A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
1
Modifikace bitů slova v SRAM nebo výstupní brány Funkce – čtení modifikace bitů zápis (read modify write) do 1 OR 1 do 0 AND 0 v daném bitu, viz příklad na cvičení ? riziko – příchod přerušení v procesu čtení , modifikace a zápisu (read, modify, write), zákaz přerušení
Pro ovládání jednotlivých vybraných bitů brány STM32 jediným zápisem viz funkce set, reset
Adresování Bit Banding Možnost adresovat jediný bit v oblasti „bit banding“ zápisem celého slova (32 bitů) do oblasti bit band alias (analogie velké kl. + hrot. na bit) oblast 1MByte adres. prostoru bit band v paměti SRAM adresovaná jako 32 MByte v bit band alias oblast 1MByte bit band v prostoru I/O v STM32 adresovaná jako 32 MByte v bit band allias bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4) Bit B(0) slova na adr. 0x2000 0000 odpovídá slovu (4 B) na adr. 0x2000 0000 Bit B(1) slova na adr. 0x2000 0000 odpovídá slovu (4 B) na adr. 0x2000 0004 mapování bitu B(2) ze slova v SRAM na adrese, 0x2000 0300 do oblasti alias : 0x2200 0000 (zač. B.B. Alias)+ (0x300*32) + (2*4) = 0x2200 6008 Zápis na adresu 0x2200 6008 má stejný efekt jako čtení,modifikace bitu a zápis bitu 2 z byte v SRAM na adrese 0x2000 0300. význam má nejnižší bit B(0) ze slova (32 bitů) Čtení z adr. 0x2200 6008 vrátí hodnotu (0x000 0001 nebo 0x0000 0000) podle stavu bitu 2 ze slova v SRAM na adr. 0x2000 0300 A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
3
Adresování Bit Banding Bit banding – obr. dle Hitex: Insiders Guide …
celá vnitřní SRAM a periferie v STM32 - dosažitelné pomocí „Bit banding“
SRAM Bit band oblast (celkem 1 MByte)
Bit Band Alias
od 0x2000 0000 do 0x200F FFFF,
od 0x2200 0000 do 0x23FF FFFF
Periferie Bit band oblast (celkem 1 MByte)
Bit Band Alias (celkem 32 MByte)
od 0x4000 0000 do 0x400F FFFF
od 0x4200 000 do 0x43FF FFF
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
(celkem 32 MByte)
4
Adresový prostor ARM Cortex – M3 -
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
5
Procesory s jádrem ARM, kódování instrukce Architektura ARM, postupný vývoj ARMv x Architektura ARM instrukce – kódování 32 bitové Kódování instrukcí ve strojovém kódu ARM je pouze v jednom slovu 32 bitů, procesor načte kompletní kód instrukce naráz Za kódem instrukce ARM nenásledují další informace o datech či adrese skoku (jako to je např. u procesoru 8051 jedno, dvou , tří bajtové instrukce,signálových procesorů ADSP Blackfin …a dalších) Všechny informace jsou součástí instrukčního kódu Instrukce operuje s jedním nebo více registry, V jedné instrukci je pouze jediný přístup k datům v paměti (není instrukce, kde by se dva operandy načítaly z paměti, nebo kde by se operand četl z paměti a do paměti by se ukládal)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
6
Procesory s jádrem ARM, instrukce skoku Dotaz? jak se řeší skoky, když adresní prostor je 32- bitový a současně se má celá instrukce kompletně zakódovat do 32 bitů? Skoky (kde je informace o cíli skoku součástí instrukčního kódu) jsou relativní (skok o danou vzdálenost dopředu, či dozadu – tato vzdálenost je součástí instruk. kódu) vzhledem k aktuální adrese právě čteného instrukčního kódu Relativní skoky – omezený rozsah skoku („omezená vzdálenost“) Dotaz? jak se řeší „delší“ skoky, když adresní prostor je 32- bitový a současně se má celá instrukce kompletně zakódovat do 32 bitů? Skok s větším rozsahem adresy (na „větší vzdálenost“) s využitím adresy předem uložené v registru (32 bitů) (Pozn.: u ARM – Cortex M3 musí být nejnižší bit adr. skoku uložené v registru = 1) Důvod – nejnižší bit adresy A0 = 1 signalizuje činnost v režimu Thumb)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
7
Instrukční sady ARM a THUMB Kódování instrukcí ve strojovém kódu ARM nebo THUMB pouze v jednom slovu 32 bitů, nebo jednom polovičním slovu (za kódem instrukce nenásledují další informace o datech či adrese skoku – jako to je např. u 8051,…jedno, dvou , tří bajtové instrukce) Pokud je potřeba v instrukci zadat adresu 32 bitů, není to součástí instrukce,ale použití pseudoinstrukce. Instrukce se odkazuje na další slovo v paměti vygenerované uložené překladačem.
