Sistemi a Microcontrollore. 2. Microcontrollori Atmel AVR

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1 Sistemi a Microcontrollore 2. Microcontrollori Atmel AVR Anno Accademico 2018/2019

2 Indice Caratteristiche dell ISA AVR registri spazi di indirizzo modalità di indirizzamento stack e funzioni Istruzioni dell AVR aritmetico logiche trasferimento dati controllo di flusso chiamata a funzione

4 Il Microcontrollore AVR Architettura RISC a 8 bit la maggior parte delle istruzioni è a 16 bit la maggior parte delle istruzioni viene eseguita in 1 ciclo di clock Architettura di tipo load/store: gli operandi aritmetico/logici devono essere nei registri Pipelining delle istruzioni a 2 stadi (fetch, execute) Diverse periferiche on-chip: memoria dati e istruzioni, I/O digitali, ADC, EEPROM, UART, PWM, etc.)

6 Registri dell AVR General Purpose Registers (GPRs) 32 registri a 8 bit (r0-r31) divisibili in due gruppi (r0-r15 e r16-r31) in quanto alcune istruzioni accedono solamente al secondo gruppo a causa di alcune restrizioni nella codifica delle istruzioni alcune coppie di registri possono essere usati come indice per indirizzi di memoria (bus indirizzi a 16 bit) X (R26-R27), Y (R28-R29) e Z (R31-R32) alcuni registri possono essere dedicati ad usi speciali R1-R0 per memorizzare il risultato delle moltiplicazioni R0 per memorizzare dati caricati dalla memoria istruzioni

7 Registri dell AVR Registri di I/O 64 registri a 8 bit utilizzati per istruzioni di input/output per lo più per memorizzare dati, indirizzi e bit di controllo alcune istruzioni sono valide solamente per registri di I/O, altre solo con i GPR lo status register (SREG) è un registro di I/O speciale

8 Registri dell AVR address I/O mem name address I/O mem name address I/O mem name address I/O mem name 0x00 0x20 TWBR 0x10 0x30 PIND 0x20 0x40 UBRRC/H 0x30 0x50 SFIOR 0x01 0x21 TWSR 0x11 0x31 DDRD 0x21 0x41 WDTCR 0x31 0x51 OCDR/OSCAL 0x02 0x22 TWAR 0x12 0x32 PORTD 0x22 0x42 ASSR 0x32 0x52 TCNT0 0x03 0x23 TWDR 0x13 0x33 PINC 0x23 0x43 OCR2 0x33 0x53 TCCR0 0x04 0x24 ADCL 0x14 0x34 DDRC 0x24 0x44 TCNT2 0x34 0x54 MCUCSR 0x05 0x25 ADCH 0x15 0x35 PORTC 0x25 0x45 TCCR2 0x35 0x55 MCUCR 0x06 0x26 ADCSRA 0x16 0x36 PINB 0x26 0x46 ICR1L 0x36 0x56 TWCR 0x07 0x27 ADMUX 0x17 0x37 DDRB 0x27 0x47 ICR1H 0x37 0x57 SPMCR 0x08 0x28 ACSR 0x18 0x38 PORTB 0x28 0x48 OCR1BL 0x38 0x58 TIFR 0x09 0x29 UBRRL 0x19 0x39 PINA 0x29 0x49 OCR1BH 0x39 0x59 TIMSK 0x0A 0x2A UCSRB 0x1A 0x3A DDRA 0x2A 0x4A OCR1AL 0x3A 0x5A GIFR 0x0B 0x2B UCSRA 0x1B 0x3B PORTA 0x2B 0x4B OCR1AH 0x3B 0x5B GICR 0x0C 0x2C UDR 0x1C 0x3C EECR 0x2C 0x4C TCNT1L 0x3C 0x5C OCR0 0x0D 0x2D SPOR 0x1D 0x3D EEDR 0x2D 0x4D TCNT1H 0x3D 0x5D SPL 0x0E 0x2E SPSR 0x1E 0x3E EEARL 0x2E 0x4E TCCR1B 0x3E 0x5E SPH 0x0F 0x2F SPDR 0x1F 0x3F EEARH 0x2F 0x4F TCCR1A 0x3F 0x5F SREG

9 Registri dell AVR address I/O mem name 0x00 0x20 TWBR 0x01 0x21 TWSR 0x02 0x22 TWAR 0x03 0x23 TWDR 0x04 0x24 ADCL 0x05 0x25 ADCH 0x06 0x26 ADCSRA 0x07 0x27 ADMUX 0x08 0x28 ACSR 0x09 0x29 UBRRL 0x0A 0x2A UCSRB 0x0B 0x2B UCSRA 0x0C 0x2C UDR 0x0D 0x2D SPOR 0x0E 0x2E SPSR 0x0F 0x2F SPDR address address name I/O mem I/O mem name 0x10 0x30 PIND 0x20 0x40 UBRRC/H 0x11 0x31 DDRD 0x21 0x41 WDTCR 0x12 0x32 PORTD 0x22 0x42 ASSR 0x13 0x33 PINC 0x23 0x43 OCR2 0x14 0x34 DDRC 0x24 0x44 TCNT2 0x15 0x35 PORTC 0x25 0x45 TCCR2 0x16 0x36 PINB 0x26 0x46 ICR1L 0x17 0x37 DDRB 0x27 0x47 ICR1H 0x18 0x38 PORTB 0x28 0x48 OCR1BL 0x19 0x39 PINA 0x29 0x49 OCR1BH 0x1A 0x3A DDRA 0x2A 0x4A OCR1AL 0x1B 0x3B PORTA 0x2B 0x4B OCR1AH Analog-to-Digital converter 0x1C 0x3C EECR 0x1D 0x3D EEDR 0x1E 0x3E EEARL 0x2C 0x4C TCNT1L 0x2D 0x4D TCNT1H 0x2E 0x4E TCCR1B 0x1F 0x3F EEARH 0x2F 0x4F TCCR1A address I/O mem name 0x30 0x50 SFIOR 0x31 0x51 OCDR/OSCAL 0x32 0x52 TCNT0 0x33 0x53 TCCR0 0x34 0x54 MCUCSR 0x35 0x55 MCUCR 0x36 0x56 TWCR 0x37 0x57 SPMCR 0x38 0x58 TIFR 0x39 0x59 TIMSK 0x3A 0x5A GIFR 0x3B 0x5B GICR 0x3C 0x5C OCR0 0x3D 0x5D SPL 0x3E 0x5E SPH 0x3F 0x5F SREG

