литература / Пухальский Проектирование микропроцессорных систем 2001

1.8. Директивы ассемблера

Текст исходной программы состоит из операторов ассемблера, каждый из которых зани­ мает отдельную строку этого текста. Различают два типа операторов: инструкции и директивы. Инструкции при трансляции преобразуются в машинные коды МП. Директивы ассемблера, или псевдокоманды языка ассемблера, не транслируются в машинные коды, а только управляют процессом ассемблирования (трансляции). Программа-ассемблер интерпретирует и обрабаты­ вает операторы один за другим, генерируя последовательность из машинных кодов команд МГ1 и байтов данных. Запись инструкции на языке ассемблера состоит из четырех полей в свобод­ ном формате: поля метки, поля кода операции (КОП), поля операндов и поля комментария:

[Метка:] КОП [Операнд1 [, Операнд2]] [; Комментарий]

(элементы, указанные в квадратных скобках, могут отсутствовать). Метка — это идентифика­ тор, присваиваемый первому байту того оператора, в котором она появляется, а КОП — это мнемоническое обозначение команд МП. Для директив ассемблера эти поля называются полем имени, полем директивы, полем выражения и полем комментария соответственно. Операнды могут описываться выражениями, составленными из чисел и символических имен с помощью специальных операторов языка ассемблера.

Пробелы вводятся произвольно (свободный формат), но минимум один пробел должен быть после кода операции. В двухоперандных командах операнды должны быть разделены запятой, а поле комментария должно начинаться с точки с запятой.

Операнды, представляющие собой числа, должны обязательно начинаться с цифры (на­ пример, 0А800Л), а символические имена операндов — с буквы. Для символических имен нельзя использовать зарезервированные имена, например, имена РОНов, мнемонику команд и директив. Для обозначения систем счисления служат буквы:

Били b — двоичная система счисления,

Оили Q (о или q) — восьмеричная система счисления, D или d — десятичная система счисления,

Нили h — 16-ричная система счисления

(по умолчанию принимается десятичная система счисления, т. е. указатель d можно опускать). В тексте программы на языке ассемблера можно использовать как прописные, так и строчные буквы — ассемблер их не различает.

ASC/7-коды. Текст исходной программы на языке ассемблера подготавливается с помо­ щью обычного текстового редактора, имеющегося в дисковой операционной системе MS-DOS (.Microsoft Disk Operating System) для PC IBM. Все символы такого текста представлены-

в ASCII-кодах (American Standard Code for Information Interchange — американский стандарт­ ный код для информационного обмена), используемых для семиразрядного кодирования сим­ волов (табл. 1.9). Стандарт ASCII утвержден ISO (International Standards Organization) — меж­ дународной организацией по стандартизации, основанной в 1946 г и включающей более 70 национальных организаций по стандартизации в области телекоммуникаций. Восьмой бит символа предназначен для контроля четности. В компьютерах используется расширенный (8-разрядный) коп, ASCII, в котором первые 128 кодов совпадают со стандартным кодом ASCII, а следующие 128 комбинаций используются для кодирования национальных алфавитов, спец­ символов и псевдографики.

Пробел имеет ASCII-коя 20/?, а управляющим символам, невидимым в текстовом редакто­ ре, приписаны Д5С//-коды 00h + lF /г. Например, в текстах постоянно используются Л5С//-коды

0Dh = 13flf — возврат каретки (Carriage Return) и 0А/? = I 0 d — перевод строки (Line Feed). При выводе текста на дисплей эти А5С7/-коды используются в подпрограммах, выполняющих сдви­ ги курсора в левую позицию экрана и вниз на одну позицию соответственно.

52 Глава 1. Микропроцессоры 8080 и 8085

Представление информации в Л5С//-кодах используется в текстовых документах, при пе­ редаче ее по каналам связи и др. 16-ричное представление двоичных кодов их не изменяет и используется исключительно для удобства восприятия двоичных кодов человеком.

