Calcolatori Elettronici: Teoria + Prove C

1. Dichiarazione delle variabili (e delle costanti) La dichiarazione delle variabili è generalmente la prima cosa da fare quando si vuole scrivere la parte software di un compito d’esame. Se si vuole specificare un valore specifico o una costante, quale può essere l’indirizzo a cui si trova, per esempio, una certa risorsa di I/O o il PIC, sarà necessario fare uso della parola EQU: es. Display EQU 80H Questo fa comodo in quanto, all’interno del codice, diventerà facile ed espressivo effettuare operazioni coi comandi IN e OUT: es. OUT Display AX (manda la word presente in AX verso BufferOUT, cioè verso 80H) Per quale tipo di dispositivi bisogna specificare l’indirizzo in questo modo? • Per i dispositivi di I/O coinvolti nelle varie operazioni (ad es. una centralina ABS1, un pulsante, un componente 244, un componente 373); • per il PIC (che dovrà essere anche programmato a parte); • per tutti quei dispositivi, insomma, che sono attaccati al bus dati e che hanno necessità di essere attivati/disattivati (o comunque interfacciati). NOTA: In genere si utilizza EQU per indicare l’indirizzo o la locazione di un dispositivo di I/O, ma non il dato che tale dispositivo può fornire o l’informazione che esso stesso deve gestire: per quello bisognerà definire una variabile (cioè un tipo “dato”, v. di seguito). EQU può anche utilizzato anche per definire le parole di comando da dare al PIC (le OCW e le ICW): es. MASKING EQU FFH ; tutte le interruzioni sono mascherate 8259_OCW1 EQU C1H ; alla locazione C1H è possibile “scrivere” OCW1 …. MOV AL, FFH ; scriviamo in OCW1 passando per un registro OUT 8259_OCW1, AL Bisognerà invece utilizzare una sintassi del genere es. BUF_IN DB 1024 LedFlag DB 1 (il numero che segue DB è una lunghezza in byte2) per le variabili o i dati, ad es.: • un flag di fine routine; • un dato caratteristico del problema o, comunque, un dato comunicato da (o da comunicare a) un dispositivo di I/O (ad es. la velocità angolare di una ruota1, il valore di un display3); • un buffer o un vettore che dev’essere riempito (ad es. in una comunicazione seriale4); • un puntatore che può cambiare valore nel corso dell’esecuzione del programma; • un indice (che di sua natura è qualcosa di variabile). Si noti che quando nel programma principale si dovranno richiamare le costanti (definite con EQU) o le variabili (definite con DB, DW, etc…): Vedi compito del 7 aprile 2007. Dovremo scegliere 1 se abbiamo un byte, 2 se abbiamo una word (in alternativa si poteva scrivere WORD DW 1, in quanto DW ritaglia uno spazio di memoria in word), 1024 se abbiamo un buffer di 1 KB, etc… Se dobbiamo specificare N kilobytes conviene utilizzare la notazione N*1024 dopo DB. 3 Vedi compito del 7 dicembre 2006. 4 Vedi compito dell’11 gennaio 2007. 1 2

•

dovremo richiudere fra parentesi quadre [ … ] le variabili, ad es. Index DB 1 … MOV [Index], SI … • scrivere così come sono (senza parentesi) le costanti, ad es. InterfacciaParallelo EQU 80H … IN AL, InterfacciaParallelo … Par superfluo ricordare che, se dobbiamo allocare spazio per una variabile, dobbiamo essere sicuri che tale spazio sia sufficiente. Ad es. se vogliamo memorizzare da qualche parte l’informazione riguardate i secondi da visualizzare sul display di un orologio, un byte sarà sufficiente (i secondi vanno da 0 a 59 e con 8 bit riusciamo a fare tutto). 2. Il PIC (8259)

• • • •

Il PIC, nome in codice 8259, è un componente della famiglia Intel che si occupa di gestire il meccanismo delle interruzioni: esso è in grado di gestire fino a 8 richieste di interruzione, corrispondenti ai piedini (IR0… IR7). Ad essi andranno a finire i segnali di quei dispositivi (pulsanti, clock, etc..) che devono essere gestiti ad interrupt. Alcune caratteristiche: • può essere utilizzato singolarmente o in cascata (soluzione avanzata che non tratteremo): se preso da solo gestisce fino a 8 interruzioni mentre nella configurazione più complicata può gestirne fino a 64; si tratta di un dispositivo programmabile: possiamo cioè variarne opportunamente il comportamento; si interfaccia sia col bus dati (8 bit) che con quello degli indirizzi (1 bit); è un dispositivo bifronte (rivolto sia verso il processore che verso i dispositivi periferici); il nocciolo del dispositivo ruota attorno ad alcuni registri ad 8 bit: o IMR (Interrupt Mask Register): permette di mascherare le richieste di interruzione provenienti da uno o più dispositivi (0 = non mascherato, 1 = mascherato); o IRR (Interrupt Request Register) tiene traccia dei dispositivi che hanno fatto una richiesta e che non sono riusciti ancora ad averne riscontro; o ISR (Interrupt Service Register): tiene traccia di quali sono le procedure di servizio in corso (se la richiesta iesima viene servita viene resettato il bit corrispondente in IRR e settato quello in ISR). SEQUENZA DI INTERRUZIONE: 1. una richiesta arriva all’8259;

2. viene posto ad 1 il corrispondente bit del registro IRR per segnalare che c’è stata una richiesta; 3. si valuta se la richiesta dev’essere eseguita o meno controllando l’IMR; 4. viene avanzata la richiesta di interruzione al processore (attraverso INT); 5. se IF vale 1 il processore conferma la ricezione della richiesta e invia un primo segnale di INTA; 6. l’8259 fa la cernita di quali sono i dispositivi in attesa di essere serviti e seleziona quello con priorità più alta; 7. forza ad 1 il corrisponde bit in ISR; 8. forza a 0 il corrispondente bit in IIR; 9. il processore invia un secondo impulso su INTA; 10. l’8259 scrive sul data bus il codice del dispositivo che ha fatto richiesta di interruzione; 11. il processore riceve il messaggio e attiva la procedura di servizio dell’interruzione. L’8259 è in grado di riconoscere, se adeguatamente programmato, quali siano le richieste più urgenti (cioè più prioritarie): di default, le richieste che giungono su IR0 sono le più prioritarie e quelle su IR7 le meno prioritarie (maggiore è i e minore è la priorità). Nella modalità di funzionamento detta Fully nested mode, un interrupt più prioritario può sempre interrompere l’esecuzione della procedura di servizio di un interrupt meno prioritario, mentre una richiesta su una linea IRi a minore priorità non viene servita fino al termine delle procedure di servizio associate alle precedenti (e più prioritarie) richieste. Il riconoscimento delle richieste agli IRi (cioè ai piedini) può avvenire a livello oppure sul fronte di salita: • se rileviamo a fronte l’interrupt viene generato a seguito di una transizione di un ingresso da 0 a 1. Viene quindi generato un interrupt in corrispondenza di ogni fronte positivo di un segnale d’ingresso IRi; • se rileviamo a livello l’interrupt viene riconosciuto se viene generato un livello logico alto di un ingresso Iri. A differenza della gestione a fronte, se il valore di IRi non si porta a valore logico basso prima dell’invio del comando EOI verrà generato un altro interrupt. Si noti che, affinché l’interrupt sia riconosciuto come tale, occorre che IRi permanga al valore logico 1 almeno fino al primo fronte negativo del segnale INTA*: al primo abbassamento di quest’ultimo, infatti, il PIC congela lo stato delle richieste e non ne accetta più; sul secondo abbassamento, invece, viene emesso l’interrupt type associato alla richiesta più prioritaria attiva. 3. Programmazione del PIC La programmazione del PIC passa attraverso la definizione di alcuni comandi di inizializzazione inviati dal processore. In particolare, vengono spedite: • le ICWs (Initialization Command Words): sono inviate all’inizializzazione. L’ordine delle ICW è fisso e c’è una ben precisa sequenza con la quale devono essere inviate (l’ordine è prestabilito e immutabile). o ICW1 5 ha alcuni bit notevoli: D3 (LTIM) specifica se il PIC dev’essere sensibile a fronte [= 0] o a livello [=1]; D1 (SNGL) specifica se il dispositivo è in cascata con dispositivi analoghi [=0] o meno [=1]; D0 (IC4) serve per far capire all’8259 se ci sarà una ICW4.

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L’8259 ha un unico bit d’indirizzo A0; la sequenza ICW1 è riconoscibile rispetto a tutte le altre perché ha D4 = 1.

o ICW2 riguarda la necessità per il processore di comunicare all’8259 le informazioni necessarie per poter poi generare i codici dei dispositivi che hanno fatto richiesta di interruzione. Dopo che l’8259 ha avanzato una richiesta di interruzione al processore, questo - attraverso i due impulsi di INTA - vorrà ricevere un codice (associato al dispositivo che ha fatto la richiesta) che gli permetta di sapere chi ha fatto l’interruzione. Chi dice all’8259 quali siano questi codici è la ICW2 secondo un meccanismo che prevede alcuni vincoli su quali siano questi codici: i codici devono essere contigui fra di loro (numerati in sequenza) e devono iniziare ad un valore multiplo di 8. La parola ICW2 contiene i 5 bit più significativi, comuni agli 8 codici; i 3 bit meno significativi corrispondono all’indice del piedino IR0...7 a cui è connesso il dispositivo. Es: all’inizializzazione del PIC passiamo la stringa ADDRESS EQU 1FH = 0001 1111 Con questa riga di codice diciamo all’8259 che i cinque bit più significativi sono a 11111. La parola ICW2 avrà quindi valore 1111 1XXX = F8H e gli interrupt types (specificati dai tre bit a X) andranno da F8H a FFH. o ICW3 viene usata solo quando l’8259 è connesso in cascata. o ICW4 non è obbligatoria da inviare: se non viene inviata, tuttavia, alcune funzionalità non vengono attivate. Bit notevoli: D4 (SFNM
Special Fully Nested Mode), D1 (AEOI
Automatic End of Interrupt). • le OCWs (Operation Command Words): possono essere inviate in qualsiasi momento per modificare la modalità di funzionamento del dispositivo. Possono essere inviate in qualunque ordine. o OCW1 permette al programmatore di caricare un valore nel registro di maschera: in questo modo si possono mascherare (ovvero ignorare) le richieste di interruzione provenienti dai dispositivi. La OCW1 viene caricata direttamente in IMR: se l’i-esimo bit di OCW1 vale 1 si forza infatti ad 1 il bit corrispondente di IMR (e si maschera perciò la rispettiva richiesta). o OCW2 permette di programmare in maniera diversa attività o aspetti legati alle priorità e all’EOI (End Of Interrupt). Ogni OCW2 permette di fare un’operazione su un canale (ovvero su uno dei piedini IR0..7 su cui arrivano le richieste di interruzione). Possiamo ad esempio voler segnalare all’8259 che è terminata la procedura di servizio della richiesta di interruzione associata ad un certo piedino: nel caso in cui il PIC sia stato spettato con il bit di AOEI = 0 (v. ICW4), è infatti a carico della CPU provvedere a resettare il bit del registro ISR corrispondente all’interrupt appena servito. Per avvisare il PIC mandiamo quindi una OCW2 apposita. o OCW3 permette di eseguire una serie di operazioni che permettono sostanzialmente di leggere i registri del processore. Quando in un esercizio è necessario programmare il PIC, bisogna scrivere la seguente sequenza, in cui andiamo a ripescare il caso del compito del 28 marzo 2007. ; Indirizzi [Questa parte non richiede sforzo di ragionamento, basta aggiungere le quantità tra parentesi all’indirizzo esadecimale (“base”) cui è mappato il PIC (nell’esempio 90H)]

ICW1 ICW2 ICW4 OCW1 OCW2

EQU EQU EQU EQU EQU

90H 91H 91H 91H 90H

; Parole di comando RESET EQU 13H ADDRESS

EQU 1FH

EN_AEOI MASK

EQU 1H EQU F8H

EOI

EQU 20H

; Inizializzazione CLI OUT ICW1, RESET OUT ICW2, ADDRESS OUT ICW4, EN_AEOI OUT OCW1, MASK STI

Base (+ 0) Base (+ 1) Base (+ 1) Base (+ 1) Base (+ 0)

; questo è fisso, serve a segnalare che l’interrupt viene ; rilevato sul fronte ; qui vanno messi i bit più significativi dell’interrupt type ; 1F = 11111
ICW2 1111 1000 = F8H ; Servirà per definire l’AEOI disabilitato (3H = abilitato) ; Questa parte va scelta con attenzione: in genere si sceglie ; di mascherare i bit relativi ai piedini non utilizzati: ; nell’esempio usiamo 3 piedini (IR0, IR1, IR2) e ; mascheriamo tutti gli altri 1111 1000 = F8H ; da inviare per segnalare la fine della routine

; mettiamo in ICW1 ; mettiamo in ICW2 ; mettiamo in ICW4 ; mettiamo in OCW1

0001 0011 0001 1111 0000 0001 (no AEOI) 1111 1000 (maschera)

4. Interrupt vs. polling Tutti i sistemi a microprocessore eseguono operazioni di input/output: questo fa scaturire una questione relativa a quando e con che cadenza il processore debba andare a prendere un nuovo dato da un dispositivo I/O (ad es. da una porta seriale). Il problema della sincronizzazione fra le varie periferiche è quindi suscettibile di due possibili soluzioni: • polling: il processore legge periodicamente il registro di stato del dispositivo tramite un ciclo software, il quale scandisce di continuo il registro di stato e quant’altro serva a capire quale sia lo stato del dispositivo periferico. Es. secsGoesOn: CMP [Setting],1 ; è premuto il pulsante set? JE exit JMP secsGoesOn Questa operazione culmina nel momento in cui il dispositivo richiede il servizio (nell’es. [Setting] va ad 1). Es(2). MOV DX, prSTAT ; prSTAT = stato della periferica (stampante) pr_n_ready: IN AL, DX ; legge lo stato della stampante TEST AL, sERR JZ pr_error ; errore TEST AL, sBUSY JZ pr_n_ready ; busy: acquisizione periodica dello stato della stampante

VANTAGGI: meccanismo semplice, non si richiede particolare supporto hardware, basta che il dispositivo abbia un suo registro di stato attraverso il quale comunicare col processore: SVANTAGGIO: il processore spreca tantissimi cicli per fare l’operazione di controllo, inutile dal punto di vista della computazione. Se abbiamo più elementi connessi a polling il processore deve scandire tutti gli elementi e spreca tantissimi cicli; questo implica inoltre che un dispositivo debba attendere che il processore interroghi il suo registro di stato prima di essere servito, ma se i dispositivi sono molto può essere che debba aspettare a lungo (elevata latenza). La tipica configurazione di un dispositivo gestito a polling, ad es. un pulsante, è quella a fianco (il pulsante SET può scrivere sul bus quando viene abilitato da CS_SET# e IORDC#). Si noti che il nostro pulsante comunica direttamente col bus dati (mentre un dispositivo gestito ad interrupt dev’essere collegato al PIC 8259). • interrupt: il processore non interroga i dispositivi di I/O, ma sono questi ultimi a contattare il processore tramite una richiesta di interruzione (interrupt). Esiste infatti un meccanismo supportato in hardware attraverso il quale le periferiche fanno sapere al processore che sono pronte ad essere servite (v. meccanismo delle interruzioni). VANTAGGI: il meccanismo dell’interrupt permette al processore di gestire liberamente il suo tempo tra un’interruzione e l’altra. Questa soluzione è quindi più performante, in quanto non fa sprecare al microprocessore neanche un ciclo per fare le insistenti e spesso inconcluse richieste a polling. Inoltre, possiamo stabilire criteri di mascheramento e priorità tramite un’opportuna programmazione del PIC (v. relativo paragrafo). La gestione ad interrupt è particolarmente adatta ai sistemi multitasking. SVANTAGGI: dobbiamo fornire supporto hardware e prevedere un controllore che si faccia carico della gestione dell’interrupt; la realizzazione è più complessa rispetto al caso polling. Esempio di flusso di programma che esegue un’operazione di I/O seguendo lo schema ad interrupt:

NOTA: l’interrupt handler trasferisce un solo dato alla volta! Spesso negli esercizi capita di risolvere problemi di “riempimento buffer”6, i quali devono essere risolti trasferendo - nel caso specifico un byte alla volta.

