Clubul Ingineresc Micro LAB: Sistemul de comenzi al microcontrollerului AVR

Pagina principala curs на русском

Microcontrollerul AVR este un MCU tip RISC cu arhitectura Haward fapt ce permite execuţia a majorităţii operaţiilor într-un singur tact. Această performanţă se datoreaz faptului că sunt excluse cheltuielele de timp pentru transferul de date din memoria de program. Excepţii de la regula "execuţia intr-un singur tact" comenzi care operează cu date pe 16 biţi, salturi, transfer a controlului, etc.

O comandă Assembler presupune o acţiune pe care o poate efectua un MC. Comanda deţine un nume şi operanzii de lucru, stîng şi drept. Există comenzi comenzi cu un singur operand sau fără nici un operand.

Operandul stîng serveşte drept destinaţie a rezultatului operaţiei presupusă de comanda respectivă. În calitate de operand poate fi un registru de uz general (R), o constantă (k), oadresă a memoriei sau un registru periferic (P)

Comanda ASM are urmatorul format:

mnemonica - denumirea comenzii care este o prescurtare de la operaţia pe care o execută.
operand - adresa de aces la un resurs a Microcontrollerului sau o constantă pentru operaţiile cu constante.

Limbajul ASM presupune că fiecare comandă este direct transferată în cod-maşină. Mnemonica comenzii este de fapt o reprezentare a codului maşina intr-o formă uşor înţeleasă de programator

Pentru operaţiile de transfer operandul drept serveşte ca sursă, iar cel stâng ca destinaţie.

Pentru cele de prelucrare aritmetică sau logică, de regulă se execută operaţia între operanzi, iar rezultatul este stocat in operandul stâng, numit operand destinaţie.

Acesarea prin adrese a operanzilor este de cele mai dese ori incomodă, deaceea ele sunt înlocuite cu nume de constante ce indică adresa resursului pe care îl reprezintă. De exemplu pentru Regiştrii de uz General vom avea constanter cu nume R0, R1, R2... R31. Exemplu de regiştri periferici pot fi PORTA, PINA, DDRA, etc.

De obicei aceste adrese sunt descrise în fişiere speciale care pot fi incluse cu directiva de preprocesare

Aceste fişiere sunt puse la dispoziţie de către compania producător, sau de către producătorul de compilator sau mediu de dezvoltare a programelor.

.include "<tip_mcu>def.inc"

ex: .include "m16def.inc" - include constantele pentru resuresele microcontrollerului ATmega16

Vom evidenţia mai multe moduri de adresare către resursele microcontrollerului:

Adresarea directă – presupune modificarea datelor direct în registru (COM), în cazul operaţiilor cu un singur operand(LDI,TST)
Adresare directă cu doi regiştri – presupune adresarea datelor ce se găsesc în doi regiştri concomotent.
Acces direct la memorie – situaţia cînd un operand este un registru, iar celălalt este o adresă la memorie (LDS, STS).
Acces direct la periferici – (IN, OUT)
Adresare indirectă către memorie – modul de adresare presupune situaţia cînd adresa se află în unul din regiştri x, y, şi z.
Accesul la memoria de date cu predecrementare
Adresare indirectă cu deplasare
Adresare directă la constantele din program
Acces indirect la memoria din program.

Orice operaţie de transfer de date sau prelucrare a datelor presupune participarea a unui registru de uz general. În utilizarea Regiştrilor de uz general vom evidenţia anumite restricţii impuse de arhitectură.

R0 .. R15 - nu sunt disponibili pentru operaţiile cu constante
R1:R0 - întotdeauna servesc ca destinaţie a rezultatului a operaţiei MUL, indiferent de operanzi.
R26 .. R30 - formează 3 perechi de regiştri pentru comenzile ce presupun acces indirect la resursele Microcontrollerului

R27:R26 - X - XH:XL
R29:R28 - Y - YH:YL
R31:R30 - Z - ZH:ZL

Microcontrollerul AVR posedă un set de 90-120 comenzi, care pot fi grupate în următoarele categorii:

Comenzi pentru operaţii logice;
Comenzi pentru operaţii aritmetice si de deplasare;
Comenzi pentru operaţii cu biţii;
Comenzi pentru operaţii de transfer de date;
Comenzi pentru operaţii de transfer de control; (salt)
Comenzi pentru operaţii de control al sistemului;

Operaţiile logice permit evaluarea operaţiilor logice de tip AND, OR XOR, etc. tot în acest grup intră şi comenzile de calcul a valorilor inverse cum ar fi NEG şi COM. Tot aici va intra comenzile de curăţare şi setare a regiştrilor şi de schimb a adoua tetrade intr-un registru de uz general. toate comenzile din acest set se vor executa intr-un sigur tact de execuţie.
Operaţiile aritmetice permit evaluarea operaţiilor de aritmetice bază cum ar fi adunarea, scăderea, deplasare stânga şi dreapta, încementare şi decrementare. Toate operaţiile aritmetice se aplică doar la regiştrii de uz general. Evaluarea operaţiilor aritmetice este posibilă pentru operaţii cu valori cu semn şi fără. Toate comenzile din aces set se execută intr-un singur tact cu excepţia celor care operează cu date pe 16 biţi ( 2 baiti), care se vor executa în 2 tacturi maşină.
Operaţiile cu biţi permit executarea operaţiilor cu biţi pentru Regiştrii de Uz General şi Regiştrii Periferici, precum şi comenzi de modificare a registrului de stare SREG ca un subset suplimentar ceea ce se datorează faptului că lucrul cu aceşti biţi este des utilizat. De menţionat că operarea cu biţii pentru comenzile pentru Regiştrii de uz general şi cele cu perifericile este diferită. Pentru Periferice operandul drept va prezenta numărul bitului pentru modificare, iar pentru Regiştrii de uz general - masca. Toate comenzile din acest set se execută intr-un sigur tact.
Operaţiile de transfer permit transferul valorii de la operandul drept către operandul stâng. Operanzii vor conţine adrese ce se referă la memoria de Date. Aici vor intra Registrii de uz general, Regiştri Periferici şi memoria RAM. Operaţiile de transfer sunt posibile doar în anumite moduri, după cum urmează:

Registru Uz General <=> Registru Uz General
Registru Uz General <=> Registru Periferic
Registru Uz General <=> Memoria RAM

Tot în acest set de comenzi intră şi comenzile de lucru cu stiva PUSH şi POP. Pentru execuţia acestor comenzi vor fi necesare de la 1 pana 3 tacturi de execuţie, în dependenţă de comandă.

Operaţiile de transfer de control permit realizarea salturilor conditionate şi necondiţionate. Tot în acest set intră şi comenzile pentru lucrul cu subrutinele de chemare a subrutinelor şi returnare din ele. Comenzile de salt conditionat vor fi de două tipuri salt la o adresa dacă se satisface condiţia şi salt condiţionat peste o comandă numit şi comandă de ignorare a următoarei comenzi. tot în acest set vor intra şi comenzile de comparaţie a operanzilor ce va permite setarea biţilor din registrul de stare SREG, şi este utilizată ca o pre-comandă pentru salturile condiţionate.
Operaţiile de control al sistemului sunt 3 la număr:

NOP - Comanda nulă (1 tact)
SLEEP - transferă Microcontrollerul în regim de consum redus (4 tacturi)
WDR - resetasrea contorulul Watchdog (1 tact)

În tabelul mai jos vor fi prezetate seturile de comenzi pentru Microcontrollerul seriei AVR Clasic. Comenzile vor fi grupate după tipul de operaţii pe care îl execută. Se va evidenţia mnemonica operaţiei, explicaţie scurtă despre funcţionalitate în varianta engleză şi română, parametrii, numărul de tacturi de execuţie şi flagurile pe care le afectează sau care se ia în consideraţie la evaluarea rezultatului.

Nota: Pentru o versiune mai completă, explicaţii în detaliu şi exemple de utilizare pentru fiecare comandă din setul de comenzi accesaţi site-ul producatorului : http://www.atmel.com/images/doc0856.pdf

Pagina principala curs

Comenzile aritmetice şi logice

Nr	Comanda	Operanzii	Descrierea	Traducerea	Operaţia	Flags
1	ADD	Rd, Rr	Add without carry	Adunarea aritmetică fără transport	Rd->Rd+Rr	Z,C,N,V,H
2	ADC	Rd, Rr	Add eith carry	Adunare cu transport	Rd>Rd+Rr+C	Z,C,N,V,H
3	ADIW	Rd, k	Add immediate to work	Adunarea constantei la un cuvînt	Rdh:Rdl Rdh:Rdl+K	Z,C,N,V
4	SUB	Rd, Rr	Substract without carry	Scaderea fără transport	RdRd-Rr	Z,C,N,V,H
5	SUBI	Rd, k	Substract immediate	Diferenţă cu o constantă	RdRd-k	Z,C,N,V,H
6	SBC	Rd, Rr	Substract with carry	Scădere cu transport	RdRd-Rr-C	Z,C,N,V,H
7	SBCI	Rd, k	Substract immediate with carry	Diferenţă cu constantă şi transport	RdRd-K-C	Z,C,N,V,H
8	SBIW	Rd, k	Substract immediate from word	Diferenţa constantei de la cuvînt	Rdh:Rdl Rdh:Rdl-K	Z,C,N,V
9	AND	Rd, Rr	Logical And	SI logic	RdRd*Rr	Z,N,V
10	ANDI	Rd, k	Logical And with Immediate	SI Logic cu o constantă	RdRd*k	Z,N,V
11	OR	Rd, Rr	Logical Or	SAU logic	RdRdRr	Z,N,V
12	ORI	Rd, k	Logical Or with Immediate	SAU logic cu constantă	RdRdk	Z,N,V
13	EOR	Rd, Rr	Exclusive OR	SAU exclusiv	RdRdRr	Z,N,V
14	COM	Rd	One’s complement	Complement faţă de 1	Rd$FF-Rd	Z,C,N,V
15	NEG	Rd	Two’s complement	Negarea complementului binar	Rd$00-Rd	Z,C,N,V,H
16	SBR	Rd, k	Set Bits in Register	Setarea bitului K în registru	RdRdk	Z,N,V
17	CBR	Rd, k	Clear Bits in Register	Ştergerea bitului K în registru	RdRd*($FF-k)	Z,N,V
18	INC	Rd	Increment	Incrementarea	RdRd+1	Z,N,V
19	DEC	Rd	Decrement	Decrementarea	RdRd-1	Z,N,V
20	TST	Rd	Test for zero or minus	Testarea la 0 sau la „-”	RdRd*Rr	Z,N,V
21	CLR	Rd	Clear Register	Curăţirea registrului	RdRdRr	Z,N,V
22	SER	Rd	Set all bits in register	Setarea biţilor în registru	Rd$FF	None

3. Comenzi pe biti

Nr	Comanda	Operanzi	Descrierea	Traducerea	Operaţia	Flags
1	LSL	Rd	Logical Shift Left	Shiftare logică la stinga	Rd(n+1)Rd(n), Rd(0) 0 CRd(7)	Z,C,N,V,H
2	LSR	Rd	Logical Shift Righ	Shiftare Logică la dreapta	Rd(n)Rd(n+1), Rd(7) 0, CRd(0)	Z,C,N,V
3	ROL		Rotate left trough carry	Rotare la stinga peste bitul de transport	Rd(0)C, Rd(n+1) Rd, CRd(7)	Z,C,N,V,H
4	ROR	Rd	Rotate right trough carry	Rotare la dreapta peste bitul de transport	CRd(7) Rd(n+1) Rd, C Rd(0)	Z,C,N,V
5	ASR	Rd	Arithmetic Shift Right	Shiftare logică la dreapta	Rd(n) Rd(n+1) n=0..6	Z,C,N,V
6	SWAP	Rd	Swap Nibbles	Inversarea jumătăţilor	Rd(0..3) Rd(4..7)	None
7	BSET	s	Flag Set	Setarea flagului	SREG(s) 1	SREG(s)
8	BCLR	s	Flag Cleared	Ştergerea flagului	SREG(s) 0	SREG(s)
9	SBI	P, b	Set bit to I/O	Setarea bitului în registrul I/O	I/O (P,b) 1	None
10	CBI	P,b	Clear bit in I/O Register	Ştergerea bitului din registru I/O	I/O (P,b) 0	None
11	BST	Rd, b	Bit Store from Register to T	Stocarea bitului din registru în flagul T	T Rd(b)	T
12	BLD	Rd, b	Bit load from T to Register	Încărcarea flagului T in bitul registrului	Rd(b) T	None
13	SEC		Set carry Flag	Setarea transportul flagului	C1	C
14	CLC		Clear carry flag	Stergerea transportul flagului	C0	C
15	SEN		Set negative flag	Setarea flagului negativ	N1	N
16	CLN		Cleared Negative flag	Ştergerea flagului negativ	N0	N
17	SEZ		Set zero flag	Setarea flagului 0	Z1	Z
18	CLZ		Clear zero flag	Ştergerea flagului 0	Z0	Z
19	SEI		Set global Interrupt flag	Setarea flagului intreruperii globale	I1	I
20	CLI		Clear global interrupt flag	Ştergerea flagului intreruperii globale	I0	I
21	SES		Set Signed Flag	Setarea flagului de semn	S1	S
22	CLS		Clear Signed Flag	Ştergerea flagului de semn	S0	S
23	SEV		Set overflow flag	Setarea flagului fluxului de date	V1	V
24	CLV		Clear overflow	Stergerea flagului fluxului de date	V0	V
25	SET		Set T flag	Setarea flagului T	T1	T
26	CLT		Clear T flag	Stergerea flagului T	T0	T
27	SEH		Set half carry flag	Setarea flagului a jumătăţii bitului de transport	H1	H
28	CLH		Clear half carry flag	Ştergerea flagului a jumăţăţii bitului de transport	H0	H

Comenzile de transfer

Nr	Comanda	Operanzi	Descrierea	Traducerea	Operaţia	Flags
1	ELPM		Extend Load Program Memory	Extinderea încărcării memoriei de program	Ro=(Z+ELPM)	None
2	MOV	Rd, Rr	Copy Register	Copierea registrului	RdRr	None
3	LDI	Rd, K	Load Immediate	Incărcarea constantei	RdK	None
4	LDS	Rd, X	Load direct from RAM	Încarcă din RAM	Rd(k)	None
4	LD	Rd, x	Load direct	Încărcare directă	Rd(x)	None
5	LD	Rd, x+	Load indirect and post increment	Încarcare indirectă apoi post incrementare	Rd(x) x x+1	None
6	LD	Rd, -x	Load Indirect and pre decrement	Încărcare indirectă apoi pre decrementare	Rd(x) x x-1	None
7	LD	Rd, Y	Load Indirect	Încărcare indirectă	Rd(Y)	None
8	LD	Rd, Y+	Load Indirect and post increment	Încărcare indirectă apoi post incrementare	Rd(Y) Y Y+1	None
9	LD	Rd, -Y	Load Indirect and pre decrement	Încărcare indirectă apoi pre decrementare	Rd(Y) YY-1	None
10	LDD	Rd, Y+q	Load indirect with displacement	Încarcare indirectă cu deplasament	Rd(Y+q)	None
11	LD	Rd, Z	Load indirect	Încarcă indirect	Rd(Z)	None
12	LD	Rd, Z+	Load indirect and post increment	Încarcă indirect apoi post incrementare	Rd(Z) ZZ+1	None
13	LD	Rd, -Z	Load indirect and pre decrement	Încarcă indirect apoi pre decrementare	Rd(Z) ZZ-1	None
14	LDD	Rd, Z+q	Load indirect with deplacement	Incarcă indirect cu deplasament	Rd(Z+q)	None
15	STS	k, Rr	Store Direct to RAM	Stochează direct in RAM	(k) Rr	None
16	ST	X, Rr	Store Indiret	Stochează indirect	(X) Rr	None
17	ST	X+, Rr	Store Indirect and post increment	Stocează indirect apoi post incrementare	Rr(X) X X+1	None
18	ST	X-, Rr	Store Indirect and pre decrement	Stochează indirect apoi pre decrementează	Rr(X) XX-1	None
19	STD	X+q, Rr	Store indirect with deplacement	Stocează indirect cu deplasament	Rr(X+q)	None
20	ST	Y, Rr	Store indirect	Stochează indirect	(Y) Rr	None
21	ST	Y+, Rr	Store indirect and post increment	Stocheză indirect si post incrementează	Rd(Y) Y Y+1	None
22	ST	Y-, Rr	Store indirect and pre decrement	Stochează indirect şi pre decrementează	Rd(Y) YY-1	None
23	ST	Rd, Y+q	Store indirect with displacement	Stochează indirectă cu deplasament	Rd(Y+q)	None
24	ST	Rd, Z	Store Indiret	Stochează indirect	Rd(Z)	None
25	ST	Rd, Z+	Store indirect and post increment	Stochează indirect apoi pre decrementare	Rd(Z) ZZ+1	None
26	ST	Z-, Rr	Store indirect and pre decrement	Stochează indirect apoi pre decrementează	Rd(Z) ZZ-1	None
27	ST	Rd, Z+q	Store indirect with deplacement	Stocează indirect cu deplasament	Rr(Z+q)	None
28	LPM		Load program memory	Încărcarea memoriei de program	R0(Z)	None
29	IN	Rd, P	Load on I/O Port to Register	Încarcă datele din portul I/O în registru	RdP	None
30	OUT	P, Pr	Store Register to I/O port	Stochează datele din registru în Portul I/O	PRd	None
31	PUSH	Rr	Push Register on Stack	Pune registrul în stivă	STACKRd	None
32	POP	Rd	Pop Register from Stack	Scoate registrul din stivă	RdSTACK	None

Comenzile de transfer a controlului executiei

Nr	Comanda	Operanzii	Descrierea	Traducerea	Operaţia	Flags

23	CP	Rd, Rk	Compare	Comparare	Rd-Rk	Z,C,N,V,H
24	CPC	Rd, Rk	Compare with carry	Compară cu bitul de transport	Rd-Rk-C	Z,C,N,V,H
25	CPI	Rd, k	Compare with Immediate	Compară cu o constantă	Rd-K	Z,C,N,V,H
26	RJMP	k	Relative Jump	Salt relativ la k	PCPC+K+1	None
27	IJMP	k	Indirect Jump	Salt indirect la k	PCZ	None
28	JUMP	k	Jump	Salt necondiţionat	PC K	None
29	RCALL	k	Relative Call	Salt relativ la subrutină	PCPC+K+1	None
30	ICALL	k	Indirect Call	Salt indirect la subrutină	PCZ	None
31	CALL	k	Call	Apelare rutină	PC K	None
32	RET	k	Return from subrutine	Returnare din subrutină	PCstack	None
33	RETI	k	Return from Intrerrupt	Returnare din întrerupere	PCstack	I
34	CPSE	Rd, Rk	Compare skip if equal	Compară skip daca e egal	If Rd=Rk then PCPC+2 (or 3)	None
35	SBRC	Rr, b	Skip if Bit in Register is Clear	Sare dacă bitul din registru este 0	If Rr (b)=0 then PCPC + 2 (or 3)	None
36	SBRS	Rr, b	Skip if Bit in Register is Set	Sare dacă bitul din registru este setat	If Rr (b)=1 then PCPC + 2 (or 3)	None
37	SBIC	P,b	Skip if Bit I/O is clear	Sare dacă bitul din registrul I/O este şters	If I/O (P,b)=0 then PCPC + 2 (or 3)	None
38	SBIS	P, b	Skip if Bit I/O is set	Sare dacă bitul din registrul I/O este setat	If I/O (P,b)=1 then PCPC + 2 (or 3)	None
39	BRBS	s, k	Branch If Bit in SREG is Set	Sare dacă bitul din registrul SREG este setat	If SREG=1 then PCPC+k+1	None
40	BRBC	s, k	Branch If Bit in SREG in Cleared	Sare dacă bitul din registrul SREG este şters	If SREG=0 then PCPC+k+1	None
41	BREQ	k	Branch if Equal	Salt la egalitate	If Rd=Rr(z=1) then PCPC+k+1	None
42	BRNE	k	Branch if Not Equal	Salt dacă nu este egalitate	If RdRr(z=0) then PCPC+k+1	None
44	BRCS	k	Branch if carry set	Sare dacă transportul este setat	If C=1 then PCPC+k+1	None
45	BRCC	k	Branch if carry cleard	Sare dacă transportul este şters	If C=0 then PCPC+k+1	None
46	BRSH	k	Branch if Same or Higher	Sare dacă este egal sau mai mare	If RdRr(C=0) then PCPC+k+1	None
47	BRLO	k	Branch if Lower	Sare dacă este mai mic	If Rd<Rr(C=1) then PCPC+k+1	None
48	BRMI	k	Branch if Minus	Sare dacă este minus	If N=1 then PCPC+k+1	None
49	BRPL	k	Branch if Plus	Sare dacă este +	If N=0 then PCPC+k+1	None
50	BRGE	k	Branch if Greater or Equal	Sare dacă este mai mare sau egal cu bitul transportului	F RdRr (NV=0)then PCPC+k+1	None
51	BRLT	k	Branch if Less then (Signed)	Sare dacă este mai mic decât , (cu semn)	F Rd<Rr (N1=0)then PCPC+k+1	None
52	BRHS	k	Branch if Half Carry flag is set	Sare dacă jumătate din constanta flagului este setată	If H=1 then PCPC+k+1	None
53	BRHC	k	Branch is Half Carry flag is cleared	Sare dacă jumătate dn constanta flagului este ştears	If H=0 then PCPC+k+1	None
54	BRTS	k	Branch if T flag is set	Sare dacă flagul T este setat	If T=1 then PCPC+k+1	None
55	BRTC	k	Branch if T flag is cleared	Sare dacă flagul T este şters	If T=0 then PCPC+k+1	None
55	BRVS	k	Branch if Overflow is set	Sare dacă fluxul de date este setat	If V=1 then PCPC+k+1	None
56	BRVC	k	Brach if Overflow is cleared	Sare dacă fluxul de date este şters	If V=0 then PCPC+k+1	None
57	BRIE	k	Branch if Intrerrupt is set	Sare dacă întreruperea este setată	If I=1 then PCPC+k+1	None
58	BRIC	k	Branch if Intrerrupt is cleared	Sare dacă întreruperea este ştearsă	If V=0 then PCPC+k+1	None