De Arduino-microcontroller in de motorvoertuigentechniek (8)

Transcriptie

1 De Arduino-microcontroller in de motorvoertuigentechniek (8) E. Gernaat (ISBN ) 1 Assembly (Assembleertaal) 1.1 Inleiding De Arduino kan ook in assembleertaal (assembly) worden geprogrammeerd. In dit voorbeeld maken we gebruik van het programma AVR Studio 4 van de fabrikant Atmel. Dit inmiddels wat oudere programma is betrekkelijk eenvoudig te gebruiken maar werkt alleen op Windows machines. Momenteel is AVR Studio 6/7 in gebruik. Het programmeren gaat anders dan onder de Arduino IDE. We hebben nl. een ISP-programmer nodig en een losse 9V voeding. De ISP-programmer die we hier gebruiken is de mysmartusb light maar er zijn ook andere programmers. We kunnen zelfs een andere Arduino hiervoor gebruiken. Deze ISP-programmer sluiten we aan op de 6 pins-connector aan de rechterzijde van de Arduino print. We zouden kunnen zeggen dat we nu de ATmega-controller op de print buiten de Arduino om programmeren. Met zo n losse ISP-programmer kunnen we overigens vrijwel alle Atmel-controllers programmeren. Voor de opstelling zie fig Wanneer we AVR Studio 4 opstarten en vervolgens een project aanmaken komen we in een leeg tekstscherm terecht waarin we de assembleercode van ons programma kunnen zetten. Dit is gebeurd in fig Wanneer de tekst met assembleercode is ingetikt, kunnen we op Build klikken waarna het programma wordt assembleerd. Er wordt dan een zgn..hex file aangemaakt. Dit is een tekstbestand waarin zich de eigenlijke machinecode bevindt. Klikken we nu op het AVR-symbool dan wordt de.hex file via de ISP-programmer naar het flash geheugen van de controller geschreven en start het programma automatisch op. Het voorbeeld-programma PROGRAM0.ASM laat de led op pin 13 knipperen. Hier volgt het programma. We hebben regelnummers toegevoegd. 1

2 Figuur 1: De opstelling van de Arduino gereed om te worden geprogrammeerd in assembleertaal. Behalve een 9V voeding hebben we ook een ISP-programmer nodig. Deze laatste sluiten we aan op de USB-connector van de PC en de controller. Figuur 2: De programmeeromgeving van AVR Studio4 (Atmel) 2

3 PROGRAM0.ASM Programma naam: PROGRAM0.ASM Programma voor de ArduinoUno Het programma laat de testled op de print knipperen. De testled is verbonden met pin 13 (PB5). Het Arduino bootprogramma is gewist met erase device uit AVR Studio4. 1..DEVICE ATMEGA328P 2..INCLUDE m328pdef.inc ;definitie poorten in aparte file 3..ORG 0x0000 ;eerste adres flash memory 4. JMP RESET ;spring naar het beginadres 5. /*INITIALISATIE*/ 6. RESET: SER R16 ;zet alle pinnen van poortb op output (1) 7. OUT DDRB,R16 ;DDRB=Data-Directie-register 8. NOP ; no operation 9. LDI R16,high(RAMEND) 10. OUT SPH,R LDI R16,low(RAMEND) 12. OUT SPL,R16 ;stackpointer initialisatie alleen nodig voor subroutine 13. BEGIN: SBI PORTB,5 ;set bit 5 van poortb (led aan) 14. RCALL WACHT1 ;ga naar wachtlus 15. CBI PORTB,5 ;clear bit pin 5 van poortb (led uit) 16. RCALL WACHT1 ;ga naar wachtroutine (delay) 17. RJMP BEGIN 18. WACHT1: LDI R20,0x5F ; wachtroutine (delay functie) 19. WACHT: LDI R18,0xFF 20. WEER: LDI R19,0xFF 21. LUS: SUBI R19,0x BRNE LUS 23. SUBI R18,0x BRNE WEER 25. SUBI R20,0x BRNE WACHT 27. RET ;keer terug naar hoofdprogramma 3

