АССЕМБЛЕР AVR-МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
Особенности ассемблера
Здесь представлена основная информация по ассемблеру всей серии AVR, т.к. все микроконтроллеры этой серии программно совместимы.
Ассемблер – это инструмент, с помощью которого создаётся программа для микроконтроллера. Ассемблер транслирует ассемблируемый исходный код программы в объектный код, который может быть непосредственно введен в программную память микроконтроллера, а также использоваться в симуляторах или эмуляторах AVR.
При работе с ассемблером нет никакой необходимости в непосредственном соединении с микроконтроллером.
Исходный файл, с которым работает ассемблер, должен содержать мнемоники, директивы и метки.
Перед каждой строкой программы можно ставить метку, которая является алфавитно-цифровой строкой, заканчивающейся двоеточием. Метки используются как указания для безусловного перехода и команд условного перехода.
Строка программы может быть в одной из четырёх форм:
[Метка:] директива [операнды] [Комментарий]
[Метка:] команда [операнды] [Комментарий]
Комментарий
Пустая строка
Комментарий имеет следующую форму:
; [Текст]
Таким образом любой текст после символа «;» игнорируется ассемблером и имеет значение только для пользователя.
Операнды можно задавать в различных форматах:
– десятичный (по умолчанию): 10,255
– шестнадцатеричный (два способа): 0x0а, $0а
– двоичный: 0b00001010, 0b11111111
– восьмеричный (впереди ноль): 010, 077
Директивы ассемблера
Ассемблер поддерживает множество директив. Директивы не транслируются непосредственно в коды операции. Напротив, они используются, чтобы корректировать местоположение программы в памяти, определять макрокоманды, инициализировать память и так далее. То есть это указания самому ассемблеру, а не команды микроконтроллера.
Директивы соответствуют второй версии компилятора ассемблера avrasm2.exe компании «Atmel».
Директивы ассемблера приведены в таблице 8.
Синтаксис всех директив следующий:
.[директива]
То есть перед директивой должна стоять точка. Иначе ассемблер воспринимает это как метку.
Таблица 8. Директивы ассемблера
| Директива | Описание |
| BYTE | Зарезервировать байт под переменную |
| CSEG | Сегмент кодов |
| DB | Задать постоянным(и) байт(ы) в памяти |
| DEF | Задать символическое имя регистру |
| DEVICE | Задать для какого типа микроконтроллера компилировать |
| DSEG | Сегмент данных |
| DW | Задать постоянное(ые) слово(а) в памяти |
| EQU | Установить символ равный выражению |
| ESEG | Сегмент EEPROM |
| EXIT | Выход из файла |
| INCLUDE | Включить исходный код из другого файла |
| LIST | Включить генерацию.lst - файла |
| NO.LIST | Выключить генерацию.lst - файла |
| ORG | Начальный адрес программы |
| SET | Установить символ, равный выражению |
Дадим несколько пояснений наиболее важным директивам ассемблера.
Директива CSEG указывает на начало сегмента кодов. Ассемблируемый файл может иметь несколько кодовых сегментов, которые будут объединены в один при ассемблировании. Синтаксис:
.CSEG
Пример:
.DSEG; Начало сегмента данных
vartab:.BYTE 4; Резервируется 4 байта в ОЗУ
.CSEG; Начало сегмента кодов
const:.DW 2; Записать 0x0002 в программной памяти
mov r1,r0; Что-то делать
Директива DSEG указывает на начало сегмента данных. Ассемблируемый файл может содержать несколько сегментов данных, которые потом будут собраны в один при ассемблировании. Обычно сегмент данных состоит лишь из директив BYTE и меток. Синтаксис:
.DSEG
Пример:
.DSEG; Начало сегмента данных
varl:.BYTE 1; Резервировать 1 байт под переменную varl
table:.BYTE tab_size; Резервировать tab_size байтов.
