Булатов В.Н. Архитектура микропроцессороной системы, состав машинных команд и основы программирования микропроцессорной системы на ассемблере
Подождите немного. Документ загружается.
2) Инициализировать регистр управления линией (порт 011); при
этом сбросить бит DLAB.
3) Инициализировать регистр управления модемом (порт 100).
4) Инициализировать регистр управления прерываниями (порт 001)
и, если прерывания разрешены, установить адрес программы обработки
прерываний от стыка RS-232.
В состав IBM PC могут входить до четырех последовательных
интерфейсов, работающих в стандарте RS-232 (отечественный аналог —
стык С2) и именуемых СОМ1 —СОМ4. Им выделены следующие адреса
в области портов ввода-вывода (по умолчанию):
СОМ1: 3F8h-3FFh, COM3: 338h-33Fh,
COM2: 278h-2FFh, COM4: 238h-23Fh,
где каждый интерфейс связан с определенным уровнем контроллера
прерываний:
СОМ1 вызывает прерывание IRQ4 (Int 0Ch);
COM2 вызывает прерывание IRQ3 (Int 0Bh);
СОМ3 и СОМ4 не имеют стандартных векторов прерываний.
Кроме этого, современные компьютеры IBM PC позволяют
свободно комбинировать логические и физические адреса и вектора
прерываний последовательных интерфейсов через SETUP BIOS.
Пример 1 —Пусть необходимо настроить порт СОМ1 со следующим
режимом работы:
— скорость приемо-передачи: 9600 бит/с;
— длина посылки —8 бит;
— контроль чет/нечет отсутствует;
— длина стоп-бита —1 бит;
— прерывание только от приемника по моменту приема символа.
Определяем число деления: 115200
10
/9600
10
=12
10
=000С.
Составляем подпрограмму инициализации:
MOV DX,3FB ; Установить адрес регистра управления линией
MOV AL,80 ; и установить
OUT DX,AL ; DLAB=1.
SUB DX,+3 ; Установить адрес младшей части делителя
MOV AL,0C ; и заслать туда 0С —
OUT DX,AL ; число десятичное 12.
XOR AL,AL ; Заслать «0»
INC DX ; в старшую часть
OUT DX,AL ; делителя.
MOV AL,03 ; Заслать в регистр управления линией: DLAB=0;
ADD DX,+2 ; длина посылки=8, контроль паритета=нет,
OUT DX,AL ; длина стоп-бита=1 бит.
MOV AL,80 ; Разрешить выход INT
INC DX ; разблокированием выхода OUT2, которые соеди-
101
OUT DX,AL ; нены по схеме «монтажное ИЛИ» (рисунок 27).
SUB DX,+4 ; Сбросить флаг RxRDY, если он случайно взвелся,
IN AL,DX ; чтением приемника (исключаем ложный INT).
MOV AL,01 ; Разрешить установление INT
INC DX ; по окончанию приема символа в приемник (то есть,
OUT DX,AL ; по флагу RxRDY).
RET ;
Пример 2 —Составить подпрограмму вывода символа из регистра DL в
порт СОМ1.
Как и в случае с LPТ, прежде, чем вывести символ, надо убедиться
в готовности устройства. В данном случае, эта готовность выражается в
том, что передатчик пуст (TxE=1) или пуст буфер передатчика
(TxRDY=1). В нашем примере устраивает любой вариант.
MOV DX,3FD ; Читаем
M1: IN AL,DX ; регистр состояния линии
AND AL,20 ; и анализируем занятость (RxE=0);
JZ M1 ; если занято, то снова чтение.
ADD DX,+5 ; Подготавливаем адрес передатчика
MOV AL,DL ; и выводим туда
OUT DX,AL ; байт данных из регистра DL.
RET ;
16 Программируемый таймер
Для задания временных интервалов и формирования сигналов с
различными временными параметрами в IBM PC/XT применяется
программируемый таймер 8253, в последующих поколениях —8254.
С точки зрения программиста они идентичны. В состав таймера входят:
буфер шины данных, схема управления вводом-выводом и три
независимых канала, каждый из которых содержит регистр режима,
схему управления каналом, буфер и 16-разрядный счетчик (рисунок 29).
Счетчики декрементирующие (убывающий счет).
Каждый счетчик Сч
i
имеет свой адрес:
Имя
счетчика
А1 А0
Счетчик 0 00
Счетчик 1 01
Счетчик 2 10
РУС
таймера
11
РУС таймера – регистр упровляющего слова 3-х счетчиков:
разбит на 3 РУС. С помощью РУС любой счетчик можно
настроить на 6 режимов.
