Eem448_01

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

EEM 448 Mikroişlemciler II

Ders Sorumlusu: Y.Doç.Dr. Rıfat HACIOĞLU Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-1

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bugün 1. Mikroişlemci Temelli Sistemlere Giriş – Mikroişlemci temelli Sistemler – Mikrodenetleyiciler

2. Mikroişlemci Mimarisi – – – –

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi Temel Mikroişlemci Özellikleri Temelde Mikroişlemci Çalışması

3. Mikroişlemci Komut Seti ve Programlama Teknikleri – – – –

Mikroişlemci Programlama Teknikleri Mikroişlemci Komut Seti Mikroişlemcilerde Adresleme Modları Makine Dili

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-2

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

I. Mikroişlemci Temelli Sistemler 1.1. Mikroişlemci Temelli Sistemlere Giriş • Temelde belirli bir amaca yönelik işlemleri sırasıyla gerçekleştiren elektronik sistemlerdir. • Elle yapıldığında günlerce sürecek bir işlemi çok kısa sürede hatasız yaparlar. • Mikroişlemci temelli sistemlerde bulunan birimler birbirleri arasında sayısal olarak haberleşirler. 0, 1 ikili sayı sistemi kullanılır… • Gerekli görüldüğünde verilen giriş argümanlarına göre çıkış üretirler… • Mikroişlemci temelli sistemlerde bulunan birimler: – – – –

Merkezi İşlem Birimi (Central Processing Unit, CPU) Bellek (Memory) Giriş/Çıkış Birimi (Input/Output I/O Unit) Yollar (Busses)

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-3

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Uygulamaları Bellek Program Deposu

Veri Deposu Çıkış Birimi

Giriş Birimi

Anahtar

Tuş Takımı

Sıcaklık Algılayıcı

Merkezi İşlem Birimi (CPU)

LED Gösterge

Ses Aritmetik/Lojik Birimi Kontrol Birimi

Röle

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-4

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

İşlemci Kayıtçılar – işlemcide depolama yerlerini gösterir Aritmatik Lojik Birim Kontrol Birimi Program Sayıcı (program counter) işlenecek bir sonraki komutun adresini tutar Durum Kayıtçısı (status register) komutların işlenmesi sonucunda bayrakların değişimini tutar.

Mikroişlemci

Çok büyük ölçekte elemanların bir araya gelmesi (very large scale integration, VLSI) İle oluşan işlemci entegresi (chip) Bir ürün ortaya koyabilmek için çevre entegrelere ihtiyaç duyulur

Mikrodenetleyici İşlemci ve Çevre fonksiyonların tek bir VLSI entegrede bulunması

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-5

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem (Bilgisayar) nedir? Yazılım (Software), Programlama. Algoritma nedir? Donanım (Hardware) Bilgisayar Donanım Organizasyonu:

Kontrol Birimi

Ortak İletişim Hattı

Arithmatik Lojik Birimi Bellek Kayıtçılar

Program Deposu

Veri Deposu

Çıkış Birimi

Giriş Birimi

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-6

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Yazılım Bilgisayar Yazılımı (Computer Software) - Bilgisayar programları yazılım (software) olarak bilinir. - Bir program komutların (instruction) diziliminden oluşur. Makine komutları (Machine instruction) - İşlemci tarfından uygulanabilen binary (0 ve 1) dijitlerin dizisidir. - Analaşılması zordur. Assembly Dili - Assembly komutları ile tanımlıdır. - Bir assembly komutu, makine komutunun belleği destekleyici (mnemonic) gösterimidir. - Assembly programları uygulanmadan önce makine diline çevrilmelidir -- bir derleyici (assembler) tarafından çevrilir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-7

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Yazılım(2) Yüksek seviye bilgisayar dilleri -

Yüksek seviye bilgisayar dilinin sözdilimi (syntax) İngilizce’ye benzer. Yüksek seviye dilde yazılan programı çeviren bir çeviriciye (translator) ihtiyaç duyulur -- derleyici (compiler) tarafından yapılır

Kaynak Kodu (Source code) -

Assembly veya yüksek seviye bilgisayar dilinde yazılan program.

Obje Kodu (Object code) -

Assembler veya derleyici (compiler) çıktısı.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-8

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci/Mikrodenetleyici Uygulamalarına Örnekler • • • • • • • • • • •

Görüntü ve yazı panoları (Displays) Yazıcılar (Printers) Tuş takımları (Keyboards) Modems Araç telefon şarjları Buzdolabı, Çamaşır/Bulaşık makinaları Mikrodalga fırınlar Otomobile motor yakıt injeksiyonu Faks makinaları Motor hız kontrolü v.b.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-9

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

1.2 Mikrodenetleyiciler •

•

•

•

Mikroişlemci temelli sistemlerde bulunması gerekli üniteler, Merkezi İşlem Birimi, Bellek ve Giriş/Çıkış Birimleri birbirlerine dış yollar ile bağlıdırlar. Daha basit işlemleri gerçekleştirmek amacı ile mikroişlemcilere göre daha yavaş ve basit programlanabilen MİKRODENETLEYİCİLER geliştirilmiştir. Mikrodenetleyicilerde bellek, merkezi işlem birimi ile birlikte tek yonga içine gömülmüştür ve miktodenetleyici dışarı ile bilgi alış-verişini doğrudan I/O bağlantıları ile yapabilir. Bazı mikrodenetleyici örnekleri – – – –

Intel 8051 yada MCS-51 Motorola 68HC11 Microchip PIC 16F877 Ve diğer firmalar; NEC, Hitachi, Philips, Mitsubishi…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-10

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bugün 1. Mikroişlemci Temelli Sistemlere Giriş – Mikroişlemci temelli Sistemler – Mikrodenetleyiciler

2. Mikroişlemci Mimarisi – – – –

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi Temel Mikroişlemci Özellikleri Temelde Mikroişlemci Çalışması

3. Mikroişlemci Komut Seti ve Programlama Teknikleri – – – –

Mikroişlemci Programlama Teknikleri Mikroişlemci Komut Seti Mikroişlemcilerde Adresleme Modları Makine Dili

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-11

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

II. Mikroişlemci Mimarisi 2.1. Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı • Mikroişlemci temelli sistemlerde bulunan birimler: – – – –

Merkezi İşlem Birimi (Central Processing Unit, CPU) Bellek (Memory) Giriş/Çıkış Birimi (Input/Output I/O Unit) Yollar (Busses)

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-12

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı Bellek (Hafıza)

Aritmetik/Lojik Birimi

Dış Dünya’dan

Giriş Birimi

Kontrol Birimi

Çıkış Birimi

Dış Dünya’ya

Merkezi İşlem Birimi (CPU)

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-13

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı •

Merkezi İşlem Birimi (Central Processing Unit, CPU) – Mikroişlemci temelli sistemlerde tüm işlemleri gerçekleştiren birimdir. – Program boyunca sırasıyla komutları yürütmek ve bellek-giriş/çıkış denetimi yapmaktır. Örnek: Bir dairenin alanını hesaplayalım, A = pi*r^2 • • • • • •

Algoritma ile mikroişlemci sistemi kullanılır… Giriş verisi r değerine göre çıkış A yı üretir. Programda bazı değişkenler kullanılır. Bellek ile işlemci arasında sürekli bir iletişim vardır. Bellek de yazılan programı işlemci komut komut okur. Buna göre bellek de değişkenler oluşturur (burada A ve r) ve işlemci tarafında okunur/yazılır… • Giriş değeri dış dünyadan alınır ve işlemci tarafında okunur. • Çıkış değeri işlem sonunda bellekte ayrılan yere yazılır ve dış Dünya ya aktarılır.

– CPU iki birimden oluşmaktadır; • Aritmetik/Lojik Birimi (ALU, Arithmatic/Logic Unit) • Kontrol Birimi (CU, Control Unit)

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-14

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı (devam) •

Merkezi İşlem Birimi (Central Processing Unit, CPU) – Aritmetik/Lojik Birimi (ALU, Arithmatic/Logic Unit) • Kontrol biriminin denetiminde giriş ve/veya bellek biriminden gelen veriler üzerinde aritmetik (toplama, çıkarma, çarpma, bölme) ve/veya lojik (VE, VEYA, DEĞİL, kaydırma v.b.) işlemleri yapar. • Sonuçları bellek ve/veya çıkış birimine yollar.

– Kontrol Birimi (CU, Control Unit) • Mikroişlemci temelli sistemde birimlerin birbiri ile uyumlu çalışması için gerekli zamanlama ve kontrol sinyallerini üretir. • Programda buluna bir komutun çalışması için gereken işareti üreten lojik ve zamanlama devrelerinden oluşur. • Bellek birimine uygun adres bilgisini yollayarak komutların ALU de işlenmesini sağlar. • Mantıksal işlemler ile bellekteki komut sırasıyla; Yakala, Çöz ve Çalıştır işlemlerinden geçirilir.

