Mikrokontrolery_ARM_cz2.pdf

(1412 KB) Pobierz

ep_01_093-095_arm_cz2.indd

K U R S

Mikrokontrolery

z rdzeniem ARM , część 2

W większości obecnie

prezentowanych (nie tylko w EP)

projektów królują mikrokontrolery

8–bitowe. Dawniej była to

nieśmiertelna rodzina 8051,

obecnie panuje moda na AVR–y.

Dotychczas użycie 32–bitowych

mikrokontrolerów pozostawało

w sferze marzeń przeciętnego

konstruktora ze względu na

wysoką cenę, skomplikowane

rozwiązania układowe

wymagające prowadzenia na

płytkach 32–bitowych magistral

systemowych oraz konieczność

stosowania dodatkowych

układów zewnętrznych. Sytuacja

uległa diametralnej zmianie

w momencie pojawienia się

na rynku mikrokontrolerów

z rdzeniem ARM i wbudowaną

pamięcią Flash, najpierw ﬁrmy

Philips LPC21xx i wkrótce

później Atmela AT91SAM7, ATM

– rodzina STR700 i wielu innych

producentów.

w tab. 1 . Na przykład

rejestr R13 w trybie

systemowym zamie-

niany jest na rejestr

R13_sys.

Musimy pamiętać,

że przy zmianie trybu

ochrony nie wszystkie

rejestry są podmienia-

ne. W trybie FIQ pod-

mieniane są rejestry

R8…R14. Natomiast w pozostałych

trybach tylko rejestry R13 oraz R14.

Tryb FIQ podmienia więcej re-

jestrów niż pozostałe, ponieważ

jest on wykorzystywany do obsłu-

gi krytycznych czasowo przerwań.

Gdyby tryb ten zapisywał tylko

rejestry R13, R14 pozostałe trzeba

by było zachować w sposób pro-

gramowy, co spowodowałoby to

dodatkową stratę czasu.

Oprócz rejestrów R0…R15 do

dyspozycji mamy rejestr CPSR

( Current Program Status Register ),

który jest rejestrem słowa stanu

procesora. Zawiera on znaczniki

wyniku wykonanych operacji aryt-

metycznych i logicznych, ﬂagi po-

zwalające na kontrolę przyjmowa-

nia przerwań, oraz bity ustawień

trybu ochrony. Gdy procesor znaj-

duje się w trybie uprzywilejowanym

dodatkowo widoczny jest rejestr

SPSR ( Saved Program Status Regi-

ster ), będący kopią rejestru CPSR,

utworzoną tuż przed zmianą trybu

ochrony. Na przykład w momencie

przyjęcia przerwania rejestr statu-

su CPSR jest kopiowany do SPSR,

a po zakończeniu procedury obsługi

przerwania jest on ponownie kopio-

wany do CPSR. Gdyby zawartość

rejestru ﬂag nie była kopiowana

program sam musiałby troszczyć

się o odtworzenie jego zawartości.

Wszystkie rejestry R0…R15 są

równouprawnione i można na nich

wykonywać wszystkie operacje znaj-

Rejestry

Rdzeń ARM7TDMI–S posiada

łącznie 31 rejestrów ogólnego prze-

znaczenia oraz 6 rejestrów statusu

(ﬂag), przy czym programista ma

dostęp jednocześnie do 16 reje-

strów R0…R15. Pozostałe rejestry

są używane zamiennie z rejestrami

R0…R15. Gdy mikroprocesor zo-

stanie przełączony z trybu ochrony

użytkownika na inny tryb część

rejestrów zostaje podmieniona. Na

przykład, gdy w wyniku wystąpie-

nia przerwania zostanie zmieniony

tryb z użytkownika na IRQ rejestry

R0…R12 i R15 pozostaną te same,

natomiast w miejsce rejestrów R13

i R14 zostanie podstawiony prywat-

ny rejestr wykorzystywany przez

tryb IRQ, nazwany R13_IRQ i R14_

IRQ. Wykonanie instrukcji MOVS

R13,#100 podczas gdy procesor

znajduje się w trybie IRQ powo-

duje wpisanie do rejestru R13_IRQ

wartości 100, natomiast rejestr R13

pozostanie nienaruszony. Rejestry

prywatne w trybach ochrony przyj-

mują identyﬁkatory przedstawione

Rys. 3. Mapa rejestrów procesora (w trybie ARM)