10 Registri dell AVR address I/O mem name 0x00 0x20 TWBR 0x01 0x21 TWSR 0x02 0x22 TWAR 0x03 0x23 TWDR 0x04 0x24 ADCL 0x05 0x25 ADCH 0x06 0x26 ADCSRA 0x07 0x27 ADMUX 0x08 0x28 ACSR 0x09 0x29 UBRRL 0x0A 0x2A UCSRB 0x0B 0x2B UCSRA 0x0C 0x2C UDR 0x0D 0x2D SPOR 0x0E 0x2E SPSR 0x0F 0x2F SPDR address I/O mem name 0x10 0x30 PIND 0x11 0x31 DDRD 0x12 0x32 PORTD 0x13 0x33 PINC 0x14 0x34 DDRC 0x15 0x35 PORTC 0x16 0x36 PINB 0x17 0x37 DDRB 0x18 0x38 PORTB 0x19 0x39 PINA 0x1A 0x3A DDRA 0x1B 0x3B PORTA 0x1C 0x3C EECR 0x1D 0x3D EEDR 0x1E 0x3E EEARL 0x1F 0x3F EEARH address address name I/O mem I/O mem name 0x20 0x40 UBRRC/H 0x30 0x50 SFIOR 0x21 0x41 WDTCR 0x31 0x51 OCDR/OSCAL 0x22 0x42 ASSR 0x32 0x52 TCNT0 0x23 0x43 OCR2 0x33 0x53 TCCR0 0x24 0x44 TCNT2 0x25 0x45 TCCR2 0x26 0x46 ICR1L 0x27 0x47 ICR1H 0x28 0x48 OCR1BL 0x29 0x49 OCR1BH 0x2A 0x4A OCR1AL 0x2B 0x4B OCR1AH 0x2C 0x4C TCNT1L 0x2D 0x4D TCNT1H 0x2E 0x4E TCCR1B 0x2F 0x4F TCCR1A 0x34 0x54 MCUCSR General Purpose I/O GPIO 0x35 0x55 MCUCR 0x36 0x56 TWCR 0x37 0x57 SPMCR 0x38 0x58 TIFR 0x39 0x59 TIMSK 0x3A 0x5A GIFR 0x3B 0x5B GICR 0x3C 0x5C OCR0 0x3D 0x5D SPL 0x3E 0x5E SPH 0x3F 0x5F SREG

11 Registri dell AVR address I/O mem name address I/O mem name address I/O mem name address I/O mem name 0x00 0x20 TWBR 0x10 0x30 PIND 0x20 0x40 UBRRC/H 0x30 0x50 SFIOR 0x01 0x21 TWSR 0x11 0x31 DDRD 0x21 0x41 WDTCR 0x31 0x51 OCDR/OSCAL 0x02 0x22 TWAR 0x12 0x32 PORTD 0x22 0x42 ASSR 0x32 0x52 TCNT0 0x03 0x23 TWDR 0x04 0x24 ADCL 0x05 0x25 ADCH timer 0x13 0x33 PINC 0x14 0x34 DDRC 0x15 0x35 PORTC 0x23 0x43 OCR2 0x24 0x44 TCNT2 0x25 0x45 TCCR2 0x33 0x53 TCCR0 0x34 0x54 MCUCSR 0x35 0x55 MCUCR 0x06 0x26 ADCSRA 0x16 0x36 PINB 0x26 0x46 ICR1L 0x36 0x56 TWCR 0x07 0x27 ADMUX 0x17 0x37 DDRB 0x27 0x47 ICR1H 0x37 0x57 SPMCR 0x08 0x28 ACSR 0x18 0x38 PORTB 0x28 0x48 OCR1BL 0x38 0x58 TIFR 0x09 0x29 UBRRL 0x19 0x39 PINA 0x29 0x49 OCR1BH 0x39 0x59 TIMSK 0x0A 0x2A UCSRB 0x1A 0x3A DDRA 0x2A 0x4A OCR1AL 0x3A 0x5A GIFR 0x0B 0x2B UCSRA 0x1B 0x3B PORTA 0x2B 0x4B OCR1AH 0x3B 0x5B GICR 0x0C 0x2C UDR 0x1C 0x3C EECR 0x2C 0x4C TCNT1L 0x3C 0x5C OCR0 0x0D 0x2D SPOR 0x1D 0x3D EEDR 0x2D 0x4D TCNT1H 0x3D 0x5D SPL 0x0E 0x2E SPSR 0x1E 0x3E EEARL 0x2E 0x4E TCCR1B 0x3E 0x5E SPH 0x0F 0x2F SPDR 0x1F 0x3F EEARH 0x2F 0x4F TCCR1A 0x3F 0x5F SREG

12 Registri dell AVR address I/O mem name 0x00 0x20 TWBR 0x01 0x21 TWSR 0x02 0x22 TWAR 0x03 0x23 TWDR 0x04 0x24 ADCL 0x05 0x25 ADCH 0x06 0x26 ADCSRA 0x07 0x27 ADMUX 0x08 0x28 ACSR 0x09 0x29 UBRRL 0x0A 0x2A UCSRB 0x0B 0x2B UCSRA 0x0C 0x2C UDR 0x0D 0x2D SPOR 0x0E 0x2E SPSR 0x0F 0x2F SPDR address I/O mem name 0x10 0x30 PIND 0x11 0x31 DDRD 0x12 0x32 PORTD 0x13 0x33 PINC 0x14 0x34 DDRC 0x15 0x35 PORTC 0x16 0x36 PINB 0x17 0x37 DDRB 0x18 0x38 PORTB 0x19 0x39 PINA 0x1A 0x3A DDRA 0x1B 0x3B PORTA 0x1C 0x3C EECR 0x1D 0x3D EEDR 0x1E 0x3E EEARL 0x1F 0x3F EEARH address address name I/O mem I/O mem name 0x20 0x40 UBRRC/H 0x30 0x50 SFIOR 0x21 0x41 WDTCR 0x31 0x51 OCDR/OSCAL 0x22 0x42 ASSR 0x32 0x52 TCNT0 0x23 0x43 OCR2 0x33 0x53 TCCR0 0x24 0x44 TCNT2 0x34 0x54 MCUCSR 0x25 0x45 TCCR2 0x35 0x55 MCUCR 0x26 0x46 ICR1L 0x36 0x56 TWCR 0x27 0x47 ICR1H 0x37 0x57 SPMCR 0x28 0x48 OCR1BL 0x29 0x49 OCR1BH 0x2A 0x4A OCR1AL 0x2B 0x4B OCR1AH 0x2C 0x4C TCNT1L 0x2D 0x4D TCNT1H 0x2E 0x4E TCCR1B 0x2F 0x4F TCCR1A stack pointer (16 bit) 0x38 0x58 TIFR 0x39 0x59 TIMSK 0x3A 0x5A GIFR 0x3B 0x5B GICR 0x3C 0x5C OCR0 0x3D 0x5D SPL 0x3E 0x5E SPH 0x3F 0x5F SREG