Not: - İkili Veri: 1 Bit, 1Byte (8 Bit), 1 Kelime (16 Bit), 2 Kelime (32 Bit), 4 Kelime (64 Bit), Kodlanmış veri, Komut Kodları… - Adres; Kelimenin yada komutların bellek içindeki yerini tanımlayan sayı… 8 bit bir mikroişlemci için işlem kodu ve işlenen adresler 8 bit kelimedir… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-15

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı (devam) •

Bellek Birimi – Mikroişlemcinin çalıştırdığı programın komutlarını ve programda kullanılan verilerin/sabitlerin saklandığı birimdir – ALU tarafından getirilen giriş/çıkış bilgilerinin de saklandığı yerdir. – Kontrol biriminin denetiminde bilgiler doğrudan girişden alınabilir veya çıkışa aktarılabilir. – Bellek Birimi; Program, Sabitler, Değişkeler ve Giriş/Çıkış olarak ayrılabilir. • Programlar; işleme koyulacak yada yürütülecek işlem sırasını ifade eden komutlar zinciridir. • Sabitler; program tarafından kullanılan ve yürütülme sırasında değişmeyen sayılarlardır. • Değişkenler; program tarafından yaratılan yada değiştirilen sayılar/karakterlerdir. • Giriş/Çıkış; programın dış dünyadan aldığı veya verdiği verilerdir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-16

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı (devam) •

Giriş/Çıkış (I/O, Input/Output) Birimi – Giriş birimi dışardan mikroişlemci sisteminin dışındaki fiziksel Dünya dan gelen bilgilerin kontrol birimi denetiminde ALU ve/veya bellek birimine girilmesini sağlar. – Çıkış birimi de benzer şekilde dışarıdaki fiziksel Dünya ya kontrol birimi denetiminde ALU ve/veya bellek birimindeki verilerin gönderilmesini sağlar.. – Bu birimler çevre birimleri olarak da adlandırılır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-17

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı (devam) •

İletişim Hatları, Yollar (Busses); Mikroişlemci, bellek ve giriş/çıkış çevre birimleri arasında iletişimi sağlayan bağlantılardır. •

(i) Adres Yolu(Address Bus); • • • •

•

(ii) Veri Yolu(Data Bus); • •

•

mikroişlemcinin yazacağı ve/veya okuyacağı her bellek hücresine çevre birimlerindeki kaydedicilere (ki bunlar veri hücreleridir) erişebilmek için ikilik bir adresleme mantığı kullanılır. Adrese yolu tek yönlüdür ve kontrol birimi tarafından denetlenir. İşlemci okunacak yada yazılacak yerin adresini adrese yoluna bırakır ve istenilen bellek hücresine veya kaydedicisine erişim sağlanır. Adreslenecek maksimum hafıza aralığı = 2^(adres hattı sayısı) Z80, 6802,8085,8051 için 16 adres hattı, 8086 için 20 ve 68000 için 23 adres hattı vardır Bellek ve diğer çevresel birimler arasında bilgi transferi yapılan çift yönlü akışı sağlar. 8, 16, 34, veya 64 paralel hattan oluşur. Çift yollu olduğu için R/W (Oku/Yaz) işaretleri ile denetimi sağlanır.

(iii) Kontol Yolu(Control Bus); • •

Tüm birimlerin eş zamanlı (senkron) ve kontrollü olarak çalışması için gerekli sinyalleri iletir. Bu işaretler; Saat, Okuma/Yazma, Kesme, Reset (Yeniden Başla) sinyalleri ile iletişim hatlarının kullanımı düzenlenir.

Not; farklı mikroişlemci mimari yapılarında bu yollar ortak da kullanılabilir. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-18

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

2.2. Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi • Mikroişlemci temelli sistemlerde mimari yapı; komut kümesi, donanım elemanları ve sistem organizasyonu ile yani kontrol sinyalleri, çevre elemanları ve kullanılan bellek gibi donanım elemanları ile ilgilenen bir tasarım konusudur… İki farklı yaklaşım vardır; – Komut Kümesi Mimarisi (ISA, Instruction Set Architecture) Hesaplama özelliklerini karakteristiklerini belirleyen komut kümesi tasarımı – Donanım Kümesi Mimarisi (HSA, Hardware Set Architecture) CPU, depolama ve I/O sistemlerinin dahil olduğu alt sistem ve bunların bağlantı şekillerinin tasarımıdır.

• •

Mikroişlemci temelli sistemlerde gördüğümüz CPU, Bellek, I/O, Yollar tasarımı HSA nın konusudur. İki farklı yaklaşım vardır; – Von Neuman (Princeton) Mimarisi – Harvard Mimarisi

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-19

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • Von Neuman (Princeton) Mimarisinde komut işleme; – Program Sayıcı (PC, Program Counter) adı verilen bir kayıtçının gösterdiği adresten (Program belleği) komut alınır. – Getirilen komut kodu kontrol birimi kullanılarak çözülür. Kontrol birimi sistemdeki diğer birimlere sinyal göndererek gerekli operasyonları gerçekleştirir. – Program Sayıcının değeri bir artırılır yada komutların işleyişine göre gerekirse bir sonra gelecek komutun adresi PC ye aktarılır… – İlk adıma geri dönülür.

•

•

Her iki Mimarinin aralarındaki en önemli fark bellek organizasyonundadır. Von Neuman mimarisinde bellek tektir ve program/veri aynı yerde organize edilir. Bu durum hızı düşürebilir. Harvard da ise iki ayrı bellek ile verinin tek bellekten alınıp tekrar geri yazılması sorunu ayrı veri ve program belleği ile çözülmüştür… HSA da donanımsal tasarım yapılmakla birlikte ISA ile programcının donanım elemanlarına nasıl yön vereceği tasarlanmaktadır. YAZILIM (Komut Kümesi Mimarisi) DONANIM

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-20

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • Farklı üreticiler kendi ISA larını oluşturmakla birlikte 1968 de IBM bir standartizasyon önermiştir. ISA ve Mikrokod Motoru • Aynı ISA sistemi olan donanımlar için yazılan programlar çalışacaktır. • Yazılım ile donanım arasındaki bağlantıyı devreye sokan öz bilgilere yani komut kümesinin yer aldığı bölgeye mikrokod motoru adı verilir • Mikrokod Motoru; özel komutları bir dizi kontrol sinyaline çevirerek sistem elemanlarının denetlenmesini ve gerekli görevleri yerine getirmelerin sağlar bir görevi vardır.

CPU Mikrokod Bellek

Kontrol Birimi Kaydediciler

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-21

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • Programcı yazdığı program ile sistem tarafından algılandığında doğru zamanda doğru donanım elemanların devreye sokar. Î Komut Kümesinin hazırlanması • Komut kümesi donanımsal tüm özellikleri içerir ve yazılan program derleme işleminin ardından donanımın anlayacağı hale getirilerek donanıma aktarılır. • Komut işlenirken; mikrokod ROM komutu okur, komuta karşılık gelen uygun mikrokodları yükler ve çalıştırır ki komut kümesinin tüm komutlarının mikrokod karşılıkları vardır. • Mikrokod yapının avantajları; – – – –

•

İçerisinde mikrokod bulunan ROM bellek, CPU içerisinde yer almakta olup ana bellekten çok daha hızlıdır. Aynı komut kümesinin adamış mantık üzerinde yürütmek yerine, yeni yongalarda yürütmek daha kolay olur. Program tasarımı yeni komut kümelerini işlemek için tamamen değiştirilebilir. Yeni komutlar mikrokod halinde eskilerinin üzerine eklenebilir. Geriye dönük uyumluluk sağlanabilir.

Farklı amaçlarla yazılan programlarda aynı komut kümesi paylaşılabileceğinden, programlar temel donanımı değiştirmeden makineler arasında taşınabilir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-22

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • ISA bellek Kullanımına göre çeşitlilik gösterir. Î CISC (Complex Instruction Set for Computer) Î RISC (Reduced Instruction Set for Computer) Î EPIC (……………………………… Computer) • Genel olarak yapı

Yüksek Seviyeli Programlama Dili

YAZILIM

Derleme Makine Dili Çözme DONANIM

Mikrokod İşleme ALU, CU, Keydediciler vs

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-23

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • CISC Mimarisi; Programlanması kolay ve etkin bellek kullanımını sağlayan bir yapıya sahiptir. Yazılımı basitleştirir ancak performansı düşüktür. Değişken uzunlukta komut yapısına sahiptir. Çok kademeli işleme modeline dayanır. • CISC Mimarisi avantajları; – Programlama, Assembly dilinin yürütülmesi kadar kolaydır. – Yeni komutlar ve mikrokod ROM a ekleme özelliği tasarımcıya eski sistemler üzerinde düzenleme yapılmasını sağlar. – Gelişme sürecinde her bir komut daha yetenekli olacağından verilen görevi yerine getirmek daha as komut ile sağlanır. Bu göreceli olarak yavaşlamaya neden olur ancak bellek etkin kullanılacaktır – Komut kümeleri yüksek seviyeli dillerin yapılarına benzer olduğundan derleyiciler karmaşık değildir.

•

CISC Mimarisi dezavantajları; – İşlemci ailesindeki tüm kuşaklar yeni işlemcide de kabul gördüğünden yapı gün geçtikçe daha karmaşık olacaktır. – Farklı komutlar farklı uzunlukta olduğunda işlem süreleri değişir. – Çoğu özel komutlar yeteri kadar sık kullanılmamaktadır – Durum Kayıtçısı yardımı ile çalışan komutlar nedeni ile bekleme süreleri artabilir. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-24

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • RISC Mimarisi; CISC’e alternatif olarak komut sayısını azaltmak ve komut işleme sürelerini sabit tutmak amacı ile ortaya atılmıştır. • RISC Mimarisi Özellikleri/Felsefesi; – Bütün komutlar tek bir komut çevriminde çalışmaktadır. – Belleğe sadece load (yükle) ve store (sakla) komutlarıyla erişilebilir. – Bütün icra birimleri mikrokod kullanmadan donanımdan çalışmaktadır.

•

•

RISC Mimarisi üstünlükleri; – Hız – Basit Donanım – Kısa Tasarım Zamanı. EPIC Mimarisi; Komutların paralel çalışması amacıyla geliştirilmiştir. Derleyici paralel çalışarak komutları tanımlar, hangi komutların bağımsız olacağını belirler ve bu bilgi ışığında aynı komu çevriminde aynı anda işlenecek komutları oluşturarak performansı artırır. Üstünlükleri; – Komutların paralel işlenmesi, tahmin/spekülasyon kullanımı – Derleme sırasında paralel çalışacak komutları belirleyen derleyiciler – 128 kayan nokta, 128 tamsayı, 64 tahminli kaydedici kümesi – Dallanma tahmini, bellek gecikmesi çözümü – Eskiye karşı uyumluluk, gelişmeye açıklık EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-25

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi(devam) • CISC ve RISC Mimarisi Farklılığı; CISC

RISC

Ana Bellek

Ana Bellek

Ön Bellek

Komut&Veri Yolu

Kontrol Birimi

Komut Önbelleği

Veri Önbelleği

Veri Yolu

Dananım Kontrol Birimi

Mikrokod EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-26

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

2.3. Temel Mikroişlemci Özellikleri 1.) Mikroişlemcinin bir defada işleyebileceği kelime uzunluğu; – Mikroişlemcide kelime uzunluğu paralel olarak işlenen veri bitleri sayısı olup kelime işlemcideki genel amaçlı kaydedicilerin ve bellek alanı kapasitesidir. – Büyük kelime ==> birçok işlemi birlikte yap. – İşlemci her bir komut çevriminde (komutların işlenme zamanı) senkronize olarak komut özelliğine göre bellekten veriler işler. – Mikroişlemci özelliğine göre veri bitleri; 8-Bit = 1-Byte (Hesap makinesi 4-Bit) 16-Bit = 1-Kelime 32-Bit = 1-Çift Kelime 64-Bit = 1-Uzun Kelime – Kelime uzunluğu aritmetik işlemlerde doğruluk oranı ile doğrudan ilintilidir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-27

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temel Mikroişlemci Özellikleri (devam) 2.) Mikroişlemcinin tek bir komut işleme hızı; – Mikroişlemcinin hızı saat frekansı ile ilgilidir ancak performansı tam olarak saat hızı belirlemez! – Çalışma çevriminin uzunluğu; • Al Getir • Kodunu Çöz • İşlet • Yerine Yaz ile belirlense de mikroişlemcinin hızı saniyede işleyeceği milyon komut sayısı ile ölçülmelidir. – Mikroişlemciler arasındaki hız farkları; • CPU ların devre teknolojisi ve planları • İşlemcilerin kullandığı kelime uzunluğu • İşlemci Komut kümesi • Kontrol sinyal organizasyonu ile denetim düzeni • Belleğe ve I/O birimlerine erişim süreleri • Kesme altyordamları çeşitleri

ile belirlenir… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-28

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temel Mikroişlemci Özellikleri (devam) 3.) Mikroişlemcinin doğrudan adresleyebileceği bellek büyüklüğü; – Mikroişlemci temelli sistemlerde bellek adres yolu ile adreslenir ve adres yolundaki paralel hat sayısı adresleme kapasitesini belirler. – Adres yolu mikroişlemcinin yapısı ile ilgili olup fiziksel olarak değişmez! – İşlem sırasında adres işaret kayıtçılarının özellikleri kullanılarak (örneğin 16 bit uzunluğundaki adres bilgisi 4-bit sola kaydırılarak 20-bit adres alanı belirlenebilir) adres yolu programsal olarak artırılabilir… • 2^10 Æ Kilobyte • 2^20 Æ Megabyte • 2^30 Æ Gigabyte • 2^40 Æ Terabyte

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-29

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temel Mikroişlemci Özellikleri (devam) 4.) Programcının kullanabileceği komut kütüphanesi; – Mikroişlemcinin hızını etkileyen komutlar; • Veri manevra komutları • Giriş/Çıkış komutları • Aritmetik İşlem komutları • Mantık komutları • Test komutları – Hızı artıran komut işleme süresidir!

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-30

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temel Mikroişlemci Özellikleri (devam) 5.) Programcının bellek adreslemede kullandığı adresleme modları; – Adresleme modları üzerinde çalışılan verini belleğe nasıl ve ne şekilde yerleştirileceği veya üzerinde çalışılacak verinin bellekten nasıl ve hangi yaklaşım ile çağrılacağını belirler. – Bu işlem bir paketin adresine doğrudan mı yoksa bir başkasının eliyle mi gideceğine benzer! – Adresleme modları; • Doğrudan adresleme • Dolaylı adresleme • İndisli adresleme olacak şekilde gruplandırılabilir ve kullanıcının işini kolaylaştırır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-31

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temel Mikroişlemci Özellikleri (devam) 6.) Programcının üzerinde çalışabileceği kayıtçı çeşitleri; – Programcının verileri hareket ettirmek, kısa süreliğine tutmak amacı ile kaydediciler kullanır. – Kaydediciler sayısını fazla olması manevra kolaylığı ve programcıya esneklik sağlar. Farklı mikroişlemciler farklı sayıda ve amaçlara kaydedici tanımlamışlardır. – Genel olarak kaydediciler; • Genel amaçlı kaydediciler • Özel amaçlı kaydediciler • Gizli kaydediciler olacak gruplandırılır. Not: Kaydedicilere sonra geri dönülecektir!

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-32

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temel Mikroişlemci Özellikleri (devam) • Mikroişlemcilerin gelişimi ile artan diğer özellikler; – – – –

Ön Bellek (Cache Memory) sistemi Süper-ölçekli işlem Dallanma tahmini Çoklu program işleme

olarak gruplandırılır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-33

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

2.4. Temelde Mikroişlemci Çalışması • Basit (örneğin 8-bit) bir Mikroişlemcide bulunan birimler: – Verilerin manevrasında kullanılan ve bellek ile aynı yapıya sahip, kendine özgün adres yerine adı ile çağrılan kaydediciler (registers) – Aritmetik ve Mantık işlemlerinin gerçekleştiği icra birimi – CPU içerisindeki tüm işlemlerden ve zamanlamalardan sorumlu Kontrol birimi

•

Bu birimleri inceleyelim…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-34

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı MAR

Dahili Adres Yolu PC

DAR

Bellek

Dahili Veri Yolu MBR

IR DR

ALU

A

Komut Kod Çözücü

Diğer CPU Elemanlarına

Zamanlama/ Kontrol Birimi

Kontrol Yolu

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-35

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temelde Mikroişlemci Çalışması (devam) •

Kaydediciler; – Her biri belli bir amaca göre yapılandırılmıştır. Yaptıkları işe göre adlandırılırlar ve bellek alanı ile aynı özelliklere sahiptirler. İşlemci içerisinde olduklarından hızlıdırlar. – Esasları kaydıran kaydedicilere (flip-flop) dayanırlar ve – Genel Amaçlı Kaydediciler; • Programın üzerinde işlem yapacağı verilerin manevrasında kullanılırlar • A,B,X gibi isimlendirilirler. A kaydedicisi Akümülatör olarak bilinir. Bazen W Working kaydedicisi de denir. • DR, (Data Register) Veri Kaydedicisidir ve işlenen verileri tutar.

– Özel Amaçlı Kaydediciler; • Program adreslerini ALU da yapılan işlem sonucuna göre yada yığın olarak kullanılan bellek bölgesinin adresini indis sayıcı bilgilerini tutarlar. • Program Sayıcı (PC, Program Counter), Yığın Göstericisi (SP, Stack Pointer), Durum Kaydedicisi (SR, Status Register) yada Koşul kod kaydedici • Bunların dışında sadece alt düzey programcıların ulaşabildiği programcıya görünmeyen kaydediciler; Indeks Kaydedici (IX, Index Register), Komut Kaydedici (IR, Instruction Register). Veri Adres Kaydedici (DAR, Data Adress Register), Bellek Adres Kaydedici (MAR, Memory Adress Register) Bellek Tanpon Kaydedici (MBR, Memory Buffer Register)

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-36

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temelde Mikroişlemci Çalışması (devam) •

Aritmetik/Lojik Birimi; – ALU mikroişlemcide aritmetik ve lojik(mantık) işlemlerin yapıldığı birimdir. – Burada işlemler akümülatör ile bellekten alınan veri arasında veya akümülatör ile kaydediciler arasında iki elemana dayalı veya tek elemana dayalı olarak akümülatörde, kaydedicide veya bellekten bir kelime üzerinde gerçekleştirilir – Buradaki işlemler; • Toplama, çıkarma çarpma, bölme • Çarpma işlemi verinin bir sola kaydırılması ile iki ile çarpılması mantığı ile • Veya bölme bir sağa kaydırılması ile gerçekleştirilir.

– Bu işlemler toplayıcı, çıkarıcı ve kaydıran devreler ile gerçekleştirilir. – Bu devreler dahili veri yolu vasıtası ile birbirlerine, harici veri yolu ile kaydedicilere ve zamanlama-kontrol birimine ulaşır. – ALU nun çalışmasını bir toplama işlemi ile açıklarsak; • Birinci veri yükle komutu ile klavyeden girilen bilgi akümülatöre yüklenir • Sonra topla komutuyla birlikte toplanacak bellek adresi ile belirtilen veri geçici olarak DR ye alınır ve bir sonraki komut çevriminle birlikte Akümülatöredeki veri ile toplanarak sonuç akümülatöre yazılır. • Bu işlem sonucunda diğer kaydediciler, örn. Durum kaydedici, etkilenebilir. • İkinci işlenen veri başka bir kayıtçıda da bulunabilir. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-37

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temelde Mikroişlemci Çalışması (devam) •

Aritmetik/Lojik Birimi (devam); – ALU’da gerçekleştirilen tek işlenenli işlemlere akümülatörlü silme, tamlama veya tersleme, sağa/sola kaydırma ve yönlendirme, indis kaydedicileri artırma/azaltma işlemleri örnek verilebilir. İki işlenenli işlemler toplama, çıkarma, karşılaştırma, mantıksal AND, OR, XOR ve BCD aritmetik işlemler örnek verilebilir. – Karmaşık işlemleri, örn karakök gibi, doğrudan gerçekleştirilmesi için ayrı bir altyordam gruplarına veya ek elektronik donanıma gerek duyuylur. – 8-bit lik işlemcilerde yuvarlanmış kesirli sayılar ile işlem yapmak kolay değildir ve yuvarlanmış kesirli sayılar yerine tam sayılar kullanılır. – Günümüz teknolojisinde bu işlemleri yapmak amacı ile bir ortak işlemci daha yerleştirilir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-38

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Temelde Mikroişlemci Çalışması (devam) •

Zamanlama ve Denetim Birimi; – Sitemin tüm işleyişinden ve işlemin zamanında yapılmasından sorumludur. – Bu birim, bellekte program bölümünde bulunan komut kodunun alınıp getirilmesi, kodunun çözülmesi, ALU tarafından işlenmesi ve sonucun alınıp geri belleğe konulması için gerekli denetim sinyallerini üretir. – Bu birimde işlevlerine göre; • Zamanlama denetimi; sistemin isterlerine göre zamanlama sinyalleri üretilir ve komut kod çözücüye gönderilir. • Komut kod çözücü; komut kaydedicinde tutulan komutları yorumlar ve ALU ya kaydedicilerle çalışması için uygun zamanlama ve kesme sinyalleri gönderir. • Kesme mantık birimi; bu birimde diğer kontrol elemanlarına benzer ve gerekli durumlarda kesme sinyallerini alarak işlemciyi uyarır.

– Bu birim merkezi işlem biriminin en karmaşık bölümü olup saat darbe dizileri ile işlem görür. – Bu işlemler; “Getirme periyodu” (komut bellekten okunur ve kodu çözülür) ve “Yürütme periyodu” (gerekli kontrol sinyallerine göre işlevi gerçekleştirilir) olarak ifade edilirler.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-39

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Kaydediciler •

Program Sayıcı; – Yürütülmekte olan programda sırası gelen komutun adresini tutan kaydedicidir. – Mikroişlemci hafızadan aldığı her komutun sonunda sonra gelecek komutun adresini program sayıcıyı değerini otomatik olarak artırarak (yada azaltarak) belirler. Bu amaçla kullanılan algoritma; 1. 2. 3. 4.

Program Sayıcıyı başlangıç adresine kur. Program Sayıcının gösterdiği adresten komut al. Komutu işlet Dallanma var mı? YOK ise Program Sayıcıyı bir artır, VAR ise Program Sayıcıya dallanma adresine yükle 5. İkinci adıma dön

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-40

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Kaydediciler(devam) •

Yığın Göstericisi (SP, Stack Pointer); – RAM bellğin bir bölümü programcı tarafından veya herhabgibir komutun işlenmesi sırasında geçici olarak kullanılır. Belleğin bu bölümüne yığın denir. – Yığın göstericisi yığın adresini tutan kaydedicidir ve bununla yığının istenilen noktasına erişilebilir. – Yığına atılan verilerde son giren ilk çıkar (LIFO, Last In First Out) mantığı yani son olarak yığına giren veriyi önce çıkartarak kullanılır. Veriler

Yığın Göstericisi 3FFB

3FFB 3FFC 3FFD 3FFE

03 50 B7

YIĞIN

Yığın Başlangıç Adresi

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-41

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Kaydediciler(devam) •

Komut Kaydedici (IR, Instruction Register); – CPU, bellekten komut kodunu alıp getirdiğinde ilk önce bu kaydedici kullanılır. – Komut kodu burada deşifre devresi tarafında kodu çözülerek hangi işlemin yapılacağı belirlenir.

•

Indeks Kaydedici (IX, Index Register); – – – –

Bellekteki toplu verilere veya veri tablolarına erişimde kullanılırlar. Kaydedicilere has artırma/azaltma komutları ile sayaç vazifesi de görebilir. Hesaplanan ara değerlerin geçici olarak tutulduğu yerdir. Program döngülerinde ve zamanlama uygulamalarında bir sayıcı olarak kullanılabilir. Zaman gecikmesi istendiğinde bu kaydedici kullanılabilinir. – Bellekte depolanmış dizi halindeki veri tablosu veya veri bloğu üzerinde bir indisçi gibi kullanılır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-42

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Kaydediciler(devam) •

Veri Adres Kaydedici (DAR, Data Adress Register); – Bellek üzerinde çalışılan adresin oluşturulmasında kullanılır. – Programın işleyişi sırasında komut kodu çözüldükten sonra mutlak adres bilgisi okuma ile bellekten getirilir. – Böylece üzerinde çalışılacak adres DAR de üretilmiş olur

•

Veri Kaydedici (DR, Data Register); – Akümülatör yada çalışma kaydedicisi ile birlikte ALU da yapılacak olan aritmetik ve mantıksal işlemlerde işlenen bilgisinin tutulmasında kullanılırlar. – Bellekten alınan verilerin üzerinde geçiş yaptırmakla görevlidir.

•

Bellek Adres Kaydedici (MAR, Memory Adress Register); – Bellekten bir veri/komut alınıp getirileceği zaman bu kaydediciye ilgili adres bilgisi koyulur. – Program çalıştırıldığında komut kodlarının adresleri önce PC’ye ve oradan da MAR’a konularak hedef gösterilir. – MAR bir tampon kaydedici olarak da düşünülebilir.

•

Bellek Veri Kaydedici (MDR, Memory Data Register); – Bellekten herhangi bir veri/komut işlemciye getirilmesi istendiğinde tampon olarak bu kaydedici otomatik olarak kullanılır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-43

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Kaydediciler(devam) •

İşlemci Durum Kaydedici (SR, Status Register); – Aritmetik ve Lojik işlemler sonucunda bu kaydedicinin bayrakları (herhangi bir biti) etkilenir ve değer değiştirirler. – Bu kaydedicinin bayraklarına göre program içerisinde kullanılan komutlar işlenebilir. – Bu bayraklar; • • • • •

Elde Bayrağı (Carry Flag); toplama veya çıkarma gibi aritmetik işlem sonrasında bir elde var ise bu bayrak değeri “1” olur. Negatif Bayrağı (Negativ Flag); toplama veya çıkarma gibi aritmetik işlem sonrasında sonuç negatif ise bu bayrak değeri “1” olur. İşaret biti olarak da bilinir. Taşma Bayrağı (Overflow Flag); İkili tümleme sonucunda taşma olup olmadığını gösterir. Varsa “1” olur. Sıfır Bayrağı (Zero Flag); toplama veya çıkarma gibi aritmetik işlem sonrasında sonuç sıfır ise bu bayrak değeri “1” olur. Bu durumda iki sayı birbirine eşittir. Kesme Bayrağı (Interrupt Flag); dışarıdan bir kesme işlemi olup olmadığını gösterir ve varsa “1” olur.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-44

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Örnek: PIC Kaydediciler •

W (Working, Çalışma) Kaydedici; – Programda veri alanının görülmeyen 8-bitlik kaydedicisi olup geçici olarak veri depolama alanı olarak kullanılır. – Bir bellek adresi yoktur ve W’daki veri adres belirtmeden ulaşılır. Movlw Movwf

0x0F PORTB

; W’ya 0x0F değerini yükle ;W’yı PORTB ye yükle

W; 0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

1

1

PORTB;

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-45

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Örnek: PIC Kaydediciler (devam) •

STATUS (Durum) Kaydedici; – Program akışını kontrol eden 8-Bit uzunluğunda en önemli kaydedicilerden biri olup üç bölümde incelenebilir: • • •

Durum gösterge bitleri; Elde (C) ,basamak elde (DC), sıfır (Z) bayrakları. İşlemci durum bitleri; Time-out (TO) ve Power-down(PD) bayrakları ile işlemcinin uykuda mı yoksa yeni çalışmaya başladığını gösterirler. Bellek bank değiştirme bitleri; RP0-2 ile PIC bellek bankları arasında geçiş sağlanır.

– Bu bayraklar yazılır/okunur (R/W). – Detaylı bilgi için ders kitabı 102 sayfa

Bank Değiştirme Bitleri

R/W-0 R/W-0 R/W-0 IRP RP0 RP1 bit-7

6

5

İşlemci Durum

R-1

R-1

TO

PD

4

3

Durum Gösterme Bitleri

R/W-x Z 2

R/W-x

R/W-x

DC

C

1

bit-0

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-46

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Örnek: PIC Kaydediciler (devam) •

Program Sayıcı; – 13-Bit uzunluğunda olan Program Sayıcı RAM veri belleği (File Register) içinde adreslenir ve RAM’de 8-Bit veri depolanabildiği için iki parçada işlem görür; • •

PCL (Program Counter Low, Program Sayıcı Alt) program sayıcının düşük 8-bit lik bölümünü belirler. PCH (Program Counter High, Program Sayıcı Üst) program sayıcının üst 5-bit lik bölümünü belirler.

PCL ye doğrudan ulaşmak mümkün olduğu halde PCH e PCLATH kaydedicisi kullanılarak dolaylı ulaşılır.

PCH bit-12

bit-7

bit-5 bit-4

PCL

bit-8 bit-7

bit-0

bit-0 PCLATH EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-47

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bugün 1. Mikroişlemci Temelli Sistemlere Giriş – Mikroişlemci temelli Sistemler – Mikrodenetleyiciler

2. Mikroişlemci Mimarisi – – – –

Mikroişlemci Temelli Sistem Yapısı Mikroişlemci Temelli Sistem Mimarisi Temel Mikroişlemci Özellikleri Temelde Mikroişlemci Çalışması

3. Mikroişlemci Komut Seti ve Programlama Teknikleri – – – –

Mikroişlemci Programlama Teknikleri Mikroişlemci Komut Seti Mikroişlemcilerde Adresleme Modları Makine Dili

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-48

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

3.1 Mikroişlemci Programlama Teknikleri • Mikroişlemci temelli sistemlerde donanım tek başına çalışamaz!!! • Yazılım ve donanım doğru kullanıldığında bir görevi icra ederler!!! • Mikroişlemcilerde bir program: – Program bölümü – Veri bölümü

olarak ayırabiliriz. • Programı oluşturan komutlar ise bir amaca yönelik fonksiyonlar ve fonksiyonların işlendiği işlenenlerin yerleri olacak şekilde ayrıştırmak mümkündür… • Komutların genel yapısına bakıldığında <Etiket> OpKod<.Alan> <İşlenenler> <;Açıklama> OpCode<.Field> <;Comment> Örnek: dongu movlw d’200’ ;W’ya 200 degerini yukle ve bunu movwf PORTB ;PORTB’nin icine gonder.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-49

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Programlama Teknikleri(devam) • Programlama Mantığı – Algoritma; Bir programın yapacağı işlemleri adım adım yazmak – Akış Şeması; Algoritmanın bloklar ile ifade edilmesi Genel İşlemlerde açıklama ile kullanılır…

Altyordam için kullanılır…

Karşılaştırma İşlemleri; Karar verme durumda doğru/yanlış seçeneği de verir Başlangıç ve Bitiş de kullanılır… Çıkış, genellikle yazı şeklindeki çıktılarda kullanılır… El ile bilgi girişinde kullanılır… Bağlantı bölümleri için kullanılır… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-50

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Programlama Teknikleri(devam) Örnek: Bir butona basılı olduğunda lambanın yakılmasını sağlayan Programlama Algoritması ve Akış Şemasını yapalım Başla

Algoritma; 1.

Başlangıç ayarlaması yap

2.

LED’i söndür

3.

Butonun basılı olup olmadığını kontrol et

4.

Buton basılı değilse bir önceki adıma dön

5.

Basılı ise LED i yak

6.

Butonun bırakılıp bırakılmadığını kontrol et

7.

Basılı ise bir önceki adıma dön

8.

Basılı değilse 2. adıma dön…

LED i söndür

TUŞ a basılı mı? Hayır

Evet LED i yak

Evet

TUŞ bırakıldı mı?

Hayır

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-51

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Programlama Teknikleri(devam) • PIC Mikrodenetleyicisinde program geliştirme aşamaları;

PIC

Programlayıcı

Altyordam.asm

MPLAB

Programcı

Prog.asm

Prog.inc

Assembler

Prog.hex Prog.lst

Prog.h Prog.err

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-52

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

3.2 Mikroişlemci Komut Seti • Mikroişlemci temelli sistemlerde programları oluşturan komutları yaptıkları işlere göre gruplandıralım… 1. Veri Hareket Komutları: • •

Bilgiyi bir yerden başka yere kopyalar ve bazı komutlar durum kayıtçısı gibi diğer kayıtçıları içeriğini değiştirirler Mikroişlemcinin yapısına göre 8-, 16-, 32-, veya 64-bit işlemler yapılır..