Elektronika Praktyczna 1/2006

93

196534751.175.png

196534751.186.png

196534751.197.png

196534751.208.png

K U R S

Rys. 4. Mapa rejestrów procesora (w trybie Thumb)

jak AVR czy 8051 wywołanie pod-

programu odbywa się za pomocą

instrukcji CALL, która powoduje

zapamiętanie licznika rozkazów na

stosie oraz skok do podprogramu.

Powrót z podprogramu wykonywa-

ny jest za pomocą instrukcji RET,

która odtwarza ze stosu zawar-

tość licznika rozkazów. Ponieważ

w ARM7 stos jest realizowany na

drodze programowej i nie jest nie-

zbędny do pracy systemu, skok

do podprogramu realizowany jest

za pomocą instrukcji BL ( Branch

Link ). Instrukcja ta działa w ten

sposób, że kopiuje zawartość licz-

nika rozkazów PC (R15), do reje-

stru LR (R14) Link Register , a na-

stępnie wykonuje skok pod wska-

zany adres. Powrót z podprogramu

odbywa się poprzez skopiowanie

zawartości rejestru LR z powrotem

do licznika rozkazów PC. Wyraźnie

widać tutaj zaletę równouprawnie-

nia wszystkich rejestrów, ponieważ

zbędne staje się użycie specjalnych

rozkazów operujących na liczni-

ku rozkazów np. RET czy RETI.

W przypadku zagnieżdżenia podpro-

gramów, czyli skoku z podprogramu

do innego podprogramu, użytkow-

nik musi sam zatroszczyć się o za-

pamiętanie rejestru LR (R14) przed

skokiem do kolejnego podprogramu,

a następnie po wyjściu z zagnież-

dżonego podprogramu powinien

odtworzyć jego zawartość. Do zapa-

miętania rejestru LR (R14) można

wykorzystać np. stos lub dowol-

ny obszar pamięci. W pozostałych

przypadkach, gdy nie używamy

rozkazu BL, rejestr R14 może być

wykorzystany w dowolnym celu.

Chociaż R13 nie ma szczególnego

zastosowania wyznaczonego przez

architekturę procesora, najczęściej

oprogramowanie wykorzystuje ten

dujące się na liście rozkazów. Dwa

z nich spełniają szczególne funkcje:

Rejestr R15 jest licznikiem rozka-

zów PC ( Program Counter ), do jego

zawartości można się odwoływać

za pomocą wielu instrukcji. Na

przykład skok pod wskazany adres

można zrealizować poprzez wpisa-

nie określonej wartości instrukcją

MOV do rejestru R15. W typowych

mikrokontrolerach np. w AVR nie

ma możliwości wykonywania ja-

kichkolwiek operacji bezpośrednio

na zawartości licznika rozkazów.

