AVR. Учебный курс. Подпрограммы и прерывания

Автор DI HALT
Опубликовано 09 Авг 2008 (Править)
Рубрики: AVR. Учебный курс
Метки: Assembler, AVR, Программирование

При написании первой программы я в технических отступлениях ругался такими страшными словами как стек, прерывания и подпрограммы, чем внес немало мути в ваши головы. Пора бы эту муть осадить и придать всему структурированный вид.

Чтобы понятно было сразу и на века приведу отвлеченный пример.
Представь ты просыпаешься утром и идешь умываться и чистить зубы. Сам процесс умывания и чистки зубов отработан уже до автоматизма и ничем не отличается от вечерней процедуры. Да и если тебе захочется вдруг взять умыться среди дня или почистить зубы просто так, то все ты повторишь в точно такой же последовательности. Мелкие вариации, конечно не в счет. Совершенно очевидно, что в твоих мозгах зашиты две подпрограммы: “Чистка зубов” и “Умывание“.
Также и в коде, когда у тебя какая то последовательность действий часто повторяется, то ее рациональней вынести в подпрограмму. Они же процедуры, функциями называть их можно, но это не совсем корректно. В функцию можно передавать параметры, для передачи же параметров в подпрограмму в ассемблере механизмов нет, их приходится изобретать самостоятельно. Например я передаю через регистры, заранее загрузив туда нужные значения перед вызовом процедуры.

Возвращаясь к нашей аналогии, если бы тебе надо было почистить зубы гуталином, то в случае с функцией ты бы взял
тюбик гуталина в руку (передаваемый параметр) и поперся к раковине. В случае ассемблерной процедуры, тебе бы пришлось вначале подсунуть гуталин вместо зубной пасты. А потом почистить зубы по обычному алгоритму “взяв тюбик возле раковины”. После зачистки зубов ты бы вернулся к тому месту откуда начал - если бы это было вечером, то ты бы лег спать, а если утром, то ушел на работу или учебу.

Прерывания
Они похожи на процедуры, но работают по несколько иному принципу и имеют принципиально иное назначение.

Опять условный пример.
Ты сидишь втыкаешь в монитор, читаешь эту статью, тут звонок в дверь — аппаратное прерывание от устройства дверь. Если ты не нычишься от военкомата или соседки которую ты вчера затопил, и у тебя разрешены прерывания от устройства “дверь” то ты оторвешь задницу от стула и пойдешь в прихожую — вектор прерывания, от аппаратного устройства дверь. Прийдя в прихожую, то есть на вектор прерывания, происходит переход к обработчику прерывания, то есть мы уже врубаем, какой либо заранее записанный алгоритм, определяющий что сделать: открыть дверь, обматерить тех кто за дверью, открыть и обматерить, вызвать милицию, вызвать дурку. Да что угодно.

Приоритеты прерываний.
Представь ты ломанулся открывать дверь, а тебе пришло второе аппаратное прерывание - захотелось крупно погадить. С одной стороны важно и то и другое. С другой стороны в туалет можно и потерпеть, а вот гость то может и свалить. Так что заранее выстраиваются приоритеты прерываний и вначале принимаем гостя, а потом идем гадить. С другой стороны можно принять гостя, а потом днище как сорвет и случится большой конфуз. Так что надо очень тщательно подходить к процессу выбора приоритетов.

Главное помнить то, что отложенное прерывание никуда не девается, и как только процессор освободится, то пойдет выполнять его. Но его можно отменить вручную, скинув флаговый бит отвечающий за вызов прерывания.

Прерывания можно запрещать как по одному, от каждого устройства, так и глобально все махом. К этому тоже следует относится осторожно, например во время секса вполне разумно игнорировать стуки по батарее, телефонные звонки и долбежку в дверь, а вот взрыв газа на кухне игнорировать уже не стоит, по понятным причинам.

Возврат.
После обработки прерывания, когда все гости выслушаны и разогнаны, сортир смыт и проветрен, взрыв газа локализован и пожар потушен, а стучащие по батарее соседи получили в дыню, осуществляется возврат к прерванной программе, в нашем примере ты бы вернулся к компу читать статью дальше, как ни в чем ни бывало.

Установка флагов.
Это относится не столько к функционированию ядра контроллера, сколько к методикам ассемблерного программирования.
Вот вернулся ты к своему компу, а у тебя по плану было написание поста в блог. Изначально ты хотел выдать порожняк, вроде “ааа скучно мне, дайте чо нибудь посмотреть, или расскажите анекдот”, но вот хрен там! У тебя же недалече как пять минут назад наплыв беженцев в дверь, стуки по батарее и взрыв газа на кухне, ты, как истинный блоггер, в тех же обработчиках прерываний написал себе “Ы! Об этом надо написать в блог!” и теперь, увидев эти пометки начал яростно строчить тексты, красочно описывая случившиеся события.

Для этих целей в AVR есть удобный флаг Т в регистре SREG. Он ни за что не отвечает и сделан для пользовательских целей, т.е. для свободного использования.

Техническое отступление, при желании можно его пропустить

Регистр SREG это статусный регистр. В нем записаны результаты всех вообще математических операций в условном виде. Вроде как Результат был/не был равен нулю, результат был меньше/больше, был перенос и т.д. Вообще о таких вещах рассказывают в первую очередь, но я предпочел изменить порядок следования. Разумеется я вернусь к этому вопросу в следующей главе, где я подробно расскажу о условных переходах.

А теперь фактический материал.
Беллетристика закончилась, принцип понятен, расскажу как все это реализовано.

Программа записана в памяти и каждой команде соответствует свой адрес. А также в каждом без исключения процессоре, в том числе и в AVR, есть счетчик команд который содержит адрес следующей выполняемой команды. При выполнении каждой команды происходит увеличение счетчика на один или на два, в зависимости от того сколько байт занимала команда. Если в этот счетчик принудительно записать адрес какого либо операнда, то на следующем такте процессор перейдет выполнять код начиная с записанного адреса. В AVR из программы до счетчика никак не добраться, но это не важно, для работы с этим счетчиком есть другие средства - команды перехода и вызова.

Например команда JMP addres записывает свой операнд в программный счетчик, осуществляя переход на нужный адрес. RJMP offset это относительный переход, делает то же самое, что и JMP address, только она прибавляет к счетчику команд число, обеспечивая переход на столько то команд вперед или назад, относительно текущей. Это позволяет сократить размер команды с четырех у JMP addres до двух байт. Но максимальное смещение в команде RJMP может быть не больше чем 2048 команд. Так что если вдруг компилятор ругается, что не может сослаться, то меняйте RJMP на JMP. Есть еще команда IJMP которая работает еще хитрей - она запихивает в программный счетчик адрес, содержащийся в регистровой паре Z (R30:R31).

Стек
Также почти в любом процессоре есть особая область памяти - Стек. Размещается она, как правило, в ОЗУ в самом конце. Работает по принципу пачки тарелок. То есть какую тарелку положили последней, ту и взяли первой.
Самая первая ячейка памяти стековой памяти имеет адрес конца оперативки. Для меги 8 это будет адрес 045Fh (кстати, есть стандартное макроопределение RAMEND, указывающая конец памяти для каждого контроллера) с каждым новым значением положенным в стек адрес уменьшается на один. Таким образом, стек разрастается навстречу данным, лежащим в ОЗУ в начальных адресах памяти. Что будет когда стек вырастет до такой степени, что захавает данные оперативки? А капец будет! УПЯЧКА ПЫЩЬ ПЫЩЬ! Произойдет срыв стека, контроллер пойдет в разнос и начнет выполнять невесть что.

Также есть регистровая пара SP (Stack Pointer) — указатель стека, в котором указан адрес вершины стека. Когда в стек что либо кладется, то SP уменьшается, а когда достается, то увеличивается.
Для того, чтобы положить что либо в стек есть команда PUSH, чтобы достать - команда POP.



	PUSH R14 ; Положить в стек R14

	PUSH R16 ; Положить в стек R16

	. . .

	POP R16 ; Достать из стека R16

	POP R14 ; Достать из стека R14

!!!ВНИМАНИЕ!!!
Доставать данные из стека нужно в обратном порядке!!! И сколько вы туда положили, столько же оттуда надо и достать! Зарубите себе это на носу, если ошибетесь то огребёте такие баги и глюки, что хрен найдете концы потом.
!!!ВНИМАНИЕ!!!

Вернемся к нашим баранам, т.е. к прерываниям и процедурам.
При вызове процедуры текущее значение счетчика команд, т.е. адрес того места в программе где мы находимся, пихается в стек. А в счетчик команд загружается адрес вызываемой процедуры и процессор улетает выполнять другой кусок кода.

В конце каждой процедуры должна стоять функция выхода из процедуры RET. Она возвращает все взад, а именно — достает из стека адрес первоначального положения в программе и пихает его в счетчик команд. После чего программа продолжает выполнять код как ни в чем ни бывало.

Процедуры вызываются командами CALL addres, RCALL offset , ICALL.
Разница между ними такая же как и с JMP‘ами. CALL - адресует все, но занимает 4 байта, RCALL может дотянуться только в пределах 2048 команд, зато короче, а ICALL вызывает процедуру адрес которой лежит в регистровой паре Z.