2. Aritmetik/Lojik ve Kaydırma İşlem Komutları: • •

Dört işlem ile birlikte VE, VEYA DEĞİL gibi mantıksal işlemler yapılır. Mikroişlemcinin yapısına göre de 8-, 16-, 32-, veya 64-bit işlemler yapılır..

3. Kaydırma ve Bit Değiştirme İşlem Komutları: •

Herhangi bir kayıtçı içeriğini bit bit sağa/sola kaydırma yapılabilir.

4. Program Kontrol Komutları • •

Programın düzenli çalışabilmesi için gerekli başlangıç adreslerini, kesme olaylarını tanıtan yardımcı komutlardır. Program akışının değişimi için kullanılırlar…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-53

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Komut Seti(devam) • PIC Mikrodenetleyicisinde kullanılan komutlar detaylı olarak ders kitabında 68-73 de verilmektedir… • Komutların açıklamalarında kullanılan semboller; – f : Dosya kayıtçısı (file register); herhangi bir değişken ile ifade edilen saklayıcı adresidir. – w : Çalışma kayıtçısı – k : 00-FF arasında bir sabit değer – d : Hedef (destination) göstergesi (0 yada 1 değerinde) – b : 0-7 arasında bit belirtilen sayı yada binary sayı – h : Heksadesimal sayı (h’FF’ veya FFh) – x : değeri önemli olmayan sayı – <- : Değer atama – => : İse veya … işleminin sonunda anlamında kullanılır – [ ] : duruma göre kullanılması serbest olan seçenek

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-54

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Komut Seti(devam) • Örnek Program: PORTA’nın 0. bitine bağlı butonu test ederek PORTD deki LED leri yakıp söndürülsün… ;---------------------------------------------------------list p=16f877 #include __CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _BODEN_ON & _PWRTE_ON & _XT_OSC & _WRT_ENABLE_OFF & _LVP_OFF & _DEBUG_OFF & _CPD_OFF ;---------------------------------------------------------org 0 ;Reset vektörü bsf STATUS,RP0 ;bank1'e geç movlw b'00000111' movwf ADCON1 ;PORTA ve PORTE dijital I/O seçildi movlw b'00000000' movwf TRISD ;PORTD'nin bütün pinleri cikis yapildi movlw b'11111111' movwf TRISA ;PORTA'nin tüm pinleri giris yapildi. bcf STATUS,RP0 ;bank0'a gec clrf PORTD test btfss PORTA,0 ;RA0=1'mi?(0' ise alt satira geç yoksa atla) goto test ;Test sonucu Hayir.Tekrar test et movlw B'11111111' ;Test sonucu Evet ise bu satirdan devam et. movwf PORTD ;LED'leri yak. end ;--------------------------------------------------------EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-55

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemci Komut Seti(devam) •

LIST Dosyası parçası… 1. sutun: program belleğindeki yerleşimi, 2. sutun: komutların heksedecimal karşılığı, 3.sutun satır numarası 29. satır: h’1283’ = b’001001010000011’ => 01 00bb bfff ffff (BCF f,b)

0000 0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007

1683 3007 009F 3000 0088 30FF 0085 1283

0008 0009 000A 000B 000C

0188 1C05 2809 30FF 0088

00020 00021 00022 00023 00024 00025 00026 00027 00028 00029 00030 00031 00032 test 00033 00034 00035 00036 00037

org

0

;Reset vektörü

bsf movlw movwf movlw movwf movlw movwf bcf

STATUS,RP0 b'00000111' ADCON1 b'00000000' TRISD b'11111111' TRISA STATUS,RP0

;bank1'e gec

clrf btfss goto movlw movwf

PORTD PORTA,0 ;RA0=1'mi?(0' ise alt satira geç,) test ;Test sonucu Hayir.Tekrar test et B'11111111' ;Test sonucu Evet ise bu satirdan devam et. PORTD ;LED'leri yak. HEX Dosyası… :020000040000FA :10000000831607309F0000308800FF308500831280 :0A0010008801051C0928FF30880054 :02400E00713D02 :00000001FF EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-56

end

;PORTA ve PORTE dijital I/O seçildi ;PORTD'nin bütün pinleri cikis yapildi ;PORTA'nýn tüm pinleri input yapildi. ;bank0'a geç

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

3.3 Mikroişlemcilerde Adresleme Modları • Mikroişlemci temelli sistemlerde bir işlenenin merkezi işlem birimi tarafından nasıl hesaplama yapılacağını adresleme modu ile belirlenir. 1. 2. 3. 4. 5. 6.

• • •

•

İvedi Adresleme Modu: Doğal Adresleme Modu: Doğrudan Adresleme Modu: Dolaylı Adresleme Modu: Sıralı Adresleme Modu: Bağıl Adresleme Modu:

Farklı Mikroişlemcilerde bu isimler farklılık gösterseler de temelde kullanılan yaklaşımlar bunlardır. Adresleme modu seçimi yazılan kaynak ifadelerine göre kullanıcı tarafından belirlenir. Uygun kodlara çevrimi kullanılan yönteme bağlıdır. Adresleme modlarının tümünün kullanıldığı bir komut yoktur. Dallanma komutlarının tamamı sadece bir adresleme modu ile kullanılır. PIC de kullanılan İvedi, Doğrudan ve Dolaylı Adresleme modlarıdır!

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-57

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • İvedi Adresleme Modu: İşlenen yerine yazılan bilgi bir adres olmayıp işlenen üzerinde yapılacak verinin kendisidir. • Çalışma kayıtçısına doğrudan değer atmak veya içeriğin değiştirilmesi için kullanılan adresleme şeklidir. • W’ya ivedi adresleme ile 00001001 değerini yükleyelim ve sonra 00010111 değerini çıkaralım; movlw b’00001001’ ; WÅ b’00001001’ sublw b’00010111’ ; W Å W - b’00010111’ bu durumda öncelikle W nın içeriği ivedi olarak 00001001 oldu sonra bu değerden 00010111 çıkarılarak 11110010 oldu. Aynı zamanda STATUS durum kayıtçısı da etkilenerek C = 1 değerini aldı… W 00001001 C=0 W 11110010 C=1 Z=? DC = ? • İvedi Adresleme Modu ile W kayıtçısına değer yükleme ve sayı çıkarmayı akış şeması sayfa 81 de görüldüğü gibidir… • İvedi adresleme ile bellekte yer işgal edilmez. Ancak artarda gelen verilerin işlenmesinde bu adresleme modu kullanışlı olmayabilir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-58

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Doğrudan Adresleme Modu: Komut kaydedicisine yapılacak işlem ve işlemin yapılacağı RAM adresi yerleştirilerek adresleme yapılır. • İvedi adreslemeye göre artık bellek kullanılmaktadır. • Bir örnek ile inceleyelim; öncelikle kullanılacak değişken isimlerini bellekteki yerlerini belirleyelim, ilk EQU 0x021 son EQU 0x022 sonra da PORTB yi okuyarak bu değeri önce ilk değere sonra son ile belirtilen adresin içeriğini de ilk değerden çıkararak tekrar son ile belirtilen değere yerleştirelim. movf PORTB,W movwf ilk movf son,W subwf ilk,W movwf son • Doğrudan Adresleme Modu ile RAM deki veriyi W kayıtçısına yüklemek, W’yı RAM kaydetmek ve kaydedici içeriğinden W’yı çıkarma akış şeması sayfa 83-85 de görüldüğü gibidir… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-59

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Dolaylı Adresleme Modu: Yüksek ve orta seviyeli programlama dillerinde kullanılan dizi (array) işlemelerinin gerçekleşmesinde kullanılan adresleme yaklaşımıdır. • Bu adresleme modu için kaynak kodunda ayrılan kayıtçılar kullanılır. • Bir örnek ile inceleyelim; öncelikle dizi başlangıç adresini bellekte belirleyelim, dizi EQU 0x020 burada sadece başlangıç adresi belirli olup uzunluğu hakkında bir bilgi verilmemiştir. Dikkat!!! • Dolaylı adresleme modunda kullanılan iki önemli kayıtçı INDF ve FSR kaydedicileri ile adresleme yapılır. Fiziksel kaydedici değillerdir sadece bu adresleme modunda PIC de kullanılırlar… • INDF kaydedicisinde bulunan bir komut kullanıldığında FSR kaydedicisinin gösterdiği kaydedicinin içindeki veriye ulaşılır. FSR RAM de 0x04 adresinde bulunur. FSR ye daima bir adres verisi yüklenir. FSR nin gösterdiği bu adresdeki veriye dolaylı olarak ulaşmak için de INDF kayıtçısı kullanılır. • Dolaylı adresleme modu genellikle sıralı verilere çok daha hızlı ulaşmak amacı ile kullanılır. Her gelen veri birbirinin ardı sıra işlenir. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-60

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Dolaylı adresleme ile 0x020 ile 0x02F RAM adresleri içerisindeki verileri silen bir program örneği verelim

dongu

•

movlw movwf clrf incf btfss goto

0x020 FSR INDF FSR,f FSR,4 dongu

Dolaylı Adresleme Modu ile FSR ve INDF kaydedicilerine değeryüklemeyi gösteren akış şeması sayfa 88 de görüldüğü gibidir…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-61

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

3.3 Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (tekrar) • Mikroişlemci temelli sistemlerde bir işlenenin merkezi işlem birimi tarafından nasıl hesaplama yapılacağını adresleme modu ile belirlenir. Yani işlenenin nerede bulunacağı belirten ki buna etkin adres adı verilir yaklaşımlardır… 1. İvedi Adresleme Modu: 2. Doğal Adresleme Modu: Burada işlenen alanında bulunan bilgi işlenenin bulunduğu kayıtçı adı olup kayıtçılar üzerinden adresleme yapılır.

