Юрий Ревич - Занимательная микроэлектроника

Как видите, разобраться довольно сложно, но при некотором навыке и наличии под рукой таблицы двоичных кодов команд вполне возможно. Именно так работает программа, которая превращает код обратно в текст — дизассемблер (он входит в AVR Studio). А зачем это может понадобиться на практике? Дело в том, что в памяти программ часто хранят те константы, которые предположительно не будут изменяться в процессе эксплуатации, например, устанавливаемые по умолчанию значения какой-то величины. Но, разумеется, по истечении некоторого времени эти константы обязательно захочется изменить. И если у вас текст программы по каким-то причинам отсутствует (например, программа взята из публикации в журнале или скачана с радиолюбительского сайта), а загрузочный hex-файл имеется, то всегда можно «хакнуть» исходный код, и немного подправить его под свои нужды.

Команды перехода (передачи управления)

В языках высокого уровня была всего одна команда перехода на метку (GOTO), и то Дейкстра на нее «набросился». А в ассемблере AVR таких команд пруд пруди, целых 33 шутки! Зачем? На самом деле без доброй половины из них, если не больше, можно обойтись во всех жизненных случаях, т. к. они в значительной степени взаимозаменяемы. Разнообразие это, если угодно, дань памяти великому программисту — для повышения читаемости программ. Мы рассмотрим только ключевые команды из этого перечня.

С командами безусловного перехода rjmpи jmpмы уже познакомились достаточно подробно, так что сразу перейдем к вызову процедур rcallи call(официальный язык фирменных руководств Atmel предпочитает вместо процедуры упоминавшийся нами консервативный термин — подпрограмма, subroutine). Синтаксис у них точно такой же, как у команд безусловного перехода, и, по сути, это тот же самый переход по метке. И разница между этими двумя командами аналогичная: callработает в пределах 64 К адресов памяти (или до 8 М в соответствующем контроллере, поддерживающем такой объем адресного пространства), занимает 4 байта и выполняется за 4 цикла, a rcallгодится только для МК с объемом памяти не более 8 кбайт, но занимает 2 байта и выполняется за 3 цикла. Мы в дальнейшем будем пользоваться только командой rcall.

Отличаются они от команд безусловного перехода тем, что здесь в момент перехода к процедуре контроллер автоматически сохраняет в стеке адрес текущей команды для того, чтобы потом знать, куда вернуться (потому длительность выполнения этих команд на такт больше, чем для просто перехода). А как МК «узнает», когда именно нужно возвращаться? Для этого каждая процедура-подпрограмма оформляется специальным образом: не отличаясь поначалу ничем от любого другого участка программного кода, обозначенного меткой, в месте возврата она должна содержать специальную команду — ret(от return — «возврат»). По этой команде МК извлекает из стека сохраненное содержимое счетчика команд и продолжает выполнение прерванной основной программы.

Заметим, что стек — одно из самых употребительных понятий в программировании. Наличие программного стека позволяет, например, организовать привычное для языков высокого уровня разделение переменных на локальные и глобальные. Во всех последующих программах в этой книге мы будем пользоваться только глобальными переменными, и при нехватке регистров общего назначения для них мы будем использовать ячейки SRAM. (Привычку употреблять преимущественно глобальные переменные автор даже перенес в свой стиль программирования на Delphi, как вы увидите из главы 18 .) Однако в больших проектах локальные переменные зачастую бывает просто необходимы (например, когда одна и та же процедура вызывается в разных местах с исходными данными, хранящимися в различных регистрах). Механизм организации локальных переменных с помощью стека приведен в листинге 13.2 (он в точности такой же, как это происходит при компиляции в «настоящих» языках программирования).

Листинг 13.2:

push var_1 ;переменная var_1 в программе помещается в стек

push var_2 ;переменная var_2 в программе помещается в стек

rcall procedure ;вызывается процедура

pop var_2 ;после нее результат извлекается из стека

pop var_1 ;второй результат извлекается из стека

…

procedure: ;в процедуре извлекается локальная

pop var_loc2 ;переменная var_loc2 со значением var_2

pop var_loc1 ;и переменная var_loc1 со значением var_1