13 Registri dell AVR address I/O mem name 0x00 0x20 TWBR 0x01 0x21 TWSR 0x02 0x22 TWAR 0x03 0x23 TWDR 0x04 0x24 ADCL 0x05 0x25 ADCH 0x06 0x26 ADCSRA 0x07 0x27 ADMUX 0x08 0x28 ACSR 0x09 0x29 UBRRL 0x0A 0x2A UCSRB 0x0B 0x2B UCSRA 0x0C 0x2C UDR 0x0D 0x2D SPOR 0x0E 0x2E SPSR 0x0F 0x2F SPDR address I/O mem name 0x10 0x30 PIND 0x11 0x31 DDRD 0x12 0x32 PORTD 0x13 0x33 PINC 0x14 0x34 DDRC 0x15 0x35 PORTC 0x16 0x36 PINB 0x17 0x37 DDRB 0x18 0x38 PORTB 0x19 0x39 PINA 0x1A 0x3A DDRA 0x1B 0x3B PORTA 0x1C 0x3C EECR 0x1D 0x3D EEDR 0x1E 0x3E EEARL 0x1F 0x3F EEARH address address name I/O mem I/O mem name 0x20 0x40 UBRRC/H 0x30 0x50 SFIOR 0x21 0x41 WDTCR 0x31 0x51 OCDR/OSCAL 0x22 0x42 ASSR 0x32 0x52 TCNT0 0x23 0x43 OCR2 0x33 0x53 TCCR0 0x24 0x44 TCNT2 0x34 0x54 MCUCSR 0x25 0x45 TCCR2 0x35 0x55 MCUCR 0x26 0x46 ICR1L 0x36 0x56 TWCR 0x27 0x47 ICR1H 0x37 0x57 SPMCR 0x28 0x48 OCR1BL 0x38 0x58 TIFR 0x29 0x49 OCR1BH 0x39 0x59 TIMSK 0x2A 0x4A OCR1AL 0x3A 0x5A GIFR 0x2B 0x4B OCR1AH 0x2C 0x4C TCNT1L status register 0x3B 0x5B GICR 0x3C 0x5C OCR0 0x2D 0x4D TCNT1H 0x3D 0x5D SPL 0x2E 0x4E TCCR1B 0x3E 0x5E SPH 0x2F 0x4F TCCR1A 0x3F 0x5F SREG

14 Lo Status Register nell AVR Lo Status Register (SREG) contiene informazioni sul risultato dell esecuzione dell ultima istruzione aritmetica eseguita. Tale informazione può essere utilizzata per cambiare il flusso di esecuzione del programma SREG viene aggiornato dopo l esecuzione di ogni operazione aritmetico/logica SREG non viene automaticamente salvato e ripristinato rispettivamente all entrata e al ritorno da una routine di interrupt

15 Lo Status Register nell AVR I T H S V N Z C Bit 7 I: Global Interrupt Enable utilizzato per abilitare e disabilitare gli interrupt viene resettato (I=0) automaticamente quando si verifica un interrupt e viene settato (I=1) attraverso l istruzione RETI per abilitare interrupt in cascata

16 Lo Status Register nell AVR I T H S V N Z C Bit 6 T: Bit Copy Storage le istruzioni di Bit Copy (Bit LoaD, BLD, e Bit STore, BST) utilizzano tale bit come sorgente o destinazione del bit copiato. Un bit da uno dei GPR può essere copiato in T e viceversa un bit in T può essere copiato in uno dei GPR

17 Lo Status Register nell AVR I T H S V N Z C Bit 5 H: Half Carry Flag indica se vi è un Half Carry (riporto nel bit 4) in alcune operazioni aritmetiche Bit 4 S: Sign Bit utilizzato per testare operazioni tra numeri con segno, OR esclusivo tra il Negative Flag (N) e il Two s Complement Overflow Flag (V), N V

18 Lo Status Register nell AVR I T H S V N Z C Bit 3 V: Two s Complement Overflow Flag overflow per operazioni aritmetiche in complemento a 2 Bit 2 N: Negative Flag bit più significativo del risultato (se è a 1 e l operazione è in complemento a 2, indica un risultato negativo)

19 Lo Status Register nell AVR I T H S V N Z C Bit 1 Z: Zero Flag indica se il risultato è a 0 o meno (1 zero, 0 nonzero) Bit 0 C: Carry Flag per le addizioni è il riporto del bit più significativo per le sottrazioni x-y è a 1 quando x<y, è a 0 altrimenti

21 Spazi di Indirizzo nell AVR Nell AVR vi sono 3 diversi spazi di indirizzo memoria dati: memorizza i dati da elaborare memoria istruzioni: memorizza il programma e, talvolta, le costanti memoria EEPROM: memoria dati grande e non-volatile

22 Spazio di Indirizzo Data Memory Contiene il banco di registri GPR (i registri GPR hanno anche un indirizzo di memoria) registri di I/O (i registri di I/O hanno due versioni degli indirizzi: indirizzo di I/O e indirizzo di memoria) memoria dati SRAM (l indirizzo di memoria massimo è indicato come RAMEND) 32 GPR 64 I/O registers Internal SRAM (128 4k byte) External SRAM 8 bit 0x00 0x1F 0x20 0x5F 0x60 RAMEND

23 Spazio di Indirizzo Program Memory Contiene memoria Flash a 16 bit è consentita solo la lettura è non volatile vi si può accedere attraverso istruzioni speciali (LPM, SPM) Program Flash Memory (1k ~ 128k byte) 0x00 External SRAM 16 bit end

24 Spazio di Indirizzo EEPROM Memory Contiene memoria EEPROM a 8 bit dove è possibile memorizzare permanentemente grandi quantità di dati vi si può accedere attraverso istruzioni di load e store con speciali bit di controllo EEPROM Memory (64 ~ 4k byte) External SRAM 8bit 0x00 end

26 Modalità di Indrizzamento dell AVR Immediate Registro Diretto Memoria Dati diretto indiretto indiretto con offset indiretto con pre-decremento indiretto con post-incremento Memoria Istruzioni Memoria EEPROM

27 Indirizzamento Immediate L operando è contenuto nell istruzione stessa (è immediatamente disponibile) es. AND logico bit a bit immediate andi r16, $0F # r16 r16 & 0x0F write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 ALU ALU result instr

28 Indirizzamento di Registro Diretto L operando è un registro GPR il cui identificativo è direttamente specificato nell istruzione es. AND logico bit a bit and r16, r0 # r16 r16 & r0 write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 ALU ALU result instr