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
8
Instrukční sady ARM a THUMB Pokud je potřeba v instrukci zadat adresu 32 bitů, není to součástí instrukce, ale použitím pseudoinstrukce. Instrukce se odkazuje na další slovo v pam. vygenerované (a uložené) překladačem.
LDR
R0, =RCC_CR ; toto je pseudoinstrukce
po překladu bude ve výpisu
0x08000130 4828
LDR
r0, [pc,#160] ; @0x0800 01D4
ulož do R0 hodnotu, která je umístěna v paměti na adrese, která se získá jako součet příští volné adresy (pro slovo 4 Byte) a čísla 160 dekadicky tato instrukce je uložena na adrese 0x0800 0130, další volná adresa (se zarovnáním na hranici 4 Byte) je od 0x0800 0130 + 4 = 0x0800 0134 s posunem 160 (dekadicky) = 0xA0 ( hex.) tedy hledaná hodnota je umístěna na adrese 0x0800 0134 + 0xA0 = 0x0800 01D4 , což indikuje zápis adresy @0x0800 01D4 v protokolu o překladu , @ signalizuje, že adr. je získána rel. (možno pozorovat v okně disass. IDE Keil) A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
9
Opakování názvosloví používané v dokumentaci ARM: Byte - 8 bitů 1B (jeden bajt) Halfword - 16 bitů 2 B (dva bajty) Word - 32 bitů 4 B (čtyři bajty) tedy instrukce ARM ( a 32 bitová instrukce Thumb2) je kódovaná ve word instrukce Thumb je kódovaná v halfword
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
10
Mapa paměti v STM32F100x od 0x00 paměť Flash od 0x4000 0000 periferie od 0x2000 0000 interní SRAM výkon programu začíná podle „reset handler“ adresa uložena na 0x0000 0004 0x0000 0000 výchozí hodnota pro nastavení ukazatele zásobníku (stack) 0x0000 0004 reset handler ( v našem programu tam je 0x0800 00ED) 0x0000 0008 NMI handler ??? proč 0x0800 00ED , program začíná na 0x0800 00EC 0x0800 00EC …….1110 1100 0x0800 00ED … .1110 1101 ??? nejnižší bit odlišný instrukce kódovány 16 bitově (THUMB) nebo 32 bitově (THUMB- 2) takže by bit 0 měl být vždy 0, historicky od ARM, bit 0, pokud je v 0, znamená to přechod do módu klasické instruce ARM (32 bitů) bit 0 = 1 znamená režim Thumb, zde i Thumb -2 nejnižší bit adresy skoku u CORTEX – M3 musí být proto vždy 1 (význam pro jednotku dekódování instrukce) A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
11
Instrukční sada THUMB-2 ARM CORTEX- M3, instrukční sada pouze Thumb- 2 obsahuje původní Thumb 16 bitové, doplněné 32 bitovými inst. nepodporuje sadu ARM Thumb efektivnější využití pam. programu, (také zrychlení při čtení z FLASH, čtení 32 bitů – dvě instrukce, vysvětlení později)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
12
Kódování instrukcí Thumb
příklad instrukce MOVS
MOV (immediate) s nastavením příznaků je inst. MOVS MOVS , # MOVS R0, # 0x0 se přeloží jako 2000 ( hex strojový kód)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
Instruction or instruction class Shift (immediate), add, subtract, move, and compare Data processing Special data instructions and branch and exchange Load from Literal Pool, see LDR (literal) Load/store single data item
Generate PC- relative address, see ADR Generate SP- relative address, see ADD (SP plus immediate) Miscellaneous 16-bit instructions Store multiple registers, see STM / STMIA / STMEA Load multiple registers, see LDM / LDMIA / LDMFD Conditional branch, and supervisor call Unconditional Branch
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
