicando los datos intermedios utilizados. o Codificar en ensamblador del M68000 el programa pedido, comentando las sentencias utilizadas y haciendo referencia a los pasos mencionados en el apartado 3. Tomar como datos iniciales A=$8, B=$11 y C=$5. o Justificar la elección de los modos de direccionamiento empleados en el punto 5. o Escribir el programa en ensamblador en un fichero ASCII. o Ensamblar con IDE68K el programa codificado. 10

11 o Simular el programa con los datos iniciales A=$25, B=$30 y C=$40 anotando el contenido de los registros intermedios utilizados, el registro SR y la variable RES en dichos puntos y al comienzo y al final del programa. o Simular el programa con los datos iniciales A=$23, B=$12 y C=$11. Anotar el contenido de los registros intermedios, SR y RES antes y después de las bifurcaciones y al comienzo y al final del programa. 11