.CSEG
ldi r30,low(var1)
ldi r31,high(var1)
ld r1,Z
Директива ESEG указывает на начало сегмента EEPROM памяти.
Ассемблируемый файл может содержать несколько EEPROM сегментов, которые будут собраны в один сегмент при ассемблировании. Обычно сегмент EEPROM состоит из DB и DW директив (и меток). Сегмент EEPROM памяти имеет свой собственный счетчик. Директива ORG может использоваться для размещения переменных в нужной области EEPROM. В данной версии комплекса программирование EEPROM может осуществляться только непосредственно из программы учащегося. Прямое программирование в процессе прошивки не предусмотрено.
Синтаксис:
.ESEG
Пример:
.DSEG; Начало сегмента данных
varl:.BYTE 1; Резервировать 1 байт под переменную varl
table:.BYTE tab_size; Зарезервировать tab_size байт
.ESEG
eevarl:.DW 0xffff; Записать 1 слово в EEPROM
Директива ORG присваивает значения локальным счетчикам. Используется только совместно с директивами.CSEG,.DSEG,.ESEG.
Синтаксис:
.ORG адрес
Пример:
.DSEG; Начало сегмента данных
.ORG 0x37; Установить адрес ОЗУ на 37h
variable:.BYTE 1; Зарезервировать байт СОЗУ по адресу 37h
.CSEG
.ORG 0x10; Установить счетчик команд на адрес 10h
mov r0,rl; Чего-нибудь делать
Директива DB резервирует ресурсы памяти (байты) в программной памяти или в EEPROM. Директиве должна предшествовать метка. DB задает список выражений и должна содержать по крайней мере одно выражение. Размещать директиву следует в сегменте кодов или в EEPROM сегменте.
Список выражений представляет собой последовательность выражений, разделенных запятыми. Каждое выражение должно быть величиной между
–128 и 255.
Если директива указывается в сегменте кодов и список выражений содержит более двух величин, то выражения будут записаны так, что 2 байта будут размещаться в каждом слове Flash-памяти.
Синтаксис:
LABEL:.DB список выражений
Пример:
.CSEG
сonsts:.DB 0, 255, 0b01010101, -128, 0хаа
.ESEG
const2:.DB 1,2,3
Директива DW резервирует ресурсы памяти (слова) в программной памяти или в EEPROM. Директиве должна предшествовать метка. DW задает список выражений и должна содержать по крайней мере одно выражение. Размещать директиву следует в сегменте кодов или в EEPROM сегменте.
Список выражений представляет собой последовательность выражений, разделенных запятыми. Каждое выражение должно быть величиной между
–32768 и 65535.
Синтаксис:
LABEL:.DW список выражений
Пример:
.CSEG
varlist:.DW 0, 0xffff, 0b1001110001010101, -32768, 65535
.ESEG
eevarlst:.DW 0, 0xffff, 10
Директива DEF позволяет присвоить символическое имя регистру. Регистр может иметь несколько символических имен.
Синтаксис:
.DEF Имя = Регистр
Пример:
. DEF temp=R16.DEF ior=R0
.CSEG
ldi temp,0xf0; Загрузить 0xf0 в регистр temp
in ior,0x3f; Прочитать SREG в регистр ior
eor temp, ior
Директива EQU присваивает значение метке. Эта метка может быть использована в других выражениях. Значение этой метки нельзя изменить или переопределить.
Синтаксис:
.EQU метка = выражение
Пример:
.EQU io_offset = 0x23
.EQU porta = io_offset + 2
.CSEG; Начало сегмента кодов
clr r2; Очистить регистр r2
out porta,r2; Записать в порт А
Директива INCLUDE предлагает Ассемблеру начать читать из другого файла. Ассемблер будет ассемблировать этот файл до конца файла или до директивы EXIT. Включаемый файл может сам включать директивы INCLUDE.
