Встроенные микропроцессорные системы на основе однокристальных микро ЭВМ
5 Программная модель битового процессора
Пригодность архитектуры каждого компьютера для конкретного класса задач определяется тем, насколько его система команд соответствует задачам, которые должны быть выполнены. Поэтому для дискретного управления в реальном масштабе времени наличие в системе команд операций непосредственно над битами приводит к созданию более производительных систем и программ обработки входной и выходной двоичной информации. С этой целью в ОМЭВМ семейства MCS-51 введены специальные средства, называемые битовым процессором, которые поддерживают прямые логические операции с отдельными битами и операции их тестирования и позволяют использовать однобитовые переменные в логических операциях.
В связи с этим в систему команд ОМЭВМ семейства MCS-51 введены специальные инструкции для выполнения операций с битовыми переменными. Имеется 17 таких команд, которые перечислены в табл. 3.
Таблица 3 - Команды битового процессора
Мнемоническое обозначение |
Описание команды |
Число байтов |
Число циклов |
|
SETB C |
Установка флага переноса |
1 |
1 |
|
SETB bit |
Установка бита |
2 |
1 |
|
CLRC |
Сброс флага переноса |
1 |
1 |
|
CLR bit |
Сброс бита |
2 |
1 |
|
CPL C |
Инверсия флага переноса |
1 |
1 |
|
CPL bit |
Инверсия бита |
2 |
1 |
|
MOV C, bit |
Пересылка бита во флаг переноса |
2 |
1 |
|
MOV bit,C |
Пересылка флага переноса в бит |
2 |
2 |
|
ANL C, bit |
"Логическое И" бита и флага переноса |
2 |
2 |
|
ANL. C, /bit |
"Логическое И" инверсии бита и флага переноса |
2 |
2 |
|
ORL C, bit |
"Логическое ИЛИ" бита и флага переноса |
2 |
2 |
|
ORL C,/bit |
"Логическое ИЛИ" инверсии бита и флага переноса |
2 |
2 |
|
JC rel8 |
Переход, если флаг переноса установлен |
2 |
2 |
|
JNC rel8 |
Переход, если флаг переноса сброшен |
2 |
2 |
|
JB bit,rel8 |
Переход, если бит установлен |
3 |
2 |
|
JNB bit,rel8 |
Переход, если бит сброшен |
3 |
2 |
|
JBC bit,rel8 |
Переход, если бит установлен, и сброс этого бита |
3 |
2 |
ОБОЗНАЧЕНИЯ:
С - флаг переноса;
bit - 128 программно-доступных битов, любой I/O вывод, бит управления или состояния;
/bit - 128 программно-доступных битов, любой I/O вывод, бит управления или состояния, взятые с инверсией;
rel8- байт относительного смещения (условный переход осуществляется в диапазоне от -128 до +127 байтов относительно адреса первого байта следующей команды).
Эти команды в зависимости от выполняемой функции могут быть одно-, двух- или трехбайтные. Те из них, которые оперируют с флагом переноса, имеют однобайтный код или код, за которым следует байт смещения, использующийся для вычисления адреса условного перехода (рис. 4.а). В более обобщенных командах битовых операций после кода добавляется байт адреса прямоадресуемого бита, образуя двух- или трехбайтные команды (рис. 4.б). На рис. 4 для справки приведены коды этих команд.
С помощью указанных команд можно обращаться непосредственно к 128 битам внутреннего ОЗУ и к 83 битам одиннадцати восьмиразрядных регистров ОМЭВМ.
