Радиоавтоматика и МП / бр3995

Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет

СХЕМОТЕХНИКА

МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА В РАДИОЭЛЕКТРОННОМ ОБОРУДОВАНИИ

Учебно-методическое пособие для лабораторных работ

Электронное издание

Красноярск

СФУ

2012

1

УДК 621.396(07) ББК 32.844.15я73

С921

Составитель: Мичурина Маргарита Михайловна

С921 Схемотехника. Микропроцессорные устройства в радиоэлектронном оборудовании: учебно-методическое пособие для лабораторных работ [Электронный ресурс] / сост. М.М. Мичурина. – Электрон. дан. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – Систем. требования: PC не ниже класса Pentium I; 128 Mb RAM; Windows 98/XP/7; Adobe Reader V8.0 и

выше. – Загл. с экрана.

Рассматривается система команд и основы разработки программного обеспечения на языке АССЕМБЛЕР.

Предназначено для студентов укрупнённой группы 160000 «Авиационная и ракетно-космическая техника» специальности 160905.65 «Техническая эксплуа- тация транспортного радиооборудования».

УДК 621.396(07) ББК 32.844.15я73

© Сибирский федеральный университет, 2012

Учебное издание

Подготовлено к публикации редакционно-издательским отделом БИК СФУ

Подписано в свет 18.10.2012 г. Заказ 9951. Тиражируется на машиночитаемых носителях.

Редакционно-издательский отдел Библиотечно-издательского комплекса Сибирского федерального университета 660041, г. Красноярск, пр. Свободный, 79

Тел/факс [phone]. E-mail [e-mail] http://rio.sfu-kras.ru

2

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ..............................................................................................................	4
1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1Знакомство с работой отладчика программ
на ассемблере TURBO DEBUGGER.....................................................................	4
1.1. Что такое ассемблер? .............................................................................	4
1.2. Алгоритм разработки программы на языке ассемблера ....................	5
1.3. Основные составляющие программ .....................................................	9
1.4. Ассемблирование (трансляция) и компоновка программы .............	15
1.5. Отладка программы..............................................................................	17
1.6. Пример выполнения программы .......................................................	18
2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2. Команды пересылок, логические команды,
команды передачи управления.............................................................................	20
3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3. Изучение арифметических команд для
выполнения операций двоичной арифметики ....................................................	27
4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. Разработка и отладка программ,
использующих арифметические операции над двоично-десятичными
цифрами ..................................................................................................................	31
5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5. Разработка программ с использованием
подпрограмм...........................................................................................................	34
6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6. Изучение цепочечных команды (команд
обработки строк данных), команд организации циклов, команд сдвигов......	36
ЛИТЕРАТУРА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ...............................	43
Основная литература...................................................................................	43
Дополнительная литература.......................................................................	43
Методическая литература...........................................................................	43
ПРИЛОЖЕНИЯ .....................................................................................................	44
Приложение 1 ..............................................................................................	44
Приложение 2 ..............................................................................................	46
Приложение 3 ..............................................................................................	46
Приложение 4.............................................................................................	478

3

ВВЕДЕНИЕ

Для решения поставленной задачи программист может использовать любые высокоуровневые средства; кажется, что компьютер «понимает» языки высокого уровня, на самом деле программы исполняются на машинном языке, который и управляет процессором. Следовательно, программы должны предварительно переводиться в машинный код (компилироваться), при этом каждый оператор языков высокого уровня обычно преобразуется в целый набор машинных кодов. Только ассемблер может общаться с компьютером на его собственном языке и непосредственно управлять аппаратными средствами. По-настоящему решить проблемы, связанные с аппаратурой, невозможно без знания ассемблера. У каждого языка есть свои достоинства, но только на языке ассемблера обеспечивается максимальный доступ к процессору, что позволяет достичь высоких скоростей при выполнении программ, на нём можно писать более гибкие программы. И не случайно практически все компиляторы языков высокого уровня содержат средства связи своих модулей с модулями на ассемблере либо поддерживают выход на ассемблерный уровень программирования.

Фундаментом успешного освоения языка является знание принципов работы микропроцессора, организации микропроцессорных систем и принципов работы соответствующих контроллеров.

Изучив приведённый материал и выполнив лабораторные работы, мож- но получить основы программирования на ассемблере.

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1

Знакомство с работой отладчика программ на ассемблере

TURBO DEBUGGER

При выполнении лабораторной работы 1 необходимо изучить ниже приведённый материал, а также рекомендуется использовать следующую литературу из приведённого списка: [1], [4], [Л] и методические указания [1 – 4].

1.1. Что такое ассемблер?

Термин «ассемблер» имеет двоякий смысл. С одной стороны, его надо понимать как «Язык ассемблера», т. е. это специфический язык программиро- вания со взаимно однозначным соответствием между его операторами и ко- мандами процессора. Язык ассемблера существует для каждого типа процес-

4

соров или целого семейства процессоров. Это связано с тем, что команды на языке ассемблера должны иметь взаимно однозначное соответствие с систе- мой машинных команд и должны быть согласованы с архитектурой компью- тера. Язык ассемблера для процессоров Intel имеет систему команд, понимае- мую различными процессорами производства Intel, такими как 8086, 8088, 80186, 80286, 80386, 80486, Celeron и Pentium. С другой стороны , «Ассемб-

лер» – это программа, преобразовывающая исходные коды языка ассемблера в машинные команды. Ассемблер может создавать листинг программы с но- мерами строк, адресами памяти, исходными операторами и таблицей пере- крёстных ссылок символов и переменных, используемых в программе. Со- вместно используемая с ассемблером программа – загрузчик собирает от- дельные файлы, созданные ассемблером, в единую выполняемую программу. В блок базовых программ входит также отладчик, позволяющий программи- сту проверить и трассировать исполняемую программу и контролировать со- держимое памяти. Программы на языке ассемблера можно запускать либо в операционной системе MS-DOS, либо непосредственно в Windows. Наиболее популярные для семейства процессоров Intel ассемблеры MASM (Microsoft Assembler) и TASM (Borland Turbo Assembler). Язык ассемблера называется языком низкого уровня потому, что он очень близок к машинному языку по своей структуре и выполняемым функциям. Каждая команда ассемблера име- ет взаимно однозначное соответствие с машинными командами, что отличает его от языков высокого уровня, для которых характерно то, что один опера- тор транслируется во множество машинных команд. Микропроцессор пони- мает только машинные команды, которые он преобразовывает непосредст- венно в управляющие сигналы. Машинный язык для семейства Intel в своей основе имеет систему команд процессора 8086/88, которые могут выполнять- ся процессорами всех последующих модификаций. Такая концепция называ-

ется совместимостью сверху вниз.

1.2. Алгоритм разработки программы на языке ассемблера

Программа, написанная символическими мнемокодами, которые ис- пользуются в языке ассемблера, представляет собой исходный модуль, её форма в числовых кодах команд микропроцессора называется объектной программой, следующий этап – исполняемый модуль. Разработка программ на ассемблере начинается с разработки исходной программы. Работа с програм- мами на ассемблере требует внимания и аккуратности. При этом необходимо последовательно выполнить:

∙поставить задачу и составить проект программы, на этом этапе полезно составить блок-схему;

∙ввести команды программы в компьютер с помощью редактора;

5

∙оттранслировать программу с помощью ассемблера. Если ассемблер обнаружит ошибки, исправить их в редакторе и оттранслировать про- грамму заново;

∙преобразовать результат работы ассемблера в исполняемый модуль с помощью компоновщика;

∙выполнить программу;

∙проверить результаты. Если они не соответствуют ожидаемым, найти ошибки с помощью отладчика. Данный этап называется отладкой и обычно занимает большую часть времени, затрачиваемого на разработ- ку программы.

Для формирования исходного модуля применяют стандартные редакто- ры, работающие в ASCII кодах. Затем с помощью программы ассемблерного транслятора исходный текст транслируется в машинный код, т. е. в объект- ную программу. Таким образом, функцией программы-ассемблера является преобразование исходной программы, доступной восприятию человеком, в объектную программу, понятную человеку.

Операционная система может хранить программу в любом подходящем месте памяти и освобождает разработчика от необходимости думать, куда её поместить. Но чтобы этим воспользоваться, надо преобразовать оттранслиро- ванную программу в вид, позволяющий её перемещение. Такие программы называются перемещаемыми. Они создаются с помощью компоновщика – программы LINK, которая обязательно водит в комплект поставки ассембле- ра. Программа LINK определяет все адресные ссылки для объектной про- граммы, файл, содержащий перемещаемую версию оттранслированной про- граммы, называется исполняемым (загрузочным) модулем.

Компоновщик необходим также при написании большой программы. Невозможно написать сложную программу как единое целое, поэтому такие программы пишут по частям, которые потом можно собрать вместе с помо- щью компоновщика. При этом можно использовать модули, написанные дру- гими программистами, или ранее написанные и отлаженные модули.

Компоновщик должен вызываться для любой написанной программы, даже если она состоит только из одного объектного модуля. Одномодульные программы компоновщик сразу преобразует в перемещаемый модуль. Если программа состоит из двух или большего количества модулей, то компонов- щик сначала объединяет их, а затем преобразовывает результат в исполняе- мый модуль.

Отладка программы выполняется под управлением программы TURBO DEBUGGER. Наряду с другими функциями, TURBO DEBUGGER позволяет отображать и изменять значения переменных, останавливать выполнение программы в заданной точке или выполнять программу по шагам. Таким об- разом, TURBO DEBUGGER является основным инструментом для поиска и исправления ошибок в программе. Отладчик TURBO DEBUGGER – это про-

6

грамма, позволяющая отображать на экране значения необходимых перемен- ных, получать состояние всех регистров и ячеек памяти при пошаговом вы- полнении программы, вносить изменения в программу, указывать точки ос- танова и многое другое. Это необходимо при проверке написанных на языке ассемблера программ. Прежде чем более подробно остановиться на процессе отладки программ, рассмотрим некоторые

Всю информацию и данные Turbo Debugger отображает в меню (локальных и глобальных), блоках запроса (в которые информацию вводит пользователь) и в окнах. Используются различные виды окон в зависимости от того, какого типа информация в них отображается. Все окна открываются и закрываются с помощью команд меню (или активных клавиш, соответствующих этим командам). Большая часть окон отладчика Turbo Debugger вызывается из спускающегося меню View (просмотр). Из этого меню вызывается 14 видов окон. Имеется и окно другого типа, которое называется окном проверки (Inspect) и открывается выбором пункта Data|Inspect или пункта Inspect из большинства локальных меню.

Окна, вызываемые из меню: View

Breakpoints Stack

Log Watches Variables Module . . .

File . . .

CPU

Dump Registers

Numeric processor Execution history Hierarchy Another

Работа с отладчиком Turbo Debugger предполагает использование ак- тивных клавиш. Активная клавиша – это клавиша, нажатие которой заставля- ет отладчик выполнять определенное действие независимо от текущего со- стояния среды отладчика Turbo Debugger. На рис. 1 перечислены все актив- ные клавиши.

7

Клавиша	Назначение
F1	Получение контекстно-зависимой интерактивной подсказки
F2	Устанавливает точку останова в позиции курсора
F3	Список взятых модулей
F4	Выполнение до позиции курсора
F5	Наезд / отъезд для текущего окна
F6	Переход к следующему окну
F7	Выполнение одной исходной строки или команды
F8	Выполнение одной исходной строки или команды с про-
	пуском вызовов
F9	Запуск программы
F10	Вызов линейки меню, выход из меню
Alt-F1	Возврат к прошлому экрану подсказки
Alt-F2	Устанавливает точку останова по адресу
Alt-F3	Закрывает текущее окно
Alt-F4	Реверсирует выполнение программы
Alt-F5	Показывает экран вывода программы
Alt-F6	Открывает последнее закрытое окно
Alt-F7	Выполняет одну команду программы Trace
Alt-F8	Выполняет программу до возврата из функции
Alt-F9	Выполняет программу до заданного адреса
Alt-F10	Вызывает локальное меню окна
Alt-1-9	Делает активным окно с заданным номером
Alt-пробел	Вызывает меню System
Alt-B	Вызывает меню Breakpoints
Alt-D	Вызывает меню Data
Alt-F	Вызывает меню File
Alt-H	Вызывает меню Help
Alt-O	Вызывает меню Options
Alt-R	Вызывает меню Run
Alt-V	Вызывает меню View
Alt-W	Вызывает меню Window
Alt-X	Осуществляет выход из отладчика и возврат в DOS
Ctrl-F2	Завершает сеанс отладки и устанавливает программу в ис-
	ходное состояние
Ctrl-F4	Вычисляет значение выражения
Ctrl-F5	Инициирует перемещение или изменение размера окна
Ctrl-F7	Заносит переменную в окно слежения
Ctrl-F8	Переключает точку останова в текущей позиции курсора
Ctrl-F9	Запускает программу
Ctrl-F10	Вызывает локальное меню окна
	8

Ctrl-Стрелка вправо		Смещает начальный адрес в подокне кода,	данных
	или стека окна процессора на 1 байт вверх
Ctrl-Стрелка влево		Смещает начальный адрес в подокне кода,	данных
	или стека окна процессора на 1 байт вниз
Ctrl-A	Перемещение к предыдущему слову
Ctrl-G	Осуществляется ввод ячейки памяти, данные которой необ-
	ходимо посмотреть, например Ctrl-G DS:SI
Ctrl-C	Скроллинг на один экран вниз
Ctrl-D	В окне данных позволяет преобразовать данные в любой из

форматов, например,

DOUBLE восьми байтовый вещественный формат

Рис.1. Активные клавиши Turbo Debugger

1.3. Основные составляющие программ

Любая программа должна обязательно состоять из сегментов. Обычно в программе задаются три сегмента: команд, данных и стека, а при необходимости организуют дополнительный сегмент. Сегменты могут быть самостоятельными блоками памяти или объединяться. В табл. 1 приведены наиболее используемые модели памяти.

Большинство программ на языке ассемблера можно разделить на пять основных частей со следующими условными названиями: заголовок,

макроопределения, данные, тело программы и заключение.

Заголовок. Любая программа начинается с заголовка. В нём содержатся команды и директивы, которые не приводят к созданию машинного кода при трансляции, но помогают при генерации исполняемого файла.

На рис. 2 представлен один из вариантов типичного заголовка ассемблерной программы.

TITLE «Программа инвертирования строки»

MODEL small STASK 256

Рис. 2. Типичный заголовок ассемблерной программы

Первая строка описывает назначение программы, сообщение, находящийся в кавычках, будет располагаться в начале каждой страницы исходного текста. Далее следует директива MODEL, выбирающая одну из нескольких моделей памяти.

9

			Таблица 1
Название	Код	Данные	Описание
Tiny	Near	Near	Код, данные и стек содержатся в одном сегменте
			64 Кбайт. Используется только для COM-
			программ
Small	Near	Near	Код и данные содержатся в различных сегментах
			размером до 64 Кбайт. Используется для не-
			больших и средних EXE-программ. Подходит
			для большинства чисто ассемблерных программ
Medium	Far	Near	Неограниченный размер кода. Под данные отво-
			дится один сегмент 64 Кбайт. Используется для
			написания больших программ с небольшим объ-
			ёмом данных
Large	Far		Размер кода и данных неограничен. Использует-
			ся в больших программах. Размер переменной не
			может превышать 64 Кбайт
Huge	Far	Far	Размер кода и данных неограничен. Аналогична
			большой модели памяти. (Введена для совмести-
			мости с языками высокого уровня)
Tchuge	Far	Far	Совпадает с большой моделью памяти, но по-
			другому определяет регистры. В основном ис-
			пользуется при программировании на языках
			TURBO C и BORLAND C ++
Tpascal	Near	Far	Обеспечивает поддержку ранних версий TURBO
			PASCAL. B BORLAND PASCAL не применяется
Fiat	Near	Far	Используется в среде OS/2, в остальном анало-
			гична малой модели памяти

Чаще всего при программировании на языке ассемблера пользуются мо- делью памяти типа small (малая). Несмотря на такое название, малая модель выделяет 64 Кбайт под исполняемый код и 64 Кбайт под данные, что практи- чески удовлетворяет потребности самых больших ассемблерных программ.

Директива STASK резервирует пространство для стека программы, в при- ведённом примере (рис.1) зарезервировано 256 байт. В основном программы используют небольшой стек, даже самые большие редко требуют более 8 Кбайт.

Макроопределения. После заголовка следуют различные описания пе- ременных и констант. Для описания пользуются некоторыми директивами (псевдооператорами). Директивы управляют работой программы-ассемблера, а не микропроцессора. (В приложении 1 приведены наиболее часто исполь- зуемые директивы). С помощью директив можно определять сегменты и под- программы (процедуры), давать имена командам и данным, резервировать области памяти и выполнять другие важные задачи. В отличие от команд языка ассемблера большинство директив не генерирует объектный код. В ас- семблере константы часто называют макроопределениями, использующими директиву EQU, которая связывает значение с определённым именем (иден- тификатором), вместо которого Turbo Assembler подставит указанное значе-

10