6

Compito dell’11 gennaio 2007.

5. Meccanismo delle interruzioni Quando il processore decide di servire una richiesta d’interruzione ciò che fa è scatenare una procedura di servizio di interruzione che blocca il flusso del programma in esecuzione. Al termine della procedura (a causa della quale abbiamo lanciato l’interrupt) il programma viene riattivato da punto esatto in cui era stato interrotto, ossia in corrispondenza dell’istruzione successiva a quella eseguita per ultima. Nel generico sistema a microprocessore se abbiamo n dispositivi periferici, allora n sarà il numero degli “attori” in grado di poter avanzare una richiesta di interruzione; il processore però ha solo un piedino, quindi ci sarà bisogno di un controllore delle interruzioni che faccia da controllore e da “schedulatore” delle richieste di interrupt. Grazie a questo controllore (è il PIC 8259) vi sarà la possibilità di decidere se alcune richieste debbano essere ignorate, o se vi siano diversi stadi di priorità. Il processore si interfaccia quindi col controllore e non direttamente con i dispositivi di interrupt. Nei sistemi Intel il processore dispone di due segnali: • INT: viene portato alto per segnalare al processore che un dispositivo ha fatto richiesta di interruzione; • INTA: segnale di uscita del processore, il quale segnala di aver percepito la richiesta e richiede il codice del dispositivo. Si ha anche un flag IF (Interrupt Flag), il quale permette di abilitare/disabilitare le richieste di interruzioni: questo bit può essere modificato via software attraverso le istruzioni CLI (interdiciamo le interruzioni) e STI (riabilitiamo le interruzioni). L’IF viene automaticamente posto a 0 all’attivazione di una procedura di servizio dell’interruzione. Problemi importanti: • Come fa il processore a capire chi ha avanzato una richiesta di interrupt? La CPU richiede al controllore chi è stato attraverso un ciclo di bus apposito; come risposta, il controllore passa al microprocessore un certo codice che permette di individuare univocamente chi ha fatto la richiesta. • Una volta individuato il dispositivo, come fa il sapere quale procedura di servizio dev’essere attivata? La soluzione passa attraverso una tabella (IVR, Interrupt Vector Table, v. figura a destra), che mette in corrispondenza i codici dei vari dispositivi con le relative procedure. La IVR risiede in memoria principale e associa a ciascun codice di interruzione l’indirizzo della corrispondente procedura di servizio. Ogni entry di questa tabella viene detta interrupt type; un interrupt type è un numero naturale a 8 bit, quindi esistono 2 8 (256) possibili tipi di interruzione (0… 255). Ogni elemento della tabella occupa 4 byte, per cui la tabella avrà dimensione pari a 1 KB (M[0…3FFH]).

SCHEMA DEL PROTOCOLLO DI INTERRUZIONE 1. Un dispositivo richiede un servizio attraverso una richiesta di interruzione (mandata al PIC e non al BUS dati come avviene nel caso polling); 2. il PIC decide se quella richiesta ha da essere servita o meno, e in caso positivo inoltra quella (sola) richiesta al processore; 3. il processore riceve la richiesta e, al termine dell’istruzione che sta eseguendo in quel momento, la rileva. Se la richiesta ha le caratteristiche per essere servita, il programma in esecuzione viene interrotto; 4. viene interrogato il controllo delle interruzioni per sapere il codice del dispositivo che ha avanzato la richiesta (si passa attraverso il piedino INTA, che sta per INTerrupt Acknowledge); 5. il PIC risponde passando al microprocessore il tipo di interruzione che dev’essere servita; 6. il processore accede alla IVT e legge l’indirizzo della procedura d i servizio che dev’essere attivata; 7. parte la procedura di servizio riguardante il dispositivo che ha fatto la richiesta; 8. terminata la procedura, il processore ritorna al punto in cui era stato interrotto. LO STESSO SCHEMA DAL PUNTO DI VISTA DEL PROCESSORE (INTEL) 1. Un dispositivo esterno invia una richiesta di interruzione sul pin INTR; 2. durante l’ultimo periodo di clock di un’istruzione il processore rileva la presenza di un valore 1 su INT; 3. il processore invia un impulso su INTA per segnalare che la richiesta è stata rilevata; 4. il processore invia un secondo impulso di INTA per chiedere di leggere sul data bus il codice del dispositivo; 5. il processore legge dal data bus il codice n del device che ha richiesto l’interrupt (1 byte); 6. il processore salva nello stack il valore del registro dei flag e l’indirizzo di ritorno (CS e IP); 7. … azzera IF; 8. … accede all’interrupt vector table per prelevare l’indirizzo della procedura di servizio; 9. la procedura va in esecuzione; 10. al termine della procedura il processore ripristina dallo stack il registro dei flag e l’indirizzo di ritorno, tornando ad eseguire il programma interrotto. 6. Interfacce di I/O Il sottosistema di I/O consente la comunicazione fra il calcolatore ed il mondo esterno. Fanno parte del sottosistema i dispositivi (unità di I/O) per la comunicazione uomo/macchina (video, stampanti, terminali) e quelli utilizzati per la memorizzazione permanente delle

informazioni (unità a disco, nastri magnetici), nonché la rete. Tutte le unità di I/O sono collegate al bus di sistema mediante dispositivi detti interfacce di I/O. Il generico schema di un’interfaccia di I/O è quello visibile a fianco: grazie ad esso, l’interfaccia svolge una funzione di adattamento tra la modalità di trasferimento dei dati utilizzata all’interno del sistema (cicli di bus) e quella utilizzata dall’unità di I/O. Negli esercizi vi sono due principali modi per interfacciare un dispositivo di I/O: • tramite un 244: un 244 è un driver 3-state (schematizzabile come una “batteria di buffer”) a 8 bit strutturato in 2 gruppi da 4 bit, abilitati da EN1* ed EN2*. Esempio pratico - Interfacciamento di 8 interruttori (switch) Quando dobbiamo lavorare con gli interruttori (dai quali ad un certo punto è necessario rilevare il valore) è necessario usare un 244, prestando attenzione al fatto che il primo gruppo di bit è regolato da EN1* e il secondo da EN2* (nell’esempio non vi è bisogno di fare distinzione, ma in un compito d’esame tutto può succedere). Nell’esempio vediamo come sono stati interfacciati gli 8 interruttori mappati a 80 H; il software riportato nel riquadro si occupa di leggere lo stato degli interruttori tramite il comando IN. Altri casi in cui è stato usato un 244: trasduttore di velocità in input (non c’è necessità alcuna di memorizzare, bisogna semplicemente leggere il dato) e in generale in quasi tutti i dispositivi che comunicano in input. • attraverso un 373: questo componente è un latch a 8 bit con uscite 3-state; campiona sul fronte negativo del clock (il valore viene mantenuto fino a quando CK non torna a valore logico alto) e quando CK = 1 l’uscita riproduce l’ingresso. I latch hanno il pregio di mantenere in memoria il dato.

Esempio pratico - Interfacciamento di un display a 7 segmenti Un display a sette segmenti (v. figura pagina precedente) può essere visto ai morsetti come costituito da 7 led. L’attivazione di un segmento corrisponde all’accensione del led relativo. Risulta quindi sbagliato utilizzare un buffer 3-state (244) per interfacciare il display al sistema. In questo caso, infatti, il valore non viene mantenuto (memorizzato). Per fare ciò occorre necessariamente usare un registro o un latch. Altri casi in cui è stato utilizzato un 373: in generale nei dispositivi che comunicano in output. Alcuni aspetti importanti sulle interfacce di I/O: • generalmente un’interfaccia di I/O dispone di un insieme di registri interni a cui la CPU deve accedere. Una volta selezionato il chip (chip select CS* basso) i segnali di indirizzo (A[0.. n-1], v. figura in alto pagina precedente) consentono la selezione fra i suoi differenti registri interni (analogamente a quanto già visto per i chip di memoria). Per accedere ai registri interni è necessario scrivere una certa configurazione binaria (control word7) sul registro di controllo. Generalmente si usa la direttiva EQU per definire degli identificatori associati alle costanti che rappresentano gli indirizzi dei registri e la control word: es. ControlWord EQU D4H BufferInRegister EQU 80H • le interfacce di I/O devono poter funzionare secondo un certo insieme di modalità differenti (ad es. un’interfaccia per comunicazioni seriali asincrone RS232 deve poter scambiare dati con un modem impiegando trame e frequenze differenti). Conseguentemente le interfacce di I/O sono tipicamente programmabili: sono presenti cioè al loro interno un certo numero di registri di controllo che vengono scritti dalla CPU all’atto dell’inizializzazione del dispositivo per impostare la modalità di funzionamento desiderata. Ad esempio, questa potrebbe essere una porzione di programma in grado di occuparsi di inizializzare tutte le periferiche programmabili presenti nel sistema: MOV AL, ControlWord OUT ControlRegister, AL (ControlRegister è l’indirizzo del relativo spazio di I/O) • strettamente associata alla funzionalità di adattamento fra calcolatore e l’unità di I/O è la presenza all’interno dell’interfaccia di registri di appoggio (“buffer”) utilizzati nei trasferimenti dei dati da CPU ad unità di I/O e viceversa. Per inviare un dato all’unità di I/O la CPU effettua una scrittura del dato su un buffer dell’interfaccia, da cui poi quest’ultima si occupa di trasferire il dato all’unità di I/O. Per prelevare un dato dall’unità di I/O la CPU effettua una lettura da un buffer dell’interfaccia, su cui quest’ultima ha precedentemente appoggiato il dato proveniente dall’unità di I/O. Esempi: o Trasferimento dati: INPUT IN AL, BufferIn (AL  contenuto del registro mappato a “BufferIn”) MOV DatiIn[SI], AL (casella indice SI vettore DatiIn  AL) INC SI (incrementiamo l’indice del vettore)

7

Una parola di controllo è un byte che viene trasmesso alla porta di controllo attraverso il bus dati.

o Trasferimento dati: OUTPUT MOV AL, DatiOut[SI] (AL  casella indice SI vettore DatiOut) OUT BufferOut, AL (AL  contenuto del registro mappato a “BufferOut”) INC SI (incrementiamo l’indice del vettore) Si noti che in entrambi gli esempi le interfacce trasferiscono un dato alla volta! • di norma le unità di I/O lavorano in modo asincrono rispetto al funzionamento della CPU e sono molto più lente di quest’ultima. Si rende quindi necessario introdurre all’interno dell’interfaccia di I/O un qualche meccanismo di sincronizzazione fra l’attività svolta dalla CPU e quella svolta dall’unità di I/O. Per maggiori delucidazioni si rimanda ai paragrafi introduttivi sulle politiche di interrupt e polling, nonché a quello successivo (con esempi software); • tipicamente le interfacce di I/O dispongono di registri di stato (es. bufferFull, ledOn, deviceReady…) tramite cui vengono rese disponibili alla CPU tutte le informazioni necessarie per la sincronizzazione con l’unità di I/O. Ogni qual volta il programma ha necessità di leggere lo stato della periferica (ad es. per controllare se ci sono stati errori), il programmatore userà un istruzione del tipo: IN AL, StatusRegister (caricamento in AL del contenuto del registro mappato dove indica StatusRegister) • in aggiunta a ciò i registri di stato situati all’interno di un’interfaccia di I/O sono spesso utilizzati per segnalare alla CPU il verificarsi di eventuali condizioni di malfunzionamento o errore (es. errore di parità nelle comunicazioni seriali). 7. Interrupt vs. polling: qualche esempio software Esempio 1 (polling) In questo esempio viene mostrato il flusso di un programma che esegue una’operazione di input a polling: si nota infatti che viene consultato il registro Status per vedere se il buffer è stato completamente riempito (BIF = 1). Solo al riempimento totale del buffer si inizia a leggere il buffer e a portare in memoria i dati (in DatiIn), sempre un elemento alla volta. Soltanto al termine dell’operazione di I/O il ciclo terminerà di effettuare il suo trasferimento. Esempio 2 (polling) Il problema che esaminiamo consiste nel: • trasferire i byte provenienti da un’interfaccia d’ingresso (mappata a 80H) verso una d’uscita (mappata a 100H); • memorizzare i dati ricevuti in un vettore BUF_IN di 1 KB;

• chiamare la procedura CALCOLA quando BUF_IN è pieno. Vi sono due registri importanti: • BIF (Buffer In Full)
posizione 0; • BOE (Buffer Out Empty)
posizione 1. E disponiamo di quattro registri interni: • 00: Buffer IN • 01: Buffer OUT • 10: Status • 11: Control PUNTO 1: mappiamo le variabili e le costanti Abbiamo tantissime costanti, visto che ci fa comodo dare nomi simbolici a tutti gli indirizzi dei vari registri. IN_BufferIN ---IN_Status IN_Control

EQU 80H ---EQU 82H EQU 83H

---OUT_BufferOUT OUT_Status OUT_Control

---EQU 101H EQU 102H EQU 103H

IN_ControlWord

EQU 33H

OUT_ControlWord EQU 62H

MASK_BIT0

EQU 1H

MASK_BIT1

BUF_IN

DB

EQU 2H

1024

Risoluzione del problema a polling: Main:

Poll_IN:

MOV OUT MOV OUT MOV IN AND

AL, IN_ControlWord IN_Control, AL AL, OUT_ControlWord OUT_Control, AL SI, 0 AL, IN_Status AL, MASK_BIT0

CMP JE

AL, 0 Poll_IN

IN MOV MOV INC CMP JNE

AL, IN_BufferIN BL, AL BUF_IN[SI], BL SI SI, 1024 Poll_OUT

MOV

SI, 0

; programmazione interfacce: ; mandiamo al dispositivo le direttive per ; effettuare l’input/output ; inizializzazione indice buffer in memoria ; polling sull’interfaccia d’ingresso ; si fa l’AND con 1: in questo modo ; rispettiamo la maschera che abilita solo IR0 ; se ancora non si ha niente ; ricomincia il ciclo ; altrimenti… ; leggiamo un nuovo dato ; copiamo AL in BL ; e scriviamo il dato in memoria ; incrementiamo l’indice ; letto il KB? ; se non l’abbiamo ancora letto, passiamo a ; Poll_OUT (trasferimento dati in uscita) ; sennò abbiamo finito di trasferire i dati: ; si resetta l’indice SI per il prossimo giro

Poll_OUT:

CALL

CALCOLA

; chiamiamo la procedura CALCOLA

IN AND CMP JE OUT JMP

AL, OUT_Status AL, MASK_BIT1 AL, 0 Poll_OUT OUT_BufferOUT, BL Poll_IN

; polling sull’interfaccia d’uscita

; invio in uscita del dato ricevuto ; ho inviato: pronto a ricevere

Schematicamente: MAIN: Main:

•

MOV OUT MOV OUT MOV

AL, IN_ControlWord IN_Control, AL AL, OUT_ControlWord OUT_Control, AL SI, 0

; programmazione interfacce: ; mandiamo al dispositivo le direttive per ; effettuare l’input/output ; inizializzazione indice buffer in memoria

programmiamo le interfacce e spediamo le relative control word con due comandi di OUT. In questo modo diamo le direttive necessarie affinché tutto funzioni come voluto. Quasi sempre nel main capita di dover inizializzare delle variabili, oppure qualche indice che servirà per scorrere il buffer.