3. Doğrudan Adresleme Modu: 4. Dolaylı Adresleme Modu: 5. Sıralı Adresleme Modu: Dizi yapısında olan veriler bellekte sıralanmış olarak saklanırlar ve bunlara ulaşmak için kullanılan sıra kayıtçısı ile bu adresleme yapılır. Artan ve azalan sıralama ile ne uzunlukta bir sıralı diziye ulaşılacağı belirlenir…

6. Bağıl Adresleme Modu: İşlenen adresi komutun bellekte bulunduğu yere yani adrese göre tanımlama ilkesine dayanan bu yaklaşımda işlenen yerine görülen sayı üzerinden işlem yapılacak verinin, komutun yazılı olduğu adresten ne kadar uzakta olduğu belirtilir. Bu adresleme dallanma işlemlerinde sıklıkla kullanılır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-62

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • İvedi Adresleme Modu: İvedi Adresleme Modu ile W kayıtçısına değer yükleme ve sayı çıkarmayı akış şeması sayfa 81 de görüldüğü gibidir… Burada; – – – –

–

PC nin artışıyla program belleğindeki MOVLW b’00001001’ komut satırı komut kaydedicisine yüklenir. Komut kaydedicisindeki ilk 6 biti ki bu yapılacak işi belirtir çözülür. Buna göre b’00001001’ değeri W ya aktarılmalıdır. Buradaki 8 bitlik veri bir çoklayıcı (MUX) yardımıyla ALU ya aktarılır ve buradan da W ya gönderilerek ivedi adresleme yapılır. Benzer bir yaklaşım ile bir sonraki komuttaki 14 bitik verinin ilk 6 bitine göre yapılmak istenen W kayıtçısındaki bilgiden bir sayının çıkarılması ve sonucun W ya yazılması anlaşılır. Çıkarılmak istenen 8 bitlik değer MUX tarafından seçilir ve ALU ya gönderilir. Bu sırada W değeri de ALU ya gider. Çıkarma işlemi gerçekleşir ve sonuç W ya yazılır. Bu işlem sırasında STATUS kayıtçısının bayrakları da etkileneceğinden ALU işlem sonucuna göre bu kayıtçıyı da etkiler.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-63

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Doğrudan Adresleme Modu: Doğrudan Adresleme Modu ile RAM deki veriyi W kayıtçısına yüklemek, W’yı RAM kaydetmek ve kaydedici içeriğinden W’yı çıkarma akış şeması sayfa 83-85 de görüldüğü gibidir… Burada; –

–

–

–

PC nin artışıyla program belleğindeki MOVLW PORTB,W 14 bitlik komut satırı komut kaydedicisine yüklenir. Komut kaydedicisi bir RAM adresini ki burada PORTB doğrudan adresleyerek içeriğini W ya atacağını çözümler. 7 bit lik doğrudan adres veri yolu üzerinden değeri kullanılacak verinin adresi belleğe gönderilir. PORTB nin içeriği giriş/çıkış pinlerin belirler ki bu veri bir çoklayıcı (MUX) yardımıyla ALU ya aktarılır ve buradan da W ya gönderilerek doğrudan adresleme yapılır. Benzer bir yaklaşım ile bir sonraki komuttaki 14 bitlik komutlar ile doğrudan adresleme ile W yı RAM a kaydetme ve W kullanılarak çıkarma işlemleri gerçekleştirilir.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-64

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Dolaylı Adresleme Modu: Yüksek ve orta seviyeli programlama dillerinde kullanılan dizi (array) işlemelerinin gerçekleşmesinde kullanılan adresleme yaklaşımıdır. • Bu adresleme modu için kaynak kodunda ayrılan kayıtçılar kullanılır. • Bir örnek ile inceleyelim; öncelikle dizi başlangıç adresini bellekte belirleyelim, dizi EQU 0x020 burada sadece başlangıç adresi belirli olup uzunluğu hakkında bir bilgi verilmemiştir. Dikkat!!! • Dolaylı adresleme modunda kullanılan iki önemli kayıtçı INDF ve FSR kaydedicileri ile adresleme yapılır. Fiziksel kaydedici değillerdir sadece bu adresleme modunda PIC de kullanılırlar… • INDF kaydedicisinde bulunan bir komut kullanıldığında FSR kaydedicisinin gösterdiği kaydedicinin içindeki veriye ulaşılır. FSR RAM de 0x04 adresinde bulunur. FSR ye daima bir adres verisi yüklenir. FSR nin gösterdiği bu adresdeki veriye dolaylı olarak ulaşmak için de INDF kayıtçısı kullanılır. • Dolaylı adresleme modu genellikle sıralı verilere çok daha hızlı ulaşmak amacı ile kullanılır. Her gelen veri birbirinin ardı sıra işlenir. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-65

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Dolaylı adresleme ile 0x020 ile 0x02F RAM adresleri içerisindeki verileri silen bir program örneği verelim

dongu

movlw movwf clrf incf btfss goto

0x020 FSR INDF FSR,f FSR,4 dongu

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-66

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • Dolaylı Adresleme Modu: Dolaylı Adresleme Modu ile FSR ve INDF kaydedicilerine değer yüklemeyi gösteren akış şeması sayfa 88 de görüldüğü gibidir… – Öncelikle komut çözülür ve FSR kaydedicisine yazma isteği belirlenir. W daki veri çoğullayıcı üzerinden ALU ya oradan da RAM belleğe gönderilir. – 8 bitlik bu veri daha sonra doğrudan adresleme ile INF kayıtçısına aktarılır. – Burada FSR sadece kullanılacak veri adresini dolaylı yoldan göstermektedir…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-67

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • RAM Adreslerine Bank Değiştirerek Doğrudan Adresleme Modu ile Ulaşma; RP0:RP1

Bank Seçme

6

RAM Adresi

0

Konum Seçme 00

01

10

11

00h

80h

100h 180h

7Fh

FFh

17Fh 1FFh

RAM Veri Belleği

Bank0 Bank1 Bank2 Bank3

RP0:RP1 , STATUS kayıtçısının 5. ve 6. bitleri

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-68

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Mikroişlemcilerde Adresleme Modları (devam) • RAM Adreslerine Bank Değiştirerek Dolaylı Adresleme Modu ile Ulaşma; IRP

7 6

Bank Seçme

FSR Kayıtçısı

0

Konum Seçme 00

01

10

11

00h

80h

100h 180h

7Fh

FFh

17Fh 1FFh

RAM Veri Belleği

Bank0 Bank1 Bank2 Bank3

IRP, STATUS kayıtçısının 7. biti

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-69

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

3.4 Makine Dili • Mikroişlemci temelli sistemlerde mikroişlemcinin yapısına göre komutlar hafızada belirli bir yer tutarlar. • Örneğin bu Motorola 68000 de 16-bit dir. • PIC 12 ailesinde 11-bit, PIC 16 ailesinde 14-bit, ve PIC 18 ailesinde ise 16-bit, dir. PIC mikrodenetleyicisinde gerçekleştirilen tüm işlemler 8-bit kayıtçılarla yapılacağını not edelim… • Farklı Mikroişlemcilerde farklılık gösterseler de temelde bu bitlerden ilk sırada gelen komut kodu yada OpKod olacaktır. Sonrasında da adresleme modu ifadesi ve işlenen veri/adres gelecektir. • PIC’de bu yapı

13

0 Komut Kodu (OpKod)

Veri veya Adres

PIC’de kullanılan komutların Makine Kodu karşılıkları için ders kitabı 65-67 ye bakınız… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-70

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili • PIC Veri işleme ve kontrol komutlarında; addlw sayi 13

8

7

Komut Kodu (OpKod)

0 8-bit Veri veya Adres

GOTO ve CALL Komutları

13 Komut Kodu (OpKod)

11 10

0 11-bit Veri veya Adres

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-71

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili • PIC Bit veya Byte Üzerine Uygulanan komutlarında; bcf sonuc,5

13

10

Komut Kodu (OpKod)

9

Komut Kodu (OpKod)

6

0

7-bit RAM Adresi

3-bit Adresi

addwf

13

7

toplam,f

9 8

7 0 -> W’ya

6

0

7-bit RAM Adresi

1 -> f’ye

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-72

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-73

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili : Byte ve Bit üzerinden uygulanan komutlar

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-74

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili : Veri işleme ve kontrol komutları

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-75

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili (devam) •

Mikroişlemci Komut Seti Örnek

0000 0000 0001 0002 0003 0004 0005 0006 0007

1683 3007 009F 3000 0088 30FF 0085 1283

0008 0009 000A 000B 000C

0188 1C05 2809 30FF 0088

00020 00021 00022 00023 00024 00025 00026 00027 00028 00029 00030 00031 00032 test 00033 00034 00035 00036 00037

org

0

;Reset vektörü

bsf movlw movwf movlw movwf movlw movwf bcf

STATUS,RP0 b'00000111' ADCON1 b'00000000' TRISD b'11111111' TRISA STATUS,RP0

;bank1'e gec

;PORTA'nýn tüm pinleri input yapildi. ;bank0'a geç

clrf btfss goto movlw movwf

PORTD PORTA,0 test B'11111111' PORTD

;RA0=1'mi?(0' ise alt satira geç,) ;Test sonucu Hayir.Tekrar test et ;Test sonucu Evet ise bu satirdan devam et. ;LED'leri yak.

end

;PORTA ve PORTE dijital I/O seçildi ;PORTD'nin bütün pinleri cikis yapildi

HEX Dosyası… :020000040000FA :10000000831607309F0000308800FF308500831280 :0A0010008801051C0928FF30880054 :02400E00713D02 :00000001FF

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-76

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Makine Dili (devam) •

•

•

29. Satır 0007 1283 00029 bcf STATUS,RP0 ;bank0'a geç komutun HEX karşılığı binary olarak (14 bit uzunluğunda) 1283h = 01 0010 1000 0110 bit üzerinden uygulanan komutlar tablosundan BCF f,b Î 01 00bb bfff ffff karşılık gelmektedir. Burada bbb = 101 ile 3. bit kayıtçı olarak da 000 0110 STATUS kayıtçısı kullanılmaktadır. 27. Satır 0005 30FF 00027 movlw b'11111111' komutun HEX karşılığı binary olarak (14 bit uzunluğunda) 30FFh = 11 0000 1111 1111 veri işleme ve kontrol komutlar tablosundan MOVLW k Î 11 00xx kkkk kkkk karşılık gelmektedir. Burada xx herhangi ve kkkk kkkk = 1111 1111 değeridir. 33. Satır 000A 2809 00033 goto test komutun HEX karşılığı binary olarak (14 bit uzunluğunda) 2809h = 10 1000 0000 1100 veri işleme ve kontrol komutlar tablosundan GOTO k Î 10 1kkk kkkk kkkk karşılık gelmektedir. Burada dallanılacak adres kkk kkkk kkkk = 000 0000 1100 yani 32. satırda belirtilen 0009 bellek adresindeki komuttur.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-77

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bugün 4. Mikroişlemci Temelli Sistemlerde Bellek ve Çevre Birimleri ile Haberleşme • • • •

Bellek Birimi Bellek Çeşitleri Bellek Organizasyonu Bellek Okuma/Yazma Diyagramları

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-78

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

4.1 Bellek Birimi •

• •

Mikroişlemci temelli sistemlerde en önemli birimlerden biri olan bellek, merkezi işlem biriminin yapacağı işi belirleyen programın saklandığı ve verilerin alınıp kullanıldığı veya değerlerinin değiştirildiği birimdir… Bellek ile merkezi işlem birimi haberleşmesinde Adres, Veri, Fonksiyon kodu ve Kontrol hatları kullanılır… Burada kullanılan haberleşme asenkron veri haberleşmesidir. Senkron haberleşmede veri saat darbeleri ile sırasıyla belirli bir düzende gerçekleşir. Asenkron haberleşmede ise bir işlemin bitmesi beklenir.

Kontrol Birimi Arithmatik Lojik Birimi

Adres Hattı

Bellek

Veri Hattı

Kontrol Hattı

Program Deposu

Veri Deposu

Kayıtçılar

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-79

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

4.2. Bellek Çeşitleri • •

•

Mikroişlemci temelli sitemlerde tasarımcı belleği büyüklüğü ve performansına göre seçer… Kullanım yerlerine göre bellekler; i) Ana Bellek; Bir mikroişlemci / merkezi işlem biriminin doğrudan adres ve veri yolu aracılığı ile erişebileceği bellektir. Bu bellek referans komutunun yürütümü sırasında üzerindeki okuma ve yazma işlemi yapılan bellek alanıdır. Yürütülen programın komut kodlarını saklar… ii) Yedek Bellek; Saklama birimleri olarak da adlandırılır. Mikroişlemcinin doğrudan değil de bir arayüz ile ulaşıp veri okuyup yazdığı (manyetik disk yada bant gibi) elemanlardır. Burada saklı olan programlar veya veriler önce ana belleğe oradan da mikroişlemciye aktarılır. PIC mikrodenetleyicisinde ana bellek PIC içerisinde yerleştirilmiştir. Gerekli görüldüğünde PIC ile tasarlanan sisteme yedek bellek eklenebilir. EEPROM gibi… Bakınız ders kitabı ilerleyen konular…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-80

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Çeşitleri(devam) •

Yapılarına göre bellekler; Yarı-iletken Bellek (Semiconductor memory) i) Rasgele-Erişilebilir Bellek, (RAM, Random-access memory); Bellek cipinde herhangi bir noktaya aynı zamanda erişilir. Hem okuma hem de yazma işlemi yapıldığı için ana bellek için de kullanılır. • •

ii)

Sadece-Okunur Bellek, (ROM, Read-only memory); İşlemci tarafından sadece okunabilir fakat yazılamaz. Genellikle üretim sırasında yada özel yazmaçlar ile program yazılan ve sistemde sadece bilgi okunan bellek olup bilgi saklamak için kullanılır. • • • • •

iii)

Dinamik rasgele-erişilebilir bellek, Dynamic RAM (DRAM): DRAM cipinin içeriğini düzenlemek için periyodik olarak tazelemek gerekir. Statik rasgele-erişilebilir bellek, Static RAM (SRAM): Periyodik tazeleme gerekli değildir.

Maske-programlanan sadece-okunur bellek, Mask-programmed ROM (MROM): Üretildiğinde programlanır. Programlanabilen sadece-okunur bellek, Programmable ROM (PROM): Bellek cipi kullanıcı tarafından programlanabilir. Silinir Programlanabilen ROM, Erasable PROM (EPROM) Elektriksel Silinir Programlanabilen ROM, Electrically EPROM (EEPROM) FLASH Bellek, birçok defalar yazılıp silinebilen bellek…

Sıralı Erişimli Bellek, (?AM, ??-access memory); İşlemci tarafından belleğin herhangi bir yerine sıra ile erişilebilir, okunur yazılır. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-81

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Çeşitleri(devam) •

•

Tasarımcı açısından belleğe erişim süresi ve maliyeti önemlidir!!! • Erişim Süresi; bellek okuma/yazma sinyalinin etkin duruma gelmesi ile bellek çıkış hattında verinin kullanılabilir olması arasında geçen süredir. Mikroişlemci temelli sistemlerde bu sürenin belirlenen en yüksek değerden daha düşük tasarlanması gerekir. Bazı bellekler mikroişlemciye göre yavaş kalır ki bu durumda bellek beklenir. • Maliyet ise, mikroişlemci temelli sistemlerde yapılacak işe göre belirlenen diğer önemli faktördür. Teknoloji ve veri saklama sürelerine göre bellekler; i) Statik Bellek; Veriler yasıldığı yer üzerinde başka bir veri yazılıncaya kadar eğer bellek kalıcı değil ise besleme kapatılıncaya kadar silinmeden kalır. Bu belleklerde çapraz bağlanmış transistörler ile oluşturulan flip-flop devreleri bulunur. ii) Dinamik Bellek; Kullanılan alan etkili transistörler sayesinde kapasite elemanının belirli bir süre içerisinde yazılan verileri kaybederler. Dolayısı ile verilerin tekrar tazelenmesi gerekir. Ancak kullanılan eleman sayısını azlığı sayesinde ucuzdur ve tercih edilir..

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-82

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

4.3. Bellek Organizasyonu •

• • • • • •

Genelde bellek devre düzenlemesinin seçimi ve tararımı, donanım tasarımı aşamalarında sonda yer alır. Bunu nedeni mikroişlemci temelli sitemlerde RAM ve ROM/PROM/EPROM belleği büyüklüklerinin belirlenmesi yazılım tasarımı ve bunun için gerekli bellek alanı ihtiyacına göredir… Bu aşamada RAM ve ROM a ayrılan adres blokları önemlidir. Seçilen belleğin büyüklüğü kaç bellek entegresi kullanılarak sağlanır sorusunu adres kod çözme yaklaşımları ile sonuçlandırılır. Bellek elemanları tek parça olabilecekleri gibi bir yığın halinde de olabilirler. Haritalandırma önce kağıt üzerinde yapılır sonra asıl devre kurulur. Bu durumda, ekonomik, güvenilir, test edilebilir, az alan kaplayan, hızlı, az güç harcayan, çok kullanımlı gibi komular dikkate alınarak adres kod çözme yaklaşımları belirlenir. Örnek; Motorola 68K da kullanılabilir bellek 23 adres hattından dolayı 2^23 ile 16 Mbyte dır. Dolayısıyla bellek yapısı 00 0000h – FF FFFEh adresleri ile belirlenir. Burada 00 000h adresi belleğin tabanı FF FFFEh adresi belleğin tavanı olarak adlandırılır. Bu adres alanını bloklar halinde bellek haritasını oluşturursak; 00 0000h – 00 FFFEh Æ Blok 1 10 0000h – 10 0FFEh Æ Blok 2 F0 0000h – FF FFFEh Æ Blok 3 Not: Her blok farklı bellek alanını haritalandırdı ve farklı büyüklükte… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-83

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Adresleme (Memory Addressing) - Bellek adreslenebilen yerlerden oluşur - Bellek pozisyonunu 2 parçadan oluşur: adres ve içerik (content) içerik

adres

- CPU ve bellek arasındaki veri transferi (data transfer) adres hattı (address bus) ve veri hattı (data bus) ile yapılır. adres hattı bellek

CPU veri hattı

bellek seçme oku/yaz CPU - bellek veri transferi dış görünüm EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-84

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Organizasyonu(devam)

00 0000h

•Örnek bellek haritası... 00 0000h – 00 FFFEh Æ Blok 1 ( 64 K x 8) 10 0000h – 10 0FFEh Æ Blok 2 ( 4 K x 8) F0 0000h – FF FFFEh Æ Blok 3 (1024 K x 8) olacak şekilde üç farklı bellek kullanılabilir. Bununla birlikte her bir blok için aynı uzunlukta birkaç bellekten de yararlanılabilir. Bu durumda adres kod çözme yaklaşımları farklı olacaktır… •Burada her bir bellek yongasının seçme fonksiyonu adres hattına bağlıdır. Yani, örneğimizdeki bellek yerleşimi dikkate alındığında seç1 = F1(A17,…,A23) seç2 = F2(A13,…,A23) veri hattı seç3 = F3(A21,…,A23)

Blok 1

00 FFFEh Boş 10 0000h

Blok 2

10 0FFEh Boş F0 0000h

Blok 3

FF FFFEh

Blok 1

Blok 2

Blok 3

00 0000h 00 FFFEh

10 0000h 10 0FFEh

F0 0000h FF FFFEh

adres hattı oku/yaz

seç1

seç2

seç3

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-85

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Organizasyonu(devam) •

•

Tek bir bellek entegresi var ise sorun olmadan adres kod çözme doğrudan yapılır. Ancak birçok mikroişlemci tabanlı sistemde birden fazla bellek yongası kullanılır. Her bir bellek yongasını aktif hale getirecek kontrol sinyalleri üretilir. Bu işlemler adres kod çözme ile gerçeklenir. Adres kod çözme; Sistem tasarımcısının kullandığı bellek elemanlarını alıp kullanılan mikroişlemcinin adres alanına haritalandırması işlemleridir. i) Tam adres kod çözme; Bu yaklaşımda sistem adres veri hattında her bir bellek parçası tek ve kendine ayrılmış adresleme pozisyonuna sahiptir. ii) Parçalı adres kod çözme; Tam adres kod çözmede birçok eleman kullanılır. Bunu için adres hattını tümü tam adres kod çözmede olduğu gibi kullanılmadan daha basit bir yapı ile kod çözme yapılır. Daha az eleman nedeniyle daha ucuzdur… iii) Blok adres kod çözme; Tam adres kod çözme ve parçalı adres kod çözme arasında olan bu yaklaşımda belleğin kullanılan alanı bloklar halinde parçalanır ve kod çözme yapılır. Gerekirse bu bloklar kendi içlerinde de parçalanır. Bu blokların her birine tam adres kod çözme yaklaşımı uygulanır.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-86

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Organizasyonu(devam)

00 0000h

•Örnek bellek haritası...