Ассемблирование, компоновка и отладка программ. Разработчиками программного обеспечения на языке ассемблера введена следующая терминология:

ассемблер (assembler) — а) программа или техническое средство, выполняющее ассемб­ лирование; б) система программирования, включающая язык ассемблера и транслятор с этого языка;

двухпроходной ассемблер (two-pass assembler) — ассемблер, выполняющий трансляцию исходной программы, написанной на языке ассемблера и называемой исходным модулем, за два прохода: при первом проходе формируется таблица соответствия символов, при втором — выполняется собственно трансляция с языка ассемблера в машинные коды МП;

ассемблирование (assemblage) — компиляция программы с языка ассемблера; подготовка программы на машинном языке путем замены символических имен операций на машинные коды, а символических адресов — на абсолютные или относительные адреса, а также включе­ ние библиотечных программ и генерация последовательностей команд путем указания кон­ кретных параметров в макрокомандах;

компиляция (compilation) — трансляция программы на язык, близкий к машинному;

трансляция программы, составленной на исходном языке, в объектный модуль',

компоновка (linking) — процесс построения загрузочного модуля из объектных модулей, полученных в результате раздельной трансляции соответствующих исходных модулей;

компоновщик (linker) — программа, выполняющая компоновку единой программы из не­ зависимо транслированных программ;

макроассемблер (macro assembler) — транслятор с языка ассемблера, включающий сред­ ства определения и использования макрокоманд;

отладчик (debugger) — программа, предназначенная для анализа поведения другой про­ граммы, обеспечивающая ее трассировку, останов в указанных точках или при выполнении указанных условий, просмотр и изменение ячеек памяти, регистров МП и команд программы;

моделирующий отладчик (simulation debugger) — программа, предназначенная для отлад­ ки программ некоторой ЭВМ на другой ЭВМ с использованием модели последней.

Файлу исходного модуля присваивается имя name.asm (пате — имя, составленное не бо­ лее чем из восьми допустимых символов). Для разработки программного обеспечения микро­ контроллеров, построенных на основе МП 8080/8085 фирмы Intel и Z80 фирмы Zilog, можно использовать, например, программный пакет AVSIM85 фирмы Avocet Systems, Inc. В этот пакет входят, в частности, программы:

avmac85.exe (Macro Assembler) — ассемблер, транслирующий исходный модуль name.asm в машинные коды и генерирующий файлы name.obj, пате.ргп и name.xrf. Файл name.obj (объ­ ектный модуль) используется компоновщиком avlink.exe для создания загрузочного модуля name.hex для моделирующего отладчика. Файл пате.ргп — листинг результата трансляции с указанием всех обнаруженных ошибок, помогающий исправить текст исходного модуля (листинг содержит и текст исходной программы). Файл name.xvf содержит карту перекрест­ ных ссылок;

avlink.exe (Linker) — компоновщик, создающий из одного или нескольких объектных мо­ дулей загрузочный модуль пате.hex и генерирующий файлы пате.т а р и пате.sym. Модуль name.hex используется моделирующим отладчиком avsim.85.exe для его выполнения на персо­ нальном компьютере IBM PC. Файл пате.тар содержит карту распределения памяти, исполь­ зуемой создаваемой программой. Файл name.sym содержит описание используемых в про­ грамме сегментов (начальных и конечных адресов сегмента программного кода, сегмента дан­ ных, сегмента стека и сегмента внешних устройств). Модуль пате.hex, кроме того, необходим

54 Глава 1. Микропрог(ессоры 8080 и 8085

Для запуска отладчика из командной строки компьютера необходимо выполнить команду avj/«/85[.exe] parlFLname.cmd [-раг2]

(но перед этим должен быть создан файл name.hex, который, собственно и использует отладчик для прогона программы). Параметр par 1 = а, b, с или d задает конфигурацию МП-системы:

а — МП 8085 или 8080, b — 8085 + 8J55, с — 8085 + 8355, d — 8085 + 8155 + 8355 (БИС 8155

и 8355 описаны в § 3.9), а параметр FL (File Load) — загрузку командного файла name.cmd ав­ томатической настройки экрана отладчика. Командный файл пате.стй — текстовый файл па­ раметров отладчика, подготавливаемый пользователем. Параметр p a ri = d0, d l, с0 или cl на­ страивает отладчик на используемый тип дисплея (если этот параметр не задан, то устанавли­ вается черно-белый режим работы дисплея).