POLL_IN: Poll_IN:

•

IN AND

AL, IN_Status AL, MASK_BIT0

CMP JE

AL, 0 Poll_IN

IN MOV MOV INC CMP JNE

AL, IN_BufferIN BL, AL BUF_IN[SI], BL SI SI, 1024 Poll_OUT

MOV

SI, 0

CALL

CALCOLA

; polling sull’interfaccia d’ingresso ; si fa l’AND con 1: in questo modo ; rispettiamo la maschera che abilita solo IR0 ; se ancora non si ha niente ; ricomincia il ciclo ; altrimenti… ; leggiamo un nuovo dato ; copiamo AL in BL ; e scriviamo il dato in memoria ; incrementiamo l’indice ; letto il KB? ; se non l’abbiamo ancora letto, passiamo a ; Poll_OUT (trasferimento dati in uscita) ; sennò abbiamo finito di trasferire i dati: ; si resetta l’indice SI per il prossimo giro ; chiamiamo la procedura CALCOLA

in questa parte compaiono le tipiche istruzioni per il trasferimento dati (input) e si effettuano alcuni controlli: quello tipico del polling (si ha qualcosa da ricevere? se sì procedi, sennò ricontrolla) e quello di fine lettura del KB (se abbiamo finito di leggere allora abbiamo anche finito di trasferire quindi non saltiamo a Poll_OUT ma procediamo con CALCOLA).

POLL_OUT: Poll_OUT:

•

IN AND CMP JE OUT JMP

AL, OUT_Status AL, MASK_BIT1 AL, 0 Poll_OUT OUT_BufferOUT, BL Poll_IN

; polling sull’interfaccia d’uscita

; invio in uscita del dato ricevuto ; ho inviato: pronto a ricevere

queste righe di codice sono dedicate al trasferimento del dato in uscita: anche qui è presente un’operazione di polling (questa volta sull’interfaccia d’uscita). Si fa uso di BL, in precedenza creato come duplicato di AL, perché quest’ultimo registro viene modificato e poi fatto passare attraverso l’operazione logica di AND.

Esempio 3 (interrupt) Possiamo complicare a piacimento la situazione rispetto a quella trattata nell’esempio 2, supponendo che il sistema debba contemporaneamente gestire un orologio.

Lo scopo è quello di mostrare quanto tempo è trascorso dall’avvio del sistema; è inoltre disponibile un’onda quadra con frequenza 1 Hz. Casi come questo sono tipicamente trattati ad interrupt; si sa che lo scorrere dei secondi avviene con una cadenza tale che rende inutile far continuamente chiedere al processore (magari ogni microsecondo): “Scusa, ma è scattato il secondo?”. Si perderebbero inutilmente tantissimi cicli di clock che possono essere molto meglio impiegati. Ecco allora come si agisce: • si collega all’ingresso INT della CPU il segnale a 1 Hz, in modo che si abbia un’interruzione al secondo; • si memorizzano ore minuti e secondi in delle variabili in memoria: Ore DB 0 Minuti DB 0 Secondi DB 0 (NOTA: con questa sintassi si inizializzano delle variabili di 1 byte inizialmente poste a zero) • si interfaccia il nostro orologio (mappato a 200H), il quale dispone di tre registri contenenti ore, minuti e secondi correnti: CLOCK_H EQU 200H CLOCK_M EQU 201H CLOCK_S EQU 202H Programmazione ad interrupt per l’orologio CLOCK_INT :

End:

PUSH AX

INC

[Secondi]

CMP JNE MOV INC CMP JNE MOV INC CMP JNE MOV MOV

[Secondi], 60 End [Secondi], 0 [Minuti] [Minuti], 60 End [Minuti], 0 [Ore] [Ore], 24 End [Ore], 0 AL, [Secondi]

; all’inizio di ogni routine di interrupt bisogna ; effettuare un “prologo”, durante il quale andiamo ; a collocare sullo stack le variabili di contesto che ; dovranno essere ripristinate al termine nella fase ; detta “epilogo” (il termine della procedura) ; facciamo andare avanti i secondi (abbiamo avuto ; un interrupt dal segnale di onda con periodo 1 s ; abbiamo fatto un minuto? ; se no, vai a End, altrimenti… ; bisogna resettare i secondi e ; aumentare i minuti di uno! ; abbiamo fatto un’ora? ; se no, vai a End, altrimenti… ; bisogna resettare i minuti e ; aumentare le ore di uno! ; abbiamo fatto un giorno? ; se no, vai a End, altrimenti… ; resetta le ore! ; dobbiamo aggiornare il display: … secondi….

OUT MOV OUT MOV OUT POP

CLOCK_S, AL AL, [Minuti] CLOCK_M, AL AL, [ore] CLOCK_H, AL AX

IRET

; ; dobbiamo aggiornare il display: … minuti…. ; ; dobbiamo aggiornare il display: … ore! ; ripristino del contesto (faccio il pop di tutto ciò ; che avevamo push-ato nel prologo): questa parte ; viene detta “epilogo” ; con questo comando usciamo dalla routine di ; interrupt

Programmazione ad interrupt per l’interfaccia Main:

CLI MOV AL, IN_ControlWord OUT IN_Control, AL MOV AL, OUT_ControlWord OUT OUT_Control, AL MOV [1k_done], 0

MOV [Index], 0 STI

; Disabilitazione interrupt (all’inizializzazione ; non devono disturbare!) ; Programmazione interfacce tramite parole di ; comando ; spediamo la prima parola ; spediamo la seconda parola ; Inizializzazione variabili: la variabile ; [1k_done] indica al main l’avvenuta ; ricezione di 1 KB ; indice del vettore a 0 ; Abilitazione interrupt

NOTA: spesso il main viene racchiuso da CLI - STI perché contiene l’inizializzazione del programma, che non dev’essere interrotta per nessun motivo.

Loop:

Utile:

CMP [1k_done], 1 JNE Utile MOV [1k_done], 0 CALL CALCOLA … … … JMP Loop

; Sincronizzazione: hai finito di trasferire? ; Se no, torna al lavoro utile… ; altrimenti resetta la variabile 1k_done ; e chiama la procedura “CALCOLA” ; Il main in attesa che le operazioni di I/O ; vengano completate può eseguire delle ; operazioni utili…

… … … RX_INT:

PUSH AX PUSH SI MOV SI, [Index] IN AL, IN_BufferIN MOV BUF_IN[SI], AL INC [Index]

; PROLOGO ; Mettiamo l’indice corrente nel registro SI ; Lettura del nuovo dato ; Scrittura in BUF_IN (memoria) del dato ricevuto ; incremento dell’indice

CMP JNE MOV MOV send_OUT: OUT POP POP RETI

[Index], 1024 ; Letti 1K dati? send_OUT ; se no, bisogna spedire [Index], 0 ; altrimenti resettiamo l’indice [1k_done], 1 ; e segnaliamo di aver terminato il KB di dati OUT_BufferOUT, AL ; Invio in uscita del dato ricevuto SI ; EPILOGO AX

Si noti che questa routine di interrupt (ma si tenga presente che non viene conteggiato il main) è più snella della sua controparte polling.

8. Comunicazioni seriali Esistono due modalità diverse di trasferimento dei dati tra due sistemi, distinte dal numero di segnali che connettono il trasmettitore col ricevitore: • comunicazione parallela: maggiore velocità (ad es. vengono spediti 8 bit alla volta), maggior costo. Viene adottata quando la distanza tra ricevitore e trasmettitore è relativamente ridotta; • comunicazione in serie: minore velocità (viene spedito un bit alla volta), minor costo, viene usata laddove la distanza tra il trasmettitore e il ricevitore è significativa (per es. superiore al metro).

Sincronismo di ricezione In una trasmissione seriale il dispositivo ricevente, per poter decodificare ed interpretare correttamente i dati ricevuti, deve sapere: • quando campionare la linea per identificare il valore di ciascun bit (deve cioè acquisire il sincronismo di clock)… • … quando inizia e finisce ciascun gruppo di bit o carattere (sincronismo di carattere), • … nonché quando inizia e finisce ciascun blocco d’informazione (sincronismo di frame). Inoltre: • dev’essere in grado di conoscere il formato dei frames; • deve lavorare alla stessa frequenza del trasmettitore (e avere uguale bit-rate); Problema di conversione S/P e P/S Il mondo dei sistemi a microprocessore è un mondo che lavora in parallelo (v. bus, memorie…), ma noi dobbiamo interfacciarlo col mondo seriale della linea; se andiamo a vedere cosa succede quando si realizza una trasmissione seriale osserveremo che il trasmettitore riceverà dal processore (in parallelo) il dato da inviare, lo serializzerà e poi lo invierà. Lo shift register, ovvero

colui che si incarica di effettuare la conversione P/S, è quindi un componente fondamentale in questo processo. Questi bit, una volta trasmessi, verranno presi dal ricevitore che dovrà lavorare nel senso opposto (parallelizzarli per mandarli sul bus). Alla fine di questa operazione il dato sarà parallelizzato e fornito al sistema ricevente. Trasmissioni seriali sincrone e asincrone Possiamo adottare due soluzioni: • sincrona: trasmettitore e ricevitore condividono uno stesso segnale di clock (avente frequenza pari al bit-rate) che aiuta loro ad individuare dove stiano temporalmente i bit. Più precisamente, il trasmettitore e il ricevitore si scambiano i dati su un canale ed il segnale di temporizzazione su una seconda linea. È la più semplice tra le due modalità (sincrona e asincrona), ma bisogna prestare attenzione al fatto che il segnale fisico di clock può subire consistenti ritardi e/o sfasamento se i dispositivi in collegamento sono lontani: per questo si usa collegare in questo modo due dispositivi vicini (spesso sulla stessa scheda). Durante i periodi di inattività il trasmettitore invia dei caratteri, detti di sincronismo; il loro scopo è infatti quello di mantenere il sincronismo di carattere fra i due dispositivi che, grazie a questa strategia, continuano a sapere dove finisce un carattere e inizia quello successivo, rendendo superflua la ri-sincronizzazione. Proprio perché sono a tutti gli effetti occupati dalla trasmissione di carattere, tali periodi di inattività hanno una durata multipla di quella necessaria per la trasmissione di un singolo carattere; • asincrona: trasmettitore e ricevitore non condividono alcun clock8 e quindi c’è bisogno di sincronizzarli in qualche altro modo: in particolare, il trasmettitore genererà e invierà al ricevitore un unico segnale contenente sia le informazioni di temporizzazione che i dati; il ricevitore, di contro, utilizzerà questo segnale sia per rifasare il proprio clock tramite un circuito PLL (Phase Lock Loop) sia per estrarre i dati. Inoltre, nel caso asincrono, la sincronizzazione è in termini più di fase che di frequenza, visto che i dispositivi ricevono i segnali di clock alla stessa frequenza nominale. Questo è possibile dal momento che essi ricevono (in fase di programmazione) una costante k (detta fattore di scalamento), fondamentale perché attraverso di essa i due dispositivi acquisiscono l’informazione sulla frequenza cui avviene la trasmissione: in particolare, un bit viene trasmesso ogni k colpi di clock. NOTA: nella trasmissione asincrona, se il trasmettitore non trasmette nulla, la linea è vuota (contrariamente a ciò che avviene nella trasmissione sincrona). Caso esemplificativo di comunicazione seriale9 1. la linea è inattiva; 2. start bit (è uno soltanto e va al valore logico basso): serve per far capire quando inizia la trama; 3. data bits: qui è contenuto il dato vero e proprio; 4. parity bit: fornisce una indicazione sul verificarsi o 8 ATTENZIONE - Non è che non ci sia il clock: il clock - anzi, i clock, uno per componente - ci sono eccome… il problema è condividerli visto che non sono già in partenza sincronizzati fra i componenti. 9 Per maggiori dettagli si faccia riferimento alla figura.

meno di un errore di trasmissione; 5. stop bit: fanno capire al ricevitore che la trama è finita.

