Förutsättningar för skrivaranslutningen. Första programexemplet. Synkronisera arbetstakterna

Transkript

1 Maskinorienterad Programmering 0/0 Ur innehållet: Synkronisering: hur hanteras situationer när datorn ska kommunicera med en annan enhet med okänd arbetstakt? Vi ansluter en skrivare Undantag: Hur hanteras situationer då något oförutsett inträffar? Vi beskriver undantagshantering Vår skrivare är från början mycket enkel: Förutsättningar för skrivaranslutningen Den kan endast arbeta med ett tecken i taget. (hämtar ett tecken - skriv ut - hämta nästa) Det finns inledningsvis inga handskakningssignaler Max utskriftshastighet: 4 tecken per sekund. Med portdefinition PRINTER EQU $0800 och instruktionerna LDAA #$0 STAA PRINTER överförs hexadecimala värdet 0 till skrivaren Det lilla fönstret visar innehållet i dataregistret tolkat som ASCII. skrivarportens dataregister pappersyta, här visas utskriften Första programexemplet * Printer V_0 ORG $000 LDX #Text ; Pekare till textsträng -> X Loop LDAB,X+ ; Tecken -> B, peka på nästa BEQ Exit STAB $800 ; Skriv ut till port BRA Loop ; Fortsätt med nästa tecken Exit: NOP BRA Exit ORG $000 Text FCS Hej Du Kalle! FCB 0 Text ($000) H e j D u K a l l e! Synkronisera arbetstakterna Instruktioner/ sekund Tecken/ sekund Simulator STEP Simulator RUN Simulator RUN FAST Hårdvara? ? Lösningen blir villkorlig överföring vilket kräver ett asynkront gränssnitt 4

2 Villkorlig överföring Gränssnitt, version PrinterV_0 Mottagaren Redo? J Sänd Data till mottagaren N Mottagaren Redo? J Sänd Data till mottagaren N Statustest, kräver asynkront gränssnitt datorsystem Skrivarbuss = (Hög nivå) indikerar att skrivaren är klar att ta emot ett nytt tecken. = 0 (Låg nivå) indikerar att skrivaren är upptagen med att skriva ut ett tecken. J Init Läs nästa tecken Tecken= EOT? N Läs Status Busy Wait Polling Bit 7 Statusregister 0 =? J Överför Data till n N PrinterV_0 5 6 Programmerarens bild = (Hög nivå): skrivaren är REDO = 0 (Låg nivå): skrivaren är UPPTAGEN Bit 7 Statusregister Klarar nu situationen att centralenheten arbetar snabbare än skrivaren. Fortfarande problem då centralenheten är långsammare än skrivaren. Fortfarande problem med att få skrivaren att stoppa då sista tecknet skrivits ut. Vi behöver ytterligare handskakningssignal Tecken finns 0 * Printer V_ PRINTER EQU $0800 PSTATUS EQU $080 EOT EQU 4 ORG $000 LDX #Text Loop: LDAA,X+ CMPA #0 BEQ Exit LoopForReady: LDAB PSTATUS ANDB #4 BEQ LoopForReady STAA PRINTER LoopForNotReady: LDAB PSTATUS ANDB #4 BNE LoopForReady Exit: BRA NOP BRA Loop Exit ORG $000 Text: FCS "Hej Du Kalle!" FCB 0 test: Speciella instruktioner. LDAB $080 ; läs status ANDB #4 ; testa bit BEQ test ; om 0, fortsätt PSHB LDAB $080 ORAB # STAB $80 PULB.. Branch if bit(s) is clear test: BRCLR Set bit(s) in memory $80,#4,test BSET $080,# ; ettställ bit 7 8

