AVR Assembler Einführung: Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 4. Dezember 2005, 23:16 Uhr

AVR Assembler Einführung

Es gibt mehrere Gründe, sich mit dem AVR-Assembler zu beschäftigen:

• reines Interesse
• Man hat eben keinen anderen Compiler, Bascom kostet ja was und GCC-C kann man möglicherweise genausowenig, also warum nicht gleich.
• Endlich Programmieren ohne Sprach-Restriktionen
• (theoretisch) sagenhaft schneller und kurzer Code

Dadurch ergeben sich aber auch verschiedene Haupt-Zielgruppen für eine Einführung. Die eine ist in einer oder mehreren anderen Sprachen durchaus versiert, und möchte endlich auch mal richtig in die Tiefen der Hardware steigen. Die andere ist totaler Neueinsteiger und hat eben gehört, daß man Micro-Controller eben am besten mit Assembler programmiert.

Unterschiede zu anderen Sprachen

Bildhaft ist der Unterschied der: Beim Assembler hat man ein weißes Stück Papier (ohne Linien) und ein Alphabet von A-Z. Aus diesen Buchstaben soll man nun erstmal Worte suchen und dann damit einen sinnvollen Text verfassen.

Bei "höheren" Sprachen ist das Papier zumindest mal liniert, und dazu kriegt man auch ein Wörtebuch und die Grammatik. Teile des Textes sind schon vorgeschrieben und ich muß nurmehr bei den ..... Punkten was einsetzen.

• Daten

Höherer Sprachen kennen alle möglichen Datentypen in allen möglichen Längen, integer, floating point, Strings. Dadurch sind aber auch gleich die möglichen und zulässigen Operationen damit schon eingeschränkt.

Beim Assembler gibt es nur zwei Typen: Bytes mit Vorzeichen und Bytes ohne Vorzeichen. Aus. Und es gibt wenige Einschränkungen, was man damit machen kann.

Struktur eines AVR-Maschinenprogrammes

Bei höheren Sprachen wird diese Struktur vom Compiler/Linker erzeugt, beim Assembler muß man sich selbst darum kümmern.

Der Controller beginnt mit der Abarbeitung links oben bei der Programmspeicheradresse 0000. Wenn man Interrupts verwenden will, muß man gleich das nächste Bereich (ISR-Vectoren) überspringen (mit "JMP"). Wenn nicht, kann man sich diese Vektoren aber auch wegdenken.

Man landet so oder so bei den Befehlen, die der Initialisierung dienen (Setzen der Startbedingung). Das ist zumindest die Festlegung des Stack-Pointers, sonst kann man keine "CALLS" oder Interrupts durchführen.

Danach kommt man von oben in die Haupt-Programm-Schleife, die (üblicherweise) immer wieder ohne Ende durchlaufen wird.

Das "End" ist bei Microcontrollern daher auch kaum wirklich notwendig. Wenn es da ist, ist das eine ewige Wiederholung eines einzigen Befehls.

Source-Code Muster

Das folgende Codebeispiel ist eine reine Basis-Initialisierung ohne irgendeine erkennbare Funktion. Für den Einstieg ist es am besten, das einfach abzuschreiben, wie es ist, und dann an den bezeichnenten Stellen mit eigenen Befehlen nach und nach zu erweitern.

Atmel AVR-Assembler

 .NOLIST                    ; List-Output unterdrücken
 .INCLUDE <m8def.inc>       ; das gibt es für jeden Controllertyp
 .LIST                      ; List-Output wieder aufdrehen
 .CSEG                      ; was nun folgt, gehört in den FLASH-Speicher


 ;------------------------------------------------------
 ;     Start Adresse 0000
 ;------------------------------------------------------
 RESET:
     rjmp INIT           ; springen nach "INIT"

 ;------------------------------------------------------
 ;     ISR VECTORS
 ;------------------------------------------------------
 ;    .....    hier kommen dann die Sprungadressen für die Interrupts rein
 ;             dazu kommen wir noch