Каждый счетчик имеет выведенные наружу два входа и один выход:
С
i
—вход счетный по переднему фронту (предельная частота 2,5 МГц);
СЕ
i
—разрешение счета, если СЕ=1;
OUT
i
—выход.
102
Рисунок 29 —Архитектура таймера 8253
Все режимы можно разбить глобально на две группы:
а) режим деления частоты сигнала, поступающего на вход С
i
;
б) формирование временного интервала.
Охарактеризуем кратко эти режимы. Программирование канала
осуществляется путем вывода управляющих слов в регистр режима
каналов и начального значения в его счетчики. Каждый канал может
работать в одном из шести режимов.
16.1 Режим 0 (задержанный запрос на прерывание)
При загрузке управляющего слова в регистр режима канала на
выходе ОUT устанавливается напряжение низкого уровня; загрузка
счетчика не изменяет это состояние. Затем начинается декремент
счетчика (последовательное вычитание из него единицы). В момент,
когда счетчик обнулится, на выходе OUT установливается напряжение
высокого уровня и сохраняется до загрузки счетчика новым значением.
Счет возможен только при наличие сигнала высокого уровня на входе
СЕ. Низкий уровень этого сигнала или ниспадающий фронт запрещают
счет.
Перезагрузка счетчика во время счета приводит к следующему:
загрузка младшего байта останавливает текущий счет, загрузка
старшего байта запускает новый цикл счета. Минимально допустимое
значение счетчика равно 2.
16.2 Режим 1 (ждущий мультивибратор)
На выходе OUT формируется отрицательный импульс
длительностью t=n×T, где n —число, загруженное в счетчик, T —период
тактовых импульсов. Низкий уровень на выходе OUT устанавливается со
следующего такта после подачи на вход СЕ сигнала высокого уровня.
Загрузка в счетчик нового числа не влияет на длительность
текущего импульса, а учитывается при следующем запуске. Перезапуск
счетчика производится нарастающим фронтом входа GATE (без
перезагрузки счетчика). Минимальное допустимое n=1.
16.3 Режим 2 (делитель частоты со сквозным
переносом)
При достижении счетчиком нуля на выходе OUT появляется
отрицательный импульс с длительностью один такт. Перезагрузка
счетчика сказывается только после перезапуска счетчика. При
исчезновении сигнала высокого уровня на входе СЕ прекращается счет и
на выход OUT подается напряжение высокого уровня. Перезапуск
счетчика происходит при наличии на входе СЕ сигнала высокого уровня.
103
16.4 Режим 3 (делитель частоты с выходным сигналом
«меандр»)
В этом режиме положительный уровень выходного сигнала
занимает первый полупериод, а отрицательный —второй полупериод.
Точнее, если n (начальное значение счетчика) четно, то длительность
положительного и отрицательного полупериодов равна n×T/2; если же n
нечетно —то (n+1)×T/2 и (n-1)×Т/2 соотвественно. Низкй уровень сигнала
на входе СЕ запрещает счет, на выходе OUT устанавливается сигнал
высокого уровня. Высокий уровень СЕ разрешает счет, а нарастание его
запускает счетчик от начального состояния. Отметим, что n=3 в этом
режиме недопустимо. Непредсказуем результат при загрузке в счетчик
при СЕ=1.
16.5 Режим 4 (одиночный строб с программным
запуском)
При обнулении числа, загруженного в счетчик, на выходе OUT
формируется отрицательный импульс длительностью один такт. Запись в
счетчик во время счета младшего байта не влияет на текущий счет, а
запись старшего байта перезапускает счетчик. Низкий уровень входа СЕ
запрещает счет, высокий —разрешает. Минимальное допустимое
значение счетчика равно 1.
16.6 Режим 5 (одиночный строб с аппаратным
запуском)
Особенность режима 4 состоит в том, что каждое нарастание
сигнала на входе СЕ перезапускает счетчик. Перезагрузка счетчика не
влияет на текущий цикл, однако следующий цикл определяется вновь
занесенным числом.
16.7 Временные диаграммы таймера
Временные диаграммы таймера приведены на рисунках 30 — 35.
Рисунок 30 —Режим 0
104
Рисунок 31 —Режим 1
Рисунок 32 —Режим 2
105
Рисунок 33 —Режим 3
Рисунок 34 —Режим 4
Рисунок 35 —Режим 5
16.8 Программирование таймера
В IBM PC таймер имеет следующие программируемые регистры:
Таблица 18 —Адреса таймера и их назначение
Адрес Операция Назначение
40h
запись
чтение
Загрузка счетчика канала 0
Чтение счетчика канала 0
41h
запись
чтение
Загрузка счетчика канала 1
Чтение счетчика канала 1
42h
запись
чтение
Загрузка счетчика канала 2
Чтение счетчика канала 2
106
43h Запись
Запись управляющего слова
в регистр режима канала
Управляющее слово имеет следующий формат:
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐
└─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘ Режим счетчика
│ │ │ └ D0
: 0 – двоичный код,
│ │ │ 1-двоично-десятичный код.
│ │ └D3,D2,D1
: Режим работы канала:
│ │ 000 —режим 0; 001 —режим 1; x10 —режим 2;
│ │ x11 —режим 3; 100 —режим 4; 101 —режим 5.
│ └ D5,D4
: Вид загрузки счетчика:
│ 00 —«защелкивание»; 01 —только младший байт;
│ 10 —только старший байт;
│ 00 —младший байт, затем старший.
└ D7,D6
: Выбор канала: 00 – канал 0; 01 – канал 1; 10 – канал 2;
11 — запрещенная комбинация.
16.9 Чтение содержимого счетчиков
Существует два способа чтения текущего значения счетчика
канала.
1) Чтение с остановом счетчика. Для обеспечения стабильных
показаний необходимо приостановить работу канала либо подачей
сигнала низкого уровня на вход CЕ (кроме режима 1), либо
блокированием тактовых импульсов по входам С.
2) Чтение «на лету». Для считывания счетчика без остановки
процесса счета используется посылка в порт 43h управляющего слова в
режиме «защелкивания» (смотрите формат управляющего слова). Это
управляющее слово фиксирует текущее значение счетчика, и можно
считать его младший байт, а затем старший байт.
16.10 Таймер на системной плате IBM PC
В IBM PC каналы таймера имеют следующее назначение.
Таблица 19 —Назначение каналов таймера
Канал Назначение Режим
0 системные часы (IRQ0)
3, счетчик=0
(65536)
1
запрос для канала 0
ПДП
(регенерация памяти)
2, счетчик=18
107
2 генератор звука ──
Тактовая частота каждого канала равна 1,19318 МГц, то есть
каждый такт имеет длительность 0,84 мсек. Вход СЕ каналов 0 и 1 всегда
имеют высокий уровень, поэтому счет на этих каналах разрешен всегда.
Вход СЕ канала 2 управляется битом 0 порта PB интерфейса 8255 (адрес
61h).
При начальной загрузке BIOS инициализирует канал 0 для работы в
режиме 3 со счетчиком 0 (то есть 65536 декрементов на цикл счета).
Поэтому частота системных часов равна 1,19 МГц/65536 =18.2 Гц и
прерывание IRQ0, связанное с вектором Int 8, происходит 18,2 раз в
секунду, т. е. каждые 55 мсек.
Примечание —Конечно, можно перепрограммировать канал 0, но
тогда, как минимум, нарушится работа с гибкими дисками, так как
включение и выключение их двигателей отсчитывается по текущему
времени.
Канал 1 в ранних типах РС работает в режиме 2, осуществляя цикл
регенерации ОЗУ, которая происходит каждые 18 мсек.
Перепрограммировать его нельзя, т. к. это приведет к потере данных
в ОЗУ.
Таким образом, в руках пользователя остается только канал 2,
который предназначен для генерации звука. Простейший способ
генерации звука состоит в программировании канала 2 таймера так,
чтобы он выдавал прямоугольный импульс заданной частоты, лежащий
где-то в диапазоне: 80 Гц —15 КГц.
Для этого следует использовать режим 3 таймера с подходящим
начальным значением счетчика. Если затем установить биты 0 и 1 порта
РВ (адрес 61h), который уже настроен (при инизиализации РС) на вывод в
режиме 0, то импульс с выхода OUT2 начнет поступать на вход звукового
излучателя (бит 0 —это вход СЕ канала 2, разрешающий счет, а бит 1 —
разрешение выдачи выхода OUT2 на вход звукового излучателя). Для
выключения звука достаточно сбросить биты 0, 1 в РВ (адрес 61h).
Значение счетчика 2-го канала вычисляется по формуле n=1193181/
f=1234DDh/f (1193181 —тактовая частота таймера в Гц, f —требуемая
частота звука).
