Programmation assembleur

Ce modèle est compatible avec les outils GNU, pour le simulateur avr_sim, le modèle est automatiquement donné lors de la création d'un nouveau projet.

Ici la représentation hexadécimale est préfixée de 0x au lieu du symbole $ qui n'est pas acceptée par tous les logiciels.

Les valeurs des registres sont des numéros de périphériques.

.text, obligatoire, indique le début de la mémoire de programme, l'assembleur utilise ce mot clé pour identifier l'adresse de début de la mémoire de programme.

.data joue le même rôle pour la mémoire RAM des données

Les lignes suivantes qui sont obligatoirement en début de la mémoire de programme, elles sont au nombre de 19 qui représentent les adresses des sous-programmes d'interruption. Si une interruption n'est pas utilisée, elle doit être branchée vers un sous-programme d'interruption qui ne fait rien (instruction reti à la fin du modèle. Seule la première ligne est utilisée pour se brancher vers le début du programme. Cette ligne doit être complétée avec l'étiquette qui correspond à l'adresse de la première instruction du programme.

L'étiquette entrée: représente l'adresse mémoire de début du programme qui se situe après la table des vecteurs d'interruptions.

Le programme est divisé en deux grandes parties :

• La partie initialisation qui inclut l'initialisaion du système et ensuite l'initialisation des paramètres de l'application. Elle est composée de deux sous-parties :
• La partie initialisation système, qui, au minimum, positionne le registre d'état à 0 et qui initialise le pointeur de pile avec l'adresse haute de la RAM de données.
• La partie initialisation de l'application pour, par exemple, initialiser les périphériques utilisés.
• Une boucle infinie qui contient le programme de l'application, elle est obligatoire car un processeur fonctionne en permanence

Enfin le programme se termine par le mot clé .end

Les équivalences .equ permettent de définir les constantes pour le programme cela a deux avantages : en cas de modification, elles le sont dans tout le programme, il n'y a pas d'oubli et elles rendent le code source plus lisible.

Ces équivalences servent à définir des adresses de registres comme par exemple :

• SREG : adresse du registre d'état
• SPL : adtresse basse du pointeur de pile
• SPH : adresse haute du pointeur de pile
• ...

ou encore les valeurs des bits d'un registre

• CFLAG : de valeur 1 qui définit le bit 0
• IFLAG : de valeur 128 qui définit le bit 7

Pour positionner les bits I et C de SREG, il suffit d'écrire la valeur (CFLAG | IFLAG) dans le registre.

L'addition se trouve dans la partie initialisation car ce n'est pas nécessaire d'effectuer la même opération à l'infini. Donc, ici, la boucle infinie ne contient aucun code.

Ce programme n'est pas simplifié, il est écrit pour comprendre le codage assembleur. C'est pour cela que la partie initialisation, écrit les valeurs des entiers en mémoire RAM, nous avons un programme avec des variables initialisées.

Le processeur ne peut additionner que des nombres codées sur 8 bits, l'addtion sur 16 bits est donc décomposée en deux additions de 8 bits successives sans oublier la retenue entre les deux. Cela mobilise donc deux registres par entier et pour le résultat.

La déclaration des variables en mémoire se fait avec le mot clé .word pour des entiers de 16 bits.

Les étapes du programme sont :

1. Initialisation système
   1. Initialisation SREG à 0
   2. Initialisation pointeur de pile avec l'adresse haute de la RAM 0x045F
2. Initialisation des paramètres de l'application
   1. Initialisation de la première variable avec la valeur 0x0497
   2. Initialisation de la deuxième variable avec la valeur 0x2538
3. Calcul de l'addition
   1. Chargement du premier entier dans deux registres
   2. Chargement du deuxième entier dans deux autres registres
   3. Addition des octets de poids faibles : 0x97 et 0x38
   4. Addition des octets de poids fort 0x04 et 0x25 avec la retenue du calcul précédent
   5. Stockage du résultat 0x29CF en mémoire

Les deux entiers sont stockés en RAM. Le résultat est stocké en RAM au format little endian.

Les étapes du programme sont :

1. Initialisation système
   1. Initialisation SREG à 0
   2. Initialisation pointeur de pile avec l'adresse haute de la RAM 0x045F
2. Initialisation des paramètres de l'application
   1. Initialisation de la première variable avec la valeur 57=0x39
   2. Initialisation de la deuxième variable avec la valeur 125=0x7D
3. Calcul de la multiplication
   1. Chargement du premier entier dans 1 registre
   2. Chargement du deuxième entier dans 1 autre registre
   3. Multiplication des entiers : 57×125
   4. Stockage du résultat 7125=0x1BD5 en mémoire au format little endian : 0xD5 et 0x1B.