29 Indirizzamento di Registro Diretto L operando è un registro di I/O il cui identificativo è direttamente specificato nell istruzione es. lettura da un registro di I/O in r25, PINA # r25 PIN A write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 I/O memory instr

30 Indirizzamento di Memoria Dati Diretto L operando è un dato nella memoria il cui indirizzo (16 bit) è direttamente specificato nell istruzione (a 32 bit) es. lettura da un registro di I/O lds r5, $F123 # r5 dmem[$f123] write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 addr data memory ALU ALU result instr addr 16 /

31 Indirizzamento di Memoria Dati Indiretto (Registro) L operando è un registro di I/O il cui identificativo è direttamente specificato nell istruzione es. lettura da un registro di I/O ld r11, X # r11 dmem[x] X,Y,Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / addr data memory ALU ALU result instr

32 Indirizzamento di Memoria Dati Indiretto (Registro e Offset) L operando è un registro di I/O il cui identificativo è direttamente specificato nell istruzione es. lettura da un registro di I/O std Y+10, r14 # dmem[y+10] r14 Y,Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / + addr data memory instr

33 Indirizzamento di Memoria Dati Indiretto (Registro e Pre-Decremento) L operando è un registro di I/O il cui identificativo è direttamente specificato nell istruzione es. lettura da un registro di I/O std -Y, r14 # Y = Y-1, r14 dmem[y] Y,Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / + addr data memory instr -1

34 Indirizzamento di Memoria Dati Indiretto (Registro e Post-Incremento) L operando è un dato in memoria il cui indirizzo è direttamente specificato nell istruzione es. lettura da un registro di I/O std Y+, r14 # r14 dmem[y], Y Y+1 Y,Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / + addr data memory instr +1

35 Indirizzamento di Memoria Istruzioni Diretto L indirizzo dell istruzione successiva è direttamente specificato nell istruzione corrente es. salto incondizionato con indirizzamento assoluto diretto jmp k # PC k write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 addr PC program memory instr addr

36 Indirizzamento di Memoria Istruzioni Relativo L indirizzo dell istruzione successiva è ottenibile dall istruzione corrente, sommando k al PC e a 1 es. salto incondizionato con indirizzamento relativo rjmp k # PC PC+k+1 write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data addr PC program memory instr

37 Indirizzamento di Memoria Istruzioni Indiretto L indirizzo della nuova istruzione è direttamente specificato nell istruzione es. salto incondizionato con indirizzamento assoluto indiretto icall # PC {6 b000000,z} Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / addr PC program memory instr

38 Indirizzamento di una Costante nella Memoria Istruzioni L indirizzo della costante è specificato in uno o più registri referenziati nell istruzione es. caricamento di un dato dalla memoria istruzioni lpm r16, Z+ # r16 imem[z[0]*8] Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR instr write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / addr program memory 8 /

39 Indirizzamento con Post-Incremento di una Costante nella Memoria Istruzioni L indirizzo della costante è specificato in uno o più registri referenziati nell istruzione es. caricamento di un dato dalla memoria istruzioni con post-incremento lpm r0, Z # r0 imem[z[0]*8], Z Z+1 Z write data write reg read reg 1 read reg 2 GPR instr write X,Y,Z read data 1 read data 2 16 / + +1 addr program memory 8 /

41 Stack nell AVR Nell AVR lo stack è implementato come un blocco di byte consecutivi nell SRAM Lo stack pointer (SP) indica la cima dello stack, ovvero l indirizzo più basso, dove andranno inseriti nuovi dati Nell AVR lo SP: è nei registri di I/O (SPL, SPH) va inizializzato (default 0x000) SP punta alla prima locazione libera SRAM stack 0x60 RAMEND

42 Convenzioni di Chiamata per l AVR i registri r23:r0 sono utilizzati per memorizzare i parametri di una funzione il valore di ritorno è memorizzato nei registri r25:r24 il registro Y (r29:r28) memorizza lo stack frame pointer (FP)

43 Convenzioni di Chiamata per l AVR Chiamante prima di chiamare il chiamato deve memorizzare i parametri da passare in appositi registri (r0:r23) chiama il chiamato attraverso apposite istruzioni (rcall) Chiamato prologo memorizza i registri in conflitto, compreso il FP (Y), nello stack (push) riserva spazio per i parametri e per le variabili locali nello stack aggiorna opportunamente lo SP e il FP (Y) in base al nuovo frame passa i parametri nelle apposite locazioni dello stack

44 Convenzioni di Chiamata Chiamato corpo della funzione effettua normalmente l operazione della funzione sullo stack frame e sui registri general purpose epilogo memorizza il valore di ritorno nei registri dedicati (r25:r24) dealloca lo stack frame dealloca lo spazio occupato da variabili locali e parametri aggiornando opportunamente lo SP e il FP (Y) in base alla dimensione del frame ripristina i registri in conflitto dallo stack (pop) ritorna al chiamante attraverso opportune istruzioni (ret)

45 Stack nell AVR i registri r23:r0 sono utilizzati per memorizzare i parametri di una funzione il valore di ritorno è memorizzato nei registri r25:r24 il registro Y (r29:r28) è il frame pointer (FP) int main(){... foo(arg1,...,argm); } void foo(arg1,...,argm){ int var1,...,varn; } stack frame for foo() parameter1 parameter M local variable 1 local variable N conflict registers return address main() stack frame RAMEND Y

47 Istruzioni dell AVR Non tutte le istruzioni sono implementate nei microcontrollori della famiglia AVR Nel datasheet di ogni microcontrollore sono specificate le istruzioni supportate Occorre far riferimento al manuale dell instruction set della famiglia AVR ( atmel-0856-avr-instruction-set-manual.pdf) per la descrizione dettagliata di ciascuna istruzione

48 Formati di Istruzione dell AVR La maggior parte delle istruzioni dell AVR sono a 16 bit, ma alcune sono a 32 bit es. add Rd, Rr è a 16 bit es. jmp k è a 32 bit La maggior parte delle istruzioni dell AVR richiede 1 ciclo di clock per essere eseguita, ma alcune istruzioni richiedono più cicli o hanno un numero di cicli variabile es. add Rd, Rr richiede 1 ciclo di clock es. jmp k richiede 3 cicli di clock es. breq k richiede 1 o 2 cicli di clock

49 Istruzioni dell AVR L AVR ha diverse classi di istruzioni aritmetico-logiche trasferimento di dati controllo di flusso altre istruzioni relative ai singoli bit controllo del microcontrollore

51 Istruzioni Artimetico-Logiche dell AVR Aritmetiche addizione: add, adc sottrazione: sub, sbc comparazione: cp, cpi incremento/decremento: inc, dec Logiche AND logico: and, andi

