Guía rápida del ensamblador de los microprocesadores ATMEL-AVR

Guía rápida del ensamblador de los microprocesadores ATMEL-AVR 1

Evelio J. González González, Grupo de Computadores y Control. Universidad de la Laguna

REGISTROS Los registros son posiciones especiales de almacenamiento, con 8 bits de capacidad. Un registro tiene la siguiente apariencia: Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Un registro puede almacenar valores numéricos de 0 a 255 (positivos sin signo) o entre -128 a 127 (con bit de signo en el bit 7), caracteres ASCII o simples conjuntos de bits sin relaciones entre ellos. Existen 32 registros en los microprocesadores AVR, etiquetados originalmente como R0, R1,..., R31, pero que pueden ser renombrados usando la directiva .def .def registroTemporal=r16 Las directivas son útiles para el ensamblador pero en realidad no generan instrucciones ejecutables. En vez de emplear el nombre r16 se puede acceder con el nombre definido en la directiva. Así la instrucción ldi registroTemporal, 150 carga en el r16 de manera inmediata el número 150. Otra instrucción interesante es el de copiar datos desde un registro a otro: la instrucción mov. El siguiente código copia el contenido del r16 al registro r20. mov r20,r16 Obsérvese que el primer registro es siempre el registro destino de la operación. Existen diferentes tipos de registros. Así una instrucción del tipo ldi r15, 15 no sería válida, ya que los únicos registros que permiten cargar un valor de forma inmediato son los registros del r16 al r31. Es decir, no se puede realizar este tipo de operación con los registros del r0 al r15. Existe una excepción a esta regla, el comando referido a limpiar los bits (poner todos los bits a 0) clr r15 es válido para todos los registros. Aparte del comando ldi, las siguientes instrucciones no pueden emplearse con los registros r0 a r15: andi r15,4 ;Realiza el y lógico entre el registro y un número cbr r14,45 ;Limpia los bits en el registro determinados por una máscara de bits cpi r13,6 ;Compara el contenido del registro con una constante



sbci r9,7 ;Resta al registro el valor del contenido de la constante y del resultado ; actual del bit de carry

sbr r12,89 ; Coloca a '1' los bits en el registro determinados por una máscara de ; bits

ser r3 ;Coloca todos los bits del registro a 1 subi r15,9 ;Resta al registro el valor del contenido de la constante.

REGISTROS PUNTERO Un papel especial es desmpeñado por las parejas de registros r16:r27, r28:r29 y r30:r31. Estas parejas de registros de 16 bits son nombrados de una forma especial, X, Y y Z. Pueden acceder a direcciones de 16 bits en la SRAM (X, Y, Z) o dentro de la memoria del programa (Z). La parte alta de la dirección se coloca en el registro de índice más alto, mientras que la parte baja de la dirección se almacena en el registro de índice más bajo. Estas partes alta y baja tienen sus propios nombres. Así la parte alta del registro Z (r31) se puede acceder como ZH mientras que la baja (r30) se puede acceder como ZL. Ejemplo: .EQU direccion = RAMEND ;en este comentario indicaremos que RAMEND es ;la dirección más alta en la SRAM ldi YH,high(direccion) ; carga la parte alta de la dirección ldi YL,l ow(direccion) ; carga la parte baja de la dirección El acceso a direcciones a través de estos registros punteros es muy sencill o. Los siguientes ejemplos ilustran estos accesos de lectura (ld) y de escritura (st) con el puntero X ld r1,X ; Lee de la dirección X, sin cambiar el fichero st X+,r1 ;Escribe en la dirección X, e incrementa el puntero a la siguiente dirección ld r1, - X ;Decrementa el puntero a la anterior dirección y lee de la dirección X Para insertar los valores en la memoria de programa se emplean las directivas .DB y .DW. Por ejemplo: .DB 123,56,34,1 ; una lista de 4 bytes .DB “Esto es un texto” ; una lista de bytes, cadena de caracteres. .DW 13454 ; una palabra En las definiciones es recomensable usar un número par de bytes ya que el ensamblador añadirá un 0 al final, lo cual puede no ser deseado. En vez de constantes se pueden definir etiquetas (destino de saltos) del siguiente modo, siempre en la primera columna: Etiqueta1: ; aquí irían unos comandos Tabla:



