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Avr-Asm-Tutorial S. 3
2 Das Konzept hinter der Sprache Assembler
Achtung! Bei dieser Seite geht es um die Programmierung von Mikrocontrollern, nicht um PCs mit
Linux- oder Windows-Betriebssystem und ähnliche Elefanten, sondern um kleine Mäuse. Es geht
auch nicht um die Programmierung von Ethernet-Megamaschinen, sondern um die Frage, warum
man als Anfänger eher mit Assembler beginnen sollte als mit einer Hochsprache. Sie erläutert, was
das Konzept hinter Assembler ist, was Hochsprachenprogrammierer vergessen müssen, um Assembler
zu lernen und warum Assembler manchmal fälschlich als "Maschinensprache" bezeichnet wird.
2.1 Die Hardware von Mikrocontrollern
Was hat die Hardware von Mikrocontrollern mit Assembler zu tun? Viel, wie aus dem Folgenden
hervorgeht. Das Konzept bei Assembler ist, die Ressourcen des Prozessors unmittelbar zugänglich
zu machen. Unter Ressourcen sind dabei alle Hardwarebestandteile zu verstehen, also
• die zentrale Steuer- und Recheneinheit (CPU) und deren Rechenknecht, die Arithmetische
und Logik-Einheit (ALU),
• die diversen Speichereinheiten (interne oder externe RAM, EEPROM-Speicher),
• die Ports, die das Verhalten von Portbits ebenso beeinflussen wie auch Zeitgeber (Timer),
AD-Wandler und andere Geräte.
2.2 Die Arbeitsweise der CPU
Am Wichtigsten ist die Fähigkeit der zentralen Steuereinheit, Instruktionen aus dem Programmspeicher
(Flash) zu holen (Instruction fetch), in auszuführende Schritte zu zerlegen und diese Schritte
dann auszuführen. Die Instruktionen stehen dabei in den AVR als 16-bittige Zahlenwerte im Flash-
Speicher und werden von dort schrittweise abgeholt. Der Zahlenwert übersetzt sich dann z. B. in die
Addition der beiden Register R0 und R1 und das Speichern des Ergebnisses im Register R0. Register
sind dabei Speicherzellen, die 8 Bits enthalten und direkt gelesen und beschrieben werden können.
An einigen Beispielen soll das genauer gezeigt werden.
CPU-Operation Kode (binär) Kode(Hex)
CPU schlafen legen 1001.0101.1000.1000 9588
Register R1 zu Register R0 addieren 0000.1100.0000.0001 0C01
Register R1 von Register R0 subtrahieren 0001.1000.0000.0001 1801
Konstante 170 in Register R16 schreiben 1110.1010.0000.1010 EA0A
Multipliziere Register R3 mit Register R2, Ergebnis in R1 und R0 1001.1100.0011.0010 9C32
Wenn die CPU also hexadezimal 9588 aus dem Flashspeicher liest, stellt sie ihre Tätigkeit ein und
holt keine weiteren Instuktionen mehr aus dem Speicher. Keine Angst, da ist noch ein weiterer
Schutzmechanismus davorgeschaltet, bevor sie das tatsächlich ausführt. Und man kann sie auch
wieder aus diesem Zustand aufwecken. Liest sie hexadezimal 0C01, addiert sie R0 und R1 und
schreibt das Ergebnis in das Register R0. Das läuft dann etwa so ab: