MC6805 Instruction Set and Program Control

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1 MC6805 Instruction Set and Program Control prof. Svetoslav Nikolov TECHNICHAL UNIVERSITY OF DENMARK Traduzione e Adattamenti: prof. Cleto Azzani IPSIA MORETTO BRESCIA

2 In Questa Puntata Introduzione alla architettura del Set di Istruzioni I registri interni del M6805 I modi di indirizzamento Le istruzioni di salto e le chiamate alle Procedure (sottoprogrammi) La Programmazione in linguaggio Assembler 2

3 Introduzione Com è noto la CPU rappresenta il cuore del microcontrollore Il funzionamento della CPU è caratterizzato da una grande quantità di operazioni elementari ciascuno eseguito in un singolo ciclo. Si parla convenzionalmente di RTL register transfer level. Ad ogni ciclo macchina i segnali di controllo ed il registro di stato interno vengono opportunamente settati. Al programmatore non interessa molto il livello RTL; interessa maggiormente conoscere quali registri interni sono disponibili e quale set di istruzioni ha a disposizione. 3

4 Introduzione L architettura della famiglia M6805 è basata sul modello Von Neumann nel quale i dati, il programma e i canali di I/O vengono collocati nella medesima area di indirizzamento. Il set di istruzioni è regolare e simmetrico; ciò significa che per la maggior parte delle istruzioni esiste una versione complementare: LDA STA Carica e Scarica INC DEC Incrementa e Decrementa BEQ BNE Salta se è Uguale e Salta se NON è Uguale ADD SUB Addiziona e Sottrai AND ORA Operatore logico AND e Operatore logico OR BCLR BSET Azzera Bit porta a 1 Bit ROR ROL Ruota i bit verso Destra o verso Sinistra JSR RTS Salta e ritorna da un sottoprogramma 4

5 MPU: Registri Interni 5

6 Accumulatore (A) L accumulatore (A) è un registro general purpose ad 8 bit che viene utilizzato dal programmatore per eseguire operazioni aritmetiche, operazioni logiche, operazioni di manipolazione dei dati. L intero set di istruzioni opera sul registro A. B6 50 LDA $50 ;Carica A con il contenuto presente ;nella zona memoria $50 BB 87 ADD $87 ; Somma il contenuto della zona ;mem. $87 all accumulatore B7 3C STA $3C ; Scarica il contenuto dell acc. ;nella zona mem. $3C 6

7 Registro Indice (X) Il registro indice viene usato dalle istruzioni che utilizzano il modo di indirizzamento indicizzato oppure viene impiegato come registro accumulatore ausiliario. Il registro può venire caricato o scaricato e il suo contenuto può essere confrontato con il dato presente in una determinara area di memoria. LDX #BCNT REPEAT LDA SOURCE, X STA DESTIN, X DECX BNE REPEAT ; Recupera la lunghezza ; Recupera il dato ; memorizza il dato ; al successivo ; Ripeti fino alla fine 7

8 Program Counter (PC) Il registro PC contiene l indirizzo di memoria della successiva istruzione che deve essere recuperata. Normalmente PC punta alla successiva locazione di memoria.. Il contenuto del PC può essere alterato dagli interrupts, o dalle istruzioni di salto. Durante un interrupt il PC viene caricato con un indirizzo corrispondente al tipo di interrupt che si è verificato (interrupt vector). Le istruzioni di salto jump e branch modificano il contenuto del PC in modo tale che la successiva istruzione ad essere eseguita non è quella successiva presente in memoria. L ampiezza del PC (il numero di bit utilizzabili) dipende dal particolare tipo di MCU. 8

9 Stack Pointer (SP)... L area di Stack (stack) è una zona memoria RAM utilizzata per porre in salvo informazioni di tipo temporaneo. E un insieme di locazioni di memoria consecutive gestite in modo LIFO (last-in-first-out). Un registro apposito denominato Stack Pointer SP viene utilizzato per specificare dov è collocato l ultimo dato nel caso di una operazione POP (recupero dati dallo stack) e dove collocare un dato da inserire nello stack nel caso di una operazione PUSH (inserimento dati nello stack) Sia gli Interrupts che le subroutines fanno ampio utilizzo dell area di Stack; il valore del PC viene automaticamente memorizzato durante una chiamata ad un sottoprogramma; infatti esso non è altro che l indirizzo di ritorno per proseguire. Tutti i registri (A,X, PC, CC) vengono memorizzati automaticamente nello Stack durante l esecuzione di un interrupt. 9

10 ... Stack Pointer 10

11 Registro di Stato o Condition Code Register (CC) H usato nelle operazioni aritmetiche BCD; viene modificato dalla ADD e dalla ADC. I quando vale 1 disabilita tutti gli interrupt mascherabili. Durante la esecuzione di un interrupt viene automaticamente portato a 1 dopo che i registri sono stati collocati nello stack. N viene portato a 1 da quelle operazioni aritmetiche logiche o di manipolazione dei dati che producono un risultato negativo (nella rappresentazione in complemento a 2). Z viene portato a 1 da quelle operazioni aritmetiche logiche o di manipolazione dei dati che producono un risultato nullo. C segnala la presenza di un riporto positivo carry dopo una addizione o un riporto negativo borrow dopo una sottrazione. 11

12 Esempio AB 02 ADD #2 ;ADD 2 TO ACCUMULATOR H Viene portato ad 1 perché si è verificato un riporto fra il bit 3 ed il bit 4 I Nessun cambiamento N Viene portato ad 0 perché il risultato non è di segno negativo Z Viene portato ad 0 perché il risultato non è nullo C Viene portato ad 1 perché si è verificato un riporto dal bit 7 dell accumulatore 12

13 Modi di Indirizzamento... I modi di indirizzamento definiscono le modalità con cui le istruzioni recuperano il dato richiesto durante l esecuzione. Una istruzione può accedere ad un dato in uno dei 5 diversi modi di indirizzamento previsti. Il numero di istruzioni nel caso della MPU MC6805 si aggira attorno a 60 ma il numero complessivo di codici operativi (machine codes) sale a 207 tenendo conto che una istruzione utilizza in genere più modi di indirizzamento. Con il termine Effective Address/Indirizzo Effettivo si denota la locazione di memoria dalla quale il dato è letto o nella quale il dato è memorizzato. 13

14 Modi di Indirizzamento... Inerente Immediato Diretto Esteso Indicizzato Relativo Manipolazione dei Bit 14

15 Modo di Indirizzamento Inerente In questo modo di indirizzamento non esiste alcun Effective Address. La informazione richiesta è già nella CPU. L istruzione occupa solamente un byte in memoria. 05B9 4F CLEAR CLRA ; Cancella l accumulatore 05BA 97 TAX ; Trasferisci A in X 05BB 98 CLC ; Cancella il Carry Bit del CC 05BC 81 RTS ; Ritorna da un sottoprogramma 15

16 Indirizzamento Immediato L indirizzo effettivo EA di una istruzione immediata è l indirizzo della locazione che immediatamente segue il codice operativo. Questo modo viene utilizzato con valori costanti e note fin dal momento in cui il programma viene scritto. Queste istruzioni sono composte da due bytes. PC punta alla istruzione PC PC + 1 EA PC PC PC

17 Esempio [1] PC = $05BC La CPU estrae dalla memoria il codice A6 La CPU riconosce che il codice A6 prevede indirizzamento immediato. PC = PC+1 [2] EA = PC = $05BC La CPU legge il dato immediato dalla locazione di indirizzo $05BD. PC = PC+1 Avanza e passa alla istruzione successiva 05BC A6 02 LDA #2 ; Carica in A il valore 2 05BE A0 05 SUB #5 ; Sottrae 5 dal contenuto di A 05C0 A1 A0 CMP #10 ; Confronta A con il valore 10 17

18 Indirizzamento Esteso Il dato su cui opera una istruzione è individuato dall indirizzo completo a 16 bit ed è contenuto nei due byte che seguono il codice operativo. L indirizzamento esteso consente di individuare qualsiasi locazione di memoria appartenente allo spazio degli indirizzi della CPU M6805. Tutte le istruzioni che operano sui registri interni e sulle locazioni di memoria esterna possono utilizzare il modo di indirizzamento esteso. PC punta alla istruzione PC PC + 1 EA (PC) : (PC+1) PC PC

19 Esempio [1] La CPU legge, all indirizzo $0409, il codice operativo $CE carica il registro X utilizzando il modo di indirizzamento esteso. [2] La CPU legge la quantità $08 dalla locazione $040A. Questo valore Rappresenta il byte più significativo MSB dell indirizzo del dato. [3] La CPU legge poi $00 dalla locazione $040B. Questo valore rappresenta il byte meno significativo LSB dell indirizzo del dato. [4] La CPU internamente compone EA = $0800 e successivamente legge il dato ad 8 bit presente alla locazione di indirizzo $ COUNT EQU $ DELAY EQU $ CE 0800 LDX COUNT ;Carica X con il contenuto della locazione di memoria $ C CD 1200 JSR DELAY ;Salta al sottoprogramma che inizia all indirizzo $

20 Indirizzamento Diretto (o in pagina 0) Il modo di indirizzamento diretto è simile all indirizzamento esteso. Nel modo diretto l indirizzo del dato EA è costituito da un unico byte; si parla convenzionalmente di indirizzo abbreviato. L indirizzamento diretto consente ad una istruzione di accedere a informazioni collocate nella cosiddetta pagina 0 ($00-$FF). Può venire usato con qualsiasi istruzione sia di tipo read-modify-write sia di tipo register/memory o bit manipulation. PC punta alla istruzione PC PC + 1 EA 00 : (PC) PC PC

21 Esempio I seguenti esempi addizionano due numeri a 16 bit. Il primo numero è collocato nelle zone memoria $10:$11 (MSB:LSB) e il secondo numero è collocato nelle zone memoria $12:$13 (MSB:LSB). NUM1 NUM2 ORG $10 ; Stabilisce l origine RMB 2 ; Riserva 2 bytes RMB 2 ; Riserva 2 bytes 0527 B6 11 LDA NUM1+1 ; Carica A con il contenuto della locazione $ BB 13 ADD NUM2+1 ; Aggiungi il contenuto della locazione $0013 ad A 052B B7 11 STA NUM1+1 ;Memorizza il risultato nella locazione $ D B6 10 LDA NUM1 ; Carica A con il contenuto della locazione $ F B9 12 ADC NUM2 ; Aggiungi il contenuto della locazione $0012 ad A 0531 B7 10 STA NUM1 ; Memorizza il risultato nella locazione $

22 Indirizzamento Indicizzato Nel modo di indirizzamento indicizzato l indirizzo effettivo EA è una variabile che dipende da due fattori: (1) il valore corrente di X e (2) l offset eventuale contenuto nel byte o nei bytes che seguono la istruzione. L offset può essere : nullo, un dato a 8 bit, un dato a 16 bit. EA = (X) + Offset 22

23 Indicizzato senza Offset In questo modo il contenuto del registro X rappresenta l indirizzo effettivo EA su cui lavora l istruzione; perciò l istruzione è costituita da un solo byte. Questo modo di indirizzamento viene utilizzato nei casi in cui l indirizzo EA punta ai primi 256 bytes (da $00 a $FF, lo spazio di memoria degli I/O). PC punta alla istruzione EA 00 : X PC PC + 1 AE 45 LDX #$45 ; X = $45 A6 20 LDA #$20 ; A = $30 F7 STA,X ;memorizza A nella zona $45 23

24 Indicizzato con Offset a 8 Bit Per determinare l indirizzo effettivo EA in questo modo di indirizzamento, il contenuto del registro indice X viene sommato al byte che segue il codice operativo. Questo modo è utile nel selezionare il k-esimo elemento di una tabella di n elementi; la tabella deve però iniziare nei primi 255 bytes della mappa (da $00 a $FF), e non deve eccedere le prime 511 locazioni di memoria della mappa. L indirizzamento indicizzato con offset a 8-bit può venire utilizzato per ROM, RAM, e I/O. PC punta alla istruzione PC PC + 1 EA X + (PC) + $0000 PC PC