52 Somma Senza Riporto r d d d d d r r r r ADD ADD WITHOUT CARRY sintassi add Rd, Rr operazione Rd Rd + Rr operandi 0 d,r 31 flag interessati H, S, V, N, Z, C cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

53 Somma Con Riporto r d d d d d r r r r ADC ADD WITH CARRY sintassi adc Rd, Rr operazione Rd Rd + Rr + C operandi 0 d,r 31 flag interessati H, S, V, N, Z, C cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

54 Sottrazione Senza Riporto r d d d d d r r r r SUB SUBTRACT WITHOUT CARRY sintassi sub Rd, Rr operazione Rd Rd - Rr operandi 0 d,r 31 flag interessati H, S, V, N, Z, C cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

55 Sottrazione Con Riporto r d d d d d r r r r SBC SUBTRACT WITH CARRY sintassi sub Rd, Rr operazione Rd Rd - Rr - C operandi 0 d,r 31 flag interessati H, S, V, N, Z, C cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

56 Comparazione r d d d d d r r r r CP COMPARE sintassi cp Rd, Rr operazione Rd Rr operandi 0 d,r 31 flag interessati H, S, V, N, Z, C cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

57 Comparazione con Immediate k k k k d d d d k k k k CPI COMPARE WITH IMMEDIATE sintassi cpi Rd, k operazione Rd - k operandi 16 d 31, 0 d 255 flag interessati H, S, V, N, Z, C cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

58 Incremento d d d d d INC INCREMENT sintassi inc Rd operazione Rd Rd + 1 operandi 0 d 31 flag interessati S, V, N, Z cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

59 Decremento d d d d d DEC DECREMENT sintassi dec Rd operazione Rd Rd - 1 operandi 0 d 31 flag interessati S, V, N, Z cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

60 AND Logico r d d d d d r r r r AND LOGICAL AND sintassi and Rd, Rr operazione Rd Rd & Rr operandi 0 d,r 31 flag interessati S, V, N, Z cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

61 AND Logico con Immediate K K K K d d d d K K K K ANDI LOGICAL AND WITH IMMEDIATE sintassi andi Rd, K operazione Rd Rd & K operandi 16 d 31, 0 K 255 flag interessati S, V, N, Z cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

62 Esempio: Calcolo Aritmetico su Char // r2 a, r3 b, r4 c, r5 d char a, b, c, d; // 8 bit a = b + c - d; C

63 4 cicli Esempio: Calcolo Aritmetico su Char // r2 a, r3 b, r4 c, r5 d char a, b, c, d; // 8 bit a = b + c - d; C add r3, r4 sub r3, r5 andi r2, 0x00 add r2, r3 ; r3 b + c ; r3 b + c - d ; r2 0x00 ; r2 b + c - d assembly

64 4 cicli 4 cicli Esempio: Calcolo Aritmetico su Char // r2 a, r3 b, r4 c, r5 d char a, b, c, d; // 8 bit a = b + c - d; C add r3, r4 sub r3, r5 andi r2, X 0x00 add r2, solo r16-r31! r3 ; r3 b + c ; r3 b + c - d ; r2 0x00 ; r2 b + c - d assembly add r3, r4 ; r3 b + c sub r3, r5 ; r3 b + c - d sub r2, r2 ; r2 r2-r2 = 0 add r2, r3 ; r2 b + c - d assembly

65 Esempio: Calcolo Aritmetico su Int // r3:r2 a, r5:r4 b, r7:r6 c, // r9:r8 d int a, b, c, d; // 16 bit a = b + c - d; C

66 8 cicli Esempio: Calcolo Aritmetico su Int // r3:r2 a, r5:r4 b, r7:r6 c, // r9:r8 d int a, b, c, d; // 16 bit a = b + c - d; C assembly add r4, r6 ; r4 low(b) + low(c) adc r5, r7 ; r5 high(b) + high(c) sub r4, r8 ; r4 low(b+c) - low(d) sbc r5, r9 ; r5 high(b+c) - high(d) sub r2, r2 ; r2 0 sub r3, r3 ; r3 0 add r2, r4 ; r2 low(b + c d) add r3, r5 ; r3 high(b + c d)

68 Istruzioni di Trasferimento Dati dell AVR relative ai registri general purpose copia: mov relative ai registri di I/O lettura e scrittura (indirizzo I/O): in, out relative alla memoria dati lettura e scrittura: lds, sts relative agli immediate caricamento di un immediate: ldi

69 Copia di Registro r d d d d d r r r r MOV COPY REGISTER sintassi mov Rd, Rr operazione Rd Rr operandi 0 d,r 31 flag interessati - cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

70 Caricamento di un I/O in un Registro A A d d d d d A A A A IN LOAD AN I/O LOCATION TO REGISTER sintassi in Rd, A operazione Rd I/O(A) operandi 0 d 31, 0 A 63 flag interessati - cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

71 Memorizzazione di un Registro in un I/O A A r r r r r A A A A OUT STORE REGISTER TO I/O LOCATION sintassi out A, Rr operazione I/O(A) Rr operandi 0 r 31, 0 A 63 flag interessati - cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

72 Caricamento Indiretto da Memoria a Registro (Y) q 0 q q 0 d d d d d 1 q q q LDD LOAD INDIRECT FROM DATA SPACE TO REGISTER (Y) sintassi ldd Rd, Y+q operazione Rd dmem(y+q) operandi 0 d 31, 0 q 63 flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 16 bit

73 Salvataggio Indiretto da Registro a Memoria (Y) q 0 q q 1 r r r r r 1 q q q STD STORE INDIRECT FROM REGISTER TO DATA SPACE (Y) sintassi std Y+q, Rr operazione dmem(y+q) Rr operandi 0 r 31, 0 q 63 flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 16 bit

74 Caricamento Diretto dallo Spazio Dati 31/15 16/ d d d d d k k k k k k k k k k k k k k k k LDS LOAD DIRECT FROM DATA SPACE sintassi lds Rd, k operazione Rd dmem(k) operandi 0 d 31, 0 k flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 32 bit

75 Memorizzazione Diretta nello Spazio Dati 31/15 16/ r r r r r k k k k k k k k k k k k k k k k STS STORE DIRECT TO DATA SPACE sintassi sts k, Rr operazione dmem(k) Rr operandi 0 r 31, 0 k flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 32 bit

76 Caricamento di Immediate K K K K d d d d K K K K LDI LOAD IMMEDIATE sintassi ldi Rd, K operazione Rd K operandi 16 d 31, 0 K 255 flag interessati - cicli esecuzione 1 lunghezza istruzione 16 bit