Dispositivo 8250 e protocollo RS-232 Il dispositivo 8250 appartiene alla categoria degli UART (Universal Asynchronous Receiver and Transmitter). Trattasi inoltre di un dispositivo programmabile: l’utente può infatti specificarne le caratteristiche di funzionamento attraverso opportune parole di controllo. Supporta l’RS-232, protocollo/standard elettrico per le comunicazioni seriali usato spesso nelle comunicazioni coi modem, e supporta la trasmissione asincrona. In figura a destra vediamo lo schema dell’interfaccia e possiamo distinguere alcuni fondamentali gruppi di bit: • segnali di indirizzo A[0..2]; • collegamento al bus dati D[0..7]; • chip select (CS); • comandi di read e write (per operazioni di lettura e scrittura) sui registri interni; • il segnale INT per richiamare l’attenzione del processore. Abbiamo però anche dei registri nonché dei segnali “nuovi”: • registri di DATO o receiver buffer register (RBR): qui va a finire il dato una volta ricevuto dalla linea seriale. Il bit meno significativo del registro contiene il bit ricevuto per primo; o transmitter holding register (THR): è il registro in cui il processore scrive il dato da trasmettere sulla linea, una volta serializzato (è il registro simmetrico del RBR). Il bit meno significativo del registro contiene il bit che dev’essere trasmesso per primo; • registri di STATO o line status register (LSR): è un registro di sola lettura che serve per conoscere lo stato della linea;  LSR0: va a 1 quando è stato ricevuto un nuovo carattere ed è disponibile il RBR;  LSR1: va a 1 in corrispondenza di un errore di overrun, cioè quando in ricezione l’8250 ha acquisito un carattere, l’ha scritto nel buffer e tuttavia il processore non

•

è stato sufficientemente veloce a leggere questo dato cosicché ne è arrivato un altro che l’ha sovrascritto;  LSR2: bit di parità (è a 1 quando c’è un errore di parità);  LSR3: server per il frame error, quando l’8250 si aspetta di ricevere un 1 e invece riceve 0 (non rileva il bit di stop);  LSR4: va a 1 quando l’8250 non riceve nulla (linea inattiva);  LSR5: quando è 1 il dato nel registro è pronto; o interrupt identification register (IIR): identifica la richiesta di interruzione; registri di CONTROLLO o line control register (LCR): è accessibile in lettura e serve a capire lo stato delle richieste di interruzione nonché per forzare alcuni parametri significativi che caratterizzano il modo di funzionamento (ad es. formato della trama);  L0 e L1: determinano numero di bit per carattere;  L2: definisce il numero di bit di stop (1,5 carattere a 5 bit, 2 se sono più di 5);  L3: riguarda bit di parità (ed è posto a 1 se si desidera il bit di parità); o interrupt enable register (IER): grazie ad esso il processore più decidere (in maniera selettiva) se l’8250 può scatenare richieste di interruzione; le interruzioni (ad es. buffer di ricezione pieno, buffer di trasmissione vuoto, errore di ricezione, etc.) vengono gestite con un certo criterio di priorità: di default, le richieste di interruzione a priorità più bassa sono bloccate se pende una richiesta a priorità più alta (la priorità massima è quella a livello zero); o division latch register (DLR): è registro a 16 bit strutturato in 2 registri da 8 bit, (DLL e DLM); attraverso questi registri comunichiamo il parametro k di scalamento e quindi determiniamo il bit-rate (sia per la trasmissione che per la ricezione). Più precisamente, il dispositivo ricava il proprio bit rate come: bit-rate = frequenza di pilotaggio / (16* costante di tempo) La costante di tempo dice di quante volte dev’essere scalata la frequenza di pilotaggio: si veda la tabella per determinarla in base al caso (la tabella è stata calcolata sulla frequenza F = 1,8432 MHz).

Infine, l’8250 ha un insieme di segnali di controllo utilizzabili per interfacciarsi con un modem secondo le modalità dello standard RS-232.

9. Comunicazioni seriali: un po’ di codici Anzitutto, ecco due esempi di mapping nello spazio di I/O per le interfacce 8250: REGISTRO COM1 COM2 RBR,THR,DLL 03F8H 02F8H IER,DLM 03F9H 02F9H IIR 03FAH 02FAH LCR 03FBH 02FBH MCR 03FCH 02FCH LSR 03FDH 02FDH MSR 03FEH 02FEH Ecco come avviene l’inizializzazione dell’interfaccia COM1: ; La procedura inizializza COM1 : bit-rate 9600, 8 bit per carattere, parità pari, 1 stop bit ini_com1 PROC FAR PUSH AX ; prologo PUSH DX ; DLAB = 1 per accedere a DLM e DLL MOV DX, LCR ; mettiamo 80H = 1000 0000 MOV AL, 80H ; in LCR in modo da forzare DLAB = 1 (DLAB è il bit LCR8) OUT DX, AL ; bit rate = 9600 -> DLL = 000CH (diviso in 00 DLM e 0C DLL) MOV DX, DLM MOV AL, 00H OUT DX, AL MOV DX, DLL MOV AL, 0CH OUT DX, AL ; 8 bit per car., 1 stop bit, parità pari, DLAB = 0 ;
LCR = 1BH = 0001 1100 MOV DX, LCR MOV AL, 1BH OUT DX, AL ; “clear” di IER (= 00H) per disabilitare le interruzioni MOV DX, IER MOV AL, 00H OUT DX, AL ; lettura iniziale per svuotare il buffer di ricezione MOV DX, RBR IN AL, DX POP DX POP AX RET ini_com1 ENDP

; epilogo

Lettura e scrittura su COM1 in modalità “polling” read_com1 PROC FAR ; la procedura legge un carattere da COM1 ; e lo restituisce in AL

write_com1 PROC FAR ; la procedura scrive su COM1 il carattere passato ; in AL

PUSH DX ; attesa che il buffer di ricezione sia pieno: il bit 0 ; del registro LSR fornisce lo stato del buffer di ; ricezione ( 1 = pieno, 0 = vuoto )

wait_pieno:

MOV DX, LSR IN AL, DX CMP AL, 01H (
0000 0001) JZ wait_pieno

; lettura del carattere ricevuto MOV DX, RBR IN AL, DX POP DX RET read_com1 ENDP

PUSH DX PUSH AX ; attesa che il buffer di trasmissione sia vuoto: ; il bit 5 del registro LSR fornisce lo stato del buffer ; di trasmissione (1 = vuoto, 0 = pieno) MOV DX, LSR wait_vuoto:

IN AL, DX CMP AL, 20H (
0010 0000) JZ wait_vuoto

; scrittura del carattere da trasmettere MOV DX, THR POP AX OUT DX, AL POP DX RET write_com1 ENDP

TRASFERIMENTO DATI L’operatore MOV copia un dato da una posizione all’altra. MOV destinazione, sorgente FORMA: NOTE: • l’operando sorgente non viene modificato. • l’operando sorgente può essere un registro, una locazione in memoria o una costante. • l’operando di destinazione può essere un registro o una locazione in memoria. COMBINAZIONI NON PERMESSE e RESTRIZIONI: • gli operandi devono avere lo stesso numero di bit; • IP non deve mai comparire; • CS non può essere destinazione; • i due operandi non possono essere due valori in memoria (bisogna obbligatoriamente passare da un registro). MODI DI INDIRIZZAMENTO 1. REGISTER (mediante registro) L’operando1 è un registro specificato nell’istruzione. Es. MOV BX, AX (sposta in BX il contenuto di AX) 2. IMMEDIATE (mediante immediato) L’operando è una costante espressamente indicata. Es. MOV BH, 07H (2) (sposta 07H in BH) 3. DIRECT (indirizzamento diretto) L’operando si trova in una locazione di memoria. Es(1). MOV AX, [0100] Spostiamo in AX il contenuto di DX+0100, DX è il segmento di default Es(2). MOV AX, TABLE TABLE è una variabile che indica tale locazione di memoria. Es(3). MOV AX, TABLE+1 Il processore prende TABLE, ricava l’offset in cui quest’ultima variabile si trova in memoria e gli somma 1. Il risultato è l’offset di ciò che si vuole spostare in AX. Es(4). MOV AX, TABLE[2] Il processore prende TABLE, ricava l’offset in cui quest’ultima variabile si trova in memoria e gli somma 2. Il risultato è l’offset di ciò che si vuole spostare in AX. 4. SEGMENT OVERRIDE Il registro di default è sempre DS, ma utilizzando l’operando “ : ” possiamo utilizzare un segmento diverso come riferimento per il calcolo degli indirizzi. Es. MOV AX, ES:VAR2 (prendi ciò che c’è all’indirizzo di base ES e offset VAR2 e metti in AX) VAR2 si trova in un segmento il cui inizio è memorizzato nel registro AS (non più DS). 1 L’operando può generalmente essere un registro, oppure una costante presente nell’espressione, una quantità in memoria o infine un valore di I/O. 2 BH e 07H sono quantità a 8 bit.

5. REGISTER INDIRECT (indirizzamento indiretto mediante registro base o registro indice) L’offset è contenuto in un registro base (ad es. BX, BP) oppure in un registro indice (ad es. DI, SI). MOV AX, [BX] Es. L’operando viene preso nella cella di memoria il cui offset si trova in BX. NOTA: se non indicato diversamente, i registri base ai quali va aggiunto l’offset sono DS (per BX, SI, DI) e SS (per BP). 6. BASE RELATIVE (indirizzamento indiretto mediante registro base, con tanto di displacement) L’offset dell’operando è ottenuto sommando il contenuto di BX (o BP) a un displacement (nell’esempio è 4); per le regole sui registri base vedi il punto 5. Es. MOV AX, [BX+4] 7. DIRECT INDEXED L’operando è in memoria, ma l’offset è la somma di un offset in una variabile più un displacement. Es. MOV AX, TABLE[DI] Su usa come offset quello di TABLE sommato al contenuto di DI. 8. BASE INDEXED (indirizzamento indiretto mediante registro base e registro indice) L’offset è costituito dalla somma di: • contenuto di BX o BP (registro base); • contenuto di SI o DI (registro indice); • un campo opzionale. ES. MOV AX, TAB[BX][DI] Offset: offset di TAB + contenuto di BX + contenuto di DI. DEFINIZIONE DI COSTANTI In fase di assemblaggio del programma, EQU permette di definire simboli che rappresentano valori specifici. FORMATO: nome EQU espressione Es. X EQU 1024 ISTRUZIONI ARITMETICHE E OPERAZIONI ELEMENTARI Operano su numeri interi binari senza (o con segno) a 8 bit o a 16 bit. Il processore 8086 supporta anche il formato BCD. ADD formato: ADD dest, sorg SUB formato: SUB dest, sorg Quel che accade è che si effettua dest + (o -) sorg e il risultato viene messo in dest (mentre sorg rimane immutato). RESTRIZIONI: • non è lecito specificare come operandi due locazioni di memoria (al massimo uno): perciò, se proprio dobbiamo sommare due valori in memoria, dobbiamo obbligatoriamente passare attraverso un registro;

•

gli operandi devono essere dello stesso tipo e della stessa dimensione (o entrambi byte o entrambi word). NOTA: • il flag CF assume il significato di bit di riporto. ADC e SBB effettuano la somma (e la sottrazione) a 32 bit riconducendo il tutto a due somme (sottrazioni) su 16 bit (bisogna però tenere conto del riporto o del prestito). INC e DEC permettono di incrementare o decrementare un operando. Queste due istruzioni possono essere integrate con l’istruzione NEG (che cambia il segno dell’operando agendo a complemento a 2). MUL (interi senza segno) e IMUL (interi con segno) sono due comandi che prevedono un unico operando esplicito. L’altro operando è implicito nell’istruzione stessa, perché si utilizza automaticamente un registro AX come secondo operando. L’operando può essere un registro o una locazione di memoria (non una costante!), mentre il tipo può essere byte o word: • se l’operando è di tipo byte allora l’istruzione intercorre tra operando e AL e il risultato viene copiato in AX. • se l’operando è di 16 bit l’istruzione moltiplica operando e AX e il risultato lo si mette in AX (per i bit più significativi, MSB) e DX (per i bit meno significativi, LSB) In Assembler la divisione è implementata con le parole di comando DIV (senza segno) e IDIV (con segno), le quali sono analoghe a MUL e IMUL per quanto riguarda il formato (un unico operando esplicito e un operando implicito; l’operando può essere un registro o una locazione di memoria ma non può essere un immediato). Operando byte: processore divide AX per l’operando. Quoziente in AL e resto in AH. Operando word: processore divide DX:AX e l’operando. Quoziente in AX e il resto in DX. NOTA: l’operando sorgente non può essere una costante. ISTRUZIONI LOGICHE E DI SCORRIMENTO Esse sono utilizzate, in particolare, per forzare il valore di uno o più bit all’interno della parola. Es. forziamo a 1 il quarto bit di AX OR AX, 1000b In alcuni casi (laddove si vogliano programmare i dispositivi periferici che vivono attorno al processore) può essere necessario dover modificare i registri specifici un bit alla volta. Operandi: AND OR formato: dest, sorg XOR Ogni operazione logica viene effettuata fra dest e sorg e il risultato viene posto in dest. Istruzione NOT (ha un solo operando)
effettua il complemento bit a bit. Non è equivalente a NEG: NEG cambia aritmeticamente il segno, NOT inverte i bit logicamente. SHL e SHR hanno il formato:

SH¶ operando, contatore ¶ = L (sinistra), R (destra) Il contatore specifica di quante posizioni dev’essere effettuato lo scorrimento. Lo scorrimento lascia dietro di sé degli zeri. L’ultimo bit uscita viene inserito nel CF. NOTA: per le proprietà dei numeri binari l’istruzione SHL BX, 1 moltiplica BX per 2. SAL e SAR hanno lo stesso formato di SHL e SHR, solo che i vuoti creati dallo spostamento sono riempiti di bit pari al valore del bit più significativo. Ancora una volta l’ultimo bit in uscita viene inserito nel CF. Es. operando (CF = --) (0 shift) ooperand (CF = o) (1 shift) oooperan (CF = d) (2 shift) oooopera (CF = n) (3 shift) ROR e ROL hanno la stessa forma e scopo delle ultime istruzioni viste (SHL, SHR, SAL, SAR) ma hanno caratteristica di ricorsività. L’ultimo bit in uscita viene copiato in CF e rientra dalla parte opposta. CONTROLLO DEL FLUSSO Le istruzioni di un programma sono normalmente eseguite sequenzialmente, ma può esserci bisogno di salti e cicli. Salti incondizionati Un salto incondizionato è un salto eseguito a prescindere, senza nessuna condizione. L’istruzione JMP (jump) ha un formato relativamente scontato, ovvero: JMP destinazione Esistono due tipi di salti: diretti e indiretti. Nel primo caso (salto diretto) all’interno dell’operando può esserci l’indirizzo stesso dell’istruzione cui saltare (o le informazioni necessarie per calcolarlo); spesso come operando usiamo un’etichetta. Nel salto indiretto l’operando contiene l’indicazione di quale sia un puntatore che contiene a sua volta l’indirizzo dell’istruzione cui saltare: c’è, insomma, un passaggio in più rispetto al salto diretto. es. diretto
JMP AX (salta all’indirizzo indicato dal registro AX) indiretto
JMP [AX] (salta all’indirizzo contenuto nella cella di memoria che si trova all’indirizzo indicato dal registro AX) . I salti indiretti possono essere utilizzati per implementare costrutti di tipo CASE. ad es. JMP TAB[BX], al variare di BX saltiamo in punti diversi. Salti condizionati Prima verificano se è verificata una certa condizione e poi fanno il salto. Formato: JXXX label (dove XXX è un suffisso che specifica la condizione, v. tabella)

L’istruzione JXXX dev’essere sempre preceduta dall’istruzione CMP (compare)
formato: CMP destinazione, sorgente Questa compara i due valori (sottraendoli) e sulla base del risultato della sottrazione setta i flag che saranno necessari per effettuare i confronti. NOTA: CMP funziona tra • due registri, • una locazione di memoria e un registro, • un registro e un valore immediato (non il viceversa), • fra una locazione di memoria e un immediato (non il viceversa). Gli operandi del confronto devono inoltre avere la stessa lunghezza e non è ammesso il confronto fra due locazioni di memoria. I flag impostati da CMP vengono testati per effettuare il salto condizionato. CICLI LOOP ha un formato del tipo LOOP label e quindi viene esclusivamente esplicitata l’etichetta (cioè il nome simbolico, la label) dell’istruzione cui si vuole saltare. Quando il processore incontra LOOP: • decrementa CX di una unità, • controlla e se è diverso da 0  se sì
salta all’istruzione con etichetta label;  se no
va avanti. In questo modo CX può essere utilizzato come contatore, laddove si voglia fare un ciclo che dev’essere ripetuto un numero noto a priori di volte. PROCEDURE Attraverso le procedure è possibile scrivere una volta quelle parti di codice che vengono eseguite ripetutamente all’interno di un programma. Come definiamo una procedura? Come isoliamo una procedura nel codice? Usiamo due direttive: PROC e ENDP. Formato: nome PROC tipo3 corpo della procedura nome ENDP Chiamata di una procedura L’istruzione CALL trasferisce il controllo del flusso di esecuzione del programma ad una procedura specificata. Formato: CALL target Alla fine della procedura bisogna tornare indietro, al programma chiamante: per questo viene salvato nello stack l’indirizzo di ritorno.