Возврат из процедуры осуществляется командой RET

Прерывание ведет себя похоже, но несколько иначе. При возникновении прерывания текущий адрес аппаратно суется в стек, а в программный счетчик запихивается адрес вектора прерываний. У каждого прерывания есть свой фиксированный адрес-вектор куда будет отправлен процессор при возникновении прерывания. Все эти вектора собраны в кучу в самом начале памяти программ и составляют таблицу векторов прерываний.
Вектора указывают на ячейки друг за другом. Так как у нас в одну ячейку можно сунуть только одну команду, а обработчик прерывания обычно занимает куда больше места, то выбора у нас особого нет - в эту ячейку мы пишем RJMP и упрыгиваем туда, где просторней и можно писать много, долго и счастливо. Если какое то прерывание нам не требуется, то от греха подальше лучше его заглушить командой RETI.

После обработки прерывания возврат к основной программе осуществляется командой RETI

Приоритеты прерываний в контроллере AVR.
Таблица приоритетов прерываний в контроллере AVR… отсутсвует!!! ТАДАМ! А как там быть? Куда бежать, открывать дверь или гадить в сортир? Поскольку тут прерывание имеет каждая шняжка, а шняжек этих в AVR столько, что всех пальцев на руках и ногах не хватит пересчитать, да еще в зависимости от того какой контроллер они все разные. В общем создатели мудро решили, что ну их нахрен эти приоритеты и при вызове какого либо прерывания оно тупо запрещает все остальные. Короче, кто раньше встал того и тапки. Тупо и однобоко? Вовсе нет! Если обработчик считает что он лох и есть обработчики и покруче его, то он разрешает прерывания внутри себя сам. Командой SEI (установить бит глобального разрешения прерываний) вначале обработчика. Вот так просто. Но что делать если пока один обработчик ходил в тапках, т.е. исполнялся, проснулась еще парочка прерываний? Кому отдать управление следующему? А тому у кого адрес в таблице векторов младше! И так по порядку.

Защита регистров
Не заметили западла в описании прерываний и процедур? А оно есть! Смотрите, у нас в стеке сохраняется ТОЛЬКО адрес, а ведь есть еще и SREG, хранящий условия, и куча регистров, которые тоже используются. И вот представь загрузил ты в R16 число и думаешь, ааа как я его сейчас проинкрементирую!!! А тут, обана! Прерывание! И там, в обработчике, этот несчастный регистр возможно отымеют по полной программе в хвост и в гриву, он начисто потеряет свое прежнее значение, а значит по выходу из прерывания нас будет ждать очередная Упячка. Как спастись? Да элементарно! При входе в прерывание все регистры которые используются в обработчике прерываний пихаются в стек, а перед выходом из прерываний достаются в обратном порядке. То же можно юзать и в процедурах, но уже не так фанатично, т.к. процедуры вызваются в конкретном месте и мы точно знаем какие регистры стоит спасать, а какие нет.

В коде выглядит это так:

; Допустим, у нас в обработчике используются регистры R16 и R17 Interrupt: PUSH R16 ; Сохраняем R16 IN R16,SREG ; Выковыриваем статусный регистр PUSH R16 ; Сохраняем статусный регистр в стек PUSH R17 ; Нычим регистр R17 ; Все, критические данные сохранены. Можно писать обработчик ; _______________________________________________ ; Вот тут располагается код обработчика прерываний ; _______________________________________________ POP R17 ; Достаем из стека R17 POP R16 ; Достаем из стека SREG OUT SREG,R16 ; Возвращем его на место POP R16 ; Достаем R16

RETI ; Выходим из прерывания

Продолжение следует…
Данная часть посвящена Лохову С.П. - нашему преподавателю ассемблера. У которого на лекциях от ржача валялись все, но лишь те кто до этого знал ассемблер понимал о чем он говорит вообще! К нему на пары ходили исключительно поржать.

Начал изучать прерывания опять же на С. И вот какое дело, обработчик прерываний у меня срабатывает когда на линии PB5 меняется уровень, в обработчеке у меня простой код если PB5 = 0 и PB6= 0 то пишу ноль, исли PB6=1 пишу еденицу. Так вот за 100 ms
у меня проходит 100 едениц и нулей. Суть в чем если я просто посылаю по UART, то принимаю все биты. Но стоит мне записать биты в массив, а потом перевести их в число, как на выходе я получаю какую то биллиберду. Я вот думаю успевает ли выполнится обработчик прерывания, до возникновения другого прерывания? Или может я что не так делаю???

AVR. Учебный курс. Подпрограммы и прерывания

Комментарии

Поиск

Рубрики

Недавно

Самые комментируемые

Облако меток