Книга по работе с WinAVR и AVR Studio / AVR_16_2011

Книга по работе

Роман Абраш

с WinAVR и AVR Studio

г. Новочеркасск

E-mail: arv@radioliga.com

7.

Директива .section, при помощи которой задается вы-

Продолжение. Начало в №1-12/2010; №1-3/2011

бор нужной секции памяти.

ASSEMBLER

8. Директива .set для определения константы (эквивалент

директивы .equ).

Есть несколько причин использовать ассемблер при разра-

9. Директива .global для определения public-символа, т.е.

ботке программ. Среди них можно выделить основные:

символа, видимого в других модулях программы.

· Применение моделей МК, не имеющих достаточного

10. Локальные и глобальные метки. После директивы .global

количества ОЗУ

могут использоваться локальные метки, представляющие со-

· Получение максимально быстродействующих участков

бой число с двоеточием. Директива .global делает предыдущие

кода

локальные метки невидимыми для текущей функции, т.е. вновь

· Реализация возможностей, которые нельзя или сложно

могут быть определены метки 0:, 1: и т.д. Для перехода к ло-

выполнить стандартными средствами Си.

кальным меткам нужно использовать суффикс «b» или «f» для

За исключением первого варианта, все эти задачи могут

обозначения направления перехода – назад (backward, вверх

быть решены при помощи ассемблерных вставок в Си-програм-

по тексту) или вперед (forward, вниз по тексту) соответственно.

ме. Хотя GCC ориентирован на разработку программ на языках

Глобальная метка должна начинаться с нецифрового символа.

С и С++, все же имеется поддержка ассемблерных вставок и

11. Директива .extern для определения внешнего символа,

файлов, целиком написанных на ассемблере.

т.е. символа, определенного в другом модуле программы.

Нет необходимости использовать отдельный компилятор ас-

Поддерживается и стандартная директива .org, однако ее

семблера, достаточно, оформив соответственно ассемблерный

применение бессмысленно, т.к. для перемещаемого объектно-

исходный текст, вызвать Си-компилятор GCC, который в свою

го кода расположение объектов в памяти формирует компонов-

очередь в нужный момент вызовет препроцессор, ассемблер и

щик, выбирая необходимые адреса автоматически.

компоновщик, сгенерировав необходимый набор выходных

Имеются и дополнительные операторы ассемблера:

файлов. Это позволяет сделать процесс разработки на ассемб-

lo8(w) – возвращает младшие 8 бит 16-битного числа w

лере неотличимым от привычного для Си-программиста.

hi8(w) – возвращает старшие 8 бит 16-битного числа w

Как было сказано ранее, в проект могут входить файлы ис-

pm(addr) – позволяет получить адрес константы в памяти

ходных текстов на Си и ассемблере. Для ассемблерных фай-

программ в формате, принятом для доступа (как известно, ад-

лов принято расширение «s», и тут следует обратить внимание

ресация памяти программ в AVR ведется по 16-битным словам,

на одну важную особенность: если расширение файла имеет

а доступ – по адресу байта).

нижний регистр, то файл будет компилироваться непосредствен-

Пример небольшой программы на ассемблере для микро-

но, а если расширение будет в верхнем регистре, т.е. «S», про-

контроллера AT90S1200, которая формирует 100 кГц меандр

изойдет обязательный вызов препроцессора перед компиляци-

на выводе PD6 (используется кварц 10,7 МГц):

ей. Различие регистра происходит даже для файловых систем,

не чувствительных к регистру имен файлов (в том числе для

#include <avr/io.h>

; примечание 1

Windows). При необходимости можно принудительно указать не-

work

=

16

; примечание 2

обходимость запуска препроцессора при помощи опции компи-

tmp

=

17

лятора:

inttmp

=

19

-x assembler-with-cpp

intsav

=

0

SQUARE

=

PD6

; примечание 3

Исходные тексты полностью на ассемблере

; примечание 4:

GCC использует расширенный синтаксис ассемблера по

tmconst= 10700000 / 200000

; 100 кГц => 200000 фронтов в сек.

сравнению с тем, что встроен в AVR Studio. Это потому, что

fuzz=

8

; число тактов на вызов прерывания

GAS (GNU Assembler) генерирует перемещаемый объектный

код.