3 Opzionale: NEAR = all’interno dello stesso segmento di codice, FAR = tra segmenti diversi, per cui bisogna salvare CS e offset di ritorno

Ritorno da una procedura L’istruzione RET permette di restituire il controllo alla procedura chiamante, una volta che la procedura chiama ha terminato l’esecuzione. Si estrae perciò dallo stack l’indirizzo di ritorno e si ripassa il controllo al chiamante. Formato: RET.

Soluzione compito del 14 luglio 2007 Punto 1 48 KB di EPROM (32+16) agli indirizzi alti: alti 32 KB EPROM1 FFFFFH
F8000H 16 KB EPROM2 F7FFFH
F4000H 8 KB di RAM (indirizzi bassi): 01FFFH
00000H Decodifica completa: 32 KB EPROM1 16 KB EPROM2 8 KB di RAM

BA19 BA18 BA17 BA16 BA15 BA19 BA18 BA17 BA16 /BA15 BA14 /BA19 /BA18 BA18 /BA17 /BA16 /BA15 /BA14 /BA13

Decodifica semplificata: 32 KB EPROM1 16 KB EPROM2 8 KB di RAM

BA19 BA15 BA19 /BA15 BA15 /BA19


De Morgan

De Morgan

De Morgan


Punto 2 Mapping: PIC (2 byte) 100H (100H (100 e 101H)
0001 0000 0000 Decodifica semplificata: BA8 Motore (1 byte) 80H
0000 1000 0000 Decodifica semplificata: BA7

Punto 3

/BA19 + /BA15 /BA19 + BA15 BA BA19

Punto 4 MOTORE PIC

EQU 80H EQU 100H

ValoreT1

DB 2

NewT1

DB 1 (ne basta uno perché tanto T1 è compreso fra 0 e 255)

Il PIC viene utilizzato per generare 3 tipi di interrupt: • IR0: ogni 0,1 msec su IR0 che serve come base per il conteggio del tempo. • IR1: sul fronte positivo del segnale PWM_SN (inizio di T1). • IR2: sul fronte negativo del segnale PWM_SN (fine di T1). IR0: sarà sufficiente andare ad incrementare il valore di una variabile (T1) in modo da avere un conteggio di quanto tempo è trascorso tra un fronte positivo e uno negativo del segnale PWM_SN. IR1: resettare il valore di T1, abilita la ricezione su IR2 e IR0, disabilita quella su IR1. IR2: la routine bloccherà la ricezione degli interrupt su IR0 e IR2, bloccando in questo modo l’incremento di T1. Segnalerà quindi al main l’avvenuto campionamento di un nuovo valore di T1. ; Indirizzi ICW1 ICW2 ICW4 OCW1 OCW2

EQU EQU EQU EQU EQU

100H 101H 101H 101H 100H

; Parole di comando RESET ADDRESS EN_AEOI MASK_ALL MASK_IR0 MASK_IR1 MASK_IR2 EOI OUT

EQU 13H EQU 1FH EQU 1H EQU FH EQU 1H EQU 2H EQU 4H EQU 20H OCW2, EOI

; l’interrupt viene rilevato sul fronte (1BH = a livello) ; 5 bit più significativi dell’interrupt type ; AEOI disabilitato (3H = abilitato) ; 8 bit di maschera (0: non mascherato,1: mascherato) ; maschera (0000 0001) ; maschera (0000 0010) ; maschera (0000 0100) ; da inviare per segnalare la fine della routine ; segnalazione di fine routine

Punto 6 CLI OUT OUT OUT OUT MOV MOV STI Loop: CMP JNE

ICW1, RESET ICW2, ADDRESS ICW4, EN_AEOI OCW1, FDH [T1],0 [NewT1],0 [NewT1],1 Loop

; FRONTE ; 5 bit più significati dell’interrupt ty ; abilitazione o meno dell AEOI ; 1111 1101 abilita IR1

MOV DIV DEC OUT MOV JMP

AX,[T1] 10 AL MOTORE, AL [NewT1],0 Loop

Punto 7

int_F8H:

Int_F9H:

Int_FAH:

IR0 INC OUT IRET IR1 MOV OUT OUT IRET IR2 OUT MOV OUT IRET

[T1] OCW2,EOI

[T1],0 OCW1, FAH OCW2, EOI

OCW1, FEH [NewT1],1 OCW2, EOI

; 1111 1010 abilita IR0 e IR2 ; segnalazione di fine routine ; uscita dalla routine ; 1111 1101 abilita IR1 ; segnalazione di fine routine ; uscita dalla routine

Compito del 16/06/2008 Punto 1 Si chiedono le espressioni del chip select (complete e semplificate), avendo cura di mostrare la disposizione nello spazio di indirizzamento dei vari chip (indirizzo iniziale e finale). 32 KB di EPROM mappati all’indirizzo A8000H: espressione completa: 64 KB di RAM mappati all’indirizzo 10000H: espressione completa:

da A8000H ad AFFFFH BA19 /BA18 BA17 /BA16 BA15 da 10000H ad 1FFFFH /BA19 /BA18 /BA17 BA16

Decodifica semplificata: EPROM BA19 RAM /BA19

Punto 2 Mapping dei dispositivi di I/O. PIC 8259 mappato a A000H 1010 0… 0 0000 0..0 BA15 /BA14 BA13 /BA12 /BA11 /BA10 /BA9 /BA8 /BA7 /BA6 /BA5 /BA4 … /BA1 Dec. completa: RTC ad Dec. completa: Lettore FP Dec. completa:

F000H 1111 0… 0 0000 0..0 BA15 BA14 BA13 BA12 /BA11 /BA10 /BA9 /BA8 /BA7 /BA6 /BA5 /BA4 … /BA1 E800H 1110 10..0 0000 0..0 BA15 BA14 BA13 /BA12 BA11 /BA10 /BA9 /BA8 /BA7 /BA6 /BA5 /BA4 … /BA1 /BA0

8250 usato a polling a F0A0H 1111 0000 1010 0..0 Dec. completa: BA15 BA14 BA13 BA12 /BA11 /BA10 /BA9 /BA8 BA7 /BA6 BA5 /BA4 /BA3 Decodifica semplificata:

PIC RTC FP 8250

/BA14 BA12 BA11 BA5

Punto 3

RS232

RFID reader

FP e RTC sono due dispositivi di input (vengono solamente letti), quindi li interfacciamo al bus dati (BD) con dei componenti 244: il FP gestisce 8 bit, il RTC invece lavora a 16 bit (presumibilmente 8 per le ore e 8 per i minuti) e quindi ha bisogno di due due 244, i quali vengono chiaramente attivati dallo stesso chip select (CS_RTC#). L’8250 è il componente che può supportare l’interfaccia RS232, utilizzata utilizzata per le comunicazioni seriali che gestiscono il pass elettronico (basato su tecnologia RFID). Si noti che, siccome è gestito a polling, non vi è alcun collegamento fra l’8250 e i piedini IR dell’8259. L’8259 gestisce gli interrupt (che riceve dal FP) ed è interfacciato come mostrato in figura.

Punto 4

BA6

BA14

I dispositivi sono divisi in due “famiglie”: i dispositivi di I/O e quelli per le memorie. DISPOSITIVI DI I/O
PIC, FP e 8250
segnale IO/M basso (si abilita RDY2) Per gestire i relativi cicli di clock utilizziamo un multiplexer: multiplexer • BA6 alto attiva l’8250 (ingressi 10 e 11 del multiplexer, multiplexer, collegati al segnale Q3
3 cicli di wait); • BA6 basso + BA14 alto attiva l’FP (ingresso 01 del multiplexer, collegato al segnale Q3
3 cicli di wait);

BA6 basso + BA 14 basso attiva il PIC (ingresso 00 del multiplexer, collegato al segnale Q1
1 ciclo di wait). DISPOSITIVI DI MEMORIA
RAM/EPROM
segnale IO/M alto (si abilita RDY1) • BA 19 alto attiva la EPROM (segnale Q2
2 cicli di wait); • BA 19 basso attiva la RAM (segnale Q1
1 ciclo di wait).

Punto 5 FP_Adress CorrectIdentity UncorrectIdentity

EQU EQU EQU

NewAccessAllowed DB

Epilogue:

PUSH PUSH MOV IN CMP JNE MOV POP POP IRET

E800H FFH 00H 1

AX DX DX, FP_Adress AL, DX AL, CorrectIdentity Epilogue [NewAccessAllowed], 1 DX AX

; Leggiamo dal finger-print ; ; Abbiamo rilevato un pass valido? ; Se non l’abbiamo rilevato andiamo all’epilogo ; sennò segnaliamo impostando il flag appropriato

Punto 6 RTC_Adress LSR THR

Main:

write_com1

wait_vuoto:

EQU EQU EQU CLI MOV STI CMP JE MOV IN CALL JMP PROC PUSH PUSH MOV IN CMP JZ MOV POP OUT POP IRET

F000H F0A5H F0A0H ; Inizializzazione

[NewAccessAllowed], 0 [NewAccessAllowed], 0 Main DX, RTC_Adress AX, DX write_com1 Main FAR DX AX DX, LSR AL, DX AL, 20H wait_vuoto DX, THR AX DX, AL DX

; c’è un nuovo accesso valido? ; se non c’è allora aspetta ; altrimenti ; leggiamo l’ora ; scriviamo

Soluzione compito del 20 luglio 2007 Punto 1 Decodifica completa: EPROM E8000H
FFFFFH una da 64 KB F0000H
FFFFFH una da 32 KB E8000H
EFFFFH RAM 00000H
03FFFH Decodifica semplificata: EPROM2 BA19 BA16 EPROM1 BA19 /BA16 RAM /BA19






BA19 BA18 BA17 BA16 BA19 BA18 BA17 /BA16 BA15 /BA19 /BA18 /BA17 /BA16 /BA15 /BA14

EPROM2# = /BA19 + /BA16 EPROM1# = /BA19 + BA16 RAM# = BA19

Punto 2 PIC (2 byte) a 100H Dec. completa: 0001 0000 0000

/BA11 /BA10 /BA9 BA8 /BA7…. /BA7 tutti negati … /BA1

Interfaccia CAT
2 indirizzi x 1 byte, uno per IR0 e uno per IR1 a 40H e 41H rispettivamente Dec. completa: 0000 0100 0000 /BA11 /BA10 /BA9 /BA8 /BA7 BA6 /BA5….. tutti negati … /BA1 /BA0 Dec. completa: 0000 0100 0001 /BA11 /BA10 /BA9 /BA8 /BA7 BA6 /BA5….. tutti negati … /BA1 BA0 LED (1 byte) a 80H Dec. completa: 0000 1000 0000 Decodifica semplificata: PIC BA8 CAT1 /BA8 /BA0 CAT2 /BA8 BA0 LED BA7

Punto 3

/BA11 /BA10 /BA9 /BA8 BA7 /BA6 /BA5….. tutti negati … /BA1 /BA0

Punto 4

Il segnale IN è OVER_TH, che risulta essere pari a 0 quando la tensione è entro i valori nominali e pari a 1 quando supera i valori di soglia. Col collegamento illustrato sopra accade che: • il flip-flop che regola INT_REQ0 entrerà in funzione (cioè campionerà l’ “1”) sul fronte positivo di IN cioè quando OVER_TH passa da 0 a 1
c’è sovratensione, andiamo in panico e generiamo la relativa interruzione (/ACK0 è alto perché c’è un nuovo evento ancora non servito)
quando l’interruzione è stata servita, torniamo alla normalità (OVER_TH = 0) quindi /ACK0 va a basso e resetta INT_REQ0. Contemporaneamente, il flip-flop sottostante campiona il suo “1” e segnala che siamo tornati alla normalità; infine, /ACK1 andrà a basso e questo segnalerà che il calcolatore ha capito il messaggio; • il flip-flop che regola INT_REQ1 entrerà in funzione (cioè campionerà l’ “1”) sul fronte positivo di /IN cioè quando OVER_TH passa da 1 a 0
torniamo alla normalità e generiamo la relativa interruzione (/ACK1 è alto perché c’è un nuovo evento ancora non servito)
quando essa sarà stata recepita, /ACK1 andrà a basso e resetterà INT_REQ1. Dopo un po’, alla successiva situazione di panico (OVER_TH = 1
/IN = 0), il flip-flop soprastante campiona il suo “1” e segnala che siamo ufficialmente in panico.

Punto 5 LED ACK0 ACK1

EQU EQU EQU

80H 40H 41H

Punto 6 STI MOV OUT OUT CLI Main: JMP

AL, 0 ACK0, AL ACK1, AL Main

Punto 7 INT0: OUT OUT IRET

LED, 1 ACK0, 0

INT1: OUT OUT IRET

LED, 0 ACK1, 0

96 KB di EPROM = 64 KB + 32 KB 160 KB di RAM = 128 KB + 32 KB

indirizzi alti indirizzi bassi

Unità principale: 32 KB
bit discriminanti: BA19 BA18 BA17 BA16 BA15 EPROM64 EPROM32 RAM32 RAM128

FFFFFH
F0000H EFFFFH
E8000H 27FFFH
02000H 1FFFFH
00000H

Decodifica completa: EPROM64 BA19 BA18 BA17 BA16 EPROM32 BA19 BA18 BA17 /BA16 BA15 RAM32 /BA19 /BA18 BA17 /BA16 /BA15 RAM128 /BA19 /BA18 /BA17 Decodifica semplificata: EPROM64 BA19 BA16 EPROM32 BA19 /BA16 RAM32 /BA19 BA17 RAM128 /BA17 (le due EPROM hanno BA17 quindi non c’è ambiguità)

Il 244 è un driver 3-state che comunica col bus dati di 8 bit (dei quali ne vengono effettivamente usati soltanto 3). Tale componente è proprio ad 8 bit ma strutturato in 2 gruppi di 4 bit, abilitati da EN1 ed EN2 (i quali, chiaramente, devono ricevere lo stesso segnale perché gli 8 bit del dato devono arrivare sul bus tutti insieme). Tale componente è attivo quando si vuole leggere dal bus dati di I/O (IORDC# = I/O Read Command = 0) e quando espressamente si vuole far agire il sensore CMPS (CS_CMPS# = 0). Siccome la bussola è a tre bit, A7, A6 … A3 possono essere posti a massa. Il 373 è un latch a 8-bit con uscite 3-state: esso campiona sul fronte negativo di CK e mantiene il valore fino a quando CK non torna ad 1. Per questo il clock viene collegato al NOR fra CS_LED# (è 0 quando vogliamo accendere un led) e IOWRC# (che è 0 quando vogliamo scrivere sul bus dati di I/O). OE* è sempre basso perché vogliamo che il buffer sia trasparente e mai in configurazione di alta impedenza. Passiamo al PIC (8259):

Il clock collegato al PIC è a 100 Hz perché a quella frequenza va campionato l’informazione d’orientamento fornita dal sensore.

