Constitution interne. Introduction aux architectures matérielles. Mémoire interne. Les ports

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1 Constitution interne Introduction aux architectures matérielles Sylvain Chevallier IUT de Vélizy Université de Versailles Saint-Quentin janvier 2016 Voir feuille jointe Le 68HC11 est composé de registres ou accumulateurs : Accumulateur A (8 bits) Accumulateur B (8 bits) Registre index X (16 bits) Registre index Y (16 bits) SP (stack pointer) : registre de pointeur de pile PC (program counter) : registre pointant sur l instruction à exécuter CCR (Condition Code Register) : registre servant pour les instructions réalisant des tests S. Chevallier S Architecture 3 / 28 Mémoire interne Les ports Dans un processeur toute donnée est en mémoire (volatile ou non) ou dans des registres. Le «mapping mémoire» du 68HC11 est le suivant (voir feuille jointe) Les ports (entrées/sorties) servent au 68HC11 à communiquer avec l extérieur Ils envoient ou réceptionnent des données PORTA, PORTB, PORTC, PORTD, PORTE Les ports fonctionnent SOIT en entrée SOIT en sortie Il faut préciser quel mode de fonctionnement (E/S) on choisit. Modification du registre DDRx (Data Direction Register for port x) Le port E est en entrée, le port B est en sortie Il n y a pas de DDRB et DDRE S. Chevallier S Architecture 4 / 28 S. Chevallier S Architecture 5 / 28

2 Instructions Logiciel DevMic11acps Une instruction utilise les registres ou des cases mémoires pour effectuer la tâche Un exemple : ldaa #$5B load accumulator a Charge l accumulateur A immédiatement (#) avec la valeur hexa ($) 5B staa $106A store accumulator a Stocke la valeur de l accumulateur A dans la case mémoire $106A Remarques Il existe ldab et stab pour l accumulateur B (8 bits) Il existe ldx, ldy, stx, sty pour les registres X et Y (16 bits) Logiciel utilisé en TP Permet d écrire un programme et de le charger dans un processeur type 68HC11 Téléchargeable gratuitement sur e-campus Copies d écrans utilisées dans cette présentation S. Chevallier S Architecture 6 / 28 S. Chevallier S Architecture 7 / 28 Implantation mémoire Vitesse d exécution Les instructions sont exécutées à une certaine vitesse Un programme doit être implanté en mémoire Dans un premier temps il sera implanté en RAM d origine $C000 org $C000 Déclare le début de l implantation du programme en mémoire Directive à mettre avant le début du programme! Il est possible de définir une constante auparavant DEBUT_PROG equ $C000 org DEBUT_PROG La vitesse est liée à la fréquence du quartz implanté près du processeur Fréquence f, grandeur en Hertz (Hz) Période T, grandeur en seconde (s) f = 1/T et T = 1/f T représente le temps d un cycle machine Une instruction dure plusieurs cycles (depend de l instruction, pas de la fréquence) S. Chevallier S Architecture 8 / 28 S. Chevallier S Architecture 9 / 28

3 Registre PC Les champs Les différents champs sont repérés dans l onglet listing Le registre PC (Program Counter pointe sur l instruction courante à effectuer Il est incrémenté à la fin de l exécution de l instruction courante Il est aussi appelé dans CO (Compteur Ordinal) S. Chevallier S Architecture 10 / 28 S. Chevallier S Architecture 11 / 28 Instructions Saut direct Instructions complémentaires : adda : #5B : add accumulator a Fait l addition de a avec $5B coma : complement accumulator a Effectue le complément bit à bit de l accumulateur a deca : decrement accumulator a Décrémente la valeur de l accumulateur a de 1 inca : increment accumulator a Incrémente la valeur de l accumulateur a de 1 Permet de sauter directement à une instruction spécifiée par une étiquette bra ETIQ : branch Aller à l instruction pointée par ETIQ Mettre inca et aller à boucle Ces instruction existent aussi pour l accumulateur B Instruction bra spéciale bra * : fait un saut à l emplacement courant le programme s arrête car il boucle indéfiniment à cet endroit S. Chevallier S Architecture 12 / 28 S. Chevallier S Architecture 13 / 28

4 Saut conditionnel Permet de sauter à une instruction spécifiée par une étiquette si une condition est remplie beq ETIQ : branch if equal to ETIQ cmpx obligatoire avant le saut conditionnel Il y a d autre types de sauts conditionnels : bne, bge, ble,... S. Chevallier S Architecture 14 / 28 Saut conditionnel Par exemple pour le résultat d une instruction compare ldaa #$1D cmpa #$25 ; comparaison de A avec $25 beq suite1 ; saut si égal à 0 blt suite2 ; saut si A < $ 25 Les comparaisons et sauts conditionnels utilisent le CCR (Condition Code Register) ou registre d état Carry ou retenue overflow ou dépassement Zero : si le résultat est nul Negative : si le résultat < 0 Interrupt : interdit les interruptions logicielles Half carry : demi retenue (opération sur 4 bits) Interrupt (X) : interdit les interruptions matérielles Stop : Interdire l instruction stop S. Chevallier S Architecture 15 / 28 Comparaison Saut conditionnel Par exemple pour le résultat d une instruction compare ldaa #$1D cmpa #$25 ; comparaison de A avec $25 beq suite1 ; saut si égal à 0 blt suite2 ; saut si A < $ 25 Un saut conditionnel se fait en deux étapes 1 On compare 2 valeurs (variables, cases mémoires, registres,...) 2 Suivant le résultat On saute à l instruction pointée par l étiquette On continue avec l instruction suivante Pour faire une comparaison l UAL (unité arithmétique et logique) effectue A-$25 Cela modifie les bits Z, N et V Le résultat donne : CCR bit Z = 0 (le résultat de l opération ne fait pas 0) beq : le saut se fait si Z = 1 blt : le saut se fait si N V = 1 Commentez ce programme S. Chevallier S Architecture 16 / 28 S. Chevallier S Architecture 17 / 28