Пример 1 – Составить подпрограмму генерации звука; значение
частоты звучания в Гц находится в ВХ.
Составляем подпрограмму:
MOV AX,34DD ; Присваивоить значение тактовой
MOV DX,12 ; частоты на входе С паре: dx,ax:=1193181.
CMP DX,BX ; Если <bx> <18Гц, то возврат,
JNB M1 ; чтобы избежать далее переполнения.
DIV BX ; Находится число : ax=(dx,ax)/bx
MOV BX,AX ; —счетчика и сохраняется в ВХ.
108
MOV AL,0В ; Управляющее слово таймера:
MOV DX,43 ; канал 2, режим 3, двоичный счет
OUT DX,AL ; и вывод его в регистр режима.
DEC DX ; Подготовить адрес счетчика канала 2
MOV AL,BL ; и вывести туда
OUT DX,AL ; младший байт счетчика,
MOV AL,BH ; а затем
OUT DX,AL ; старший байт счетчика.
IN AL,61 ; Установить биты 0, 1 порта РВ
OR AL,03 ; —без изменения
OUT 61,AL ; остальных бит порта В.
M1: RET
Пример 2 —Составить подпрограмму выключения звука.
Составляем:
IN AL,61 ; Сбрасываем биты 0, 1 порта РВ
AND AL,03 ; без изменения
OUT 61,AL ; остальных бит порта В.
RET
17 Клавиатурный интерфейс
Клавиатура формально является внешним устройством по
отношению к микропроцессорной системе. Клавиатура, как
функциональное устройство, организована на основе однокристальной
ЭВМ класса Intel-8048 поэтому является интеллектуальным устройством,
что очень часто игнорируется пользователями. Поэтому поучительно
будет рассмотреть это, на первый взгляд, примитивное устройство.
Взаимодействие с клавиатурой в PC AT (101 клавиша) и выше
базируется на микропроцессоре Intel-8042, который расположен на
системной плате. Этот процессор обеспечивает синхронный
последовательный интерфейс с клавиатурой и имеет со стороны
системной шины два адреса (порта) выборки.
Порт с адресом 60h:
а) Чтение: осуществляется ввод 7-и разрядного скан-кода клавиши
при ее нажатии и отжатии; дополнительный бит —старший (8-й) бит,
который передается вместе со скан-кодом, принимает состояние «0» при
нажатии клавиши и состояние «1»— при ее отжатии. При поступлении
скан-кода процессор 8042 выставляет сигнал INT, который подается на
IRQ1 (вектор 09) ПКП.
б) Запись: осуществляется передача микропроцессорной системе
клавиатуры команда, перечень которых приведен ниже в таблице 20.
Порт 64h:
109
а) Чтение: осуществляется ввод слова состояния клавиатуры. Под
это отведен всего один разряд D1 (BUSY). Если D1=1, то клавиатура
занята.
б) Запись: Осуществляется передача команды процессору 8042,
перечень которых приведен в таблице 22.
Таблица 20 —Система команд управления клавиатурой (порт 61h)
Код команды Описание
FF Сброс клавиатуры и запуск внутреннего теста.
FE Повторить последнюю передачу.
FD Вызов прерывания IRQ1.
F6
Привести клавиатуру в исходное состояние и
разрешить сканирование.
f5
Привести клавиатуру в исходное состояние и
запретить сканирование.
F4
Сбросить буфер клавиатуры и начать
сканирование.
F3 data1
Задать задержку и скорость ввода символов
(таблица 21; первоначально клавиатура
начинает повторять нажатую клавишу через 0,5
сек со скоростью 10 повторов в секунду).
EE
Эхо (для диагностики). Просто возвращает ЕЕ
.
ED data2 Управление светодиодами клавиатуры.
1) Синтез data 1:
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
┌─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬─┐
0
└─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴─┘
│ └ D4-D0
: Код количества повторов в секунду;
└ D6-D5
: Начальная задержка в мсек: 00-250, 01-500, 10-750,
11-1000.
Количество повторов задается следующей таблицей:
Таблица 21 —Таблица кодирования повторов
Конст. Скорость Конст. Скорость Конст. Скорость
00h 30.0 0Bh 10.9 16h 4.3
01h 26.7 0Ch 10.0 17h 4.0
02h 24.0 0Dh 9.2 18h 3.7
03h 21.8 0Eh 8.6 19h 3.3
04h 20.0 0Fh 8.0 1Ah 3.0
05h 18.5 10h 7.5 1Bh 2.7
06h 17.1 11h 6.7 1Ch 2.5
110