Mikrocontroller-Programmierung

Anhand des HC12

Fabian Wiesel

Überblick

● Überblick Mikrocontroller● Überblick HC12

– CPU– Peripherie des DG128

● Assemblerprogrammierung

Mikrocontroller

● Leistungsfähigkeit:– zwischen PICs– Und Desktop-Prozessoren

● Hochintegriert– Serielle Schnittstellen– A/D Wandler– Netzwerk– PWM

● Spezialisiert● Kostengünstig

– In großen Stückzahlen

Einsatzgebiete

● Automobilindustrie● Unterhaltungsindustrie● Mobilkommunikation● Netzwerk● Robotik

HC12-Familie

● CPU– 16bit– CISC– Multi-Cycle– Akkumulator Register (1 16bit / 2 8bit)– 2 Index-Register– 1 Stack-Pointer Register– Control Register– Ein Adressraum für I/O und RAM– Paging für >64kB

Eckdaten des DG128(A)

● CPU– 8MHz– 128kB Flash– 8kB RAM– 2kB EEPROM

● Peripherie– >32 Digitalports– 2 Serielle Schnittstellen– I²C-Bus– CAN-Bus– 16 A/D-Wandler-Kanäle– 4 PWM-Kanäle

Microcontroller

Assemblerprogrammierung

Motivation

● Timing– Taktgenaue Signale (µs bis ns)

● Speicherknappheit● Systemnahe Programmierung● Spezielle Befehle

– Fuzzy-Logic Instruktionen

Register

● 1 General-Purpose Register– A,B– D

● 2 Index-Register– IX– IY

● 1 Stack-Pointer-Register– SP

● 1 Zustandsregister– CCR

● 1 Programm-Counter– PC

Befehlsüberblick

● CISC: Also viele Befehle● Befehle stehen im Handbuch (CPU12RG/D)● Assembler+IDE (MiniIDE)● Simulator (HC12Sim)

Assembler-Datei

● Assembler-Direktiven org $2000 ; Place the following ; starting at address 0x2000source: db “abcd“ ; Define Bytes as sourcetarget: ds.b 4 ; Define Storage Bytes (4 bytes)

org $4000 ; CodeStart: MOVB #0, $16 ; Disable watchdog LDS #Start ; Load Stack Pointer

Speicherlayout

Adressierungsarten

● Immediate– BEFEHL #1000

● Direkt– BEFEHL 1000

● Indiziert– BEFEHL 1,SP

● Indiziert Indirekt– BEFEHL [0,SP]

● Indiziert Post/Pre-Increment– BEFEHL 1,X+– BEFEHL 1,+X

● Analog: Decrement

Load/Store

● Speicher-Register– LDX: Lade in Register X– Ausnahme 8bit:

● LDAA: Lade in Register A● Register-Speicher

– Analog: STX: Speicher aus Register X● Register-Register

– Exchange● z.B: EXG A,B

● Speicher-Speicher– MOVB: Move Byte– MOVW: Move Word

Load/Store-Beispiel

● Memcopy-light, die Erste; \param X address of the source; \param Y address of the targetmemcpyl1: LDAA 1,X+ STAA 1,Y+ LDAA 1,X+ STAA 1,Y+

● Memcopy-light, die Zweitememcpyl2: MOVB 1,X+, 1,Y+ MOVB 1,X+, 1,Y+

Arithmetik

● Addition/Substraktion– ABA: Addiere A zu B– ADDD: Addiere Datum zu D– Substraktion analog

● Inkrementierung/Dekrementierung– DEC Q: Dekrementiere Datum an Adresse Q– DEX: Dekrementiere Register X– Inkrementierung Analog

● Desweiteren– Multiplikation, Division– Bitoperationen: Shift, Logik

Arithmetik-Beispiel

● Akkumuliere 2 Werte addiere 10; \param X pointer to the first value; \return result in Dsum4: LDD 2,X+ ADDD 2,X+ ADDD #10

● Teile durch 256=2^8; \brief Argument and result in Ddiv256: TBA CLRB

Vergleichsoperationen

● CBA: Vergleiche A mit B● CPD: Vergleiche Datum mit D● TST: Ist Datum kleiner 0 (oder größer oder

gleich 0?)

Branching

● Kurze Sprünge– (-128)..127 Bytes von Aufruf enfternt– Unbedingte Sprünge

● BRA: Branch Always● BSR: Branch Subroutine

– Bedingte Sprünge● BEQ: Branch if Equal● DBNE: Decrease and Branch if Not Equal (Zero)

● Weite Sprünge– (-32kB)..32kB – Analog zu Kurzen:

● LBRA: Langer relativer Sprung

Branching-Beispiele

● Endlos-Schleifeforever: BRA forever

● Memcopy revisited– Neuer Befehl: DBNE ; \param D holds number of bytes; \param X source; \param Y targetmemcpyr:

MOVB 1,X+, 1,Y+ DBNE D, memcpyr

Funktionsaufrüfe

● Spezielles Branching– JSR: Jump Subroutine– RTS: Return to Stack

● „Woher“ muss gespeichert werden● Speicherung der Adressen auf Stack

– Stackpointer zeigt auf unterste belegte Adresse

Assembler-Datei

● Assembler-Direktiven org $2000 ; Place the following ; starting at address 0x2000source: db “abcd“ ; Define Bytes as sourcetarget: ds.b 4 ; Define Storage Bytes (4 bytes)

org $4000 ; CodeStart: MOVB #0, $16 ; Disable watchdog LDS #Start ; Load Stack Pointer

Aufruf-Konventionen

● Parameter Übergabe und Rückgabe– Implizit– Pseudoregister– Per Register– Stack

Aufrufs-Beispiele

● Parameterübergabe per Registermain: LDS #$4000 LDX #source LDY #target LDD #10 JSR memcpyr STOP

; \param D holds number of bytes; \param X source; \param Y targetmemcpyr:

MOVB 1,X+, 1,Y+ DBNE D, memcpy RTS

Aufrufs-Beispiele

● Parameterübergabe über Stackmain: LDS #$4000 LEAS -6,SP ; 6 Bytes on stack MOVW #10, 0,SP MOVW #source, 2,SP MOVW #target, 4,SP JSR memcpys ; Places PC on stack STOP

; void memcpys(void *target, const void *src,; size_t len)memcpys: LDD 2,SP LDX 4,SP LDY 6,SPmemcpysL: MOVB 1,X+, 1,Y+ DBNE D, memcpysL RTS

Aufrufs-Beispiele

● Metrowerks C-Compiler Aufrufskonventionmain: LDS #$4000 LEAS -4,SP ; 4 Bytes on stack LDD #10 MOVW #source, 0,SP MOVW #target, 2,SP JSR memcpy ; Places PC on stack STOP

; void *memcpy(void *target, const void *src,; size_t len)memcpy: LDX 2,SP LDY 4,SPmemcpyL: MOVB 1,X+, 1,Y+ DBNE D, memcpyL LDD 2,SP RTS