Mappiamo: • il PIC a 80H; • il CMPS a 60H; • i led a 40H. Decodifica semplificata: • il PIC
• il CMPS
• i led a 40H


1000 0000
BA7 /BA6 /BA5 /BA4 0110 0000
/BA7 BA6 BA5 /BA4 0100 0000
/BA7 BA6 /BA5 /BA4

BA7 /BA7 BA5 /BA7 /BA5

Per cui, applicando DeMorgan: CS_PIC# = /BA7 CS_CMPS# = BA7 + /BA5 CS_LED# = BA7 + BA5

Il circuito è il seguente: Q3 riguarda gli stati di wait (3 appunto) dei dispositivi di I/O; Q2 si riferisce ai 2 stati di wait per le RAM e Q1 al singolo stato di wait necessitato dalle EPROM. Questi tre segnali vengono generati da uno shift register (v. figura a destra). IO/M e /IO/M sono due segnali complementari (IO/M = 1 quando dobbiamo leggere l’I/O, IO/M = 0 quando sono in uso le memorie), collegati rispettivamente a AEN2* e AEN1*, sicché gli stati di wait saranno effettivamente quelli richiesti dalla situazione. Ricordando le espressioni dei chip select

si nota facilmente che il bit che discrimina l’accesso alla RAM o alla EPROM è BA19 (ed infatti è quello che compare nello schema).

Uscita CMPS Stringa 000 (N) 00000001 001 (NE) 00000010 011 (E) 00000100 010 (SE) 00001000 110 (S) 00010000 111 (SW) 00100000 101 (W) 01000000 100 (NW) 10000000 ORDINATI 000 (N) 00000001 001 (NE) 00000010 010 (SE) 00001000 011 (E) 00000100 100 (NW) 10000000 101 (W) 01000000 110 (S) 00010000 111 (SW) 00100000

Programmazione del PIC Si cop-incolla sempre lo stesso codice, avendo cura di modificare le parole di comando e gli indirizzi del PIC in base a dove è mappato. Siccome abbiamo collegato un solo piedino IR, MASK è da porre a 1111 1110 = FEH ADDRESS è da porre a 0001 1111 = 1FH cosicché abbiamo individuato i 5 bit più significativi.

Definizione della tabella: CMPS_TABLE

DB

00000001, 00000010, 00001000, 00000100, 10000000, 01000000, 00010000, 00100000

newDirectionAvailable newDirection

DB 1 DB 1

CMPS LEDS

EQU EQU

Main:

int_CMPS:

60H 40H

MOV CMP JNE MOV IN MOV OUT JMP

[newDirectionAvailable], 0 [newDirectionAvailable], 1 Main [newDirectionAvailable], 0 SI, [newDirection] AX, [CMPS_TABLE+SI] AX, LEDS Main

; inizialmente settato a zero ; c’è una qualche nuova informazione?

PUSH IN MOV MOV POP OUT IRET

AX AL, CMPS [newDirection], AL [newDirectionAvailable], 1 AX OCW2, EOI

; salvataggio di contesto ; leggi il CMPS ; metti il tutto nella [newDirection] ; segnaliamo al MAIN ; ripristino del contesto ; end of interrupt ; usciamo dalla routine

; richiesta accettata ; nel registro SI mettiamo la nuova direzione ; peschiamo il led che si deve accendere usando la tabella ; accendiamo il LED! Quante lucine! Buon Natale!

Soluzione compito del 1 aprile 2008 Punto 1 Espressioni dei CS + decodifica completa: • EPROM A8000H
AFFFFH • RAM2 30000H
37FFFH • RAM1 10000H
17FFFH Decodifica semplificata: • EPROM BA19 • RAM2 /BA19 BA17 • RAM1 /BA19 /BA17

BA19 /BA18 BA17 /BA16 BA15 15 /BA19 /BA18 BA17 BA16 /BA15 /BA19 /BA18 /BA17 BA17 BA16 /BA15


De Morgan

De Morgan

De Morgan


/BA19 BA19 + /BA17 BA19 + BA17

Punto 2 Dispositivi di I/O: • PIC F00EH 1111 0000 0000 1110 BA15 BA14 BA13 BA12 /BA11 … tutti negati … BA3 BA2 BA1 • tornello 1 1000H 0001 0000 0000 0000 /BA15 /BA14 /BA13 BA12 /BA11 … /BA0 • tornello 2 2000H 0010 0000 0000 0000 /BA15 /BA14 BA13 /BA12 /BA11 … /BA0 • tornello 3 3000H 0011 0000 0000 0000 /BA15 /BA14 BA13 BA12 /BA11 … /BA0

Punto 3


sempl. BA15
sempl. /BA13
sempl. /BA12
sempl. BA13 BA12

Punto 4 5 bit più significativi dell’interrupt type: 10100
1010 0
A0H (in esadecimale) I tre valori di interrupt type associati alle 3 routine di interrupt presenti nel sistema sono perciò A0H (skipass mattutino), A1H (ski-pass pomeridiano) e A2H (ski-pass giornaliero).

Punto 5 Prendiamo come riferimento il tornello 1. TORNELLO1 MASK_HOUR MASK_PASS NINE TWELWE SIXTEEN

EQU EQU EQU EQU EQU EQU

arrival:

PUSH AX PUSH DX MOV DX, TORNELLO1

TwelvePassed: ValidPass:

Epilogue:

1000H FCH 03H 28H 30H 40H

(1111 1100) (0000 0011) (0 01001 00) (0 01100 00) (0 10000 00)

IN MOV AND AND CMP JL CMP JEG CMP JE CMP JEG CMP JE CMP JE MOV MOV OUT

AL, DX AH, AL AL, MASK_HOUR AH, MASK_PASS AL, NINE Epilogue AL, SIXTEEN Epilogue AH, 10H ValidPass AL, TWELWE TwelvePassed AH, 00H ValidPass AH, 01H ValidPass AH, 1 AL, 0 DX, AH

CALL OUT POP POP IRET

WAIT DX, AL DX AX

Punto 6 1MHz
periodo di clock = 1μs 1 ms = 1.000 μs = 1.000 colpi di clock ogni operazione = 10 colpi di clock totale operazioni di effettuare = 1.000/10 = 100

in rosso
9 in binario in rosso
12 in binario in rosso
16 in binario

; la porta ha indirizzo >255 perciò bisogna usare ; l’indirizzamento indiretto tramite DX ; prendiamo il dato dal tornello ; copiamo il dato in AH ; in AL finiscono le ore ; in AH finiscono i due bit che riguardano il tipo di pass ; siamo prima delle nove? ; se sì non possiamo aprire il tornello ; siamo dopo delle sedici (comprese)? ; se sì non possiamo aprire il tornello ; è un abbonamento giornaliero? ; se sì, il tizio può passare ; sono passate le dodici (comprese)? ; andiamo a verificare se il tizio ha il permesso ; è un pass mattutino? ; siamo tra le 9 e le 12 quindi il tizio può passare ; è un pass pomeridiano? ; siamo tra le 12 (comprese) e le 16 (escluse): valido! ; segnale alto ; segnale basso ; spediamo il valore alto (viene memorizzato e ; mantenuto dalla batteria di latch) ; aspettiamo 1 ms ; rimandiamo a basso ; ripristino contesto

WAIT:

MOV CX, 98 LOOP WAIT

; dobbiamo “looppare” per 99 istruzioni perché la prima delle 100 è ; questa MOV!! CX è quindi numero di istruzioni + 1 ; il programma decrementa CX fino a quando non raggiunge zero: ; fino a quel momento, salta di volta in volta a WAIT

Dovendo disporre di 48 KB di EPROM, avremo bisogno di due blocchi (32+16) mappati agli indirizzi alti; i 16 KB di RAM vanno invece posti agli indirizzi bassi. Usando una CPU 8088 abbiamo 1 MB di spazio di indirizzamento a disposizione, per cui si avrà: 32 KB di EPROM 16 KB di EPROM … 16 KB di RAM

FFFFFH
F8000H F7FFFH
F4000H 03FFFH
00000H

Sottomultipli di 16 KB
XXXX XX XX XXXX XXXX XXXX BA19

BA18

BA17

BA16

BA15

BA14

BA15

/BA14

BA13

BA12

BA11

BA10

BA9

BA8

BA7

BA6

BA5

BA4

BA3

BA2

BA1

--

--

--

--

--

--

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--

--

--

--

--

BA0

Decodifica completa: EPROM (32 KB) BA19

BA18

BA17

BA16

--

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EPROM (16 KB) BA19

BA18

BA17

BA16

/BA15

BA14

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--

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--

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--

--

--

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--

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--

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RAM (16 KB) /BA19

/BA18

/BA17

/BA16

/BA15

/BA14

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Decodifica semplificata1: EPROM (32 KB) BA19

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BA15

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/BA15

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EPROM (16 KB) BA19

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--

RAM (16 KB) /BA19

--

--

--

Se vogliamo ottenere i chip select relativi al funzionamento attivo-basso (simbolo #) dobbiamo usare le formule di De Morgan (da moltiplicazione a somma con negazione degli elementi): CS-EPROM32# /BA19 + /BA15 CS-EPROM16# /BA19 + BA15 CS-RAM# BA19

Ecco lo schema:

Il 244 è un driver 3-state che comunica col bus dati di 8 bit (come viene specificato nel testo). Tale componente è proprio ad 8 bit ma strutturato in 2 gruppi di 4 bit, abilitati da EN1 ed EN2 (i quali, chiaramente, devono ricevere lo stesso segnale perché gli 8 bit del dato devono arrivare sul bus 1

Trucchettino: bisogna sempre fare in modo di avere, per i bit, una successione del tipo 111 110 101 100 … con gli uni e gli zeri che si alternano alla stregua di un semplice conteggio di passo 1.

tutti insieme). Tale componente è attivo quando si vuole leggere dal bus dati di I/O (IORDC# = I/O Read Command = 0). Il 373 è un latch a 8-bit con uscite 3-state: esso campiona sul fronte negativo di CK e mantiene il valore fino a quando CK non torna ad 1. Per questo il clock viene collegato al NOR fra CS_ABS# (è 0 quando vogliamo attivare l’ABS) e IOWRC# (che è 0 quando vogliamo scrivere sul bus dati di I/O). OE* è sempre basso perché vogliamo che il buffer sia trasparente e mai in configurazione di alta impedenza. Passiamo al PIC (8259):

Il segnale WR* serve per abilitare l’8259 alla ricezione di parole di controllo da parte della CPU, mentre il piedino RD* serve alla CPU per richiedere al componente lo stato sul bus dati.

I tre componenti sono mappati ai seguenti indirizzi2: PIC
100H (come nel testo)3 373 (centralina ABS)
40H 244 (trasduttore di velocità)
60H Le finestre occupate dai dispositivi di I/O sono solitamente molto piccole rispetto a quelle dei dispositivi di memoria (ad es. 16 byte). Sottomultipli di 32 byte
XXXX XXXX XXXX XXXX BA15

BA14

BA13

BA12

BA11

BA10

BA9

BA8

BA7

BA6

BA5

BA4

BA3

BA2

BA1

BA0

Decodifica completa: PIC /BA15

2 3

/BA14

/BA13

/BA12

/BA11

/BA10

/BA9

BA8

--

--

--

--

--

Lo spazio di indirizzamento per l’I/O è di 64 KB (fino a FFFFH). Il PIC dev’essere mappato nello spazio d’indirizzamento di I/O e occupa 2 byte.

--

--

--

Centralina ABS /BA15

/BA14

/BA13

/BA12

/BA11

/BA10

/BA9

/BA8

/BA7

BA6

/BA5

/BA4

--

--

--

--

/BA11

/BA10

/BA9

/BA8

/BA7

BA6

BA5

/BA4

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

--

Trasduttore di velocità /BA15

/BA14

/BA13

/BA12

Decodifica semplificata: PIC --

--

--

--

--

--

--

BA8

Centralina ABS --

--

--

--

--

--

/BA9

--

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/BA5

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--

--

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--

/BA9

--

--

--

BA5

--

--

--

--

--

Trasduttore di velocità --

--

--

--

Per la generazione del ready serve il componente 8284, il quale è suddiviso in tre parti funzionali: Ready, Clock e Reset Generator. RDY1 e RDY2 sono le uscite di contatori diversi che una volta sincronizzati con il segnale ALE, danno ritardi diversi con i quali generare il segnale READY. Per capirci, RDY1 può essere il ritardo della RAM, mentre RDY2 il ritardo della EPROM. Se quindi il piedino RDY1 contiene un segnale ritardato di n cicli di clock e il pedino RDY2 un segnale ritardato di m cicli di clock, il componente provoca la generazione di n o m stati di wait, rispettivamente se è attivo AEN1* o AEN2*. Dunque AEN1* serve a selezionare RDY1 (per indicare al 8284 che si sta usando la RAM) e AEN2* serve per selezionare RDY2 (per indicare al 8284 che si sta usando la EPROM). Siccome vogliamo che la rete di generazione del ready non sia troppo complessa, usiamo le espressioni semplificate per i chip select:

Dividiamo i dispositivi in due gruppi: le memorie (RAM + EPROM) e l’I/O. Per l’I/O la generazione del ready dev’essere istantanea perciò colleghiamo “1” a RDY1. I segnali AEN1* e AEN2* dovranno essere l’uno il complementare dell’altro perché la memoria e i dispositivi di I/O non possono essere attivi contemporaneamente: chiamiamo perciò IO/M il segnale che si riferisce alle memorie se alto e all’I/O se è basso. Per quanto riguarda RDY2, usiamo la seguente espressione: Qi (nell’espressione vediamo Q3 e Q2) è un segnale generato da un particolare shift register dopo i colpi di clock. BA19 compare in quanto discrimina quale tipo di memoria andremo a usare. Quindi RDY2 si attiva se:

• •

sono passati tre colpi di clock e BA19 è basso (si attiva la RAM); sono passati due colpi di clock e BA9 è alto (si attiva la EPROM).