Код команды: |
Код команды: |
|||
SETB С |
11010011В (D3H) |
|||
CLR С |
11000011В (С3Н) |
|||
CPL С |
10110011В(В3Н) |
|||
Код команды |
Смещение |
|||
JC |
<ге18> |
01000000В (40Н) |
||
JNC |
<ге18> |
01010000В (50Н) |
||
а) Команды проверки и управления флагом переноса |
||||
Код команды |
Адрес бита |
Код команды: |
||
SETB |
<bit> |
11010010B (D2H) |
||
CLR |
<bit> |
11000010В (С2Н) |
||
CPL |
<bit> |
10110010В (В2Н) |
||
MOV С, |
<bit> |
10100010В (А2Н) |
||
MOV |
<bit>, С |
10010010В (92Н) |
||
ANL С, |
<bit> |
10000010В (82Н) |
||
ANL С, |
</bit> |
10110000В (В0Н) |
||
ORL С, |
<bit> |
01110010В(72Н) |
||
ORL С, |
</bit> |
10100000В (А0Н) |
||
Код команды |
Адрес бита 1 |
Смещение |
||
JB |
<bit>, |
<ге18> |
00100000В (20Н) |
|
JNB |
<bit>, |
00010000В (10H) |
00110000В (30Н) |
|
JBC |
<bit>, |
<ге18> |
00010000В (10H) |
|
б) Команды проверки и операций с битами |
Рисунок 4 - Форматы команд операций над битами
В зависимости от значения байта адреса прямо адресуемый бит выбирается из двух групп битов. Значения адреса от 0 (00Н) до 127 (7FH) определяют биты в 16-байтном блоке внутреннего ОЗУ между адресами 20Н и 2FH (см. рис.5а). Они пронумерованы последовательно от младшего бита младшего байта к старшему биту старшего байта. Адреса битов от 128 (80Н) до 255 (0FFH) соответствуют битам регистров специальных функций. Адреса этих битов вычисляются иначе, чем адреса ячеек ОЗУ: пять старших битов адреса совпадают с собственными адресами регистров, а три младших бита адреса идентифицируют позицию бита в пределах регистра (см. рис.5б).
Хотя MCS-51 имеет 20 регистров специальных функций, побитовый доступ обеспечен только для 11 (PSW, АСС, В, P0, P1, P2, P3, TCON, SCON, IE, IP). У 6 из них (PSW, Р3, TCON, SCON, IE, IP) разряды имеют собственные символические имена (рис.6).
Команды общего назначения, адресующиеся непосредственно к битам, могут обращаться к ним (в том числе и к биту переноса), используя соответствующую мнемонику: CY, AC, F0 и т.д.
К битам всех 11 регистров также можно обратиться, используя соответствующее позиционное обозначение: PSW.1, АСС.2, В.З, Р0.4 и т.д.
Регистр АСС (аккумулятор) и регистр В относятся к байтовой арифметике, но их отдельные биты могут использоваться в программе в качестве произвольных 16 флагов. В сумме со 128 ячейками ОЗУ это дает 144 битовые ячейки общего назначения для хранения переменных или программных флагов.
Рисунок 5 - Адреса прямо адресуемых битов
Все 32 вывода портов Р0-РЗ могут индивидуально адресоваться как вход, выход или вход/выход в любой комбинации. Любой вывод может служить программно реализуемым стробом, тестовым входом или последовательным каналом ввода/вывода.
Для обработки битов регистров ОЗУ, не имеющих побитового доступа, могут быть использованы логические операции с байтами.
Регистр слова состояния программы PSW содержит биты флагов и состояния процессора, включая флаг переноса. Операции обработки байтов, воздействуя на регистр PSW, могут таким образом влиять и на бит переноса.
Рисунок 6 - Формат регистров специальных функций, имеющих символические имена прямо адресуемых битов
В языке ассемблера MCS-51, как показано в табл.3, адрес бита указывается одним из трех способов: числом или выражением, соответствующим прямому адресу бита; названием или адресом регистра, содержащего данный бит, и позицией бита в регистре (0-7), разделенными точкой; для определенных битов (рис.6) - указанием символического имени. Биты также могут обозначаться произвольными именами директивой ассемблера "BIT". Например, 5-й бит регистра PSW может быть очищен любой из четырех команд:
USR_FLG |
BIT PSW.5 |
; Описание символа пользователя |
|
CLR 0D5H |
; Абсолютная адресация |
||
CLR PSW.5 |
; Использование точечного оператора |
||
CLR F0 |
; Использование собственного имени бита |
||
CLR USR_FLG |
; Символ пользователя. |