Instruction Logical Shift Left LSL (immediate) Logical Shift Right LSR (immediate) Arithmetic Shift Right ASR (immediate) Add register ADD (register) Subtract register SUB (register) Add 3-bit immediate ADD (immediate) Subtract 3-bit immediate SUB (immed.) Move MOV (immediate) Compare CMP (immediate) Add 8-bit immediate ADD (immediate) Subtract 8-bit immediate SUB (immediate)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
5 bitů „opcode“ umístěných do bitů D13 až D9 následuje za bity D15 =0, D14=0 pro MOV (immed.) 100xx bude kód instrukce 00 100xx x xxxx xxxx tedy 001 000 rrr iiii iiii rrr – kodování registru iiii iiii přímá 8-bitová data
15
Kódování Thumb, příklad instrukce MOVS
MOV (immediate) Thumb instrukce MOVS , # MOVS R0, # 0x0 se přeloží jako 2000 ( hex strojový kód) 5 bitů „opcode“ umístěných do bitů D13 až D9 následuje za bity D15 =0, D14=0 pro MOV (immed.) 100xx bude kód instrukce 001 00 xxx xxxx xxxx tedy 001 000 rrr iiii iiii rrr – kodování registru iiii iiii – přímá 8-bitová data
001 00 rrr iiii iiii tedy binárně 000 0000 0000 0000 i rrr – kodování registru (R0 je kódován jako 000 binárně) iiii iiii – přímá 8-bitová data proto není možno v Thumb instrukci uložit přímá data větší než 8 bitů, ( viz proc. ARM Cortex – M0)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
16
Kódování – příklad určení strojního kód instrukce Thumb -2 32-bit Thumb – kódování instrukce
op1 musí být různé různé od 00, pokud je op1 = 00 (bin) – jedná se o 16 - bitovou instrukci Thumb tak ARM Cortex –M3 rozliší instrukce
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
17
Kódování – příklad určení strojního kód instrukce Thumb-2 op1 op2
Instruction class Load Multiple and Store Multiple Load/store dual or exclusive, table branch Data processing (shifted register) podle operandů Coprocessor instructions OP1 a OP2 Data processing (modified immediate) vznikne kód instrukce Data processing (plain binary immediate) použitelné i pro zpětný Branches and miscellaneous control překlad – Store single data item disassembling) Load byte, memory hints Load halfword, memory hints Load word UNDEFINED Data processing (register) Multiply, multiply accumulate, and absolute difference Long multiply, long multiply accumulate, and divide Coprocessor instructions
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
18
Kódování – příklad určení strojního kód instrukce Thumb -2 .
OP1, OP2, OP se doplní na příslušná místa kódu instrukce, 10
x0xxxxx
0
Data processing (modified immediate)
další bity představují kódování použitých registrů, podmínky a přímá data příklad LDR R0, =0x0 se přeloží do Thumb- 2 F04F 0000 (hex) (nalezne se v protokolu o překladu soubor xxx.LST) F 0 4 F 0 0 0 0 (hex) 1111 0000 0100 0000 0000 0000 0000 0000 bin)
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
19
Instrukce MOV pro instr. sadu Thumb a Thumb - 2 op1 op2 op Instruction class MOV (immediate) MOVS ,# Thumb instrukce (dle jazyka UAL S. nastavuje příznaky (požadavek na Thumb, inst. která je pouze s nastavením příznaků, Thumb- 2 instrukce MOV{S}.W , # ( S nast. přízn.), cS instrukce má nastavit příznakové bity, .W chci kódovat do Thumb -2, 32 bit c- podmínky – vykonání ínstrukce podle příznak. bitů
Thumb- 2 MOV.W, #
A4B38NVS, 2014, J.Fischer, kat. měření, ČVUT - FEL
20
Instrukce skoku 32- bit Thumb – kódování instrukce A 16-bit conditional branch instruction, with a branch range of –256 to +254 bytes. A 32-bit conditional branch instruction, with a branch range of approximately ± 1MB.