5 Les étiquettes Saut arrière Les étiquettes sont utiles pour créer des points de branchement (ici BOUCLE) Pour revenir en arrière Le déplacement vaut ici $FA ( ) Pour exécuter le programme le registre PC est incrémenté après chaque utilisation OU chargé avec une valeur précise d adresse Interprétation de $04 : il suffit de voir l étiquette boucle pointe sur une instruction qui est 4 cases plus loin Le bit de poids fort valant 1, ceci signifie une soustraction au niveau de PC. On décremente PC de la valeur FF-FA+1 Pour aller de $FA à $FF+1 : 6 cases Remarque Si le bit de poids fort de la valeur de déplacement est égal à 0, PC est incrémenté de cette valeur (on avance) Si le bit de poids fort de la valeur de déplacement est égal à 1. PC est décrémenté de la valeur $FF-$ déplacement +1 (on recule) S. Chevallier S Architecture 18 / 28 S. Chevallier S Architecture 19 / 28 Résumé Un exemple Un processeur est constitué d une UAL faisant les calculs de registres (cases mémoires spécifiques), de ports pour communiquer avec l exterieur. Pour programmer au niveau processeur, on utilise le langage d assemblage qui est spécifique à chaque processeur Le programme est donc non portable, contrairement aux langages de plus haut niveau Il existe beaucoup d instructions, seul un petit nombre sera vu en cours. S. Chevallier S Architecture 20 / 28 Le programme se trouve de la case mémoire 0 à la case mémoire 1000 en décimal. Quelle place prend-il? Pour stocker 3 et 4 dans deux variables et faire la somme de ces deux variables places libres en mémoire réservées dès la déclaration des variables. Mémoire Langage C main () { int x, y, z ; x=3 ; y=4 ; z=x+y ; { L instruction sdaa prend 3 cases mémoire (3 octets) L instruction ldaa prend 2 octets L instruction adda prend 2 octets Assembleur : ldaa #3 staa 2000 ldaa #4 staa 2001 ldaa 2000 adda 2001 staa 2002 S. Chevallier S Architecture 21 / 28

6 Instruction jsr Déroulement de la sous-routine Équivalent simplifié des fonctions en C Utilisation d une sous-routine pour effectuer plusieurs fois une même tache Un exemple de fonctionnement j s r Add ; a p p e l r o u t i n e a l e t i q u e t t e Add ; Add I n s t r u c t i o n s... r t s ; r e t u r n from s u b r o u t i n e S. Chevallier S Architecture 23 / 28 S. Chevallier S Architecture 24 / 28 La pile Une pile difficile à évaluer À connaître Définition La pile est une réservation mémoire de plusieurs cases, destinée à être utilisée en tant que zone de sauvegarde de registres lors d appels de sous-routines ou d interruptions. On ne connaît pas à l avance la quantité de mémoire à réserver : Trop grande, c est du gaspillage Trop petite, c est un dysfonctionnement assuré de type débordement de pile Toujours prévoir une marge de sécurité La taille d un programme est fixe : compilé et chargé en mémoire, sa taille ne varie pas La pile est destinée à recevoir des données temporaires, issues d appels de sous-routines et d interruptions dont on ne sait pas à l avance quand elles vont arriver Exemple : une fonction appelle une fonction qui en appelle une autre (3 niveaux) et une interruption arrive (une alarme). Il faut prévoir l empilement de ces données. S. Chevallier S Architecture 25 / 28 S. Chevallier S Architecture 26 / 28

7 Utilisation de la pile lds : load stack pointer, chargement du pointeur de pile, le registre SP. Par exemple : lds #$FF Le registre SP contient l adresse basse de la pile Lorsque le système a besoin de faire une sauvegarde (par exemple le PC), il le fait à l adresse SP et SP-1 Immédiatement après, SP est décrémenté de 2 pour pointer sur la prochaine case mémoire libre. Exemple : SP = 0xFF, sauvegarde de PC = $C025 $00FB $00FC $00FD C0 $00FE 25 $00FF Utilisation de la pile Si la pile est mal dimensionnée, trop petite par exemple, elle va déborder : SP va atteindre 0, puis -1, -2 Lors de l appel à une sous-routine, celle-ci peut avoir besoin des accumulateurs et des registres A, B, X, Y. Mais s ils sont utilisés dans la routine principale, il faut les sauvegarder en début de sous-routine et les restituer à la fin. ROUTINE psha pshx p u l x p u l a r t s S. Chevallier S Architecture 27 / 28 S. Chevallier S Architecture 28 / 28