Основы программирования микропроцессоров

Пример 3. Используя ассемблер TASM, разработать резидентную программу: общую структуру, загрузчик и резидентную часть. Функциональность резидентной части может быть произвольной. Использовать режим работы ассемблера IDEAL. В качестве прерывания использовать программное прерывание от системного таймера 1Ch. Предусмотреть возможность завершения работы резидентной программы по клавишной комбинации «Ctrl+x».


Решение. Изменение строки таблицы векторов прерываний или иначе подмена прерывания дает возможность создания резидентных программ TSR (Terminate and Stay Resident, завершить и оставить резидентным). Такие программы, постоянно расположены в памяти и выполняют работу в фоновом режиме. Примером таких программ могут быть, например, драйвера клавиатуры, дисплея, различных периферийных устройств.
Для создания резидентной программы необходимо переопределить вектор прерывания. Новый обработчик прерывания либо полностью заменяет стандартный, либо только дополняет его. Во втором случае обработчику управление может быть передано до выполнения стандартной подпрограммы обработки прерывания, либо после.
Прерывание по таймеру имеет наивысший приоритет IRQ0, поэтому оно будет вытеснять любые другие прерывания до тех пор, пока не будут заблокированы все прерывания командой CLI. Микросхема таймера получает сигналы от часов с частотой 1.19 МГц. Прерывание по таймеру возникает, когда внутренний счетчик микросхемы таймера обнулится. Первоначально счетчик устанавливается в 65535 и при получении очередного импульса его значение уменьшается на 1. Поэтому прерывания происходят с частотой 18.2Гц.
Микросхема контроллера прерываний в ответ на запрос генерирует прерывание INT 8, которое обслуживает программа BIOS. После обновления времени суток и выполнения ряда других служебных действий, программа BIOS выполняет команду INT 1Ch, программное прерывание, называемое прерыванием пользователя по таймеру.
По умолчанию подпрограмма обработки прерывания INT 1Сh содержит единственную команду возврата из прерывания IRET. Программы, которые должны выполняться периодически, могут установить свою собственную подпрограмму обработки прерывания INT 1Сh. После ее выполнения управление вновь будет передано процедуре обработки времени суток INT 8. Схема расширения прерывания таймера показана на рис. 43.

Рис. 43. Расширение прерывания таймера.

Определим теперь составные части TSR. Прежде всего, необходимо выделить подпрограмму установки и резидентную часть. Резидентная часть находится перед установщиком, т.к. ее адрес должен быть известен заранее. В свою очередь установщик состоит из загрузчика и программы выгрузки. Загрузчик должен сохранить старый вектор, установить новый вектор прерывания и завершить программу, оставив ее резидентной (рис. 44).
Резидентная часть обработчика определяет функциональность TSR. Она может быть произвольной, поэтому мы ее приводить не будем и оставим читателю для самостоятельной работы. Обработчики прерываний должны быть дальними процедурами, которые сохраняют в стеке состояние всех регистров перед началом выполнения и восстанавливают их по окончанию работы.

Рис. 44. Алгоритм подпрограммы установки.

Рис. 45. Алгоритм обработчика прерывания 1Ch.

Если обработчик прерывания полностью заменяет стандартный обработчик аппаратного прерывания, то перед возвратом он должен сообщить контроллеру прерываний об окончании обработки, чтобы разрешить аппаратные прерывания нижних уровней. Если обработчик только дополняет старый обработчик прерывания, то он должен содержать его вызов. Для определенности выберем вариант полной замены существующего обработчика.
Алгоритм работы нового обработчика прерывания от таймера приведен на рис. 45.
Каждой клавише соответствует определенный числовой код, так называемый скан-код. Этот код посылает контроллер клавиатуры 8048 микросхеме интерфейса с периферией 8255. Скан-код однобайтовый, младшие 7 бит которого представляют идентификационный номер, присвоенный каждой клавише, а старший бит определяет состояние клавиши (1 – клавиша нажата, 0 – отпущена).
Завершение работы резидентной части должно происходить по клавишной комбинации «Ctrl+x». В нашем примере скан-код для левой нажатой клавиши «Ctrl» равен 1Dh, а для отпущенной клавиши – 9Dh. Для клавиши «x» (не символа) соответствующие коды равны 2Dh и 0Ah. Прерывание клавиатуры 9h преобразует скан-коды в ASCII коды и устанавливает статус клавиш переключателей. Получить скан-код можно, обратившись к микросхеме 8255 по адресу 60h.
Следовательно, отследить клавишную комбинацию «Ctrl+x» можно таким образом. Зафиксировать факт нажатия левой клавиши «Ctrl», например, с помощью специальной переменной (флага). Флаг устанавливается в 1 при получении скан-кода 1Dh и сбрасывается в 0 при коде 9Dh. Затем следует периодически проверять код нажатой клавиши. При скан-коде 2Dh и установленном флаге имеет место требуемая клавишная комбинация.
Возможный вариант реализации программы TSR приведен ниже.