77 Esempio: Trasferimento Dati // r2 a, r3 b, addr(d) = 0x1000 char a, b; char[64] d; // 8 bit a = b + 40 d[2]; C

78 6 cicli Esempio: Trasferimento Dati // r2 a, r3 b, addr(d) = 0x1000 char a, b; char[64] d; // 8 bit a = b + 40 d[2]; ldi r16, 40 ; r16 40 lds r5, 0x1002 ; r5 dmem(0x1002) add r3, r16 ; r3 b + 40 sub r3, r5 ; r3 b + 40 d[2] mov r2, r3 ; r2 b + 40 d[2] assembly C

80 Istruzioni di Controllo di Flusso dell AVR salto condizionato (branch): se non uguale: brne se maggiore o uguale: brge incondizionato (jump): rjmp

81 Salto Condizionato (se non uguale) k k k k k k k BRNE BRANCH IF NOT EQUAL sintassi operazione brne k if(z==0) then PC PC + k + 1 else PC PC + 1 operandi -64 k 63 flag interessati - cicli esecuzione if(z==0) then 2 else 1 lunghezza istruzione 16 bit

82 Salto Condizionato (se maggiore o uguale) k k k k k k k BRGE BRANCH IF GREATER OR EQUAL (SIGNED) sintassi operazione brge k if(s==0) then PC PC + k + 1 else PC PC + 1 operandi -64 k 63 flag interessati - cicli esecuzione if(s==0) then 2 else 1 lunghezza istruzione 16 bit

83 Utilizzo dei Salti Condizionati Tipicamente si utilizzano dopo un istruzione di sottrazione tra gli operandi da comparare (cp, cpi, sub, sbc) e sfruttano i risultanti bit dello status register cp Rd, Rr ; Rd Rr ; if (Rd-Rr)==0 then Z=1 else Z=0 brne k cp Rd, Rr ; Rd Rr ; S = N V if(n!=v) then S=1 else S=0 ; N if(rd-rr)< 0 then N=1 else N=0 ; V if((rd-rr)>63) (Rd-Rr)<-64) then V = 1 ; else V = 0 brge k

84 Salto Incondizionato Relativo k k k k k k k k k k k k RJMP RELATIVE JUMP sintassi rjmp k operazione PC PC + k + 1 operandi k 2048 flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 16 bit

85 Esempio: Controllo di Flusso // r2 x, r17 y char x, y; // 8 bit if(x<0) y = 1; else y = -1; C

86 6 o 7 cicli Esempio: Controllo di Flusso // r2 x, r17 y char x, y; // 8 bit if(x<0) y = 1; else y = -1; C mov r16, r2 ; r16 r2 cpi r16, 0 ; x - 0 brge else ; if(x>=0) go to else ldi r17, 1 ; r17 +1 rjmp end ; go to end else: ldi r17, 0xFF ; r17-1 end: nop assembly

87 Esempio: Loop // r2 i (init 1), r3 n, r4 sum (init 0) char i, n, sum; // 8 bit while(i<n) { sum+=2*i; i++; } C

88 8 cicli per iterazione Esempio: Loop // r2 i (init 1), r3 n, r4 sum (init 0) char i, n, sum; // 8 bit while(i<n) { sum+=2*i; i++; } loop: cp r2, r3 ; i - n brge end ; if(i>=n) go to end mov r5, r2 ; r5 i add r5, r5 ; r5 i+i = 2*i add r4, r5 ; r4 sum + 2*i inc r2 ; r2 i+1 rjmp loop ; go to loop end: nop assembly C

90 Istruzioni di Chiamata a Funzione manipolazione dei dati nello stack salvataggio di dati nello stack: push recupero di dati nello stack: pop gestione di una subroutine chiamata: rcall ritorno: ret

91 Salvataggio di un Registro nello Stack r r r r r PUSH PUSH REGISTER ON STACK sintassi push Rr operazione dmem(sp) Rr, SP SP - 1 operandi 0 r 31 flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 16 bit

92 Ripristino di un Registro dallo Stack d d d d d POP POP REGISTER FROM STACK sintassi pop Rd operazione SP SP + 1, Rd dmem(sp) operandi 0 d 31 flag interessati - cicli esecuzione 2 lunghezza istruzione 16 bit

93 Chiamata Relativa a Subroutine k k k k k k k k k k k k RCALL RELATIVE CALL TO SUBROUTINE sintassi operazione rcall k dmem(sp) low(pc + 1), dmem(sp-1) high(pc + 1), PC PC + k + 1, SP SP - 2 operandi k 2048 flag interessati - cicli esecuzione 3 lunghezza istruzione 16 bit

94 Ritorno da Subroutine RET RETURN FROM SUBROUTINE sintassi operazione ret high(pc) dmem(sp+1), low(pc) dmem(sp+2), SP SP + 2 operandi - flag interessati - cicli esecuzione 4 lunghezza istruzione 16 bit

95 Convenzioni di Chiamata per l AVR Chiamante prima di chiamare il chiamato deve memorizzare i parametri da passare in appositi registri (r23:r0) ed eventualmente salvarli nello stack chiama il chiamato attraverso apposite istruzioni (rcall) Chiamato prologo memorizza i registri in conflitto, compreso il FP (Y), nello stack (push) riserva spazio per i parametri e per le variabili locali nello stack aggiorna opportunamente lo SP e il FP (Y) in base al nuovo frame passa i parametri nelle apposite locazioni dello stack

96 Convenzioni di Chiamata Chiamato corpo della funzione effettua normalmente l operazione della funzione sullo stack frame e sui registri general purpose epilogo memorizza il valore di ritorno nei registri dedicati (r25:r24) dealloca lo stack frame dealloca lo spazio occupato da variabili locali e parametri aggiornando opportunamente lo SP e il FP (Y) in base alla dimensione del frame ripristina i registri in conflitto dallo stack (pop) ritorna al chiamante attraverso opportune istruzioni (ret)

97 Esempio: Chiamata a Funzione char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; }

98 Esempio: Chiamata a Funzione char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } chiamante (caller) chiamato (callee) parametri o argomenti (passing parameters) valore di ritorno (return value) C

99 Esempio: Chiamata a Funzione char foo(char a, char b){ // parameters r20, r21 char x, y; // local vars r16, r17 x = a + b; y = a & b; return x y; // return val r25:r24 } int main(){ char i = 45, j=88; // local vars r16, r17 foo(i, j); // parameters r20, r21 return 0; } C