1. Initialisation système
   1. Initialisation SREG à 0
   2. Initialisation pointeur de pile avec l'adresse haute de la RAM 0x045F
2. Initialisation des paramètres de l'application
   1. Initialisation de la première variable avec la valeur 0x39
   2. Initialisation de la deuxième variable avec la valeur 0x7D
3. Calcul de l'addition
   1. Chargement du premier entier dans deux registres
   2. Multiplication des octets : 0x39 × 0x7D
   3. Stockage du résultat 0xD5 en mémoire
   4. Stockage du résultat 0x1B en mémoire

Si on traduit ces entiers non signés en base 10 on obtient : 0x39=57 et0x7D=125 qui donne le résultat 0x1BD5=7125. Le résultat est correct.

Les deux entiers sont stockés en RAM. Le résultat est stocké en RAM au format little endian.

Les étapes du programme sont :

1. Initialisation système
   1. Initialisation SREG à 0
   2. Initialisation pointeur de pile avec l'adresse haute de la RAM 0x045F
2. Initialisation des paramètres de l'application
   1. Initialisation de la première variable avec la valeur -45=0xD3
   2. Initialisation de la deuxième variable avec la valeur -24=0xE8
3. Calcul de la multiplication
   1. Chargement du premier entier dans 1 registre
   2. Chargement du deuxième entier dans 1 autre registre
   3. Multiplication des entiers : -45 × -24
   4. Stockage du résultat 1080=0x0438 en mémoire au format little endian : 0x38 et 0x04.

1. Initialisation système
   1. Initialisation SREG à 0
   2. Initialisation pointeur de pile avec l'adresse haute de la RAM 0x045F
2. Initialisation des paramètres de l'application
   1. Initialisation de la première variable avec la valeur 0xD3
   2. Initialisation de la deuxième variable avec la valeur 0xE8
3. Calcul de l'addition
   1. Chargement du premier entier dans deux registres
   2. Multiplication des octets de poids : 0xD3 × 0xE8
   3. Stockage du résultat 0x38 en mémoire
   4. Stockage du résultat 0x04 en mémoire

Si on traduit ces entiers signés en base 10 on obtient : 0xD3=-45 et 0xE8=-24 qui donne le résultat 0x0438=1080. Le résultat est correct.

Le programme pricncipal reste le même, on s'intéresse au sous-programme de calcul de puissance.

Pour échanger les valeurs avec le sous-programme, on utilise les registres R20 (a) ,R21 (n) et R22 (z). Mais le programme a besoin de registres pour effectuer les calculs intermédiaires, que l'on précise en citant les registres modifiés qui sont R17,R0 et R1. R1 est précisé mais non utilisé car il est implicitement utilisé par l'instruction mul mais non utilisé car on fait un calcul sur des entiers non signés codés sur 8 bits.

Dans le sous-programme, on affecte les variables aux registres comme i dans R17.

• z=1 se traduit par R22 ← 1
• i=1 se traduit par R17 ← 1
• a=z*a ne peut pas être réalisé en une seule instruction, on calcule le produit p ← z×a qui se traduit par mul R22,R20, puis on transfert le résultat z ← p qui se traduit par mov R22,R0
• i=i+1 se traduit pas inc R17
• on reste dans la boucle si i ≤ n se traduit également par deux instructions cp R21,R17 qui compare i et n et le branchement si n ≥ i
• Lorsque la condition n'est plus respectée, on passe à l'instruction rte qui retourne au programme pincipal à l'adresse de l'instruction qui suit l'appel au sous-programme rcall

Ce programme est un exemple d'utilisation de sous-programme, qui est la traduction de l'algorithme de la puissance et, qui permet d'illustrer le fonctionnement d'un sous-programmme.

On ne représente que le sous programme modifié

On a simplement insérer la sauvegarde et la restitution des registres utilisés afin de ne pas interférer avec l'utilisation de ces registres dans le programme principal. Cette sauvegarde intervient en début de sous-programme et la restauration en fin de sous-programme juste avant l'instruction ret.

Il faut noter que l'ordre de restauration est inversé par rapport à l'ordre de sauvegarde. Cela vient de la structure de mémoire utilisée qui est la pile. En effet on empile (push) les données un peu comme on ferait avec une pile d'assiettes. Ce qui fait que lors de la restauration (dépilage) on accède en premier à la dernière donnée sauvegardée, comme on retirerait la dernière assiette empilée.