Синтаксис:
.INCLUDE "имя файла"
Пример:
; iodefs.asm:
.EQU sreg = 0x3f; Регистр статуса
.EQU sphigh = 0хЗе; Старший байт указателя стека.
.EQU splow = 0x3d;; Младший байт указателя стека.
; incdemo.asm
.INCLUDE iodefs.asm; Включить файл «iodefs.asm»
in r0,sreg; Прочитать регистр статуса
EXIT – выйти из файла.
Директива EXIT позволяет ассемблеру остановить ассемблирование текущего файла. Обычно ассемблер работает до конца файла. Если он встретит директиву EXIT, то продолжит ассемблировать со строки, следующей за директивой INCLUDE.
Синтаксис:
.EXIT
Пример:
.EXIT; выйти из этого файла
DEVICE – указать, для какого микроконтроллера ассемблировать.
Директива позволяет пользователю сообщить ассемблеру, для какого типа устройства пишется программа. Если ассемблер встретит команду, которая не поддерживается указанным типом микроконтроллера, то будет выдано сообщение. Также сообщение появится в случае, если размер программы превысит объем имеющейся в этом устройстве памяти.
Синтаксис:
.DEVICE AT90S1200 |AT90S2313 | AT90S2323 | AT90S2333 | AT90S2343 | AT90S4414 | AT90S4433 | AT90S4434 | AT90S8515 | AT90S8534 | AT90S8535 | ATtinyl1 | ATtinyl2 | ATtiny22 |
ATmega64 | ATmega128| Atmega8535
Пример:
.DEVICE АТmega8535; использовать АТmega8535
.CSEG
.ORG 0000
jmp label1; При ассемблировании появится сообщение, что
; ATmega8535 не поддерживает команду jmp в
; таблице векторов прерываний
Структура ассемблерной программы
Программа, написанная на ассемблере, должна иметь определенную структуру.
Предлагается следующий шаблон (для ATmega8535)
;****************************************************
; название программы,
; краткое описание, необходимые пояснения
;****************************************************
; *********** подключаемые дополнительные файлы
.include "m8535def.inc"; файл описания ATmega8535
.include «имя_файла1.расширение»; включение дополнительных
.include «имя_файла2.расширение»; файлов
;****** глобальные константы
equ имя1 = хххх;
equ имя2 = nnnn
;****** глобальные регистровые переменные
def имя1 = регистр
def имя2 = регистр
;******* сегмент данных
.dseg
.org ххх; адрес первого зарезервированного байта
label1:.BYTE 1; резервировать 1 байт под переменную label1
label2:.BYTE m; резервировать m байт под переменную label2
.****** сегмент ЕЕPROM (ЭСППЗУ)
.eseg
.org ххх; адрес первого зарезервированного байта
.db выражение1,выражение2,..;записать список байтов в EEPROM
.dw выражение1,выражение2,...;записать список слов в EEPROM
;****** сегмент кодов
.cseg
.org $000; адрес начала программы в программной памяти
.****** вектора прерываний (если они используются)
rjmp reset; прерывание по сбросу
.org $001
rjmp INT0; обработчик внешнего прерывания 0
.org $002
rjmp INT1; обработчик внешнего прерывания 1
.org adrINTx; адрес следующего обработчика прерываний
rjmp INTx; обработчик прерывания х
......; далее по порядку располагать обработчики остальных
; прерываний
;******* начало основной программы
main: <команда> хххх
.........
;******* подпрограммы
;******** подпрограмма 1
subr1: <команда> хххх
.........
ret
;******* подпрограмма 2
subr2: <команда> хххх
.........
ret
;******* программы обработчиков прерываний
INT0: <команда> хххх
.........
reti
INT1: <команда> хххх
.........
reti
INTx: <команда> хххх
.........
reti
; конец программы никак не обозначается.
В комплексе предусмотрена работа с однофайловыми программами для учебных целей, поэтому подключение внешних файлов, кроме.include "m8535def.inc", смысл имеет только для внешних сред программирования типа AVRStudio.
