2020-09-24
232
Битовые операции. Маски. Примеры установки, изменения и сброса бит в регистрах.
Зачем вообще нужно уметь работать с битами:
- Гибкая и быстрая работа напрямую с регистрами микроконтроллера (в том числе для написания библиотек)
- Более эффективное хранение данных (упаковка нескольких значений в одну переменную и распаковка обратно)
- Хранение символов и другой информации для матричных дисплеев (упаковка в один байт)
- Максимально быстрые вычисления
- Работа со сдвиговыми регистрами и другими подобными железками
- Разбор чужого кода
В распространённых языках программирования встроенными средствами реализуются только четыре побитовые (битовые) логические операции: И, ИЛИ, НЕ и исключающее ИЛИ. Для задания произвольной побитовой логической операции вполне достаточно перечисленных операций.
Битовая маска
Битовая маска — определённые данные, которые используются для маскирования — выбора отдельных битов или полей из нескольких битов из двоичной строки или числа. Битовую маску возможно использовать для получения значения бита.
|
|
|
Включение, выключение, переключение или запрашивание сразу нескольких бит можно осуществить в одной битовой операции. Когда мы соединяем отдельные биты вместе, в целях их модификации как группы, то это называется битовой маской.
КАК УСТАНОВИТЬ, СБРОСИТЬ, ПРОВЕРИТЬ НУЖНЫЙ БИТ ИЛИ БИТОВЫЕ
ОПЕРАЦИИ
Для тех кому надо освежить знания оставлю тут памятку, более подробно эти операции будут рассмотрены в статье.
установить нулевой бит
PORTB | = 0x01;
сбростить нулевой бит
PORTB &= ~0x01;
проверить установлен ли бит
if(PORTB & 0x01)
{
}
инвертировать значение нулевого бита
#define LED 0x01
PORTB ^= LED;
Таким образом, мы установили нулевой бит в 1, а все остальные в 0, то есть мы переопределили все биты порта. А что если мы хотим установить в 1 только нулевой бит и не задеть остальные? В таком случае нужно воспользоваться побитовым ИЛИ.
установить нулевой бит в единицу
PORTB = PORTB | 0x01;
или воспользовавшись составным присваиванием
PORTB | = 0x01;
Прерывания МК. Внешние и внутренние прерывания. Вектор прерываний. Команды разрешения и запрещения прерываний. Алгоритм выполнения программы и ее структура при использовании прерываний. Принципы написания обработчика прерывания
Подсистема прерываний МПС
Подсистема прерываний - совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих реакцию программы на события, происходящие вне программы. Такие события возникают, как правило, случайно и асинхронно по отношению к программе и требуют прекращения (чаще временного) выполнения текущей программы и переход на выполнение другой программы (подпрограммы), соответствующей возникшему событию.
|
|
|
Прерывание (interrupt) – это сигнал, заставляющий ЭВМ менять обычный порядок выполнения команд процессором.
Прерывания
Это аппаратные события. Ведь у микроконтроллера кроме ядра есть еще дофига периферии. И она работает параллельно с контроллером. Пока контроллер занимается вычислением или гоняет байтики по памяти — АЦП может яростно оцифровывать входное напряжение, USART меланхолично передавать или принимайть байтик, а EEPROMка неспеша записывать в свои тормозные ячейки очередной байт.
А когда периферийное устройство завершает свою работу оно поднимает флаг готовности. Мол, чувак, у меня все пучком, забирай результат. Процессор может проверить этот флаг в общем цикле и как то его обработать.
Но некоторые события в принципе не могут ждать, например USART — вовремя не обработаешь входящий байт, считай провафлил передачу, т.к. передающий девайс пошлет второй, ему плевать успел ты его обработать или нет. Для таких срочных дел есть прерывания.
У AVR этих прерываний с полтора десятка наберется, на каждое переферийное устройство по прерыванию, а на некотрые и не по одному. Например, у USART их целых три — Байт пришел, Байт ушел, Передача завершена.
Как это работает
Когда случается прерывание, то процессор тут же завершает текущую команду, пихает следующий адрес в стек (точно также как и при CALL) и переходит… А куда, собственно, он переходит?
А переходит он на фиксированный вектор прерывания. За каждым аппаратным прерыванием закреплен свой именной адрес. Все вместе они образуют таблицу векторов прерывания. Расположена она в самом начале памяти программ
Внутренние и внешние прерывания
Различают внутренние и внешние (по отношению к процессору) события, требующие реакции подсистемы прерываний. К внутренним событиям относятся переполнение разрядной сетки при выполнении арифметических операций, попытка деления на 0, извлечение корня четной степени из отрицательного числа и т.п., появление несуществующего кода команды, обращение программы в область памяти, для нее не предназначенную, сбой при выполнении передачи или операции в АЛУ и многое другое. Внутренние прерывания должны обеспечиваться развитой системой аппаратного контроля процессора, поэтому они не получили широкого распространения в простых 8- и 16-разрядных МП.
Внешние прерывания могут возникать во внешней по отношению к процессору среде и отмечать как аварийные ситуации (кончилась бумага на принтере, температура в реакторе превысила допустимый уровень, исполнительный орган робота дошел до предельного положения и т.п.), так и нормальные рабочие события, которые происходят в случайные моменты времени (нажатие клавиши на клавиатуре, исчерпан буфер принтера или ВЗУ и т.п.). Во всех этих случаях требуется прервать выполнение текущей программы и перейти на выполнение другой программы (подпрограммы), обслуживающей это событие.
Векторы прерываний
Адреса программ, соответствующих различным прерываниям, собраны в таблицу, которая называется таблицей векторов прерываний.
Для микропроцессора требуется простой способ определения местоположения программы обработки прерывания и это осуществляется путем использования таблицы векторов прерываний.
Таблица векторов прерываний занимает первый килобайт оперативной памяти — адреса от 0000:0000 до 0000:03FF. Таблица состоит из 256 элементов — FAR-адресов обработчиков прерываний. Эти элементы называются векторами прерываний. В первом слове элемента таблицы записано смещение, а во втором — адрес сегмента обработчика прерывания. Векторами являются просто полные адреса памяти программы (в сегментированной форме), которая должна быть активизирована в случае возникновения прерывания.
|
|
|
Прерыванию с номером 0 соответствует адрес 0000:0000, прерыванию с номером 1 — 0000:0004 и т.д. Адрес такой состоит из пары 2-байтовых слов, поэтому каждый из векторов занимает четыре байта.
Ниже приведено назначение некоторых векторов:
| 0 | Ошибка деления. Вызывается автоматически после выполнения команд DIV или IDIV, если в результате деления происходит переполнение (например, при делении на 0). |
| 2 | Аппаратное немаскируемое прерывание. Это прерывание может использоваться по-разному в разных машинах. Обычно вырабатывается при ошибке четности в оперативной памяти и при запросе прерывания от сопроцессора. |
| 5 | Печать копии экрана. Генерируется при нажатии на клавиатуре клавиши PrtScr. Обычно используется для печати образа экрана. |
| 8 | IRQ0 — прерывание интервального таймера, возникает 18,2 раза в секунду. |
| 9 | IRQ1 — прерывание от клавиатуры. Генерируется при нажатии и при отжатии клавиши. Используется для чтения данных от клавиатуры. |
Механизм обработки прерываний
При обработке каждого прерывания должна выполняться следующая последовательность действий:
§ Восприятие запроса на прерывание: прием сигнала и идентификация прерывания.
§ Запоминание состояния прерванного процесса: определяется значением счетчика команд (адресом следующей команды) и содержимым регистров процессора.
§ Передача управления прерывающей программе (в счетчик команд заносится начальный адрес подпрограммы обработки прерываний, а в соответствующие регистры – информация из слова состояния процессора).
§ Обработка прерывания.
§ Восстановление прерванного процесса и возврат в прерванную программу.
Главные функции механизма прерывания:
1. распознавание или классификация прерываний.
2. передача управления соответственно обработчику прерываний.
3. корректное возвращение к прерванной программе (перед передачей управления обработчику прерываний содержимое регистров процессора запоминается либо в памяти с прямым доступом либо в системном стеке).
|
|
|
Типы прерываний
Прерывания, возникающие при работе вычислительной системы, можно разделить на 4 группы:
Существует несколько способов управления прерываниями - их разрешения или запрещения:
Управление на уровне процессора
При входе в программу-обработчик автоматически устанавливается в "0" разряд IF регистра состояния, чем запрещается выполнение любых иных прерываний. Для того, чтобы не нарушать работу ПК (обработку прерываний от таймера, клавиатуры и т.п.) желательно как можно раньше разрешить выполнение прерываний с более высокими приоритетами командой Sti.
Часто при выполнении критических участков программ для того, чтобы гарантировать выполнение определенной последовательности команд целиком приходится запрещать прерывания. Это можно сделать командой Cli. Ее нужно поместить в начало критической последовательности команд, а в конце расположить команду Sti, разрешающую процессору воспринимать прерывания. Команда Cli запрещает только маскируемые прерывания.