Ecco quindi lo schema finale:

;Variabili lastOmegaValue enableABS

DB DB

1 1

ABS_ON OMEGA

EQU 40H EQU 60H

SOGLIA_ABS

EQU 0FH

(con DB indichiamo delle variabili) (1 sta per 1 Byte)

;Mapping I/O (con EQU indichiamo delle costanti)

;Soglia ABS

CLI4 MOV AL,0 (viene posto AL a 0) OUT ABS_ON,AL5 (comunichiamo con l’I/O: spegni l’ABS) MOV [enableABS],0 IN AL, OMEGA (prendiamo omega dall’I/O e lo mettiamo dentro AL) MOV [lastOmegaValue],AL (spostiamo il valore dal registro alla variabile) STI (settiamo le interruzioni) waitABSOnLabel: CMP [enableABS],1 (enableABS è ad 1?) JE enableABSLabel (se sì salta a enableABSLabel, cioè attiva l’ABS) JMP waitABSOnLabel (altrimenti looppa!) enableABSLabel: MOV AL,1 (metti 1 nel registro AL) OUT ABS_ON,AL (comunichiamo con l’I/O: ABS acceso) 4 5

Azzera i bit IF del registro dei FLAGS* (disabilitiamo le interruzioni) Usiamo AL perché trasferiamo un byte.

waitABSOffLabel: CMP [enableABS],0 (l’ABS deve spegnersi?) JNE waitABSOffLabel (se sì, riprendi ad aspettare) MOV AL,0 (altrimenti…) OUT ABS_ON,AL (… manda ABS_ON a 0) JE waitABSOnLabel (e aspetta una nuova richiesta di accensione)

int_ABS:

int_ABSOFF: int_ABS_end:

PUSH AX (Mettiamo AX nello stack) IN AL, OMEGA (Leggiamo il valore del trasduttore) MOV AH, [lastOmegaValue] (Mettiamo il penultimo valore dentro AH) MOV [lastOmegaValue],AL (Aggiorniamo lastOmegaValue) CMP AL, AH (Confronto tra il penultimo e l’ultimo valore) JGE int_ABSOFF ;accelerazione (se OMEGA >= lastOmegaValue spegni l’ABS) SUB AH, AL (fa AL - AH, cioè {ultimo valore} - {penultimo valore}, questo risultato dice di quanto è aumentata la velocità) CMP AH,SOGLIA_ABS JL int_ABSOFF ;decelerazione bassa (AL - AH è minore della soglia? Se sì disabilita l’ABS) MOV [enableABS], 1 ;ABS ON!!! (altrimenti attivalo!) JMP int_ABS_end (e procedi con la fine dell’interruzione) MOV [enableABS],0 (disabilitazione dell’ABS) POP AX (epilogo) OUT OCW2, EOI (segnale end of interrupt) IRET

96 KB (= 64 + 32) EPROM (indirizzi alti) 160 KB (= 128 + 32) RAM (indirizzi bassi)


EPROM1 EPROM2
RAM2 RAM1

FFFFH
F0000H EFFFFH
E8000H 27FFFH
20000H 1FFFFH
00000H

Decodifica completa: 96 KB (= 64 + 32) EPROM (indirizzi alti)
EPROM1 EPROM2 160 KB (= 128 + 32) RAM (indirizzi bassi)
RAM2 RAM1

BA19 BA18 BA17 BA16 BA19 BA18 BA17 /BA16 BA15 /BA19 /BA18 BA17 /BA16 /BA15 /BA19 /BA18 /BA17

Decodifica semplificata: 96 KB (= 64 + 32) EPROM (indirizzi alti)
EPROM1 EPROM2 160 KB (= 128 + 32) RAM (indirizzi bassi)
RAM2 RAM1

BA19 BA16 BA19 BA17 /BA19 BA17 /BA17

Leggi di DeMorgan: 96 KB (= 64 + 32) EPROM (indirizzi alti)
CS_EPROM1# CS_EPROM2# 160 KB (= 128 + 32) RAM (indirizzi bassi)
CS_RAM1# CS_RAM2#

/BA19 + /BA16 /BA19 + /BA17 BA19 + /BA17 BA17

A differenza degli esercizi precedenti, questa volta gli stati di wait vengono differenziati in base alla grandezza delle memorie (mentre l’I/O non compare). Scegliamo di affidare al RDY1 i chip da 32 KB (quelli da 1 stato di wait
segnale Q1), ovvero la RAM2 e la EPROM2; il segnale AEN1* dovrà quindi tenere conto del fatto che: • vogliamo usare la memoria e non l’I/O (segnale IO/M dev’essere basso); • vogliamo usare o la RAM2 o la EPROM2 (segnali CS_RAM2# e CS_EPROM2#). Queste condizioni vengono soddisfatte grazie al semplice circuito nel riquadro ROSSO. Il segnale AEN2* dovrà invece tenere conto del fatto che: • vogliamo usare la memoria e non l’I/O (segnale IO/M dev’essere basso); • vogliamo usare o la RAM1 o la EPROM1 (segnali CS_RAM1# e CS_EPROM1#). Queste condizioni vengono soddisfatte grazie al semplice circuito nel riquadro VERDE. In tale secondo caso bisogna anche differenziare le memorie, visto che la EPROM è da 64 KB e richiede 2 stati di wait mentre la RAM ne richiede 3 (essendo una memoria da 128 KB). Ricordando le espressioni dei CS, è il BA19 a fare la differenza (e infatti esso fa bella mostra all’interno del circuito).

L’interfacciamento è quello in figura a fianco: in pratica, il buffer 3-state lascia passare il segnale se e solo se il CS_SET# è basso e si vuole leggere dal bus (IORDC# = 0). La gestione è a polling perché SET viene portato direttamente al BUS dati (se era ad interrupt bisognava mandare tutto al PIC).

Dobbiamo fare uso del 373 (latch a 8-bit con uscite 3-state), cioè di un dispositivo di memorizzazione (abbiamo bisogno dei dati relativi a ore e minuti). I 373 campionano sul fronte

negativo e sono collegati al bus dati: il latch “delle ore” ha il piedino CK collegato a IOWRC# e CS_HOUR#, mentre quello dei minuti a IOWRC# e CS_MINUTE#. Utilizziamo inoltre due componenti 5447 per trasformare i gruppi di 4 bit uscenti dai 373 in stringhe di 7 bit corrispondenti ai valori leciti del codice a 7 segmenti. Avremo così 4 cifre fondamentali (2 per le ore e 2 per i minuti) le quali saranno trattate nella parte software dell’esercizio.

Rimane da specificare dove mapperemo i vari dispositivi di I/O: SET a 20H

SET a 20H HOUR a 40 H MINUTE a 30 H PIC a 90 H

HOUR a 40 H







0010 0000 0100 0000 0011 0000 1001 0000

MINUTE a 30 H


/BA7 /BA6 BA5 /BA4
BA5 /BA4
/BA7 BA6 /BA5 /BA4
/BA5 /BA4
/BA7 /BA6 BA5 BA4
BA5 BA4
BA7 /BA6 /BA5 BA4
/BA5 BA4

PIC a 90 H

I collegamenti effettuati sono simili a quelli già visti negli altri esercizi, solo che questa volta dobbiamo ben esplicitare ciò che arriva ai piedini IR: • IR0
il clock dei secondi (a 1 Hz) • IR1
il pulsante HOUR • IR2
il pulsante MINUTE Si noti che non dobbiamo collegare HOUR e MINUTE al bus dati, ma direttamente al PIC, perché le due interruzioni in questione non avvengono a polling.

Setting Hour Minute Second

DB DB DB DB

SetButton EQU HourDisplay EQU MinuteDisplay EQU

waitSet:

MOV MOV MOV MOV OUT OUT IN AND MOV JUMP

1 1 1 1

(da 0 a 23) (da 0 a 59) (da 0 a 59)


8 bit sono più che sufficienti

20H 40H 30H [Hour], 0 [Minute], 0 [Second], 0 [Setting], 0 [Minute], MinuteDisplay [Hour], HourDisplay AL, SetButton AL, 1 [Setting], AL waitSet

NOTA: il PIC è mappato a 90H ; Indirizzi ICW1 EQU 90H ICW2 EQU 91H ICW4 EQU 91H OCW1 EQU 91H OCW2 EQU 90H ; Parole di comando RESET EQU 13H ADDRESS EQU 1FH EN_AEOI EQU 1H MASK EQU F8H EOI EQU 20H ; Inizializzazione CLI OUT ICW1, RESET OUT ICW2, ADDRESS

; settiamo il display ; leggiamo il pulsante ; andiamo a mettere il valore del pulsante in [Setting]

OUT OUT STI

ICW4, EN_AEOI OCW1, MASK

I cinque bit più significativi della parola ICW2 sono 1FH, cioè 11111. Per cui gli interrupt types sono: 11111 000
F8H
IR0 11111 001
F9H
IR1 11111 010
FAH
IR2 11111 011
FBH
IR3 … secsGoesOn si riferisce al piedino IR0 setHour si riferisce al piedino IR1 setMinute si riferisce al piedino IR2






F8H F9H FAH

*La seguente routine aggiorna i secondi appoggiandosi al clock di 1 Hz* secsGoesOn: CMP [Setting],1 ; è premuto il pulsante set? JE exit INC [Second] CMP [Second], 60 JNE exit CALL refresh exit: OUT OCW2, EOI IRET *La seguente routine incrementa le ore una volta che si preme il tasto HOUR e SET è contemporaneamente premuto* setHour: CMP [Setting], 1 ; è premuto il pulsante set? JNE exit MOV [Second], 0 INC [Hour] CALL refresh exit: OUT OCW2, EOI IRET *La seguente routine incrementa le ore una volta che si preme il tasto HOUR e SET è contemporaneamente premuto* setMinutes: CMP [Setting], 1 ; è premuto il pulsante set? JNE exit MOV [Second], 0 INC [Minute] CALL refresh exit: OUT OCW2, EOI IRET refresh:

minRefresh:

PUSH PUSH CMP JNE MOV INC CMP JNE MOV INC

AX BX [Second], 60 minRefresh [Second], 0 [Minute] [Minute], 60 hourRefresh [Minute], 0 [Hour]

; Prologo! ; Eseguiamo il push anche su BX (ci servirà) ; I secondi da segnare sarebbero 60? ; Se non è vero vai a minRefresh ; Se invece è vero bisogna azzerare i secondi ; e aumentare i minuti di uno ; I minuti da segnare sarebbero 60? ; Se non è vero vai a hourRefresh ; Se invece è vero bisogna azzerare i minuti ; e aumentare le ore di uno

hourRefresh:

displayRefresh:

CMP JNE MOV MOV MOV DIV

[Hour], 24 displayRefresh [Hour], 0 BX, 10 AX, [Minute] BX

SHL

AL, 4

OR

AL, AH

OUT MOV DIV

MinuteDisplay, AL AX, [Hour] BX

SHL

AL, 4

OR

AL, AH

OUT POP POP

HourDisplay, AL BX AX

; Le ore da segnare sarebbero 24? ; se non è vero, siamo pronti per aggiornare il display ; altrimenti metti le ore a zero e aggiorna il display ; mettiamo 10 in BX, ci serve per trovare le decine ; si esegue la divisione BX / AX, il quoziente viene messo ; in AL e il resto in AH ; spostiamo di 4 posizioni AL, così occuperà i posti più significativi, i quali si riferiscono alle decine ; saldiamo in un unico byte i dati su decine e unità dei minuti ; i 4 bit più significativi sono le decine (posizioni 7...4), quelli ; meno significativi le unità (posizioni 0…3) ; accendiamo il display dei minuti ; si esegue la divisione BX / AX, il quoziente viene messo ; in AL e il resto in AH ; spostiamo di 4 posizioni AL, così occuperà i posti più significativi, i quali si riferiscono alle decine ; saldiamo in un unico byte i dati su decine e unità delle ore ; i 4 bit più significativi sono le decine (posizioni 7...4), quelli ; meno significativi le unità (posizioni 0…3) ; accendiamo il display delle ore

Soluzione del compito del 7/12/2007 Punto 1 Mapping: EPROM F8000H
FFFFFH RAM2 48000H
4FFFFH RAM1 00000H
07FFFH Decodifica semplificata: EPROM BA19 RAM2 /BA19 BA18 RAM1 /BA19 /BA18

Decodifica completa:: BA19 BA18 BA17 BA16 BA BA15 Decodifica completa:: /BA19 BA18 /BA17 /BA16 /BA BA15 Decodifica completa:: /BA19 /BA18 /BA17 /BA16

Punto 2 PIC

FFFEH
1111 1111 1111 1110 Decodifica completa: BA15 BA14 … tutti veri… BA2 Interfaccia COM1 2000H
0010 0000 0000 0000 Decodifica completa: /BA15 /BA14 BA13 /BA12 … tutti negati… /BA3 Interfaccia COM2 2008H
0010 0000 0000 1000 Decodifica completa: /BA15 /BA14 BA13 /BA12 … tutti negati… /BA4 BA3 Decodifica semplificata: PIC BA15 COM1 /BA15 /BA3 COM2 /BA15 BA3

Punto 3

Le due porte seriali sono gestite ad interrupt quindi dobbiamo collegarle direttamente all’8259.

Punto 4

Punto 5 TXBUFFER

DB

1024

EndTransmission BaudRate BufferIndex

DB DB DB

1 1 1

THR

EQU

2000H

Main:

SetBaud:

CLI MOV MOV MOV STI CMP JNE MOV INC CMP JNE MOV MOV CALL MOV MOV MOV OUT JMP

[EndTransmission], 0 [BaudRate], 0 [BufferIndex], ], 0 [EndTransmission], 1 Main [EndTransmission], 0 [BaudRate] [BaudRate], 3 SetBaud [BaudRate], 0 AL, [BaudRate] SET_BAUD DX, THR [BufferIndex], 0 AH, [TXBUFFER+BufferIndex] DX, AH Main

Punto 6 OVER_4800 PAR_4800 OVER_9600 PAR_9600

DB DB DB DB

1 1 1 1

OVER_19200 DB PAR_19200 DB

1 1

LSR PARITY OVERRUN

200DH 02H 04H

EQU EQU EQU

BAUD_4800 EQU BAUD_9600 EQU BAUD_19200 EQU

00H 01H 02H

BaudRate

1

DB

PUSH PUSH MOV IN MOV AND CMP JNE MOV AND CMP JNE ParityError: MOV CMP JE CMP JE INC JMP Baud4800P: INC JMP Baud9600P: INC JMP OverrunError: MOV CMP JE CMP JE INC JMP Baud4800O: INC JMP Baud9600O: INC Epilogue: POP POP IRET

AX DX DX, LSR AL, DX AH, AL AL, PARITY AL, 0 ParityError AL, AH AL, OVERRUN AL, 0 OverrunError AL, [BaudRate] AL, BAUD_4800 Baud4800P AL, BAUD_9600 Baud9600P [PAR_19200] Epilogue [PAR_4800] Epilogue [PAR_9600] Epilogue AL, [BaudRate] AL, BAUD_4800 Baud4800O AL, BAUD_9600 Baud9600O [OVER_19200] Epilogue [OVER _4800] Epilogue [OVER _9600] DX AX

; Prologo ; Carichiamo in AL il registro LSR di COM2 ; Copiamo in AH (AL si “contaminerà” con l’AND) ; cerchiamo di capire se c’è stato un errore di parità ; c’è stato? ; se sì (il CMP dà risultato 1) allora salta ; facciamo il refresh di AL ; cerchiamo di capire se c’è stato un errore di overrun ; c’è stato? ; se sì (il CMP dà risultato 1) allora salta ; cerchiamo di capire in che BaudRate siamo ; la baud è 4800? ; ; la baud è 9600? ; allora la baud è per forza 19200: incrementiamo ; incrementiamo ; incrementiamo ; cerchiamo di capire in che BaudRate siamo ; la baud è 4800? ; la baud è 9600? ; allora la baud è per forza 19200 ; incrementiamo ; incrementiamo

Punto 7 Percentuale di errori di overrun

Baud/rate

0,010% 0,015% 0,100%

4.800 9.600 19.200

Tempo per KB trasmessi trasmettere un al secondo KB 0,586 1,172 2,344

Tempo totale di un "giro" Numero di giri Totale errori

Byte errati ogni KB

Errori compiuti nei 20 giri

0,102 0,154 1,024

2,048 3,072 20,48

1,707 0,853 0,427 2,987 20,089

secondi giri

arrotondiamo a 3 arrotondiamo a 20

Quindi, per garantire il corretto funzionamento del sistema nell’arco di 1 minuto, è sufficiente 1 byte per le tre variabili OVER_{4800|9600|19200}.