4 Puntsgewijze toelichting op het programma Regel 1: Het gaat hier om de ATMEGA328P controller op de Arduino UNO. Regel 2: De geheugenplaatsen, registers en poorten zijn eigenlijk adressen. Voor het programmeer-gemak hebben deze namen gekregen. Deze namen worden gedefiniëerd in een zgn. INCLUDE file. Regel 3: ORG geeft het beginpunt (het eerste adres) van het programmageheugen aan. Regel 4: Spring (JMP=jump) naar het beginadres met het label RESET. Regel 5: Commentaar begint met /* en eindigt met */ of met ;. We beginnen met de INITIALISATIE. Regel 6 en 7: Maak alle B-poortpinnen geschikt voor Output. SER=Set Register; R16 = register 16 Regel 8: NOP is een No OPeration instructie. Geeft de initialisatie extra tijd. Regel 9 t/m 12: Reservering van een stukje RAM-geheugen voor de zgn. stack. In de stack staan de terugkeeradressen opgeslagen. Nodig als het hoofdprogramma tijdelijk wordt verlaten. Regel 13: Hier begint het eigenlijke programma. Maak bit 5 van poort B hoog (SET BIT). Led gaat aan. Regel 14. Roept de wachtsubroutine aan. Deze subroutine is een delay. De delay wordt verkregen door de subroutine te laten tellen. Als het tellen gebeurd is gaat het programma verder met regel 15. Regel 15: Maak bit 5 van poort B laag (CLEAR BIT). Led dooft nu. Regel 16: Ga weer naar de wachtsubroutine voor een delay. Regel 17: Herhaal het programma door weer terug te springen (JMP= jump) naar het label BEGIN. Regel 18 t/m 27: Het stukje programma (de subroutine) dat een vertraging (delay) veroorzaakt door te tellen. De subroutine WACHT1 zit er ingewikkeld uit. Echter op een slimme manier wordt hier heel lang geteld. Fig. 8.3 laat de flowchart zien van deze wachtlus. Wanneer we fig. 8.3 bestuderen dan zien we dat register 18,19 en 20 worden gevuld met getallen. Register 18 en 19 met de maximale waarde (FFh). Op een gegeven moment wordt er van de inhoud van R19 één afgetrokken en wordt er gekeken of de inhoud van register 19 al nul is. Zo niet trek er dan weer 1 af. Dit gaat net zolang door totdat R19 nul is. Vervolgens wordt er 1 van R18 afgetrokken maar wordt R19 weer met FFh gevuld waarna het proces van aftrekken weer opnieuw begint. Als we de flowchart goed bekijken hebben we te maken met drie registers zodat er totaal tot 5Fh x FFh x FFh (over de 6 miljoen) wordt geteld voordat de subroutine wordt verlaten. 4

5 WACHT 5Fh in R20 FFh in R18 FFh in R19 R19 = R19 1 nee R19 = 0? ja R18 = R18 1 nee R18 = 0? ja R20 = R20 1 nee R20 = 0? ja return hoofdprogramma Figuur 3: Flowchart van de wachtlus in Program0. Er wordt geteld tot 256 x 256 x 95 = (over de 6 miljoen). 5

6 2 De binaire file of.hex file De inhoud van de PROGRAM.hex file, de eigenlijke machinecode van het programma is als volgt: : FC : C FEF04B E00EBF0FEFE0 : DBF2D9A03D02D9801D0FBCF4FE12FEFCC : FEF3150F1F72150D9F74150C1F : FF De file bevat ook informatie over waar precies de code moet worden geplaatst. Fig. 8.4 geeft een kijkje in het geheugen van de controller. Figuur 4: De geheugeninhoud van de Arduino-controller voor het programma: PROGRAM0.asm 3 Vragen en opgaven 1. Hoe moeten we de Arduino aansluiten om in machinetaal te kunnen programmeren? 2. Wat doet een ISP-programmer nu precies? 3. Uit welke drie fasen bestaat het programmeren? 4. Nu is de informatie de led zit op pin 13 niet voldoende. Waarom niet? 5. Het eigenlijke programma bestaat uit 5 regels. Welke regels zijn dit? 6. Wat gebeurt er nu in regel 18 t/m 27? 7. In C gaat het wachten wel wat handiger. Wat wordt bedoeld? 8. Wat zit er precies in een.hex file? 9. Hoeveel geheugenplaatsen neemt dit programma volgens fig. 8.4 in beslag? 10. Kun je zowel voor- als nadelen noemen van het programmeren in C in vergelijking met het programmeren in assembly? 6