3 Gränssnitt, version Skrivarbuss = (Hög nivå) indikerar för skrivaren att giltigt tecken finns att hämta på skrivarbussen. = 0 (Låg nivå) indikerar för skrivaren att skrivarbussen har ett ogiltigt värde. Bit 7 Styrregister 0 Händelser i et Inväntar = När = skrivs nästa tecken till skrivarens dataregister. Sätter = Inväntar =0 När =0 nollställs som indikation på att det inte finns giltigt tecken på skrivarbussen Händelser i skrivaren n är upptagen med att skriva ut ett tecken. =0. n är redo för nästa tecken och sätter = Inväntar = Ser att =. Läser nytt tecken från skrivarbussen. Signalerar upptagen, =0. n är upptagen med att skriva ut ett tecken. =0. * Printer V PRINTER EQU $0800 PSTATUS EQU $080 PCONTROL EQU $080 EOT EQU 4 ORG $000 LDX #Text Loop: LDAA,X+ CMPA #0 BEQ Stop Ready: BRCLR PSTATUS,#4,Ready STAA PRINTER BSET PCONTROL,# NotReady: BRSET PSTATUS,#4, NotReady BCLR PCONTROL,# BRA Loop Stop: NOP BRA Stop ORG $000 Text: FCS "Hej Du Kalle!" FCB Resultat Klarar nu situationen att centralenheten arbetar snabbare än skrivaren. Klarar nu situationen då centralenheten är långsammare än skrivaren. Klarar nu situationen med att få skrivaren att stoppa då sista tecknet skrivits ut μs Lösningen är dock hopplöst ineffektiv med tanke på hur vi utnyttjar systemet Verkligt "arbete" Processorn väntar på skall gå hög 50 ms μs Introduktion till Undantagshantering Avbrottssignal Skrivarbuss Huvudprogram Avbrottsrutin som skriver ut ett tecken Interrupt ReQuest (), begäran om avbrott s Skrivar buss Avbrottsrutinen utförs och ett tecken skickas till skrivaren Processorn utför annat viktigt arbete 00 ms s

4 Avbrottshantering Skrivarport Version 5, med avbrott Huvudprogram Avbrott 5 6 Avbrottsrutin Betjäna avbrottet 4 RTI ) Huvudprogram exekveras när ett avbrott aktiveras ) Hopp till avbrottsrutin ) Avbrottsrutin startar 4) Avbrottsrutin avslutas med en speciell instruktion, return from interrupt (RTI) 5) Återhopp till huvudprogram 6) Huvudprogrammet fortsätter. Minne Skrivarbuss Adress avkodning Skrivar buss "" D C R Q Q FFF FFF Avbrottsrutinens adress avbrottsvektor A A 0 R/W Denna lösning genererar ALLTID avbrott då skrivarens teckenbuffert är tom. 4 Skrivarport, Version 6 Avbrottsvippa I den sista versionen kan vi stänga av avbrotten från skrivaren. Disable Interrupt Aktivera avbrott Lämnas som självverksamhet Deaktiverar avbrottsignalen 5 6

5 Kvittering av avbrott Interrupt Acknowledge EXEMPEL: ( jfr: laborationskort ML9) Aktivera avbrott EXEMPEL, Arbetsbok uppgift 67 ( Irq.s ) ; Definitioner, initieringssekvens ; och avbrottsvektor Port EQU $0400 Port EQU $040 IrqStat EQU $0D00 IrqRes EQU $0D0 IrqRes EQU $0D0 ORG $000 ; Nollställ våra variabler CLR Var CLR Var CLR IrqRes CLR IrqRes ; Initiera avbrottsvektor LDX #IrgR STX $FF ; Huvudprogram main_loop INC MOVB BRA ; Variabler Var RMB Var RMB Var Var,Port main_loop ; Sätt om avbrottsmasken hos processorn CLI Deaktivera ( kvittera ) avbrott Status hos avbrottskällor 7 8 uppgift 67, forts. Exekveringstillstånd Processorn befinner sig alltid i något av tillstånden: EXEMPEL PÅ UNDANTAGSTYPER * Avbrottsrutin IrqR: LDAA IrqStat BITA # ; Event? BEQ IrqR ; Om inte prova nästa CLR IrqRes INC Var ; Räkna upp IrqR: * Kontrollera även Event BITA # BEQ IrqR CLR IrqRes CLR Var ; Nollställ IrqR: RTI IrqStat EQU $0D00 IrqRes EQU $0D0 IrqRes EQU $0D0 NORMAL, processorn hämtar och utför instruktioner, dvs. normal exekvering. EXCEPTION, något undantag har inträffat som gör att processorn inte kan (eller ska) fortsätta normal exekvering. NORMAL EXCEPTION NORMAL EXCEPTION 9 0