. DW 134,12312

PUERTOS Los puertos son puertas entre la unidad de procesamiento central hasta hardware o software externo. La CPU se comunica con estos componentes, los lee y/o los escribe. Los puertos tienen direcciones fijas, independientemente del microprocesador AVR. Así, por ejemplo el puerto B se encuentra siempre en la dirección 0x18 (notación hexadecimal). Por supuesto el programador no tiene necesidad de recordar todas estas direcciones. Los nombres vienen definidos en un fichero de encabezado para los diferentes tipos de microcontrolador y que son proporcionados por el fabricante. Estos ficheros ‘ include’ tienen una línea para definir la dirección del puerto B como sigue: .EQU PORTB, 0x18 por lo que solamente se debe recordar el nombre del puerto y no su dirección. El fichero correspondiente se incluye mediante la siguiente directiva .include “8515def.inc” Los puertos generalmente se organizan en conjunto de 8 bits relacionados entre sí, pero pueden estar organizados en conjuntos sin relación. En este caso es habitual que cada uno de los bits tenga su propio nombre y función determinados. Como ejemplo, el registro MCUCR consiste en un número de bits de control del integrado, cada uno de ellos con sus nombres (por ejemplo ISC00, ISC01). La forma de enviar un valor determinado a uno de estos puertos es mediante la instrucción out y mediante el empleo de un registro intermedio: ldi r16, 0b00010000 ; ejemplo de configuración binaria out MCUCR, r16 El caso contrario, el de lectura, se realiza mediante el comando in in r16, MCUCR En este caso debemos aclarar que existen algunos puertos que tienen bits que no son usados o están reservados. En este caso se devuelve un bit a 0. Es frecuente que se desee poner a 0 ó 1 un bit concreto de un puerto. Una opción para ello consistiría en leer el registro correspondiente, emplear las operaciones lógicas para alterar el bit seleccionado y reenviar el byte al puerto. Sin embargo, esto se puede llevar a cabo mediante las instrucciones sbi (poner el bit a 1) y cbi (poner el bit a 0). Como ejemplos: .EQU bitCambiado = 5 sbi PortB, bitCambiado cbi PortB, bitCambiado



Las dos instrucciones tienen una limitación, solamente afectan a puertos con una dirección inferior a 0x20

PUERTOS RELEVANTES EN AVR

Componente Nombre del puerto Registro-Puerto Acumulador SREG Registro de estado Pila SPL/SPH Puntero de pila SRAM externa, interrupción externa

MCUCR Registro de Control General MCU

Interupción externa GIMSK GIFR

Registro de máscara de interrupción Registro de flags de interrupción

Interrupción del timer

TIMSK TIFR

Registro de máscara de interrupción del timer Registro de flags de interrupción del timer

Timer 0 TCCR0 TCNT0

Registro de control del contador 0 Contador 0

Timer 1 TCCR1A TCCR1B TCNT1 OCR1A OCR1B ICR1L/H

Registro A de control del timer Registro B de control del timer Contador 1 Registro de comparación A Registro de comparación B Registro de captura de entrada

EEPROM EEAR EEDR EECR

Registro de direcciones EEPROM Registro de datos EEPROM Registro de control EEPROM

UART UDR USR UCR UBRR

Registro de datos UART Registro de estado UART Registro de control UART Registro de baudios

Comparador analógico

ACSR Registro de control y estado del comparador analógico

Puertos de entrada y salida

PORTx DDRx PINx

Registro de salida del puerto Registro de dirección del puerto Registro de entrada del puerto

RAM ESTÁTICA, SRAM

La SRAM es una memoria que no es accesible directamente por la CPU (ALU) como es el caso de los registros. Para acceder a esta parte de la memoria se deben emplear los registros como paso intermedio. Por lo tanto las operaciones que involucran a la SRAM son más lentas que la de los registros. A partir del modelo AT90S8515 se permite conectar una RAM externa adicional. Uno de los casos de empleo más importante de la SRAM es como pila. El acceso a la SRAM se lleva a cabo mediante las instrucciones STS y LDS. Ejemplos STS 0x0060, R1 ; el contenido del registro R1 se copia en la dirección 0x0060



LDS R1, 0x0060 ; el contenido de la dirección 0x0060 se copia en el registro R1 Se suelen emplear nombres simbólicos para evitar emplear direcciones fijas. .EQU direccionMemoria = 0x0060 STS direccionMemoria, R1 SRAM como pila El uso más común de la SRAM es como pila. La pila es como una torre de bloques. Cada bloque que se añade se coloca en el tope de la pila, cada vez que se extrae un dato de la pila también se saca del tope de pila. Esta estructura es llamada LIFO (last in, first out, el último en entrar, el primero en salir). Para emplear la SRAM como pila se necesita definir el puntero de pila. El puntero de pila es de 16 bits, accesible como un puerto. SPH es la parte más significativa y SPL la parte menos significativa. Para construir la pila, el puntero se carga con el valor de la dirección más alta de la SRAM (la pila crece hacia las direcciones más bajas). ldi r16, HIGH(RAMEND) out SPH, r16 ldi r16, LOW(RAMEND) out SPL, r16 El empleo de la pila es sencill o. Los contenidos de los registros pueden volcarse en la pila de la siguiente forma push r16 De modo análogo para extraer elementos de la pila, pop r16 Un caso especial de uso de las pilas es el de la llamada a las subrutinas. Al llamar a la subrutina el programa almacena en la pila la dirección de la próxima instrucción a ejecutar rcall rutina ;saltar a la subrutina ... rutina: ; aquí las instrucciones de la subrutina ret ; instrucción de retorno de la subrutina

