MC6805 Instruction Set - Ipsia Moretto

MC6805 Instruction Set
and Program Control
prof. Svetoslav Nikolov
TECHNICHAL UNIVERSITY OF DENMARK
Traduzione e Adattamenti:
prof. Cleto Azzani
IPSIA MORETTO BRESCIA

In Questa Puntata
• Introduzione alla architettura del Set di Istruzioni
• I registri interni del M6805
• I modi di indirizzamento
• Le istruzioni di salto e le chiamate alle Procedure
(sottoprogrammi)
• La Programmazione in linguaggio Assembler
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Introduzione
Com’è noto la CPU rappresenta il cuore del
microcontrollore
Il funzionamento della CPU è
caratterizzato da una grande quantità
di operazioni elementari ciascuno
eseguito in un singolo ciclo.
Si parla convenzionalmente di RTL
“register transfer level”.
Ad ogni ciclo macchina i segnali di
controllo ed il registro di stato interno
vengono opportunamente settati.
Al programmatore non interessa molto il
livello RTL; interessa maggiormente
conoscere quali registri interni sono
disponibili e quale set di istruzioni ha a
disposizione.
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Introduzione
L’architettura della famiglia M6805 è basata sul modello “Von Neumann” Neumann”
nel quale i dati, il programma e i canali di I/O vengono collocati collocati
nella
medesima area di indirizzamento.
Il set di istruzioni è regolare e simmetrico; ciò significa che per la maggior
parte delle istruzioni esiste una versione complementare:
LDA – STA Carica e Scarica
INC – DEC Incrementa e Decrementa
BEQ – BNE Salta se è Uguale e Salta se NON è Uguale
ADD – SUB Addiziona e Sottrai
AND – ORA Operatore logico AND e Operatore logico OR
BCLR – BSET Azzera Bit porta a 1 Bit
ROR – ROL Ruota i bit verso Destra o verso Sinistra
JSR – RTS Salta e ritorna da un sottoprogramma
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MPU: Registri Interni
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Accumulatore (A)
L’accumulatore (A) è un registro “general “ general purpose” purpose”
ad 8 bit
che viene utilizzato dal programmatore per eseguire
operazioni aritmetiche, operazioni logiche, operazioni di
manipolazione dei dati. L’intero set di istruzioni opera
sul registro A.
B6 50 LDA $50 ;Carica A con il contenuto presente
;nella zona memoria $50
BB 87 ADD $87 ; Somma il contenuto della zona
;mem. $87 all’accumulatore
B7 3C STA $3C ; Scarica il contenuto dell’acc.
;nella zona mem. $3C
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Registro Indice (X)
Il registro indice viene usato dalle istruzioni che utilizzano il modo di indirizzamento
indicizzato oppure viene impiegato come registro accumulatore ausiliario. Il
registro può venire caricato o scaricato e il suo contenuto può essere confrontato
con il dato presente in una determinara area di memoria.
LDX #BCNT ; Recupera la lunghezza
REPEAT LDA SOURCE, X ; Recupera il dato
STA DESTIN, X ; memorizza il dato
DECX ; al successivo
BNE REPEAT ; Ripeti fino alla fine
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Program Counter (PC)
Il registro PC contiene l’indirizzo di memoria della successiva istruzione che deve
essere recuperata. Normalmente PC punta alla successiva locazione di memoria..
Il contenuto del PC può essere alterato dagli “interrupts”, o dalle istruzioni di salto.
Durante un “interrupt” il PC viene caricato con un indirizzo corrispondente al tipo di
interrupt che si è verificato (interrupt vector).
Le istruzioni di salto “jump” e “branch” modificano il contenuto del PC in modo tale
che la successiva istruzione ad essere eseguita non è quella successiva presente in
memoria.
L’ampiezza del PC (il numero di bit utilizzabili) dipende dal particolare tipo di MCU.
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Stack Pointer (SP) ...
L’area di Stack (stack) è una zona memoria RAM utilizzata per porre in salvo informazioni
di tipo temporaneo. E’ un insieme di locazioni di memoria consecutive gestite in modo
LIFO (last-in-first-out).
Un registro apposito denominato Stack Pointer SP viene utilizzato per specificare dov’è
collocato l’ultimo dato nel caso di una operazione POP (recupero dati dallo stack) e dove
collocare un dato da inserire nello stack nel caso di una operazione PUSH (inserimento
dati nello stack)
Sia gli “Interrupts” che le “subroutines” fanno ampio utilizzo dell’area di Stack; il valore del
PC viene automaticamente memorizzato durante una chiamata ad un sottoprogramma;
infatti esso non è altro che l’indirizzo di ritorno per proseguire.