.section .text

Прежде всего, поддерживаются в полной мере все дирек-

.global main

; примечание 5

тивы Си-препроцессора, включая условную компиляцию, мак-

main:

росы-функции и т.п. Кроме того, поддерживаются псевдоопе-

rcall

ioinit

раторы (директивы), унаследованные от GAS. Полная докумен-

1:

тация по этому диалекту ассемблера заслуживает отдельной

rjmp

1b

; примечание 6

книги. Здесь же перечислены только наиболее важные и вос-

требованные возможности (особенности).

.global TIMER0_OVF_vect

; примечание 7

1. Комментарии в Си-стиле. Для комментариев в ассемб-

TIMER0_OVF_vect:

лерных текстах можно использовать не только традиционную

ldi

inttmp, 256 tmconst + fuzz

точку с запятой (однострочный комментарий), но и пару соче-

out

_SFR_IO_ADDR(TCNT0), inttmp

; примечание 8

таний символов «/*» и «*/» (многострочный комментарий). Так

же как комментарий воспринимается любая строка, начинаю-

in

intsav, _SFR_IO_ADDR(SREG)

; примечание 9

щаяся с символа «#», если после этого символа присутствует

хотя бы один пробел (табуляция).

sbic

_SFR_IO_ADDR(PORTD), SQUARE

2. Псевдооператор .byte для выделения ячейки ОЗУ (1

rjmp

1f

байт).

sbi

_SFR_IO_ADDR(PORTD), SQUARE

3. Псевдооператор .ascii для определения строки симво-

rjmp

2f

лов (не завершающихся нулем автоматически).

1:

cbi

_SFR_IO_ADDR(PORTD), SQUARE

4. Псевдооператор .asciiz для определения строки симво-

2:

лов, оканчивающейся нулем (добавляется автоматически).

5. Директива .data для переключения на секцию памяти

out

_SFR_IO_ADDR(SREG), intsav

.data.

reti

6. Директива .text для переключения на секцию памяти

.text.

ioinit:

5 8

Радиолюбитель – 04/2011

СПРАВОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ

может использоваться адрес «обработчика по умолчанию»

sbi

_SFR_IO_ADDR(DDRD), SQUARE

__vector_default. Этот символ должен быть объявлен .global, тог-

ldi

work, _BV(TOIE0)

да компоновщик заполнит всю таблицу незадействованных век-

торов его адресом (в противном случае таблица будет заполнена

out

_SFR_IO_ADDR(TIMSK), work

переходами к адресу 0x0000). Разумеется, этот обработчик дол-

ldi

work, _BV(CS00)

; tmr0: CK/1

жен обеспечивать нормальный возврат из прерывания – команду

RETI.

out

_SFR_IO_ADDR(TCCR0), work

ldi

work, 256 tmconst

Ассемблерные вставки в Си-программе

Ассемблерные вставки используются в программах Си, если

out

_SFR_IO_ADDR(TCNT0), work

для решения поставленной задачи достаточно буквально несколь-

sei

ких команд ассемблера в критически важном участке программы

и переписывание всей программы нецелесообразно. Особенность

ret

ассемблерных вставок в том, что для них применяется особый син-

таксис ассемблера, позволяющий компилятору самостоятельно

.global __vector_default

; примечание 10

подбирать, например, регистры для операндов команд. Таким об-

разом, компилятор «знает», какие ресурсы задействованы в ас-

__vector_default:

семблерной вставке и использует это знание для наиболее опти-

reti

мального построения предыдущего и последующего (относитель-

.end

но вставки) Си-кода.

Особенностью ассемблерных вставок является то, что внутри

Примечания:

них реализуется автоматически доступ к переменным, определен-

ным в тексте Си-программы.

1. Подключение того же самого заголовочного файла, что

и для программы на Си. Следует помнить, что не любой заголо-

Оператор asm()

вочный файл может быть подключен к ассемблерному тексту.

Для ассемблерной вставки используется ключевое слово (опе-

2. Определение локальной константы может быть выпол-

ратор) asm, синтаксис которого проще всего рассмотреть на при-

нено так же при помощи характерной для Си директивы пре-

мере (считывание порта D):

процессора #define work 16.

asm(«in %0, %1» : «=r» (value) : «I» (_SFR_IO_ADDR(PORTD)) );

3. Использование константы, определенной в подключен-

Внутри скобок оператора asm находятся строка, состоящая из

ном заголовочном файле.

