Программирование микропроцессорных систем

Основные положения. Использование в микропроцессорных системах (МПС) принципа программного управления, возможность изменять функционирование МПС путем изменения программы, обеспечивая логическую гибкость МПС, позволяет применять один и тот же МП в различных приложениях.

Под программным обеспечением (ПО) понимается совокупность программ, используемых в процессе подготовки и решения задач на МПС [8]. Программное обеспечение МПС состоит из 3 частей:

прикладного ПО — совокупности программ для решения прикладных задач проектируемой МПС;

ПО разработки программ, которое представляет собой совокупность программ, используемых в качестве вспомогательных средств на всех этапах разработки программ для МПС — от ввода программ на исходном языке до проверки функционирования программ в реальном масштабе времени;

ПО вычислительного процесса — совокупности программ, предназначенных для организации вычислительного процесса в МПС и для контроля ее функционирования.

Языки программирования для МПС делятся на три основных класса: машинные языки (коды), языки ассемблера, языки высокого уровня.

Единственный язык, непосредственно понимаемый аппаратурными средствами МПС,— машинный язык, т. е. коды команд, которые дешифрируются микропроцессорной системой, выполняющей задаваемые этими кодами действия.

Коды команд представлены обычно в двоичном, восьмиричном или шестнадцатиричном коде и могут вводиться с клавиатуры в устройство подготовки данных, в ППЗУ и ОЗУ МПС. При этом нужно хорошо помнить коды команд, правильно размещать в памяти команды и данные. Программы на машинном

языке трудночитаемы, в них сложно вносить изменения, их трудно составить без ошибок. Но машинный язык дает максимальную гибкость реализации технических возможностей мик-роЭВМ.

В языках ассемблера вместо кодов команд используются их символические буквенные обозначения, что облегчает программирование и чтение программы. Программы на языке ассемблера не воспринимаются непосредственно МПС, используются специальные программы трансляции — ассемблеры, переводящие программы в машинные коды. Ассемблеры позволяют применять все аппаратурные возможности программируемого микропроцессора, оптимально использовать память и возможности как центрального процессора, так и периферийных схем.

На языке ассемблера программируется операционная система микроЭВМ или, по крайней мере, наиболее ответственные и «узкие» места в такой системе. Этот язык особенно ценен для создания систем обработки данных в режимах реального времени.

Каждый язык ассемблера является машинно-зависимым языком и отражает, в частности, состав программно-доступных регистров той микроЭВМ, для которой он создан.

Алфавит языка ассемблера содержит прописные буквы латинского языка от А до Z; десятичные цифры от 0 до 9; специальные знаки, знаки арифметических операций, разделители, пробел; управляющие символы формата ВК. (возврат каретки); перевод формата (ПФ); горизонтальную табуляцию (ГТ). В комментариях, операнде директивы, при преобразовании одного или двух знаков в код используются также буквы русского алфавита.

Программа на языке ассемблера состоит из последовательности предложений, или операторов, и называется исходной программой или исходным модулем. Оператор содержит четыре поля: метки, операции, операндов, комментария. Поле метки служит для записи символического имени данного оператора, начинающуюся с буквы, алфавитно-цифровую последовательность знаков (не более 8).

Поле операции содержит мнемоническую буквенную запись операции, выполняемой оператором. Для операторов машинных команд мнемокодом операции является мнемокод, соответствующий машинной команде.

Поле операндов отведено для одного или нескольких операндов, которые отделяются запятыми. В качестве операндов могут быть числа, символические имена и выражения, где используются знаки арифметических операций.

В поле комментария дается текст, служащий для пояснения оператора или фрагмента исходной программы.

В языках ассемблера выделяют следующие группы операторов:

1. Операторы машинных команд, которые в результате трансляции (ассемблирования) преобразуются в машинную команду данной МикроЭВМ.

2. Операторы псевдокоманд служат для описания переменных и констант, резервирования памяти, управления счетчиком команд, задания начала и конца программного модуля и т. п.

3. Макрокоманда — это оператор, который при трансляции заменяется последовательностью других операторов языка.

4. Команды управления ассемблером управляют режимом и формой выдачи листинга, обеспечивают выбор внешних устройств для ввода исходной программы и выводов результатов трансляции и другие операции.

Применение языков высокого уровня для программирования МП. Язык ассемблера значительно удобнее для программирования, чем машинный, тем не менее он еще далеко от тех языков, на которых обычно формируются алгоритмы.

При переходе на язык высокого уровня теряется возможность доступа к аппаратурным средствам МП. Поэтому задача оптимизации программы ложится на компилятор-программу, производящую перевод с языка высокого уровня на машинный язык.

Наряду с применением существовавших ранее языков ФОРТРАН, БЕЙСИК, АПЛ были разработаны языки системного программирования МП, ориентированные на имеющиеся в МПС аппаратурные средства, в частности новые языки: С и АДА, ПЛ/М, ФОРТРАН-80.

Язык системного программирования ПЛ/М применяют для МПС на базе МП серии К580. Язык представляет удобные средства организации данных размещением их в памяти, выполнения составляющих программу операторов. Программа имеет блочную структуру, дает возможность получить доступ к ряду элементов МП. Язык ПЛ/М позволяет разбивать программу на раздельно транслируемые программные модули.

ФОРТРАН-80 разработан для программирования МПС на базе МП серии К580 и других серий. Он удобен для программирования алгоритмов значительного объема вычислений. Этот язык ориентирован на трансляцию путем компиляции в машинные коды, которые заносятся в память машины. В ФОРТРАН-80 включены средства ввода программы с дисплея, телетайпа, а также реализации программ на байтово-ориентиро-ванных МП.

Язык ПАСКАЛЬ содержит развитые средства организации и обработки структур данных. Его компилятор удается реализовать в условиях ограниченного объема ОЗУ.

Язык С используется для программирования 16-разрядных микроЭВМ, подобных «Электронике-60». Базовыми данными служат числа целые и с плавающей запятой, буквы, указатели, списки, массивы и др.

Язык АДА обеспечивает гибкие средства управления данными, параллельное решение задач, построение систем реального времени.

Микропрограммирование микропроцессорных систем (МПС). Запись алгоритмов в терминах микрокоманд широко используется при разработке программного обеспечения МПС двумя способами:

микропрограммной реализации списка команд, в терминах которых будут затем записываться алгоритмы прикладных задач, т. е. создание программного уровня МПС, программирование которого рассмотрено выше;

непосредственной микропрограммной реализации алгоритмов прикладных задач.

Микропрограммирование списка команд требует до трех десятков микрокоманд на микропрограмму. Непосредственное микропрограммирование прикладных задач обеспечивает наиболее эффективное использование аппаратурных средств, максимальное быстродействие МПС. Но трудоемкость микропрограммирования весьма высока.

Микропрограммирование может вестись либо непосредственно в двоичных кодах микрокоманд, либо с использованием языка символьной записи микрокоманд — языка микроассемблера, либо на языке высокого уровня.

Микропрограммирование в кодах микрокоманд позволяет составлять и отлаживать лишь небольшие микропрограммы. Поэтому более предпочтительно использовать для микропрограммирования символическую запись микрокоманд — язык микроассемблера. Микропрограмма в символической записи легче составляется, проще для понимания и отладки. При этом нужно располагать микроассемблером — программой, производящей перевод символических обозначений микрокоманд в их двоичные коды.

Микропрограммируемые микропроцессорные средства на базе МП наборов (например, серия К589), БИС которых ориентированы на создание устройств с микропрограммным управлением. Значительную часть микрокоманд составляют поля, управляющие работой БИС МП наборов, задающие основные действия по обработке информации, по формированию адреса следующей микрокоманды. Существуют системы микропрограммирования: CROMIS для МП К585, К589; AMDASM для КР1804 и др.

Операционные системы (ОС). Занимают особое место среди средств разработки программного обеспечения. Именно ОС

управляет работой аппаратурных средств, организует выполнение других компонентов комплекса программных средств разработки, обеспечивает взаимодействие и служит посредником между пользователем и аппаратурными и программными средствами. ОС дает возможность наиболее эффективно использовать ресурсы вычислительной системы при решении потока задач. В качестве отдельных задач в таких ОС могут выполняться и программы разработки ПО: трансляторы, редакторы, отладчики и т. д.

Дисковая операционная система (ДОС) СР/М является одной из самых распространенных для МПС, в том числе на базе МП 8080, 8085, К580 и др. Эта ДОС дает возможность организовать систему прерываний, подключения внешних устройств, организации взаимодействия с периферийными контроллерами.

Применение программируемых постоянных запоминающих устройств (ППЗУ). Программируемые однократно ППЗУ представляют интегральные полупроводниковые приборы, в которые пользователь при помощи программатора может однократно записать необходимую информацию, а затем использовать ее все время в пределах срока службы прибора, например, в системе программного управления станком.

Основу ППЗУ составляет диодная матрица, в узлах которой последовательно включены плавкие нихромовые перемычки. Специальным прибором-программатором электрическими импульсами по определенной программе разрушается часть этих перемычек. Разрушенная перемычка при подаче сигнала проявляет себя появлением высокого или низкого уровня логического сигнала (1 или 0). Информационная емкость интегральных микросхем К556РТ4—1024 бит., К556РТ5 —4096 бит.

Используются также ППЗУ с возможностью многократного программирования — репрограммируемые ПЗУ (РПЗУ) с электрической записью информации и стиранием, в частности, с помощью ультрафиолетового излучения, например микросхемы К573РФ1 или К524РП1, представляющие собой матрицу на 256 бит.

Программаторы выпускаются для интегральных ППЗУ от простейших установок с клавишным вводом информации до мощных установок одновременного программирования десятков и сотен интегральных микросхем.

4. Структуры, свойства однокристальных микроЭВМ и многокристальных микропроцессоров.

5. Состав, функциональное назначение интерфейса микропроцессорных систем.

6. Способы реализации передач данных и адресов между микропроцессором и другими компонентами.

7. Основные характеристики и отличия микроЭВМ «Электроника-60», «Электроника-НЦ», «Электроника-С5», СМ-1800.

8. Что вы знаете о программировании микропроцессорных систем?

9. Что представляют собой микропрограммирование микропроцессорных систем, операционные системы, ППЗУ?

Дата добавления: 2015-08-27