100 Esempio di Contenuto dello Stack Frame char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } FP for foo() frame for foo() frame for main() a b x y main FP return address i j RAMEND FP = Y r29:r28 parametri r23:r0 valore di ritorno r25:r24 non ci sono altri registri in conflitto oltre il FP perchè tutti i parametri e le variabili locali sono memorizzati nello stack parameters local variables conflict regs FP for main()

101 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 Y o FP main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit: RAMEND

102 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP FP main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit: RAMEND

103 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP FP SP main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit: RAMEND

104 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP FP SP i = 45 RAMEND main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit:

105 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 j = 88 r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP FP SP i = 45 j = 88 RAMEND main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit:

106 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 j = r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP FP SP i = 45 j = 88 RAMEND main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit:

107 Esempio di Chiamate a Funzione C int main(){ char i = 45, j=88; foo(i, j); return 0; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 j = r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP SP FP high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 RAMEND main: ldi r28, low(ramend-2) ; 2 bytes for storing local ldi r29, high(ramend-2) ; variables i and j out SPH, r29 ; adjust stack pointer to out SPL, r28 ; point the new stack top ldi r16, 45 ; i=45 std r16, Y+1 ldi r17, 88 ; j=88 std r17, Y+2 ldd r20, Y+1 ; pass parameter i ldd r21, Y+2 ; pass parameter j rcall foo ; call foo exit:

108 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 j = r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP SP FP high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo: push r28 ; PROLOGUE frame size=4 push r29 ; (excluding return addr ; and registers) in r28, SPL ; save frame pointer in in r29, SPH ; stack ldi r16, 4 ; compute stack frame top sub r28, r16 ; for foo (actual parms a, ldi r17, 0 ; b; local var x, y) sbc r29, r17 out SPH, r29 ; adjust stack pointer out SPL, r28 std r20, Y+1 ; store actual parm a std r21, Y+2 ; store actual parm b RAMEND ; end of PROLOGUE...

109 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 j = r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP SP FP high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo: push r28 ; PROLOGUE frame size=4 push r29 ; (excluding return addr ; and registers) in r28, SPL ; save frame pointer in in r29, SPH ; stack ldi r16, 4 ; compute stack frame top sub r28, r16 ; for foo (actual parms a, ldi r17, 0 ; b; local var x, y) sbc r29, r17 out SPH, r29 ; adjust stack pointer out SPL, r28 std r20, Y+1 ; store actual parm a std r21, Y+2 ; store actual parm b RAMEND ; end of PROLOGUE...

110 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 i = 45 j = r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-5) high(ramend-5) Y o FP SP FP high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo: push r28 ; PROLOGUE frame size=4 push r29 ; (excluding return addr ; and registers) in r28, SPL ; save frame pointer in in r29, SPH ; stack ldi r16, 4 ; compute stack frame top sub r28, r16 ; for foo (actual parms a, ldi r17, 0 ; b; local var x, y) sbc r29, r17 out SPH, r29 ; adjust stack pointer out SPL, r28 std r20, Y+1 ; store actual parm a std r21, Y+2 ; store actual parm b RAMEND ; end of PROLOGUE...

111 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo: push r28 ; PROLOGUE frame size=4 push r29 ; (excluding return addr ; and registers) in r28, SPL ; save frame pointer in in r29, SPH ; stack ldi r16, 4 ; compute stack frame top sub r28, r16 ; for foo (actual parms a, ldi r17, 0 ; b; local var x, y) sbc r29, r17 out SPH, r29 ; adjust stack pointer out SPL, r28 std r20, Y+1 ; store actual parm a std r21, Y+2 ; store actual parm b RAMEND ; end of PROLOGUE...

112 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo: push r28 ; PROLOGUE frame size=4 push r29 ; (excluding return addr ; and registers) in r28, SPL ; save frame pointer in in r29, SPH ; stack ldi r16, 4 ; compute stack frame top sub r28, r16 ; for foo (actual parms a, ldi r17, 0 ; b; local var x, y) sbc r29, r17 out SPH, r29 ; adjust stack pointer out SPL, r28 std r20, Y+1 ; store actual parm a std r21, Y+2 ; store actual parm b RAMEND ; end of PROLOGUE...

113 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo: push r28 ; PROLOGUE frame size=4 push r29 ; (excluding return addr ; and registers) in r28, SPL ; save frame pointer in in r29, SPH ; stack ldi r16, 4 ; compute stack frame top sub r28, r16 ; for foo (actual parms a, ldi r17, 0 ; b; local var x, y) sbc r29, r17 out SPH, r29 ; adjust stack pointer out SPL, r28 std r20, Y+1 ; store actual parm a std r21, Y+2 ; store actual parm b RAMEND ; end of PROLOGUE...

114 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo:... ; BODY ldd r16, Y+1 ; load a ldd r17, Y+2 ; load b add r16, r18 ; compute x = a + b std r16, Y+3 ; store x ldd r16, Y+1 ; load a and r17, r16 ; compute y = a & b std r16, Y+4 ; store y ldd r16, Y+3 ; load x ldd r17, Y+4 ; load y sub r16, r17 ; compute x - y mov r16, r24 ; move (x y) to return... ; end of BODY RAMEND

115 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x=a y=b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo:... ; BODY ldd r16, Y+1 ; load a ldd r17, Y+2 ; load b add r16, r18 ; compute x = a + b std r16, Y+3 ; store x ldd r16, Y+1 ; load a and r17, r16 ; compute y = a & b std r16, Y+4 ; store y ldd r16, Y+3 ; load x ldd r17, Y+4 ; load y sub r16, r17 ; compute x - y mov r16, r24 ; move (x y) to return... ; end of BODY RAMEND

116 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x=a+b y=b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 x=a+b high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo:... ; BODY ldd r16, Y+1 ; load a ldd r17, Y+2 ; load b add r16, r18 ; compute x = a + b std r16, Y+3 ; store x ldd r16, Y+1 ; load a and r17, r16 ; compute y = a & b std r16, Y+4 ; store y ldd r16, Y+3 ; load x ldd r17, Y+4 ; load y sub r16, r17 ; compute x - y mov r16, r24 ; move (x y) to return... ; end of BODY RAMEND

117 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x=a y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 x=a+b y=a&b high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo:... ; BODY ldd r16, Y+1 ; load a ldd r17, Y+2 ; load b add r16, r18 ; compute x = a + b std r16, Y+3 ; store x ldd r16, Y+1 ; load a and r17, r16 ; compute y = a & b std r16, Y+4 ; store y ldd r16, Y+3 ; load x ldd r17, Y+4 ; load y sub r16, r17 ; compute x - y mov r16, r24 ; move (x y) to return... ; end of BODY RAMEND