Blok 1

00 FFFEh

00 0000h – 00 FFFEh Æ Blok 1 ( 64 K x 8) 10 0000h – 10 0FFEh Æ Blok 2 ( 4 K x 8) F0 0000h – FF FFFEh Æ Blok 3 (1024 K x 8)

Boş 10 0000h

Blok 2

10 0FFEh

seç1 = F1(A17,…,A23) seç2 = F2(A13,…,A23) seç3 = F3(A21,…,A23)

Boş F0 0000h

Blok 3

FF FFFEh

veri hattı Blok 1

Blok 2

Blok 3

00 0000h 00 FFFEh

10 0000h 10 0FFEh

F0 0000h FF FFFEh

adres hattı oku/yaz

seç1

seç2

seç3

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-87

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

4.4. Bellek Okuma/Yazma • • •

•

Mikroişlemci temelli sitemlerde bellekten yada giriş/çıkış biriminden bir kelime veya bir byte okuma/yazma işlemini inceleyelim… Okuma/yazma işleminin tamamlandığı bir dizi işleme Okuma/Yazma Evresi (Read/Write Cycle) denir. Bu işlemlerde iki kısım vardır; • Okuyan-Okunan • Yazan-Yazılan ve burada işlemi yapan yani okuma/yazma işlemini gerçekleştirip sistem hattını kontrol eden (Okuyan/Yazan) Hat Üstadı (Bus Master) ve bellek birimi (Okunan/Yazılan) de Köle (Slave) olarak isimlendirilir. Okuma/Yazma Evresini zamanlama diyagramları ve bunları ifade eden akış diyagramları (algoritma) ile beliririz.

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-88

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Okuma/Yazma(devam) •

Okuma İşlemi;

1.

Saat işaretinin değişimiyle (1 den 0 a gelmesiyle), adres bilgisi adres yoluna koyulur. Adres yolu üzerinde adres bilgisinin oluşmasının ardından bellek seçici ile ilgili bellek entegresi seçilir. Belleğin seçilmesinin ardından oku emrinin gönderilmesi ile, adreslenerek seçilen bellek hücresinin içeriği veri yoluna koyulur. Veri yoluna aktarılan veriler, ilk olarak belirlenen adreslerin adres yolu üzerinde kaldığı, bellek seçicinin atkin olduğu ve OKU/YAZ girişi 1 olduğu sürece veri yolu üzerinde görülmeye devam eder…

2. 3.

SAAT ADRES SEÇİCİ OKU/YAZ VERİ EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-89

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bellek Okuma/Yazma(devam) •

Yazma İşlemi;

1.

Saat işaretinin değişimiyle (1 den 0 a gelmesiyle), adres bilgisi adres yoluna koyulur. Yazılacak veri veri yolu üzerine koyulur. OKU/YAZ girişi yaz konumuna 0 a getirilir. Bellek seçici 0 konumuna getirilerek belleğin seçilmesi sağlanır. Bunun sonucunda, adres yolunda belirtilen bellek hücresine ulaşılacaktır. Ardından veri yolundaki veriler seçilen bellek hücresine yazılır…

2. 3. 4.

SAAT ADRES VERİ SEÇİCİ OKU/YAZ EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-90

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Bugün 5. Mikroişlemci Kesme, Altprogram ve Yığın • • •

•

•

• •

Yığın Altprogram Kesme

Yüksek seviyeli programlama dillerinde program yazarken sıklıkla kullanılan, tekrarlanan programlar ve bir süreçin durdurulması için devam eden programda araya giren kesme konuları mikroişlemci temelli sistemlerde önemli yer tutar… Bu bölümde altprogramların nasıl yazıldığı, ana program ile altprogramlar arasında değişkenlerin nasıl taşındığı incelenecek ve yapılması gereken dallanmalarda yığın kullanımı üzerinde durulacaktır. Bununla birlikte, donanım ile yazılıma yön vermede kullanılan kesme hizmet programlarına dallanma konusu üzerinde durulacaktır. PIC mikrodenetleyicisi üzerinde örnekler incelenecektir… EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-91

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

5.1 Yığın Merkezi işlem birimini incelerken Yığın incelendi. Yığın gelnellikle bellek içerisinde kullanılmaktadır ve yığın göstergesi ile ifade edilmektedir…

•

Yığın Göstericisi (SP, Stack Pointer); – RAM belleğin bir bölümü programcı tarafından veya herhangi bir komutun işlenmesi sırasında geçici olarak kullanılır. Belleğin bu bölümüne yığın denir. – Yığın göstericisi yığın adresini tutan kaydedicidir ve bununla yığının istenilen noktasına erişilebilir. – Yığına atılan verilerde son giren ilk çıkar (LIFO, Last In First Out) mantığı yani son olarak yığına giren veriyi önce çıkartarak kullanılır. Veriler

Yığın Göstericisi 3FFB

3FFB 3FFC 3FFD 3FFE

03 50 B7

YIĞIN

Yığın Başlangıç Adresi

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-92

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Yığın(devam) •

Programda komutlar peş peşe sıralanır ve bunlar sırasıyla bellekten büyüyen adres yönünde alınarak işlenir. Yığında ise büyük adresten küçüğe doğru bir komut işleme akış yönü söz konusudur. Böylece düşük adresten başlayan programın sonu ile yüksek adresten başlayarak aşağı doğru sarkan yığın adresleri kesişmez…

•

Yığının 2 tür kullanımı üzerinde durulur: 1. 2.

Verilerin yığına atılması ve tekrar alınarak işlenmesi… Merkezi işlem birimi tarafından kullanıcının denetimi dışında olan kullanım biçimi olup altprogram ve kesme hizmetleri sırasında bu bölümde inceleyeceğimiz kullanımıdır. Bu kullanımda çalışan ana programın kaldığı yerin belirlenmesi, kullanılan verilerin saklanması amacı ile yığın kullanılır.

Bellek 0000h Program

Yığın Göstergesi Yığın

FFFFh

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-93

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

5.2. Altprogram • •

• • • •

Program içinde tekrarlanma eyilimi gösteren program parçalarını tekrar tekrar yazmak yerine bu program parçalarını bir kez yazarak altprogram haline getirebiliri PIC mikrodenetleyicisinde PORTB ye bağlı LED lerin yakılmasında kullanılan gecikme altprogramı ile birçok defa kullandığımız gecikme, örn 1 sn, işlemini gerçekleştiririz. Bu örnekte gecikme bir ALTPROGRAM, hangi LED in yakılması sırasının geldiğinin belirlenmesi ise ANA program olarak işlem yapmaktadır. PIC de ana programdan altprogram bir etiket ismi, örn. gecikme, ile çağrılır ve altprograma geçilir. Altprogramın bitirilip tekrar ana programa dönülmesi return komutu ile olur. Altprogram bellekte herhangi bir adresten başlayabilir. Birden fazla altprogram kullanılabilir. Bunlar ana program içerisinde sırasıyla çağrılabilineceği gibi altprogram bir başka altprogramı da çağırarak işleyebilir. Ana programdan Altprograma dallanıldığında tekrar ana programa geri dönüşte başlanacak adres bilgisi yığında saklanır. Altprogramdan çık return komutu geldiğinde yığının tepesinde bulunan bu adres alınır ve ana program dönülür. EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-94

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Altprogram(devam) •

• •

• •

Birden fazla altprogramın iç içe kullanılmasında da dönülecek adres yığın da tutulur. Bu tutulacak adres sayısı mikroişlemcilerde sınırlıdır. PIC de 8 seviyeli yığın olduğundan maksimum 8 adres kayıtlanır… Bkz. ders kitabı sayfa 77… Bu işlemlerin gerçekleşmesi merkezi işlem birimi tarafında olacaktır. Kullanıcı sadece işlemlerin belirli aşamalarda gerçekleneceğini bilir. Altprogram kullanımında bir başka konu da altprogramda kullanılan verilerin ana programa taşınması konusu olarak karşımıza çıkar. Bu konuda da verilerin belirli adreslere yazılması ve bu adreslerden ana programda okunması yaklaşımı kullanılabilir. PIC de özellikle ana programda çalışma W kayıtçısının içeriğinin saklanması önemlidir. Altprogramda geri dönüldüğünde W kayıtçısının içeriği çoğunlukla değişmiş olacaktır!!! Altprogram ile ana program arasında verilerin taşınması amacı ile kayıtçılar da kullanılabilir… Altprogram kullanımında dikkat edilmesi gerekli önemli nokta altprogramdan çıkış komutunun koyulmasıdır!!! Bu yoksa yığından dönüş adresi çekilmeyecektir…

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-95

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

5.3. Kesme • • • • •

•

Mikroişlemci temelli sistemlerde kesme, sistemin yaptığı işlemi bir süre bırakıp, bir başka işi koşturmak ve bu iş bitince de eski işine geri kaldığı yerden devam etmek olarak tanımlanabilir… Klasik örnek videoda film seyrederken telefonun çalması… Kesme işlemi donanımsal olarak yapıldığı gibi yazılım ile de gerçekleştirilir. Kesme olduğu anlaşıldığında ana programdan çıkılarak kesme altprogramına dallanılır. Dolayısıyla yığın kullanılır. PIC mikrodenetleyicisinde karşımıza çıkan kesme kaynakları: i) RB0/INT ucuna gelen “1” veya “0” verisi ile harici kesme ii) PORTB (4., 5., 6., 7. bitleri) lojik seviye değişimi ile gelen kesme iii) TMR0,1,2 zamanlayıcı taşması kesmesi iv) Veri (EEPROM) belleğine yazma işleminin tamamlanması kesmesi v) USART TX ve RX haberleşme kesmeleri vi) Karşılaştırıcı, CCP kesmeleri Detaylı bilgi için ders kitabı sayfa 104-124

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-96

Mikroişlemciler/Mikrodenetleyiciler

Kesme(devam) •

•

PIC mikrodenetleyicisinde kesme: i) Kesme vektör adresi, 004h yi belirle ii) INTCON kayıtçısının uygun kesme bayrağını değiştir iii) Kesme altprogramını çalıştır… iv) Birden fazla kesme için kesme altprogramların çağır (örnek: sayfa 123-124) v) Altprogramdan retfie komutu ile çık vi) ve ana programa dön Detaylı bilgi için ders kitabı sayfa 104-124

EEM 448 Mikroişlemciler II No.1-97