Система команд микроконтроллеров семейства AVR.

Черноморское Высшее Военно-Морское училище имени П.С. Нахимова Дисциплина «Информационно-управляющие технологии» Лекция № 25 ТЕМА: СИСТЕМА КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR. ТЕМА: СИСТЕМА КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ СЕМЕЙСТВА AVR. Цель : получить знания по особенностям системы команд и программному обеспечению микроконтроллеров семейства AVR. Вопросы 1. Понятие о системе команд микропроцессоров. Форматы команд и методы адресации микроконтроллеров. 2.Классификация команд микроконтроллера и особенности их применения. Литература 1.Курс лекций по дисциплине «Информационно-упрвляющие технологии », Севастополь, ЧВВМУ, 2015 г, лекция № 25 (электронный вариант). 2. Шпак Ю.А. Программирование на языке С для AVR и PIC микроконтроллеров. –СПб.:»КОРОНА-ВЕК», 2011. -544 с.,ил. 2 1. Понятие о системе команд микропроцессоров. Форматы команд и методы адресации микроконтроллеров. Каждая команда, выбираемая (читаемая) из памяти процессором, определяет алгоритм поведения процессора на ближайшие несколько тактов. Код команды говорит о том, какую операцию предстоит выполнить процессору и с какими операндами (то есть кодами данных), где взять исходную информацию для выполнения команды и куда поместить результат (если необходимо). Код команды может занимать от одного до нескольких байт (слов), причем процессор узнает о том, сколько байт команды ему надо читать, из первого прочитанного им байта или слова. В процессоре код команды расшифровывается и преобразуется в набор микроопераций, выполняемых отдельными узлами процессора. Но разработчику микропроцессорных систем это знание не слишком важно, ему важен только результат выполнения той или иной команды. 3 Форматы команд микропроцессоров (на примере К580ВМ80) Основной формат команды МП (МК) состоит из двух основных полей: поля кода операции OPCODE (КОП) и поля ADDR для представления адреса операнда, над которым производится операция или сам операнд. Форматы команд микропроцессора КР580ВМ80 4 Форматы команд микроконтроллеров. Форматы команд микроконтроллеров семейства AVR 5 Методы адресации микроконтроллеров. Каждая команда, выбираемая (читаемая) из памяти процессором, определяет алгоритм поведения процессора на ближайшие несколько тактов. Код команды говорит о том, какую операцию предстоит выполнить процессору и с какими операндами (то есть кодами данных), где взять исходную информацию для выполнения команды и куда поместить результат (если необходимо). Код команды может занимать от одного до нескольких байт (слов), причем процессор узнает о том, сколько байт команды ему надо читать, из первого прочитанного им байта или слова. В процессоре код команды расшифровывается и преобразуется в набор микроопераций, выполняемых отдельными узлами процессора. Но разработчику микропроцессорных систем это знание не слишком важно, ему важен только результат выполнения той или иной команды. 6 Методы адресации микроконтроллеров. Неявная форма обеспечивает передачу адресной информации в поле кода операции, т.е. сама операция несет информацию о месте нахождения одного или всех операндов, используемых в ней. Неявная форма, связывая часть адресной информации с операцией, сужает ее действие, но длина машинной команды при этом уменьшается, вследствие того, что отсутствует адресное поле. Явная форма представления более гибкая, вследствие того, что одна и та же команда может использоваться для адресации различных объектов, но требует увеличения поля команды, что снижает эффективность объектного кода. 7 Методы адресации микроконтроллеров AVR. (разрядность команды 16 бит) 8 Методы адресации микроконтроллеров. 9 Методы адресации микроконтроллеров. 10 Методы адресации микроконтроллеров. 11 Методы адресации микроконтроллеров. 12 Методы адресации микроконтроллеров. 13 2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРА И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ. Система команд микроконтроллеров ATMEL семейства AVR имеет определенные отличия, свойственные всем микроконтроллера. Одной из отличительных особенностей микроконтроллеров AVR является то, что почти все команды выполняются за 1 тактовый цикл. Исключение составляют команды перехода. Это существенно увеличивает производительность микроконтроллера даже при относительно невысокой тактовой частоте. Все команды можно классифицировать на 5 типов: 1. Арифметические команды. 2. Логические команды. 3. Команды перехода. 4. Команды пересылки (передачи) данных. 5. Побитовые команды и команды тестирования битов. 14 2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРА И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ. Команды пересылки данных не требуют выполнения никаких операций над операндами. Операнды просто пересылаются (точнее, копируются) из источника (Source) в приемник (Destination). Источником и приемником могут быть внутренние регистры процессора, ячейки памяти или устройства ввода/вывода. АЛУ в данном случае не используется. Арифметические команды выполняют операции сложения, вычитания, умножения, деления, увеличения на единицу (инкрементирования), уменьшения на единицу (декрементирования) и т.д. Этим командам требуется один или два входных операнда. Формируют команды один выходной операнд. 15 2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРА И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ. Логические команды производят над операндами логические операции, например, логическое И, логическое ИЛИ, исключающее ИЛИ, очистку, инверсию, разнообразные сдвиги (вправо, влево, арифметический сдвиг, циклический сдвиг). Этим командам, как и арифметическим, требуется один или два входных операнда, и формируют они один выходной операнд. Команды переходов предназначены для изменения обычного порядка последовательного выполнения команд. С их помощью организуются переходы на подпрограммы и возвраты из них, всевозможные циклы, ветвления программ, пропуски фрагментов программ и т.д. Команды переходов всегда меняют содержимое счетчика команд. Переходы могут быть условными и безусловными. Именно эти команды позволяют строить сложные алгоритмы обработки информации. 16 2. КЛАССИФИКАЦИЯ КОМАНД МИКРОКОНТРОЛЛЕРА И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ. Команды работы с битами Особую группу команды микроконтроллеров составляют команды для работы с битами. Эта группа команд позволяет обращаться (читать состояние, сбрасывать в 0, устанавливать в 1, инвертировать и т.д.) отдельные биты регистров микроконтроллера. Наличие таких команд связано с относительной ограниченностью аппаратных ресурсов МК и необходимостью точечного управления имеемыми аппаратными средствами при минимальном количестве команд обращения к аппаратным средствам. Системные команды осуществляют разрешение (EI) или запрещение (DI) внешних прерываний, формируют пустую операцию NOP (например для временной задержки), останавливают процессор ( операция HLT). 17