DIRECTIVAS .CODE Para indicar el comienzo de un código de un programa. .DSEG La sección de la SRAM en el integrado (datos)



.ESEG La sección EEPROM .ORG Para indicar que el segmento de código o datos comienza en una dirección distinta de la de por defecto.

SALTOS La ejecución de un programa es lineal. Sin embargo, las instrucciones de bifurcación (branches) y los saltos incondicionales alteran esta ejecución lineal. Supóngase que se desea implementar un contador de 32 bits empleando los registros r1 a r4. El bit más significativo en r1 se incrementa en 1 (operación inc). Si el registro se desborda, el registro tendrá el valor de 0 (255+1=0), y se tendrá que sumar 1 al r2. En caso de desborsamiento de r2, se incrementa r3 y así sucesivamente. Para ello se emplea la instrucción brne. inc r1 brne sigue inc r2 brne sigue inc r3 brne sigue inc r1 sigue: Como ejemplo de instrucciones de salto condicional: brge ; mayor o igual (con bit de signo) brlt ; menor que (con bit de signo)

MACROS Una macro permite la utili zación repetida de secuencias de instrucciones. Por ejemplo: .MACRO Delay nop nop nop nop .ENDMACRO ; instrucciones Delay ; más instrucciones Una macro no ahorra espacio de memoria puesto que al compilar la etiqueta de la macro es reemplazada por el conjunto de instrucciones correspondientes. Para el caso de querer ahorrar espacio se emplean las subrutinas.



SALTOS INCONDICIONALES

Aparte del rcall para llamar a las subrutinas, existe otra clase de salto incondicional, el rjmp: saltar directamente a la dirección deseada. Aquí, a diferencia no va a haber un retorno (ret) a la siguiente instrucción. Existen unas instrucciones que permiten saltarse (skip) la siguiente instrucción a ejecutar, por ejemplo sbrc r1,7 ;saltarse la siguiente dirección si el bit 7 del registro está a baja rcall siBitDistinto7 ;ejecutada solamente si el bit 7 está a 0 rcall otro ;ejecutada de todas maneras Análogamente se encuentra la instrucción sbic para los puertos de entrada/salida sbic PINB,0 ; saltarse la siguiente instrucción si el bit 0 del puerto b está a baja Otro tipo de instrucción de skip es la de comparación de registros cpse r1,r2 ;saltarse la siguiente instrucción si los contenidos de r1 y r2 son

;iguales

INTERRUPCIONES Con frecuencia se debe reaccionar ante condiciones hardware u otros eventos, por ejemplo en el cambio de valor de un pin de un puerto (por ejemplo detectar que un usuario ha pulsado una tecla). Un modo de procesarlo podría consistir en hacer un bucle que leyese contínuamente el valor de esa línea. Desgraciadamente, un programa debe hacer en general más cosas que estar leyendo en un bucle un puerto y no puede permitirse el lujo de ese bucle. Además en caso de detección de pulsos muy pequeños, el método del bucle es inútil. Es más adecuado emplear interrupciones. Las interrupciones se disparan por alguna condición, que debe ser habili tada primero, ya que todas las interrupciones hardware se encuentran deshabili tadas por defecto. El microprocesador posee un bit en su registro de estado para permitir que se procesen las interrupciones. Para activar/desactivar este bit se emplean las instrucciones sei y cli. Si la condición de la interrupción se produce, el procesador coloca en la pila, la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. De este modo, la ejecución del programa puede continuar después de procesar la interrupción. Después procesa la instrucción correspondiente en su vector de interrupción, que generalmente es un salto incondicional a la subrutina de procesamiento de interrupción. El vector de interrupción es una posición dependiente del procesador. Existe un orden de prioridad en las interrupciones, de modo que si dos o más interrupciones habili tadas se producen simultáneamente solamente será procesada la de mayor prioridad. Las demás simplemente esperarán a que se haya procesado la de mayor prioridad. La rutina de procesamiento puede terminar con la instrucción



RETI

BIBLIOGRAFIA

Gerhard Schmidt, Beginners Introduction to the Assembly Language of ATMEL-AVR-Microprocessors, http://www.avr-asm-tutorial.net. Diciembre de 2003.

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