25 Indicizzato con Offset a 16 Bit Funziona in modo analogo all indirizzamento indicizzato con offset a 8 bit. L istruzione completa ha una lunghezza di 3 bytes. Ogni locazione di memoria può essere raggiunta da questo modo di indirizzamento. PC punta alla istruzione PC PC + 1 EA (PC):(PC+1) + X PC PC + 2 SOURCE EQU $200 DESTIN EQU $ AE 04 LDX #$ D BLKMOV LDA SOURCE, X ; Carica in A il contenuto della locazione SOURCE + X 0695 E7 40 STA DESTIN,X ; Scarica A nella locazione DESTIN + X A DECX ; Passa alla successiva locazione A 0692 BPL BLKMOV ; Ripeti fino alla fine 25

26 Modo di Indirizzamento Relativo Il Modo di Indirizzamento Relativo è usato solamente per le istruzioni di salto di tipo Branch ; esso specifica una locazione relativa al valore corrente del PC (Program Counter). Il range dell offset è contenuto nei valori: (PC+2) <= R <= (PC+2) Se la destinazione del salto richiede di andare oltre al range R indicato, si passa ad utilizzare istruzioni JMP (salto incondizionato) o JSR (salto ad un sottoprogramma). PC punta alla istruzione PC PC + 1 TEMP (PC) PC PC + 1 EA PC+TEMP se il salto ha luogo 26

27 Esempio 04A1 AE 50 LDX #$50 04A3 CD 04C0 REP JSR WORK 04A6 5A 04A7 26 FA DECX BNE REP $FA è la rappresentazione binaria in complemento a 2 del valore 6 In questo esempio il sottoprogramma WORK viene chiamato 80 volte. 27

28 Istruzioni di Bit Test e Istruzioni Branch Queste istruzioni utilizzano il modo di indirizzamento diretto per specificare la locazione di memoria sotto test e l indirizzamento relativo per specificare la destinazione del salto branch. La documentazione Motorola più recente considera queste istruzioni appartenenti al modo di indirizzamento Diretto; la vecchia documentazione Motorola le cataloga come istruzioni BTB (BTB Bit Test and Branch). Il bit che è sottoposto a test o che viene settato (portato a 1) oppure resettato (portat a 0) è contenuto nel semibyte meno significativo del codice Oprativo che caratterizza l istruzione. (vedi esempio nella slide seguente) 28

29 Esempio 0001 PORTB EQU $01 ; Definisco indirizzo del Port B 0009 TIMER EQU $09 ; Definisco indirizzo TCR (Timer) 058F BCLR 2, PORTB ; Spengo LED F 09 FC REPT BRCLR 7, TIMER, REPT ; Verifico lo stato del Timer e ; ripeto se tempo non scaduto BSET 2, PORTB ; Accendo LED AGAIN LDA TIMER ; Recupero stato del Timer BIT #$80 ; Maschero il Bit 7 BNE AGAIN ; Se Bit 7 <> 0 ritorno in ciclo LDA PORTB ; Recupero dato presente sul Port B AND #$FB ; Maschera AND sul bit 2 STA PORTB ; Salvo Dato Modificato (spengo LED) BRA REPT ; Ritorno in ciclo 29

30 Riepilogo del Set di Istruzioni Register/Memory (ADC, ADD, AND, BIT, CMP, CPX, JMP) Immediato, Diretto, Esteso, Indicizzato (tutti tipi) Read/Modify/Write (ASL, ASR, CLR, COM, DEC, INC, LSL, LSR,... ) Diretto, Inerente, Indicizzato senza offset o con offset ad 8 bit Control Instructions (CLC, CLI, NOP, RSP, RTI, RTS, SEC, SEI, TAX...) Solo indirizzamento Inerente (1 solo byte) Bit Manipulation (BCLR n, BRCLR n, BRSET n, BSET n) Diretto, Relativo Branch Instructions (BCC, BCS, BEQ, BHCC, BHCS,... BRA, BRN) Relativo 30

31 Approfondimenti consigliati M6805 Hardware Features (Peripherals) Reading Material - Bind I, Del 2 "M6805 Users Manual", Chapter 4 "Hardware Features", pages Alternatively you can read Chapters "The Paced Loop" and "On-Chip Peripheral Systems" from MC68HC05 Family - Understanding small microcontrollers, pages Corso Introduttivo sul Microprocessore Motorola MC