Cette structure de mémoire, nommée pile (stack en anglais), est bien connue sous le nom de "dernier entré, premier sorti" (LIFO pour Last In First Out en Anglais)

Le port B comme les autres est bidirectionnel, le choix de la direction de chaque broche du port est programmable par l'intermédiaire d'un registre de direction nommé DDRB. Les broches du port B sont accessibles par l'intermédiaire du registre PORTB. Ces registres se situent dans l'espace des entrées sorties :

• DDRB à l'adresse 0x17, un 1 dans un bit de ce registre programme la broche correspondante à ce bit en sortie, un 0 en entrée
• PORTB à l'adresse 0x18 :
  • En entrée, lorsqu'une broche de ce port est au +Vcc, cela donne 1 dans le bit correspondantdu registre
  • En sortie, l'écriture d'un 1 dans un bit de ce registre fait que la sortie est connectée au +Vcc

Dans le programme, on écrit 1 dans DDRB ce qui définit la broche PB0 en sortie et les autres broches en entrée.

La Led est connectée entre la broche PB0 et la masse, un 1 dans le registre PORTB allume la LED, un 0 dans le registre éteint la LED

Pour faire clignoter la LED, il faut écrire alternativement 0 puis 1 dans le PORTB. Cela se fait par l'intermédiaire du registre R18. Le basculement du bit se fait avec un OU exclusif. A chaque opération OU exclusif le bit change d'état et, en écrivant ce registre dans PORTB, on fait donc clignoter la LED.

La demi-période est définie par le sous-programme delai. Ce sous-programme est une boucle qui décrémente le contenu d'un registre, le temps total de cette boucle dépend de la valeur de départ. Pour déterminer la demi-période, il faut prendre en compte le temps du sous-programme plus le temps des instructions du programme principal.

On utilise la port D car les bits 6 et 7 du port B ne sont pas utilisables. On initialise donc le port D en sortie, et à 0x00. Pour la rotation à gauche on utilise l'instruction rol sans oublier que la retenue C est incluse dans la rotation.

C'est pour cela que l'on initialise la retenue à 1 et le port D à 0x00.

La boucle infinie commence par la rotation, ce qui a pour effet de mettre 1 dans le registre et donc dans le port D et de positionner la retenue C à 0. Cela a pour résultat d'allumer la led 0.

Ensuite on teste la retenue, car lorsque le bit 7 sera transféré dans la retenue, le registre vaudra 0x00, la retenue 1. On ne doit pas écrire cette valeur dans le port D, car cela éteindrait toutes les LEDs. Pour que l'effet de rotation soit complet, on doit passer à 1 avant de transférer la valeur du registre dans le port D en ajoutant une nouvelle rotation. C'est le rôle des instructions brcc et rol.

Comme pour le clignotement, le délai est très court pour pouvoir observer les signaux en simulation.

Le timer est configurable avec les registres TCCR1A

et TCCR1B

Pour obtenir le mode fast PWM, il faut COM1A1 et COM1A0 à 1, WGM10 à 1 et WGM12 à 1, les autres bits étant laissés à 0.

Ce qui donne les valeurs d'initialisation sous la forme de OU entre les constantes prédéfinies :

• CONTROLA = COM1A1 | COM1A0 | WGM10
• CONTROLB = WGM12

Les registres OCR1AH et OCR1AL sont chargés avec la valeur de la commutation qui permet de déterminer le rapport cyclique du signal. Le compteur étant utilisé sur 8 bits, seul OCR1AL est chargé avec la valeur 60 qui permet de définir le rapport cyclique de (256-60)/256 ≈ 0,76.

Il faut également initialiser le bit 1 du port B en sortie pour que le signal soit disponible sur la broche PB1.

On termine par l'activation du timer en positionnant le bit CS10 du registre TCCR1B à 1 en conservant les valeurs des autres bits.

Le timer est configurable avec les registres TCCR1A

TCCR1B

TIMSK

et TIFR

Pour obtenir le mode de fonctionnement en fréquence nommé CTC (Compare Match Mode), il faut que le bit WGM12 soit à 1, les autres bits étant laissés à 0.

Ce qui donne les valeurs d'initialisation sous la forme de OU entre les constantes prédéfinies :

• CONTROLA = 0
• CONTROLB = WGM12

Les registres OCR1AH et OCR1AL sont chargés avec la valeur de la commutation qui permet de déterminer la demi-période du signal, On choisit une valeur faible pour la simulation en veillant a ce que cette valeur fasse que la demi-période reste supérieure au temps d'éxécution du programme d'interruption.

Il ne faut pas oublier l'initialisation du port D en sortie pour le chenillard.

Il faut ajouter la gestion des interruptions par le timer et le processeur :

• Charger l'adresse du début du programme d'interrution dans la table des vecteurs d'interruptions, cela correspond au vecteur numéro 6, en faisant suivre l'instruction rjmp avec l'étiquette timcp1a qui correspond au début du programme d'interruption
• Activer l'interruption dans le timer en positionnant le bit OCIE1A dabs le registre TIMSK
• Activer le bit IFLAG du regsitre d'état SREG en plus de la retenue utilisée par le chenillard

On termine par l'activation du timer en positionnant le bit CS10 du registre TCCR1B à 1 en conservant les valeurs des autres bits.