При использовании подпрограмм нужно обязательно определять стек. Для этого в начале основной программы нужно занести значения адреса вершины стека в регистры SPH и SPL.
Примеры программ
Ниже приводятся 3 программы для решения одной и той же простейшей задачи, демонстрирующие использование директив ассемблера.
Рис. 8. Алгоритм программы № 1
Задача следующая: вычесть из числа 5 число 3. Если включен тумблер на входе РА2, то на индикацию выдать результат вычитания. Если тумблер отключен – на индикацию вывести цифру ноль.
При работе с портами ввода/вывода следует учитывать, что направление передачи данных через отдельные выводы задается с помощью регистров DDR (DDRA, DDRB, DDRC, DDRD). Если вывод порта сконфигурирован как выход, то его переключение производится через регистр PORT (PORTA, PORTB, PORTC, PORTD), если вывод сконфигурирован как вход, то его опрос следует производить через регистр входных данных PIN (PINA, PINB, PINC, PIND).
Алгоритм программы (рис. 8) соответствует программе № 1, использующей директиву equ ассемблера.
;Программа №1.Использование директивы equ
.include "m8535def.inc";включить файл-описание ATmega8535
.dseg;сегмент данных
.equ cod0=$64;присвоение имен ячейкам ОЗУ
.equ cod1=$65
.equ cod2=$66
.equ cod3=$67
.equ cod4=$68
.equ cod5=$69
.equ cod6=$6a
.equ cod7=$6b
.equ cod8=$6c
.equ cod9=$6d
.cseg;сегмент кодов
.org 0;адрес начала программной памяти
rjmp reset;вектор сброса
.org $30;начало программы
reset: ldi r16,$00;определение стека с вершиной по адресу $00ff
out sph,r16
ldi r16,$ff
out spl,r16
ldi zl,$64;задание адреса начала зарезервированных ячеек
ldi zh,$00
ldi r16,$ff;настроить порт С на выход
out ddrc,r16
ldi r16,00;настроить порт А на вход
out ddra,r16
ldi r16,$ff;настроить порт В на выход
out ddrb,r16
ldi r16,$f0;настроить порт D: биты 0…3 на вход,
out ddrd,r16;остальные на выход
sbi portd,7;выдать 1 на разряд 7 порта D
ldi r17,$3f;задание семисегментных кодов
sts cod0,r17
ldi r17,$06
sts cod1,r17
ldi r17,$5b
sts cod2,r17
ldi r17,$4f
sts cod3,r17
ldi r17,$66
sts cod4,r17
ldi r17,$6d
sts cod5,r17
ldi r17,$7d
sts cod6,r17
ldi r17,$07
sts cod7,r17
ldi r17,$7f
sts cod8,r17
ldi r17,$6f
sts cod9,r17
ldi r17,5;задание уменьшаемого
ldi r18,3;задание вычитаемого
m1: sbis pina,2;если включен тумблер, то пропустить
rjmp m2;следующую команду
mov r20,r17;в r20 поместить уменьшаемое
sub r20,r18;вычесть вычитаемое
rjmp vv
m2: ldi r20,0
vv: push zl;сохранить zl в стеке
add zl,r20;сложить zl с результатом
ld r0,z;семисегментный код результата переслать в r0
pop zl;извлечь z1 из стека
out portc,r0;выдать результат на индикацию
rjmp m1
Программа № 2 отличается от программы № 1 резервированием по одному байту оперативной памяти под семисегментные коды цифр от 0 до 9.
