Ассемблер для микроконтроллера с нуля

↑ Указатель стека - SP (Stack Pointer)

Второй специальный регистр в памяти данных — указатель стека SP (Stack Pointer). Функция этого регистра настолько сильно взаимосвязана с работой программы, что будет правильнее, если я расскажу вам о нём ниже, при обсуждении памяти программ. Скажу лишь, что сразу после сброса/подачи питания в SP должен быть записан адрес старшего регистра памяти данных (в нашей модели это — 21), поэтому оба регистра окрашены в единый серый цвет.

↑ SRAM, STACK и HEAP

Осталось выяснить, для чего служит область памяти SRAM.
Представьте, что в рассмотренном выше примере устройство должно реагировать не на мгновенное значение освещённости, а на среднее от результатов 5 измерений. Куда размещать массив данных до их усреднения?
Для этого и пригодится сектор SRAM, названный кучей (heap). В общем случае данные размещаются по направлению от младшего адреса (10) кучи к старшему (19).

Функция сектора стек (stack) опять же тесно связана с работой программы и о ней — ниже.

↑ Память программ, стек и программный счётчик

Включите всё ваше воображение и представьте, что я, будучи заместителем директора по кадрам, написал и согласовал с руководством круг обязанностей для специалиста вновь открываемого управления. Название должности, кстати, звучит как «Центральная персона управления» (сокращённо — «ЦПУ»).

Согласно документа, названного для солидности «Основная функция (main)», ЦПУ, придя утром на работу должен включить и настроить печатающую машинку, стукнув по ней три раза, а затем в цикле набирать букву «А» или «Б», в зависимости от того, включена сигнальная лампа на стене или отключена. После набора каждой буквы необходимо совершить два прихлопа и три притопа.
Природа одарила меня ленью и, чтобы не повторять два раза инструкции о притопах и прихлопах, я вынес их в отдельный список под названием «Подпрограмма» и в итоге получил следующее:

«Основная функция (main)»
1. Включить печатающую машинку.
2. Стукнуть по машинке 3 раза.
3. Если сигнальная лампа включена, набрать букву «А». Иначе — перейти к строке 6.
4. Выполнить подпрограмму.
5. Перейти к строке 3
6. Набрать букву «Б».
7. Выполнить подпрограмму.
8. Перейти к строке 3.

«Подпрограмма»
1. Сделать два прихлопа.
2. Сделать три притопа.
3. Вернуться к основной функции и продолжить её.

Во время исполнения инструкций любого из списков могут произойти следующие события (назовём их «прерываниями»):
1. Звон колокола. При этом автоматически настройки печатающей машинки сбрасываются, а сама она — отключается.
2. Лай собаки.
3. Звонок в дверь.
4. Стук в окно.

ЦПУ, при наступлении любого из указанных событий, должен завершить исполняемую инструкцию, затем всё бросить и отреагировать на каждое событие соответствующим образом. Тут я решил несколько усложнить задачу и сделать реакцию на прерывания двухступенчатой, приложив к каждой ступени отдельный список. Первый список — «Вектор прерывания» — состоит всего лишь из одной инструкции, предписывающей перейти ко второму списку, называемому «Обработчик прерывания», причём для удара колокола обработчиком прерывания служит основная функция. Выглядеть всё это будет так:

«Вектор удара колокола»
1. Перейти к началу основной функции.

«Вектор лая собаки»
1. Перейти к обработчику лая собаки.
«Обработчик лая собаки»
1. Мяукнуть.
2. Вернуться к брошенному делу и продолжить его.

«Вектор звонка в дверь»
1. Перейти к обработчику звонка в дверь.
«Обработчик звонка в дверь»
1. Подпрыгнуть.
2. Вернуться к брошенному делу и продолжить его.

«Вектор стука в окно»
1. Перейти к обработчику стука в окно.
«Обработчик стука в окно»
1. Сделать 5 приседаний.
2. Вернуться к брошенному делу и продолжить его.

Функции по меньшей мере странные, нудные и однообразные, а мне ещё надо срочно подобрать под это дело исполнителя. Естественно, выпускники Гарварда, Кембриджа и прочих оксфордов дружно отказываются выполнять работу, которая может бросить тень на их репутацию и дипломы.

В конце концов находится согласный на всё тип, которого в своё время исключили за неуспеваемость из школы, из-за чего он еле-еле читает и пишет, но считать так и не научился. Понимает и исполняет этот работник только самые простые указания. Помимо всего этого, вследствие продолжительного употребления всяких напитков, память у него отшибло настолько, что инструкции типа «Вернуться туда-то и продолжить то-то» ввергают его в прострацию, поскольку он никак не может запомнить, какую работу только что бросил, а тем более, с какого места её продолжать.

Опасаясь, что с такими способностями и памятью он рано или поздно натворит бед (перепутает списки, вернётся не к тому делу или просто заснёт на рабочем месте), я принимаю превентивные меры:
1. В помощь ЦПУ придаю бухгалтера-АЛУ для ведения счётных операций.
2. Говорю своему охраннику с тёмным прошлым и кличкой «ГТИ», чтобы он задавал исполнителю и бухгалтеру ритм работы, пиная их со строгой периодичностью.
3. Объединяю все списки в один большой («Программа»), в котором:
• присваиваю блокам названия прежних списков,
• применяю сквозную нумерацию строк (впредь, вместо термина «номер строки» будем употреблять «адрес» или «адрес инструкции»).
• меняю все инструкции перехода на однообразное «Перейти к адресу n».



Критический взгляд на Программу, даёт понимание того, что всё ещё осталась пара моментов, которые могут сбить с толку ЦПУ:
• Инструкция «Выполнить подпрограмму» не указывает, где последняя находится.
• Инструкция «Вернуться» стала короче, чем «Вернуться к брошенному делу и продолжить его», но от этого не стала менее загадочной.

Поэтому, исполнителю передаётся маленький прибор («Программный счётчик» или «ПС»), на дисплее которого отображается:
• на инструкции «Перейти к адресу n» — адрес перехода,
• на инструкции «Выполнить подпрограмму» — адрес первой инструкции подпрограммы (13),
• на инструкции «Вернуться» — адрес возврата,

Во всех остальных случаях значение ПС просто увеличивается (инкрементируется) на 1 по завершению текущей инструкции.
Проще говоря, ПС всегда содержит адрес инструкции, которая должна быть исполнена следующей.

Памятуя, что писать и читать вновь нанятый работник всё же умеет, я вручаю ему пару листков:
• Первый листок (пусть он называется «SRAM») разлинован на 12 строк с номерами или адресами от 10 по 21. При необходимости, ЦПУ может записывать данные (количество сделанных приседаний или промежуточные результаты расчётов бухгалтера, к примеру) по адресам 10-19 («куча»). Но, ему под страхом смерти запрещено использовать две последние строки, окрашенные в серый цвет («стек»).



• Во второй листок («Указатель стека» или «SP») исполнитель должен всего лишь один раз, перед включением печатной машинки, записать старший адрес SRAM (т.е. — 21), о чём в программу добавлена соответствующая инструкция (по адресу 4). Кстати, такая запись называется указанием на вершину стека.