Kolejnym rejestrem pełniącym do-

datkową funkcję jest rejestr R14,

wykorzystywany jako Link Register

(LR) . W mikrokontrolerach takich

Tab. 1. Tryby ochrony procesora i wynikające z nich dozwolone ustawienia bitów

Bity M[4..0] Tryb Widoczne rejestry trybuTHUMB Widoczne rejestry trybu ARM

10000 User R0–R7, SP, LR, PC, CPSR

R0–R14, PC,CPSR

10001 FIQ

R0–R7, SP_ﬁq, LR_ﬁq, PC, CPSR,

SPSR_ﬁq

R0–R7, R8_ﬁq–R14_ﬁq, PC, CPSR,

SPSR_ﬁq

10010 IRQ

R0–R7, SP_irq, LR_irq, PC, CPSR,

SPSR_irq

R0–R12, R13_irq–R14_irq, PC,

CPSR, SPSR_irq

10011 Supervisor

R0–R7, SP_svc, LR_svc, PC,

CPSR, SPSR_svc

R0–R12, R13_svc–R14_svc, PC,

CPSR, SPSR_svc

10111 Abort

R0–R7, SP_abt, LR_abt, PC,

CPSR, SPSR_abt

R0–R12, R13_abt–R14_abt, PC,

CPSR, SPSR_abt

11011 Undeﬁned

R0–R7, SP_und LR_und, PC,

CPSR, SPSR_und

R0–R12, R13_und–R14_und, PC,

CPSR, SPSR_und

11111 System R0–R7, SP, LR, PC, CPSR

R0–R14, PC,CPSR

94

Elektronika Praktyczna 1/2006

196534751.001.png

196534751.012.png

196534751.023.png

196534751.034.png

196534751.045.png

196534751.056.png

196534751.067.png

196534751.078.png

196534751.089.png

196534751.100.png

196534751.111.png

196534751.122.png

196534751.133.png

196534751.138.png

196534751.139.png

196534751.140.png

196534751.141.png

196534751.142.png

196534751.143.png

196534751.144.png

196534751.145.png

196534751.146.png

196534751.147.png

196534751.148.png

196534751.149.png

196534751.150.png

196534751.151.png

196534751.152.png

196534751.153.png

196534751.154.png

196534751.155.png

196534751.156.png

196534751.157.png

196534751.158.png

196534751.159.png

196534751.160.png

196534751.161.png

196534751.162.png

196534751.163.png

196534751.164.png

196534751.165.png

196534751.166.png

196534751.167.png

196534751.168.png

196534751.169.png

196534751.170.png

196534751.171.png

196534751.172.png

196534751.173.png

196534751.174.png

196534751.176.png

196534751.177.png

196534751.178.png

196534751.179.png

196534751.180.png

196534751.181.png

196534751.182.png

196534751.183.png

196534751.184.png

196534751.185.png

196534751.187.png

196534751.188.png

196534751.189.png

196534751.190.png

196534751.191.png

196534751.192.png

196534751.193.png

196534751.194.png

196534751.195.png

196534751.196.png

196534751.198.png

196534751.199.png

196534751.200.png

196534751.201.png

196534751.202.png

196534751.203.png

196534751.204.png

196534751.205.png

196534751.206.png

196534751.207.png

196534751.209.png

196534751.210.png

196534751.211.png

196534751.212.png

196534751.213.png

196534751.214.png

196534751.215.png

196534751.216.png

196534751.217.png

196534751.218.png

196534751.002.png

196534751.003.png

196534751.004.png

196534751.005.png

196534751.006.png

196534751.007.png

196534751.008.png

196534751.009.png

196534751.010.png

196534751.011.png

196534751.013.png

196534751.014.png

196534751.015.png

196534751.016.png

196534751.017.png

196534751.018.png

196534751.019.png

196534751.020.png

196534751.021.png

196534751.022.png

196534751.024.png

196534751.025.png

196534751.026.png

196534751.027.png

196534751.028.png

196534751.029.png

196534751.030.png

196534751.031.png

196534751.032.png

196534751.033.png

196534751.035.png

196534751.036.png

196534751.037.png

196534751.038.png

196534751.039.png

196534751.040.png

196534751.041.png

196534751.042.png

196534751.043.png

196534751.044.png

196534751.046.png