;Программа №2. Использование оперативной памяти под переменные
.include "m8535def.inc";подключение описания ATmega8535
.dseg;сегмент данных
.org $64;адрес первого зарезервированного байта
cod0:.byte 1;резервирование по одному байту
cod1:.byte 1;под переменные
cod2:.byte 1
cod3:.byte 1
cod4:.byte 1
cod5:.byte 1
cod6:.byte 1
cod7:.byte 1
cod8:.byte 1
cod9:.byte 1
.cseg;сегмент кодов
.org $0;адрес начала программной памяти
rjmp reset;вектор сброса
reset: ldi r16,$00;определение стека с вершиной по адресу $00ff
out sph,r16
ldi r16,$ff
out spl,r16
ldi zl,$64;задание адреса начала зарезервированных ячеек
ldi zh,$00
ldi r16,$ff;настроить порт С на выход
out ddrc,r16
ldi r16,00;настроить порт А на вход
out ddra,r16
ldi r16,$ff;настроить порт В на выход
out ddrb,r16
ldi r16,$f0;настроить порт D: биты 0…3 на вход,
out ddrd,r16;остальные на выход
sbi portd,7;выдать 1 на разряд 7 порта D
ldi r17,$3f;задание семисегментных кодов
sts cod0,r17
ldi r17,$06
sts codl,r17
ldi r17,$5b
sts cod2,rl7
ldi r07,$4f
sts cod3,rl7
ldi r17,$66
sts cod4,rl7
ldi r17,S6d
sts cod5,r17
ldi r17,$7d
sts cod6,r17
ldi r17,$07
sts cod7,r17
ldi r17,$7f
sts cod8,r17
ldi rl7,$6f
sts cod9,r17
ldi r17,5;задание уменьшаемого
ldi r18,3;задание вычитаемого
m1: sbis pina,2;если включен тумблер, то пропустить
rjmp m2;следующую команду
mov r20,r17;в г20 поместить уменьшаемое
sub r20,r18;вычесть вычитаемое
rjmp vv
m2: ldi r20,0
vv: push zl;сохранить zl в стеке
add z1,r20;сложить zl с результатом
ld r0,z;семисегментный код результата переслать в г0
pop z1;извлечь zl из стека
out portc,r0;выдать результат на индикацию
rjmp m1
Программа № 3 самая короткая. Она использует директиву.dw для определения слов в программной памяти. В программе используется команда LPM ассемблера. По этой команде загружается байт, адресуемый регистром Z в регистр R0. Команда обеспечивает доступ к любому байту памяти программы, организованной как 16-битное слово. Младший бит регистра Z определяет, осуществляется ли доступ к младшему байту слова (0) или к старшему (1).
;Программа №3. Использование директивы.dw
.include "m8535def.inc";подключение описания ATmega8535
.cseg
.org 0
rjmp reset
.dw $063f,$4f5b,$6d66,$077d,$617f,$7c77,$5e39,$7179
;семисегментные коды цифр от 0 до F
reset: ldi r16,$00;определение стека с вершиной по адресу $00ff
out sph,r16
ldi r16,$ff
out spl,r16
ldi rl6,$ff;настроить порт С на выход
out ddrc,r16
ldi r16,00;настроить порт А на вход
out ddra,r16
ldi r16,$ff;настроить порт В на выход
out ddrb,r16
ldi r16,$f0;настроить порт D: биты 0...3 на вход,
out ddrd,r16;остальные на выход
sbi portd,7;выдать 1 на разряд 7 порта D
ldi zl,02;установить адрес семисегментного кода нуля
ldi zh,00;в регистр Z
ldi r17,5;задание уменьшаемого
ldi r18,3;задание вычитаемого
m1: sbis pina,2;если включен тумблер, то пропустить
rjmp m2;следующую команду
mov r20,r17;в r20 поместить уменьшаемое
sub r20,r18;вычесть вычитаемое
rjmp vv
m2: ldi r20,0;присвоить результату значение 0
vv: push z1;сохранить z1 в стеке
add z1,r20;сложить z1 с результатом
lpm;загрузить байт, адресуемый регистром Z, в регистр 0
pop z1;извлечь z1 из стека
out portc,r0;выдать результат на индикацию
rjmp m1