Ассемблер для микроконтроллера с нуля

Работа ПС, SP и SRAM определённым образом взаимосвязана:
• При каждом ударе колокола все они обнуляются, вместе с отключением печатной машинки.

• При наступлении каждого из трёх оставшихся прерываний автоматически:
а) адрес следующей после исполняемой в данный момент инструкции записывается в SRAM по адресу, указанному в SP,
б) значение SP уменьшается на единицу.
в) адрес вектора прерывания записывается в ПС

• Каждый раз, когда в программе встречается инструкция «Выполнить подпрограмму», автоматически:
а) адрес следующей инструкции записывается в SRAM по адресу, указанному в SP,
б) значение SP уменьшается на единицу.
в) стартовый адрес подпрограммы (13) записывается в ПС.

• Каждый раз, когда в программе встречается инструкция «Вернуться», автоматически:
а) значение SP увеличивается на единицу.
б) значение в SRAM по адресу, указанному в SP, записывается в ПС.

Чтобы быть спокойным, я решаю промоделировать ту или иную рабочую ситуацию: сажаю ЦПУ, АЛУ и ГТИ в одну комнату, включаю сигнальную лампу и бью в колокол. Как вы помните, ПС, SP и SRAM при этом обнуляются, а печатающая машинка отключается со сбросом настроек.

Итак,
1. ЦПУ видит в ПС число 0 и переходит на этот адрес программы.
2. По адресу 0 — переход на адрес 4. ЦПУ убеждается, что в ПС указан тот же адрес и переходит.
3. Осуществляется запись в SP последнего адреса SRAM (21). ПС при этом увеличивается на 1 — до 5.
4. ЦПУ включает печатающую машинку и настраивает её (инструкции по адресам 5,6).
5. Поскольку сигнальная лампа включена, набирается буква «А».
6. На инструкции по адресу 8 («Выполнить подпрограмму»):
• Адрес следующей инструкции (9) записывается в SRAM адресу 21, поскольку именно это число записал ЦПУ в SP чуть ранее.
• Значение SP уменьшается (декрементируется) на 1, т. е. вершина стека теперь — 20.
• В ПС записывается стартовый адрес подпрограммы (13), куда и отправляется ЦПУ.

7. Сделав в требуемых количествах прихлопы и притопы (не забывайте, что ПС на этих инструкциях просто инкрементируется), ЦПУ подходит к адресу 15 (инструкция «Вернуться») и здесь:
• значение SP увеличивается на единицу — до 21.
• Значение из SRAM по адресу 21 (а там у нас — 9) записывается в ПС.
• ЦПУ выполняет инструкцию по указанному в ПС адресу 9, т. е. переходит к адресу 7. В этот момент я выключаю сигнальную лампу.

8. Поскольку лампа выключена, ЦПУ переходит по адресу 10.
9. Во время набора буквы «Б» раздаётся стук в окно. При этом:
• Адрес следующей инструкции (11) записывается в SRAM по адресу 21 (именно до этого значения увеличился SP в п.7).
• Значение SP декрементируется до 20.
• Адрес вектора стука в окно (3) записывается в ПС.
• ЦПУ завершает печатать букву «Б» и переходит по адресу в ПС — 3.

10. Перейдя по адресу 20 (об этом было указано в инструкции по адресу 3), ЦПУ прилежно приседает, а затем осуществляется возврат к адресу 11 в порядке, описанном п. 7.

Вдумчивый читатель может заинтересоваться, почему ЦПУ запрещено делать записи в строке 20 SRAM, если она в приведённых выше десяти пунктах ни разу не использовалась? Да и без указателя стека можно вполне обойтись: при инструкции «Выполнить подпрограмму» и прерываниях просто записать адрес инструкции, следующей за текущей, в 21-ю строку SRAM, а потом благополучно вернуть в ПС.
Давайте примем такой вариант и представим следующее.
1. ЦПУ набрал букву «А» и перешёл к подпрограмме. Адрес следующей инструкции (9) записывается в SRAM по адресу 21.
2. Во время второго прихлопа (адрес — 13) звонят в дверь и:
• При наличии стека и указателя на него адрес следующей инструкции (14) был бы записан в SRAM по адресу 20. Но, мы от них отказались, поэтому число 14 записывается по адресу 21 затирая предыдущую запись (9).
• Адрес вектора звонка в дверь (2) записывается в ПС.
3. ЦПУ переходит к адресу 2, оттуда — к адресу 18, подпрыгивает и возвращается к адресу, записанному в 21-й строке SRAM, т. е. 14.
4. В это время к шефу компании прибывает иностранная делегация и он решает похвастать перед ними тем, как замечательно работает новое управление.
5. Шумной толпой они вваливаются в комнату и видят, что бухгалтер и охранник, разинув рты, уставились на ЦПУ, который безостановочно притоптывает потому, что после каждых трёх притопов вновь возвращается к адресу 14, а адрес 9, куда он должен был в конце концов вернуться, затёрт.

Этим примером я лишь напомнил вам, что прерывание может произойти в любое время: как при исполнении основной функции, так и подпрограммы. Более того, в реальных программах часто используются несколько подпрограмм, вложенных друг в друга. И это ещё не всё. В системах посложнее прерываниям назначаются приоритеты и прерывание с более высоким приоритетом могут происходить во время исполнения обработчика прерывания с приоритетом ниже. Во всех этих случаях не обойтись без участия стека и указателя на него.