118 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x=a+b y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 x=a+b y=a&b high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo:... ; BODY ldd r16, Y+1 ; load a ldd r17, Y+2 ; load b add r16, r18 ; compute x = a + b std r16, Y+3 ; store x ldd r16, Y+1 ; load a and r17, r16 ; compute y = a & b std r16, Y+4 ; store y ldd r16, Y+3 ; load x ldd r17, Y+4 ; load y sub r16, r17 ; compute x - y mov r16, r24 ; move (x y) to return... ; end of BODY RAMEND

119 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 x=a+b y=a&b high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 foo:... ; BODY ldd r16, Y+1 ; load a ldd r17, Y+2 ; load b add r16, r18 ; compute x = a + b std r16, Y+3 ; store x ldd r16, Y+1 ; load a and r17, r16 ; compute y = a & b std r16, Y+4 ; store y ldd r16, Y+3 ; load x ldd r17, Y+4 ; load y sub r16, r17 ; compute x - y mov r16, r24 ; move (x y) to return... ; end of BODY RAMEND

120 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-9) high(ramend-9) Y o FP FP SP a=45 b=88 x=a+b y=a&b high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 RAMEND foo:... ; EPILOGUE add r28, low(4) ; deallocate frame add r29, high(4) out SPL, r28 ; update stack pointer out SPH, r29 pop r29 ; restore main frame pointer pop r28 ret ; return to caller ; end of EPILOGUE

121 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-5) high(ramend-5) Y o FP SP FP a=45 b=88 x=a+b y=a&b high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 RAMEND foo:... ; EPILOGUE add r28, low(4) ; deallocate frame add r29, high(4) out SPL, r28 ; update stack pointer out SPH, r29 pop r29 ; restore main frame pointer pop r28 ret ; return to caller ; end of EPILOGUE

122 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-5) high(ramend-5) Y o FP SP FP high(ramend-2) low(ramend-2) high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 RAMEND foo:... ; EPILOGUE add r28, low(4) ; deallocate frame add r29, high(4) out SPL, r28 ; update stack pointer out SPH, r29 pop r29 ; restore main frame pointer pop r28 ret ; return to caller ; end of EPILOGUE

123 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP SP FP high(ret addr) low(ret addr) i = 45 j = 88 RAMEND foo:... ; EPILOGUE add r28, low(4) ; deallocate frame add r29, high(4) out SPL, r28 ; update stack pointer out SPH, r29 pop r29 ; restore main frame pointer pop r28 ret ; return to caller ; end of EPILOGUE

124 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP foo:... ; EPILOGUE add r28, low(4) ; deallocate frame add r29, high(4) out SPL, r28 ; update stack pointer out SPH, r29 pop r29 ; restore main frame pointer pop r28 ret ; return to caller ; end of EPILOGUE SP FP i = 45 j = 88 RAMEND

125 Esempio di Chiamate a Funzione C char foo(char a, char b){ char x, y; x = a + b; y = a & b; return x y; } r16 r17 r18 r19 r20 r21 r22 r23 x-y y=a&b r24 r25 r26 r27 r28 r29 r30 r31 x-y low(ramend-2) high(ramend-2) Y o FP foo:... ; EPILOGUE add r28, low(4) ; deallocate frame add r29, high(4) out SPL, r28 ; update stack pointer out SPH, r29 pop r29 ; restore main frame pointer pop r28 ret ; return to caller ; end of EPILOGUE SP FP i = 45 j = 88 RAMEND cicli esecuzione: 63 (17 main, 46 foo) dimensione massima dello stack: 10 B (2 B main, 8 B foo)

126 Altre Istruzioni dell AVR relative ai singoli bit settare un bit di I/O a 1: sbi resettare un bit di I/O a 0: cbi copiare un bit dal/nel campo T di SREG: bld, bst controllo del microcontrollore attesa (idleing): nop breakpoint per il debug: break passaggio alla modalità low power: sleep reset del watchdog timer: wdr

127 Riassunto Dettagli architetturali microcontrollori AVR registri (GPR, I/O), spazi di indirizzo e modalità di indirizzamento stack e funzioni Istruzioni aritmetico/logiche trasferimento dati controllo di flusso chiamata a funzione

128 Riassunto istruzione tipologia sintassi descrizione add artimetico/logica add Rd, Rr Rd Rd + Rr adc artimetico/logica adc Rd, Rr Rd Rd + Rr + C sub artimetico/logica sub Rd, Rr Rd Rd Rr sbc artimetico/logica sbc Rd, Rr Rd Rd Rr C cp artimetico/logica cp Rd, Rr Rd Rr cpi artimetico/logica cpi Rd, k Rd k inc artimetico/logica inc Rd Rd Rd + 1 dec artimetico/logica ded Rd Rd Rd 1 and artimetico/logica and Rd, Rr Rd Rd & Rr andi artimetico/logica andi Rd, k Rd Rd & k mov data transfer mov Rd, Rr Rd Rr in data transfer in Rd, A Rd I/O(A) out data transfer out A, Rr I/O(A) Rr ldd data transfer ldd Rd, Y+q Rd dmem(y+q) std data transfer std Rr, Y+q dmem(y+q) Rr lds data transfer lds Rd, k Rd dmem(k) sts data transfer sts Rr, k dmem(k) Rr ldi data transfer ldi Rd, k Rd k

129 Riassunto istruzione tipologia sintassi descrizione brne controllo flusso brne k if Z==0 then PC PC+k+1 else PC PC+1 brge controllo flusso brge k if S==0 then PC PC+k+1 else PC PC+1 rjmp controllo flusso rjmp k PC PC+k+1 push chiamata funzione push Rr dmem(sp) Rr, SP SP 1 pop chiamata funzione pop Rd SP SP + 1, Rd dmem(sp) rcall ret chiamata funzione chiamata funzione rcall k ret dmem(sp) low(pc+1), dmem(sp-1) high(pc+1), PC PC + k + 1, SP SP - 2 high(pc) dmem(sp+1), low(pc) dmem(sp+2), SP SP + 2 sbi bit sbi A, b I/O(A,b) 1 cbi bit cbi A, b I/O(A,b) 0 bld bit bld Rd,b Rd(b) T bst bit bst Rd, b T Rd(b) nop management nop - break management break - sleep management sleep - wdr management wdr WD timer restart

130 Esercizi: assembly AVR Si implementino le seguenti funzioni con le istruzioni assembly dei microcontrollori AVR viste. Quanto dura la loro esecuzione in cicli di clock? inversione dell ordine di una stringa di 10 caratteri memorizzata nei regitri r0-r9 spostando la stringa inversa nei registri r10-r19 riordinamento per valori decrescenti di una stringa di 3 char contenuti in r16-r18 char x, z; // r2 x, r3 z if(x>0) z = 1; else z = 255;

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