196534751.047.png

196534751.048.png

196534751.049.png

196534751.050.png

196534751.051.png

196534751.052.png

196534751.053.png

196534751.054.png

196534751.055.png

196534751.057.png

196534751.058.png

196534751.059.png

196534751.060.png

196534751.061.png

196534751.062.png

196534751.063.png

196534751.064.png

196534751.065.png

196534751.066.png

196534751.068.png

196534751.069.png

196534751.070.png

196534751.071.png

196534751.072.png

196534751.073.png

196534751.074.png

196534751.075.png

196534751.076.png

196534751.077.png

196534751.079.png

196534751.080.png

196534751.081.png

196534751.082.png

196534751.083.png

196534751.084.png

196534751.085.png

196534751.086.png

196534751.087.png

196534751.088.png

196534751.090.png

196534751.091.png

196534751.092.png

196534751.093.png

196534751.094.png

196534751.095.png

196534751.096.png

196534751.097.png

196534751.098.png

196534751.099.png

196534751.101.png

196534751.102.png

196534751.103.png

196534751.104.png

196534751.105.png

196534751.106.png

196534751.107.png

196534751.108.png

196534751.109.png

196534751.110.png

196534751.112.png

196534751.113.png

196534751.114.png

196534751.115.png

196534751.116.png

196534751.117.png

196534751.118.png

196534751.119.png

196534751.120.png

196534751.121.png

196534751.123.png

196534751.124.png

196534751.125.png

196534751.126.png

196534751.127.png

196534751.128.png

196534751.129.png

196534751.130.png

196534751.131.png

K U R S

Rys. 5. Sposób mapowania rejestrów z trybu Thumb na

tryb ARM

tację oddzielnych

stosów dla każde-

go trybu. Na dobrą

sprawę gdybyśmy

chcieli używać tyl-

ko jednego stosu

dla wszystkich try-

bów, równie dobrze

jako wskaźnik stosu

możnaby użyć inne-

go rejestru z zakresu

R0…R12.

Instrukcje proce-

sora ARM umożli-

wiają implementację

wszystkich rodzajów

stosu: rosnący lub

malejący, wskazują-

cy na ostatni zajęty

element lub pierw-

szy wolny. Wszystko

zależy od programu

lub, w bardziej za-

awansowanych apli-

kacjach, od syste-

mu operacyjnego i nie jest sztywno

ustalone, jak w przypadku standar-

dowych architektur.

Na rys. 3 przedstawiono reje-

stry procesora (Tryb ARM) w po-

szczególnych trybach ochrony.

W 16–bitowym trybie THUMB

mamy do dyspozycji 32–bitowe re-

jestry R0…R7, LR, SP, PC, CPSR,

SPSR. Wszystkie rejestry są pod-

zbiorem rejestrów trybu ARM. Po-

nieważ lista rozkazów w tym trybie

jest zbliżona do zestawu instrukcji

standardowego mikroprocesora do

dyspozycji mamy rejestr wskaźnika

stosu implementowany sprzętowo.

Rejestry tego trybu są przedstawio-

ne na rys. 4 .

Rejestry z trybu THUMB są ma-

powane na rejestry trybu ARM

w sposób przedstawiony na rys. 5 .

W trybie THUMB rejestry R0…

R7 są nazywane zestawem dolnym,

natomiast rejestry R8…R15 są na-

zwane górnym zestawem rejestrów.

Górne rejestry nie są dostępne

w standardowym zestawie, ale moż-

na je wykorzystać jako pamięć tym-

czasową. Dostęp do górnych reje-

strów jest możliwy za pomocą spe-

cjalnego wariantu instrukcji MOV.

Lucjan Bryndza SQ7FGB

lucjan.bryndza@ep.com.pl

rejestr jako wskaźnik stosu (SP)

( Stack Pointer ), ponieważ jest on

bankowany we wszystkich trybach

ochrony. Umożliwia to implemen-

Elektronika Praktyczna 1/2006

95

196534751.132.png

196534751.134.png

196534751.135.png

196534751.136.png

196534751.137.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin