Ассемблер для микроконтроллера с нуля

↑ Краткое описание работы микроконтроллера

На Рисунке 27 приведена блок-схема модели микроконтроллера.



Несмотря на то, что это — всего лишь модель, к тому же очень упрощённая, постараюсь на её примере дать функциональную картину МК, в объёме, достаточном для первоначального этапа, и в общих чертах справедливую как для AVR, так и для ARM. Случаи же, когда детали устройства и работы реального микроконтроллера и модели принципиально не совпадают, будут освещены по ходу текущей главы, либо — в практической части статьи.

Как видите, модель состоит из трёх основных блоков. Два из них (ядро и периферия) физически размещаются внутри корпуса МК, а третий (выводы МК) — снаружи. Для удобства объяснения и облегчения восприятия во всех трёх блоках выделены одним цветом отдельные элементы, которые так или иначе связаны между собой.

↑ Блок выводов МК

Через этот блок МК общается с внешними устройствами. В контексте этого общения задача программиста заключается в том, чтобы в заданное время на определённом выводе МК:
• обеспечить наличие логических 1 или 0 (напряжения питания или 0В, соответственно),
• считать текущее состояние — логические 1 или 0.
• считать значение аналогового сигнала. Как правило, выводы МК для реализации этой функции жёстко определены. В нашей модели такой вывод — с порядковым номером 0.

↑ Блок периферии

Назначение этого блока заключается в непосредственном исполнении задачи, определённой выше:
• Порт ввода/вывода (ПВВ, GPIO) обеспечивает запись на выводы МК, либо считывание с них цифрового сигнала — логических 1 или 0,
• АЦП (ADC) измеряет уровень аналогового напряжения на выводе 0 МК.
• Таймер считает поступающие на него тактовые импульсы. Зная период такта, мы можем вычислить общую продолжительность счёта, что даёт возможность с точность до одного тактового периода задавать время чтения информации с выводов МК, либо записи на них.

Обратиться к элементам блока периферии (настроить их или записать/считать данные) мы можем только через соответствующие регистры, расположенные в памяти данных ядра.
В реальных МК модулей периферии значительно больше, а их функциональные возможности — шире. Более того, они могут дублироваться (3 порта, 2 таймера, 5 АЦП и т. д.), но всё это не меняет сути дела.

↑ Ядро

В нашей модели в состав ядра входят:
• Центральный процессор (ЦПУ). Именно для него мы пишем программу. В моменты, когда требуется произвести арифметическую или логическую операцию, ЦПУ привлекает арифметико-логическое устройство (АЛУ).
• Память программ. Сюда загружается написанная нами программа. В нашем случае память состоит из двадцати двух 16-битных регистров с адресами от 0 до 21. Программа это — набор инструкций, понятных ЦПУ. Длина инструкции нашего МК составляет 16 бит, поэтому в каждый регистр может быть записана лишь одна.
Содержимое памяти программ сохраняется даже, если питание МК отключено.
• Память данных. Как следует из названия, здесь хранятся данные. О том, какие именно — чуть позже. Организована память данных в виде 22 регистров, длиной 8 бит каждый.
Информация в памяти данных сохраняется только, если МК запитан, иначе все её регистры обнуляются. В реальном МК при сбросе/отключении питания отдельные регистры памяти данных могут принимать ненулевое значение, определённое производителем.
• Программный счётчик (ПС, PC) содержит адрес инструкции, которую ЦПУ должен исполнить следующей.