 .ORG INT_VECTORS_SIZE    ; dadurch haben wir für die Vektoren Platz gelassen
 INIT:  
 ;------------------------------------------------------
 ;     INITIALIZE
 ;------------------------------------------------------
     ldi r24,high(RAMEND)     ;Stack Pointer setzen 
     out SPH,r24              ; "RAMEND" ist in m8def.inc (s.o.) festgelegt
     ldi r24,low(RAMEND)      ; 
     out SPL,r24              ;

 ;------------------------------------------------------
 ;   eigene Initialisierungen
 ;------------------------------------------------------
 ;....
 ;....
 ;....

 ;------------------------------------------------------
 ;   HAUPTSCHLEIFE
 ;------------------------------------------------------
 Hauptschleife: 
 ;....   eigene befehle
 ;....   eigene befehle
 ;....   eigene befehle
        rjmp Hauptschleife         ; immer wiederholen 

 ;------------------------------------------------------
 ;   ENDE
 ;------------------------------------------------------
 Ende:  
        rjmp Ende

GNU Assembler

#include <avr/io.h>                ; das gibt den Controllertyp an

.text                              ; was nun folgt, gehört in den FLASH-Speicher

.global main                       ; main ist auch in anderen Modulen bekannt

main:                              ; zu 'main' wird nach Reset hingesprungen
        ;....   eigene befehle
Hauptschleife:                     ; ein Sprunglabel
        ;....   eigene befehle
        rjmp Hauptschleife         ; immer wiederholen

Und das wars auch schon.

Es bietet sich an, GCC aufzurufen und ihn die Arbeit an Assembler und Linker delegieren zu lassen. Standard Datei-Erweiterung dazu ist *.S:

avr-gcc -o beispiel.elf -mmcu=atmega8 beispiel.S

Falls die Plattform Ärger mit Groß/Kleinschreibung macht wie Windows, dann geht auch

avr-gcc -x assembler-with-cpp -o beispiel.elf -mmcu=atmega8 beispiel.ss

GCC legt die Vektortabelle selbständig an und nimmt die richtigen Einträge vor; auch für den RESET-Vektor. Bevor zu main gesprungen wird, wird noch eine kleine Initialisierung gemacht: Stackpointer setzen und Y-Reg darauf initialisieren, um es als Framepointer nutzen zu können.

Falls man eine IRQ bedienen möchte, schreibt man

.text
.global SIG_OVERFLOW0   ; alternativ: __vector_9 schreiben, wenn 9 die IRQ-Nummer ist
                        ; SIG_XXX ist ein #define aus avr/ioxxxx.h
                        ; das durch #include <avr/io.h> mitincludet wird

SIG_OVERFLOW0:          ; dito
       ; ISR-Code
       reti

Dadurch wird an der richtigen Stelle der Vektortabelle ein Eintrag veranlasst.

Ein Disassemble des Maschinencodes sieht dann so aus (Vectab gekürzt):

Disassembly of section .text:

00000000 <__vectors>:
   0:	12 c0       	rjmp	.+36     	; 0x26
   2:	18 c0       	rjmp	.+48     	; 0x34
   4:	17 c0       	rjmp	.+46     	; 0x34
...
  12:	11 c0       	rjmp	.+34     	; 0x36
...

00000026 <__ctors_end>:
  26:	11 24       	eor	r1, r1
  28:	1f be       	out	0x3f, r1	; 63
  2a:	cf e5       	ldi	r28, 0x5F	; 95
  2c:	d4 e0       	ldi	r29, 0x04	; 4
  2e:	de bf       	out	0x3e, r29	; 62
  30:	cd bf       	out	0x3d, r28	; 61
  32:	02 c0       	rjmp	.+4      	; 0x38

00000034 <__bad_interrupt>:
  34:	e5 cf       	rjmp	.-54     	; 0x0

00000036 <__vector_9>:
  36:	18 95       	reti

00000038 <main>:
  38:	ff cf       	rjmp	.-2      	; 0x38

Befehle

Autor: PicNick