160 KB EPROM (128+32 KB) agli indirizzi alti divisa in EPROM1 (128 KB) ed EPROM2 (32 KB) 256 KB RAM agli indirizzi bassi

FFFFFH
D8000H FFFFFH
E0000H DFFFFH
D8000H 3FFFFH
00000H

Decodifica completa: EPROM1 BA19 BA18 BA17 EPROM2 BA19 BA18 /BA17 BA16 BA15 RAM /BA19 /BA18 Decodifica semplificata: EPROM1 BA19 BA17 EPROM2 BA19 /BA17 RAM /BA19

PIC a 100H Porta seriale SERIAL_IN a 03F8H Porta seriale SERIAL_OUT a 02F8H






0001 0000 0000 0011 1111 1000 0010 1111 1000


/BA9 BA8
BA9 BA8
BA9 /BA8

Possiamo quindi applicare De Morgan per scrivere: CS_PIC# = BA9 CS_SERIAL_IN# = /BA9 + /BA8 CS_SERIAL_OUT# = BA8

Abbiamo 4 diversi dispositivi da controllare, quindi sarà necessario introdurre un componente (ad es. un multiplexer) che sia in grado di discriminare ognuno di essi. Come sempre Qi è un segnale che si attiva dopo i colpi di clock. IO/M discrimina le situazioni in cui facciamo uso delle memorie o dell’I/O: se IO/M è alto allora usiamo l’I/O (viene negato e dato a AEN1*), altrimenti le memorie. Nel primo caso ci toccherà aspettare 4 stati di wait, nel secondo… • 3 stati di wait se si attiva la RAM: ricordando che le espressioni dei chip select sono EPROM1 BA19 BA17 EPROM2 BA19 /BA17 RAM /BA19 la RAM si attiverà quando BA19 è basso, ed infatti le prime due posizioni (00 e 01) del MUX sono settate su Q3; • 2 stati di wait se si attiva la EPROM1 (BA19 BA17 attivi, posizione 11 del MUX); • 1 stato di wait se si attiva la EPROM2 (BA19 alto BA17 basso, posizione 10 del MUX).

Le porte seriali vengono interfacciate al sistema grazie al componente 8250. Fra i segnali da definire: • i chip select sono già stati ricavati; • WR* e RD* sono comuni all’8088; • D[0..7] e A[0..2] vanno connessi al bus dati e al bus degli indirizzi; • INT finisce all’8259, in uno dei suoi piedini IR (corrispondenti alle varie interrupt request).

Il PIC, invece, va configurato come al solito. Il risultato finale è quindi il seguente:

SerialInAddress SerialOutAddress PicAddress

EQU EQU EQU

ChecksumResult NewMessage Buffer1 Buffer2 CurrentRXBuffer CheckBufferStartAddress CurrentRXBufferIndex

wait:

CLI MOV MOV MOV STI CMP JNE MOV MOV CALL CMP JE

[CurrentRXBuffer], Buffer1 [CurrentRXBufferIndex], 0 [NewMessage], 0 [NewMessage],1 wait [NewMessage],0 [ChecksumResult], 0 CHECKSUM [ChecksumResult], 1 wait

03F8H 02F8H 100H DB DB DB DB DB DB DB

1 1 1024 1024 2 2 2

; inizializzazione dei vari parametri

; non è arrivato alcun messaggio quindi resettiamo ; controlliamo la correttezza del pacchetto ; se non viene bene il Checksum, rifacciamo wait, il ché vuol dire ritrasmettere

send:

MOV MOV CALL INC CMP JE JMP

SI, 0 AL, [CheckBufferStartAddress + SI] write_com1 SI SI, 1024 wait send

PUSH AX PUSH DX PUSH SI

swap_1: swap_0: routine_end:

; mettiamo il registro indice a zero ; passiamo il byte sul registro ; scriviamo il byte su com1 ; incrementiamo il contatore ; hai spedito tutta la parola? ; se sì torna in wait e fai il Checksum ; sennò manda un altro byte

; salvataggio del contesto ; dobbiamo salvare anche SI perché potremmo star scrivendo sulla porta d’uscita ; lettura del byte ricevuto

MOV DX, RBR IN AL, DX MOV SI, [CurrentRXBufferIndex] ; indice corrente (0..1023) MOV [CurrentRXBufferIndex + SI], AL ; copia in memoria INC [CurrentRXBufferIndex] ; aggiornamento indice corrente CMP [CurrentRXBufferIndex], 1024 ; fine buffer? JNE routine_end ; se non hai finito termina (hai scritto 1 byte) MOV [CurrentRXBufferIndex],0 ; fine buffer MOV [checkBufferStartAddress], currentRxBuffer ; indirizzo del buffer da controllare CMP [CurrentRXBufferIndex], Buffer1 ; scambio i buffer: JE swap_1 ; se il buffer corrente è l’1 allora scambiali MOV [CurrentRXBufferIndex], Buffer1 ; altrimenti seta l’1 come buffer corrente JMP swap_0 MOV [CurrentRXBufferIndex], Buffer2 MOV [NewMessage],1 ; ricevuto nuovo messaggio! Abbiamo finito di ricevere POP SI ; ripristino del contesto POP DX POP AX OUT OCW2, EOI ; segnalazione di fine routine IRET ; ritorno al programma principale

Soluzione compito dell’11/01/2008 Punto 1 Chip select per le memorie: EPROM F8000H
FFFFFH RAM2 30000H
37FFFH RAM 00000H
07FFFH Decodifica semplificata: EPROM BA19 RAM2 /BA19 BA17 RAM /BA19 /BA17

Cod. completa: BA19 BA18 BA17 BA16 BA15 Cod. completa: /BA19 /BA18 BA18 BA17 BA16 BA15 Cod. completa: /BA19 /BA18 /BA17 /BA16 BA16 /BA15

Punto 2 PIC:

FFFEH 1111 1111 1111 1110 Decodifica completa: BA15 … tutti veri … BA1 Porta seriale: A000H 1010 0…0 0000 0000 Decodifica completa: BA15 /BA14 BA13 /BA12 /B /BA11 … tutti negati … /BA3 Interfaccia centralina: FFD0H 1111 1111 1101 0000 Decodifica completa: BA15 BA14 BA13 BA12 BA11 BA10 BA9 BA8 BA7 BA6 /BA5 BA4 /BA3 /BA2 /BA1 /BA0 Decodifica semplificata: PIC BA14 BA1 Porta seriale /BA14 Interfaccia centrale BA14 /BA1 /BA Punti 3 e 4

Punto 5 NewParameter Data DataCode

DB DB DB

1 1 1

LSR THR

EQU EQU

A006H A000H

Main:

wait_vuoto:

CLI MOV STI CMP JNE MOV MOV PUSH PUSH MOV IN CMP JZ MOV POP OUT OUT MOV POP JMP

[NewParameter], 0 [NewParameter], 1 Main AL, [Data] AH, [DataCode] DX AX DX, LSR AL, DX AL, 20H wait_vuoto DX, THR AX DX, AL DX, AH [NewParameter], 0 DX Main

Punto 6 S_Luce S_Umidità S_Temperatura S_ForzaVento

EQU EQU EQU EQU

08H 10H 11H 20H

BitLuce BitUmidità BitTemperatura BitForzaVento

EQU EQU EQU EQU

01H 02H 04H 08H

NewParameter Data DataCode

DB DB DB

1 1 1

ControlRegister StatusRegister DataRegister Serial

EQU EQU EQU EQU

FFD0H FFD1H FFD2H A000H

; in AL abbiamo messo il dato ; in AH il codice

PUSH PUSH MOV IN MOV AND CMP MOV JE MOV AND CMP MOV JE MOV AND CMP MOV JE MOV AND CMP MOV JE Luce: MOV OUT MOV IN JMP Umidità: MOV OUT MOV IN JMP Temperatura: MOV OUT MOV IN JMP ForzaVento: MOV OUT MOV IN JMP Epilogue: MOV PUSH PUSH IRET

AX DX DX, ControlRegister AH, DX AL, AH

; Riceviamo dal registro di controllo

; copiamo in AL (così poi possiamo fare le operazioni ; che ci pare!) AL, BitLuce ; facciamo l’and con il bit di indice 0 AL, 1 ; viene uno? [DataCode], S_Luce ; copiamo in [DataCode] il codice relativo al parametro Luce ; allora l’informazione riguarda la luce AL, AH ; riaggiorniamo AL (il “vecchio“ AL era stato modificato ; dall’AND) AL, BitUmidità ; facciamo l’and con il bit di indice 1 AL, 1 ; viene uno? [DataCode], S_Umidità ; copiamo in [DataCode] il codice relativo al parametro Umidità ; allora l’informazione riguarda l’umidità AL, AH ; riaggiorniamo AL AL, BitTemperatura ; facciamo l’and con il bit di indice 2 AL, 1 ; viene uno? [DataCode], S_Temperatura ; copiamo in [DataCode] il codice relativo al parametro Temperatura ; allora l’informazione riguarda la temperatura AL, AH ; riaggiorniamo AL AL, BitForzaVento ; facciamo l’and con il bit di indice 3 AL, 1 ; viene uno? [DataCode], S_ForzaVento ; copiamo in [DataCode] il codice relativo al parametro ForzaVento DX, StatusRegister ; scriviamo sul registro di stato DX, S_Luce DX, DataRegister ; poi preleviamo il dato [Data], DX Epilogue DX, StatusRegister ; scriviamo sul registro di stato DX, S_Umidità DX, DataRegister ; poi preleviamo il dato [Data], DX Epilogue DX, StatusRegister ; scriviamo sul registro di stato DX, S_Temperatura DX, DataRegister ; poi preleviamo il dato [Data], DX Epilogue DX, StatusRegister ; scriviamo sul registro di stato DX, S_ForzaVento DX, DataRegister ; poi preleviamo il dato [Data], DX Epilogue [NewParameter], 1 ; “c’è posta per te!” DX AX

Soluzione compito del 14/07/2008 Punto 1 Espressioni dei CS: abbiamo • una EPROM 18000H
19FFFH (32 KB) /BA19 /BA18 /BA17 BA16 BA15 • una RAM 50000H
5FFFFH (64 KB) /BA19 BA18 /BA17 BA16 Decodifica semplificata:

EPROM RAM

/BA18
Logica negata
BA18 BA18
Logica negata
/BA18

1010 0…0 0100 0…0 1000 0…0

BA15 /BA14 BA13 /BA12 … tutti negati … /BA1 /BA15 BA14 /BA13 /BA12 … tutti negati … /BA1 /BA BA15 /BA14 /BA13 /BA12 … tutti negati neg … /BA0

Punto 2 Dispositivi di I/O: • PIC A000H • RTC 4000H • elettrovalvola 8000H Decodifica semplificata:

PIC RTC elettrovalvola

BA13 /BA15 /BA13

Punto 3

I due pulsanti (rosso e verde) sono gestiti ad interrupt (e infatti vengono collegati all’8259). Il real time clock (RTC) gestisce le ore e i minuti (due dati da 8 bit) ed è interfacciato al bus tramite il 244; l’elettrovalvola viene gestita in output ed è perciò interfacciata con il componente 373.

Punto 4

Punto 5 StartIrrigationTime StopIrrigationTime IncumbentIrrigation SystemInitialized

DB DB DB DB

2 2 1 1

RealTimeClock Valvola

EQU EQU

4000H 8000H

GreenButtonPressed:

Epilogue:

RedButtonPressed:

PUSH PUSH CMP JE MOV IN MOV MOV MOV

AX DX [IncumbentIrrigation], 1 Epilogue DX, RealTimeClock AX, DX [StartIrrigationTime], AX [IncumbentIrrigation], 1 [SystemInitialized], 0

MOV OUT POP POP IRET

DX, Valvola DX, 1 DX AX

PUSH PUSH CMP JE MOV IN MOV MOV

AX DX [IncumbentIrrigation], 0 Epilogue DX, RealTimeClock AX, DX [StopIrrigationTime], AX [IncumbentIrrigation], 0

; per caso sta avvenendo l’irrigazione? ; se sì vai all’epilogo ; sennò leggi dall’orologio ; e segna l’ora d’accensione ; e segnala che sta avvenendo l’irrigazione ; il sistema non è ancora a (o non è più) ; inizializzato ; apri la valvola ; ripristino contesto

; per caso l’irrigazione è ferma? ; se sì non fare nulla (vai all’epilogo) ; sennò leggi dall’orologio ; e segna l’ora di spegnimento ; e segnala che l’irrigazione è ferma

MOV MOV OUT POP POP IRET

Epilogue:

[SystemInitialized], 1 DX, Valvola DX, 0 DX AX

; il sistema a questo punto è inizializzato ; chiudi la valvola ; ripristino del contesto

Punto 6

Main:

CLI MOV MOV STI CMP JE MOV IN CMP

[IncumbentIrrigation], 0 [SystemInitialized], 0

; inizializzazione

[SystemInitialized], 0 Main DX, RealTimeClock AX, DX AX, [StartIrrigationTime]

; il sistema è già inizializzato? ; se non lo è, looppa! ; altrimenti leggi l’ora

JL TimeNotValid CMP AX, [StopIrrigationTime]

TimeNotValid:

JG CMP JE OUT MOV JMP CMP JE OUT MOV JMP

TimeNotValid [IncumbentIrrigation], 1 Main DX, 1 [IncumbentIrrigation], 1 Main [IncumbentIrrigation], 0 Main DX, 0 [IncumbentIrrigation], 0 Main

; se siamo prima del momento d’inizio ; dell’irrigazione ; o se siamo dopo il momento di fine ; dell’irrigazione ; allora vai alla relativa parte di codice ; altrimenti: stiamo già irrigando? ; se sì torna al main ; altrimenti apri la valvola ; segnala che sta avvenendo l’irrigazione ; e rieffettua il controllo ; l’irrigazione era già spenta? ; se sì torna al main ; sennò chiudi la valvola ; e segna che non si sta più irrigando ; poi torna al main