IDEAL

MODEL MEDIUM

STACK 100h

DATASEG
; Флаг состояния левой клавиши Ctrl

LeftCtrlON DB 0
; Область сохранения старого вектора прерывания
OldTimerInterruptOffset DW ?
OldTimerInterruptSegment DW ?
ENDS

CODESEG

; Основной модуль программы
PROC TimerTest
; Инициализировать регистр DS
MOV AX,DGROUP
MOV DS,AX
; Установить новый обработчик прерывания
CALL SetTimerInterrupt
; Передать управление MS DOS и оставить резидентным
INT 27h
ENDP TimerTest

; Новый обработчик прерывания

PROC TimerInterrupt FAR
; Сохранить регистры общего назначения
PUSHA
PUSH DS
; Инициализировать регистр DS
MOV AX,DGROUP
MOV DS,AX
; Получить скан-код
IN AL,60h
; Разрешить прерывания с более низким уровнем
MOV AL,20h
OUT 20h,AL
; Нажата клавиша Ctrl?
CMP AL,1Dh
JZ @@on
; Отпущена клавиша Ctrl?
CMP AL,9Dh
JNZ @@x
; Сбросить флаг левой клавиши Ctrl
MOV [LeftCtrlON],0
JMP SHORT @@go
; Установить флаг левой клавиши Ctrl
@@on:MOV [LeftCtrlON],1
JMP SHORT @@go
; Нажата клавиша «x»?
@@x: CMP AL,2Dh
JNZ @@go
; Нажата левая клавиша Ctrl?
CMP [LeftCtrlON],1
JNZ @@go
; Восстановить прежний обработчик прервания
CALL RestoreOldTimerInterrupt
JMP SHORT @@exit
@@go:... ; «Полезная» часть резидента
@@exit: ; Завершить обработку прерывания
POP DS
POPA
; Выход из обработчика прерывания
IRET
ENDP TimerInterrupt

; Установить новый вектор прерывания

PROC SetTimerInterrupt NEAR
PUSHA
PUSH ES
MOV AX,0
MOV ES,AX
; Запомнить прежний вектор обработчика прерывания
MOV AX,[ES:1Ch*4]
MOV [OldTimerInterruptOffset],AX
MOV AX,[ES:1Ch*4+2]
MOV [OldTimerInterruptSegment],AX
; Установка вектора прерывания на обработчик
CLI ; Запретить прерывания
MOV AX,offset TimerInterrupt
MOV [ES:1Ch*4],AX
MOV AX,CS
MOV [ES:1Ch*4+2],AX
STI ; Разрешить прерывания
POP ES
POPA
RET
ENDP SetTimerInterrupt

; Восстановить исходный вектор прерывания

PROC RestoreOldTimerInterrupt NEAR
PUSHA
; Настроить регистр ES на таблицу векторов прерываний
PUSH ES
MOV AX,0
MOV ES,AX
; Восстановить прежний вектор обработчика прерывания
CLI
MOV AX,[OldTimerInterruptOffset]
MOV [ES:1Ch*4],AX
MOV AX,[OldTimerInterruptSegment]
MOV [ES:1Ch*4+2],AX
STI
POP ES
POPA
RET
ENDP RestoreOldTimerInterrupt

ENDS

END

В сегменте данных объявлен флаг состояния левой клавиши Ctrl и выделена область для хранения вектора 1Ch. Кодовый сегмент включает несколько подпрограмм. Подпрограмма TimerTest получает управление первой. Она совсем проста и единственное, что выполняет – вызов процедуры SetTimerInterrupt и затем передает управление операционной системе с помощью прерывания 27h.

В свою очередь процедура SetTimerInterrupt устанавливает новый вектор прерывания 1Ch. Здесь и далее в процедуре RestoreOldTimerInterrupt используется иной способ замены вектора. Вместо функций 25h и 35h, рассмотренных в примере 2, показано вычисление вектора 1Ch и установка нового обработчика прерывания.
Резидентная часть представлена подпрограммой TimerInterrupt. Вначале анализируется комбинация «Ctrl+x» и разрешаются прерывания с более низким приоритетом. Если комбинация не выбрана, управление передается на выполнение «полезной» части резидента. Затем происходит выход из подпрограммы обработки прерывания. Если клавишная комбинация выбрана, происходит вызов процедуры RestoreOldTimerInterrupt для восстановления прежнего вектора 1Ch.
Рассмотренный пример резидентной программы имеет достаточно общий характер. Тем не менее, его можно относительно легко адаптировать для решения задач в области измерительной техники. Например, применение алгоритмов программирования плат сбора данных в рамках обработчика TimerInterrupt позволит создать драйвер измерительного устройства. В его ведение может, например, входить выполнение оцифровки сигналов, поступающих от измерительных преобразователей и их первичная обработка. Причем работать драйвер будет в фоновом режиме под операционной системой MS-DOS.