6 Starta undantagshantering Spara registerinnehåll Atomär operation PUSH PC PUSH Y PUSH X PUSH D PUSH CCR minskande adress ökande adress SP Stackens utseende i avbrottsrutin CCR ACCB ACCA X H X L Y H Y L PC H PC L Avslut av undantagshantering ReTurn from Interrupt, RTI Atomär operation PULL CCR PULL D PULL X PULL Y PULL PC Innehåll i processorns register CCR vid avbrottet Innehåll i processorns register (Y,X och D) vid avbrottet Innehåll i processorns programräknare vid avbrottet, dvs adressen till instruktion som ska utföras efter avbrottet Undantagstyper POR MPU COP CMON EXCEPTION AVBROTT IOF INTP X INTERNA MPU, händelser som alltid föranleder återstart () av processorn. AVBROTT, externa händelser, dvs. utanför processorn, detta kan alltså vara enheter på samma krets som processorn (sammanbyggda periferienheter), det kan också vara en speciell insignal ( eller X) som aktiveras. INTERNA, händelser som uppträder under programexekvering, exempelvis att en otillåten instruktion avkodas (IOF) eller den speciella instruktionen. CPU X Fatala fel, kräver av CPU POR, Power On Reset, vid spänningstillslag, insignal till processorn aktiveras. COP, Computer Operating Properly, så kallad watchdog-funktion. CMON, Clock Monitor Reset, övervakar E-klockan, om frekvensen sjunker under 0 khz genereras. Adress (hex) FFFE FFFC FFFA FFF8 FFF6 FFF4 FFF FF00-FFF0 POR CPU COP CMON Funktion, Startvektor Clock Monitor Fail COP Watchdog Timeout Illegal Op Code X Enhetsspecifika vektorer, skiljer sig något beroende på olika varianter Interna undantag Om processorn avkodar en otillåten operationskod kallas detta Illegal Opcode Fetch (IOF). Processorn avbryter då, sparar registerinnehåll på stacken, Läser vektorn för IOF och utför undantagshantering. Instruktionen SoftWare Interrupt () fungerar på samma sätt, men har en annan vektor och en bestämd operationskod. Adress (hex) FFFE FFFC FFFA FFF8 FFF6 FFF4 FFF FF00-FFF0 IOF INTERNA Funktion, Startvektor Clock Monitor Fail COP Watchdog Timeout Illegal Op Code X Enhetsspecifika vektorer, skiljer sig något beroende på olika varianter 4

7 EXEMPEL, Hantera Software Interrupt, Internt genererade avbrott AVBROTT ORG $000 main LDAB #$ LDAA #$ LDX #$ LDY #$4444 NOP NOP BRA main _hantering: CLRA NOP RTI ORG FDB $FFF6 _hantering Adress (hex) Funktion FFFE, Startvektor FFFC Clock Monitor Fail FFFA COP Watchdog Timeout FFF8 Illegal Op Code FFF6 FFF4 X FFF FF00-FFF0 Enhetsspecifika vektorer, skiljer sig något beroende på olika varianter INTP X Adress (hex) Funktion FFF0 Real Time Interrupt FFEE Enhanced Capture Timer channel FFEC Enhanced Capture Timer channel FFEA Enhanced Capture Timer channel.. FF8E Port P Interrupt FF8C PWM Emergency Shutdown FF8A- Reserverade FF Externt genererade avbrott CPU X X CCR = 0000 REGISTERS->[SP] REGISTERS->[SP] PC=[FFFE,FFFF] CCR[I]= CCR[I]= PC=[FFF4,FFF5] PC=[FFF,FFF] AVBROTT INTP X Adress (hex) FFFE FFFC FFFA FFF8 FFF6 FFF4 FFF FF00-FFF0 Funktion, Startvektor Clock Monitor Fail COP Watchdog Timeout Illegal Op Code X Enhetsspecifika vektorer, skiljer sig något beroende på olika varianter Maskering av avbrott Maskera avbrott: SEI Alternativt ORCC #% Demaskera avbrott: CLI Alternativt ANDCC #%0 Demaskera X-avbrott: ANDCC #%0 OBS: Kan INTE maskeras ( Non Maskable Interrupt ) 7 8

8 Undantags prioriteter Multipla avbrottskällor. MPU och INTERNA, (alltid). X, (om X i CCR är 0)., (om I i CCR är noll) EXCEPTION CPU X Källa Källa Källa & CPU Avbrottsingång aktiv låg Avbrottshanterare JA från "? JA från "? Betjäna avbrott " Betjäna avbrott " MPU INTERNA POR COP CMON AVBROTT IOF Avbrottskällornas inbördes prioritet bestäms i avbrottshanteraren. Betjäna avbrott " INTP X RTI 9 0 Hårdvarubaserad avbrottsprioritering För avbrott från interna kretsar bestäms prioriteten av avbrottsvektorns adress. Ju högre adress, desto högre prioritet. Högre prioritet Lägre prioritet Adress (hex) Funktion FFF0 Real Time Interrupt FFEE Enhanced Capture Timer channel FFEC Enhanced Capture Timer channel FFEA Enhanced Capture Timer channel FFE8 Enhanced Capture Timer channel FFE6 Enhanced Capture Timer channel 4 FFE4 Enhanced Capture Timer channel 5 FFE Enhanced Capture Timer channel 6 FFE0 Enhanced Capture Timer channel 7 FFDE Enhanced Capture Timer overflow FFDC Pulse accumulator A overflow FFDA Pulse accumulator input edge FFD8 SPI0 FFD6 SCI0 FFD4 SCI FFD ATD0 FFD0 ATD FFCE Port J FFCC Port H FFCA Modulus Down Counter underflow FFC8 Pulse Accumulator B Overflow FFC6 PLL lock FFC4 CRG Self Clock Mode FFC Används ej (BDLC) FFC0 IIC Bus FFBE SPI FFBC Reserverad FFBA EEPROM I-Bit FFB8 FLASH I-Bit FFB6 CAN0 wake-up FFB4 CAN0 errors FFB CAN0 receive FFB0 CAN0 transmit FF96 CAN4 wake-up FF94 CAN4 errors FF9 CAN4 receive FF90 CAN4 transmit FF8E Port P Interrupt FF8C PWM Emergency Shutdown FF8A- Reserverade FF80 Vektoravbrott Processor 7 PC INTA 4 5 Databuss Adressbuss INTA Somliga periferikretsar konstrueras för att tillhandahålla avbrottsvektor (kan ej anslutas till HCS) Yttre enhet Vektor Reg Vektor q Minne Adress (Vektor q) avbrottsrutin p avbrottsrutin q avbrottsrutin r 6

9 Prioritet vid vektoravbrott (Daisy chain) INTA In S YE Out Vektor nr In Databuss S YE Out Vektor nr In S YE Out Vektor nr Vektor nr 0 (Adress i) Vektor nr (Adress i+p) Vektor nr max (Adress i+max) avbrottsrutin 0 avbrottsrutin avbrottsrutin max EXEMPEL, ColdFire (MC68x00) Adress Vektor (offset) nr (hex) Funktion Initial stackpekare 004 Initial programräknare vektor 008 Access Error (ex: referens till adress där minne/periferikrets ej finns) 00C Adress Error (ex: referens till udda adress med word operand) 4 00 Illegal instruktion (icke-definierad operationskod) 5 04 Division med 0 6,7 08, 0C Reserverade 8 00 Privilege Violation, försök att utföra supervisor-instruktion i user mode 9 04 Trace, en-instruktions exekvering 0 08 Line 00, reserverad operationskod 0C Line, reserverad operationskod 00 Non-PC breakpoint debug interrupt 04 PC breakpoint debug interrupt 4 08 Format error 5 0C Avbrott från enhet som ej tillhandahållit avbrottsnummer F Reserverade vektorer Icke-identifierat avbrott Autovektor avbrottsnivå Autovektor avbrottsnivå 7 06C Autovektor avbrottsnivå Autovektor avbrottsnivå 4 Autovektor Autovektor avbrottsnivå 5 avbrott Autovektor avbrottsnivå 6 07C Autovektor avbrottsnivå BF Trap vektor för instruktionen TRAP #<vektor_nummer> C0-0FF Undantag vid flyttalshantering, Reserverade vektorer FF Användardefinierade vektorer Vektoravbrott Undantag genererade av program 4