трех частей, разделенных двоеточиями:

4. При вычислениях констант ассемблер использует разряд-

«in %0, %1» – это первая часть, инструкция ассемблера. Она

ность чисел, характерной для хост-платформы (т.е. для Windows

обязательно помещается в двойные кавычки. Состоит из обыч-

это будет 32 разряда), в отличие от Си, который использует по

ной мнемоники ассемблерной команды, операнды которой имеют

умолчанию тип int. Чтобы получить меандр 100 кГц, необходимо

особый вид: номер операнда, предваряемый символом процента

переключать уровень PD6 200000 раз в секунду, что весьма кри-

(операнды нумеруются с нуля). Вместо обозначения операндов по

тично ко времени исполнения. Необходимо учитывать затраты

номеру с процентом, можно использовать поименованные операн-

процессорного времени на генерацию прерывания и возврат из

ды. В этом случае вместо %0 нужно использовать имя операнда в

него, для чего и используется корректирующая константа fuzz (8 –

квадратных скобках, а последующие части «тела» оператора asm

т.е. 4 такта на прерывание, 2 такта на переход по вектору преры-

так же предварять этим именем (в этом случае они могут следо-

вания и 2 такта для переключения PD6).

вать в другом порядке, т.к. назначение операнда определяется

5. Любая внешняя функция должна быть объявлена как

уже не порядковым номером, а именем):

.global. Использование стандартного имени main приводит к

asm volatile («in [x1], [x2]» : [x1] «=r» (value) : [x2] «I»

тому, что компоновщик будет использовать его в качестве точ-

(_SFR_IO_ADDR(PORTD)) );

ки входа в программу (как для Си main()).

«=r» (value) – вторая часть, соответствующая операнду %0 –

6. Основной цикл программы – просто бесконечный пус-

список выходных параметров инструкции ассемблера. Эта часть

той цикл. Вся работа ведется по прерываниям от таймера. Об-

состоит из размещенного в кавычках условного обозначения па-

ратите внимание на то, как осуществлен переход к локальной

раметра результата и (через пробел) в скобках наименование пе-

метке (использование суффикса «b»).

ременной для его сохранения.

7. Функция обработчика прерывания должна иметь имя из

«I» (_SFR_IO_ADDR(PORTD)) – третья часть, соответствую-

числа определенных констант для векторов прерывания (см. avr/

щая операнду %1 – список входных параметров инструкции. Как

interrupt.h – Прерывания) – это позволит компоновщику разме-

и предыдущая часть, эта состоит так же из указанного в кавычках

стить ее в нужном месте таблицы векторов. Необходимо по-

условного обозначения параметра и в скобках – его значения.

мнить, что ни ассемблер, ни компоновщик не могут проверить

Такая запись может показаться несколько избыточной и стран-

корректность обработчика (например, наличие команды RETI

ной, однако пока продолжим знакомиться с особенностями син-

для возврата) – это должен реализовать программист.

таксиса ассемблерных вставок, вскоре вопрос о смысле этой «из-

8. Как было показано ранее (см. avr/sfr_defs.h – Регистры

быточности» будет снят.

специальных функций AVR), для получения адреса регистра вво-

В операторе asm может быть еще четвертая часть (в примере

да-вывода необходимо использовать макрос _SFR_IO_ADDR()

она отсутствует) – список регистров, от содержимого которых опе-

(AT90S1200 не имеет ОЗУ, поэтому обращение к регистру вво-

ратор зависит или которые зависят от него. Дело в том, что фак-

да-вывода как к ячейке памяти невозможно, т.е. необходимо

тически оператор asm может быть оттранслирован компилятором

использовать команды IN/OUT).

в несколько иные инструкции ассемблера, причем их количество

9. При разработке обработчиков прерывания следует по-

может быть отлично от указанных программистом. В частности,

мнить, что контекст основной программы не должен изменять-

после компиляции вышеприведенного примера результирующий

ся во время прерывания. В данном примере не предпринято

код будет следующим (выдержка из S-файла, генерируемого GCC):

мер по сохранению контекста, т.к. основной цикл ничего не

делает, но в реальных ситуациях следует позаботиться о том,

чтобы не изменить содержимое регистров, используемых ком-

lds r24,value

пилятором в основной программе, а так же регистра состоя-

/* #APP */

ния SREG. Для сохранения контекста можно применять стек

in r24, 12

или ячейки ОЗУ.

/* #NOAPP */

10. Как было показано ранее (см. avr/interrupt.h – Пре-

sts value,r24

рывания), для всех неиспользуемых векторов прерывания

5 9

Радиолюбитель – 04/2011