Например, если name.cmd = ivanov.cmd, par\ = а и pari = cl, то следует выполнить коман­

ду

(ivsim85.exe aflivanov.cmd - c l

(словосочетание par] FLname пишется слитно). Пример простейшего командного файла ivanov.cmd для автоматической настройки отладчика:

LAivanov D1A800/; ^ 0 1 0 0

(назначение подобных команд будет рассмотрено в подразделе О тладчик фирмы Avocet Sys­ tems, Inc. — стр. 92).

Для преобразования загрузочного модуля name.hex в двоичный модуль пате.Ъ'т, который можно использовать для программирования ROM микроконтроллеров, необходимо выполнить команду

hexform[.exe] пате[.Ъ'т\ = пате[.hex] [~range(addr 1, addrl)] [~fill(value)\

(по умолчанию генерируется файл пате.Ъ'т). Начальный и конечный адреса программы или ее некоторой части, для которой создается файл пате.Ъ'т, задает параметр range(addrl, addrl) — диапазон, область. Параметр fill(value) указывает, каким числом value = OOh... FF/г (или 0 ... 255) нужно заполнить неиспользованные программой участки памяти в диапазоне адресов addr 1 ...a dd rl. По умолчанию (если параметры не заданы) заполнение производится числом 00h, а диапазон равен 0000/г... addr, где addr — максимальный адрес ячейки памяти, исполь­ зуемой программой под программный код или данные.

При проектировании микроконтроллеров широко применяются EPROM (Erasable Pro­ grammable ROM), или UV-EPROM (Ultra-Violet EPROM), фирмы Intel — стираемые ультрафио­ летовыми лучами многократно программируемые ПЗУ. В исходном состоянии сигналы на всех выходах EPROM равны 1 и должны программироваться только нулевые значения разрядов данных. Поэтому заполнение неиспользуемых частей памяти следует производить числами FF/г = 1111 1111. Это позволяет, если потребуется в дальнейшем, запрограммировать в сво­ бодные ячейки памяти добавочное программное обеспечение.

Если задать значения addrl = 003С/г, addrl = 010В/г и value = FF/г, то при запуске из ко­ мандной строки команды

hexform.exe. l#08_03.bin = l#08_03.hex -range(3Ch, 1 ОВ/г) -fill(FFh)

будет получен файл l#08_03.bin. содержимое которого показано на рис. 1.19. Если же парамет­ ры не задать, то файл l#08_03.bin будет содержать 2049'байт по адресам 0000h ...0800/г с за­ полненными числом 00/; неиспользуемыми участками памяти (по адресу 0800/7 в программе расположен байт данных).

56 Глава 1. Микропроцессоры 8080 и 8085

В дальнейшем для улучшения читаемости программ при написании их текхтов будем придерживаться следующих правил:

команды МП и метки для команд переходов записываются только прямыми прописными буквами,

директивы ассемблера — только прямыми строчными буквами, символические имена констант, переменных и сегментов — с использованием курсивных

и прописных, и строчных букв, причем первая буква должна быть прописной.

Далее будут описаны не все, о только наиболее часто используемые директивы, которых достаточно для разработки программ с приемлемой эффективностью. Все описанные здесь ди­ рективы и операторы поясняются примерами их использования. Порядок описания директив будет определяться как методическими соображениями, так и последовательностью появления директив в примерах программ (указатель директив см. в табл. 4.22, с. 441).

Д ирективы сегментирования памяти. С помощью этих директив производится распре­ деление памяти для различных блоков программы (данных, стека, устройств ввода-вывода и кода — команд МП).

Директивы определения DEFSEG (Define Segment) и открытия SEG (Segment) сегментов

предназначены для размещения данных, стека и программного кода по определенным адресам памяти. Эти директивы имеют форматы:

DEFSEG Name_seg [, Attribute]

SEG Name_seg

(атрибуты могут отсутствовать). При определении сегмента директивой DEFSEG и его откры­ тии директивой SEG должно использоваться одно и то же имя сегмента Name_seg. Закрытие сегмента происходит автоматически при открытии другого сегмента. Определяется сегмент директивой DEFSEG только один раз, а открываться директивой SEG может любое число раз в разных местах программы (внутри других сегментов). При трансляции все части сегмента (сегменты, имеющие одно и то же имя) объединяются в непрерывную область данных в после­ довательности их появления в программе.

Наиболее важными и часто используемыми являются два атрибута START и CLASS, за­ дающие начальный адрес сегмента (START = address, где address — число или символическое имя числа) и принадлежность к определенной группе сегментов (CLASS = Code — программ­ ный код, CLASS = Data — данные. CLASS = IOspace — внешние устройства). Пример:

DEFSEG Ivanov, START = 200h, CLASS = Code

(первый байт программного кода будет расположен по адресу 200И).

Имена сегментов Name_seg = Code, Data и IOspace в ассемблере зарезервированы для от­ крытия сегментов директивой SEG с нулевого адреса (постоянных сегментов) без предвари­ тельного их определения директивой DEFSEG. Начальные адреса этих сегментов (0000/г — для памяти и 00/г — для внешних устройств) не могут быть изменены, так как сегменты не опреде­ ляются директивой DEFSEG. Например, директивой SEG IOspace открывается сегмент, пер­ вому порту ввода-вывода которого будет присвоен адрес 00/г. Хотя и используются одинако­ вые имена Code, Data и IOspace для сегментов и классов, ассемблер различает их по контексту.

Компоновщик объединяет сегменты Code и Data в непрерывную область, располагая сег­ мент Data после сегмента Code независимо от их взаимного расположения в тексте исходной программы, причем сегмент Code будет начинаться с адреса 0000/г.

Директива END задает конец программы — все, что написано после директивы END, транслятором игнорируется. Эта директива имеет формат

END [AddrStarl]

(параметр AddrStari может быть меткой или числом, задающим абсолютный адрес — записы­ вается в файл name.hex).

Адрес старта необходим только для генерации исполняемого модуля пате.со т в операци­ онной системе СР/М, причем требуется выполнять условие AddrStari > 100/?. Для микрокон­ троллеров специального назначения, построенных на основе МП 8080/8085, модули name.com не нужны — в них операционная система СР/М не используется, а требуется только генериро­ вать модули name.bin для последующего программирования ROM.

Рис. 1.20. Размещение сегментов в памяти

Задача 1. Для простейшего микроконтроллера, построенного на основе МП 8085Л, с объ­ емом памяти 4 Кбайта (ROM — 2 Кбайта по адресам 0000И ... OlFFh и RAM — 2 Кбайта по ад­ ресам 0800/1... 0FFF/j) произвести ее распределение по сегментам

Sr — для одной команды JMP 100/г, обеспечивающей переход в начало сегмента Main_seg после включения питания (ROM),

S jra p — для подпрограммы обработки запроса немаскируемого прерывания TRAP, вызы­ ваемой по адресу addr = 8 х 4,5 = 36d = 0024h (ROM),

S_rstl5 — для подпрограммы обработки запроса маскируемого прерывания RST 7.5, вы­ зываемой по адресу addr = 8 х 7,5 = 60d = 003Ch (ROM),

Main_seg — для основной программы, начинающейся с адреса 100/г (ROM),

Dl_seg — для оперативных данных, начиная с адреса 0800ft (резервирование 48 байт в RAM),

D2_seg — для таблицы преобразования кодов, начиная с адреса 0720/г (ROM), D3_seg — для таблицы констант, начиная с адреса 0740/7 (ROM),

Stack__seg — для стека размером 32 байта (RAM)

в соответствии с рис. 1.20. Для внешних устройств задать сегмент по имени 10_seg с адреса

30h. Решение:

Вэтой программе имеется восемь сегментов, шесть из которых расположены в ПЗУ, а два

вОЗУ (рис. 1.20). Сегмент данных D2_seg открывается два раза. Символическим именам Tls и