Tutti i registri (A,X, PC,
CC) vengono memorizzati
automaticamente nello
Stack durante l’esecuzione
di un “interrupt”.
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... Stack Pointer
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Registro di Stato o Condition Code Register (CC)
H – usato nelle operazioni aritmetiche BCD; viene modificato dalla ADD e dalla ADC.
I – quando vale ’1’ disabilita tutti gli interrupt mascherabili. Durante la esecuzione di un
interrupt viene automaticamente portato a ‘1’ dopo che i registri sono stati collocati nello
stack.
N – viene portato a ’1’ da quelle operazioni aritmetiche logiche o di manipolazione dei
dati che producono un risultato negativo (nella rappresentazione in complemento a 2).
Z – viene portato a ’1’ da quelle operazioni aritmetiche logiche o di manipolazione dei
dati che producono un risultato nullo.
C – segnala la presenza di un riporto positivo “carry” dopo una addizione o un riporto
negativo “borrow” dopo una sottrazione.
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Esempio
AB 02 ADD #2 ;ADD 2 TO ACCUMULATOR
H – Viene portato ad “1” perché si è verificato un riporto fra il bit 3 ed il bit 4
I – Nessun cambiamento
N – Viene portato ad “0” perché il risultato non è di segno negativo
Z – Viene portato ad “0” perché il risultato non è nullo
C – Viene portato ad “1” perché si è verificato un riporto dal bit 7 dell’accumulatore
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Modi di Indirizzamento...
I modi di indirizzamento definiscono le modalità con cui le istruzioni recuperano il
dato richiesto durante l’esecuzione. Una istruzione può accedere ad un dato in uno
dei 5 diversi modi di indirizzamento previsti.
Il numero di istruzioni nel caso della MPU MC6805 si aggira attorno a 60 ma il
numero complessivo di codici operativi (machine codes) sale a 207 tenendo conto
che una istruzione utilizza in genere più modi di indirizzamento.
Con il termine “Effective Address/Indirizzo Effettivo” si denota la
locazione di memoria dalla quale il dato è letto o nella quale il dato è
memorizzato.
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Modi di Indirizzamento...
• Inerente
• Immediato
• Diretto
• Esteso
• Indicizzato
• Relativo
• Manipolazione dei Bit
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Modo di Indirizzamento Inerente
In questo modo di indirizzamento non esiste alcun “Effective Address”. La
informazione richiesta è già nella CPU. L’istruzione occupa solamente un
byte in memoria.
05B9 4F CLEAR CLRA ; Cancella l’accumulatore
05BA 97 TAX ; Trasferisci A in X
05BB 98 CLC ; Cancella il Carry Bit del CC
05BC 81 RTS ; Ritorna da un sottoprogramma
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Indirizzamento Immediato
L’indirizzo effettivo EA di una istruzione immediata è l’indirizzo della
locazione che immediatamente segue il codice operativo. Questo modo
viene utilizzato con valori costanti e note fin dal momento in cui il
programma viene scritto. Queste istruzioni sono composte da due bytes.
PC – punta alla istruzione
PC PC + 1
EA PC
PC PC + 1
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Esempio
[1] PC = $05BC – La CPU estrae dalla memoria il codice A6
La CPU riconosce che il codice A6 prevede indirizzamento immediato.
PC = PC+1
[2] EA = PC = $05BC – La CPU legge il dato”immediato” dalla locazione di indirizzo $05BD.
PC = PC+1 – Avanza e passa alla istruzione successiva
05BC A6 02 LDA #2 ; Carica in A il valore 2
05BE A0 05 SUB #5 ; Sottrae 5 dal contenuto di A
05C0 A1 A0 CMP #10 ; Confronta A con il valore 10
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Indirizzamento Esteso
Il dato su cui opera una istruzione è individuato dall’indirizzo completo
a 16 bit ed è contenuto nei due byte che seguono il codice operativo.
L’indirizzamento esteso consente di individuare qualsiasi locazione di
memoria appartenente allo spazio degli indirizzi della CPU M6805.
Tutte le istruzioni che operano sui registri interni e sulle locazioni di
memoria esterna possono utilizzare il modo di indirizzamento esteso.
PC – punta alla istruzione
PC PC + 1
EA (PC) : (PC+1)
PC PC + 2
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Esempio
[1] La CPU legge, all’indirizzo $0409, il codice operativo $CE – “carica il
registro X utilizzando il modo di indirizzamento esteso”.
[2] La CPU legge la quantità $08 dalla locazione $040A. Questo valore
Rappresenta il byte più significativo MSB dell’indirizzo del dato.
[3] La CPU legge poi $00 dalla locazione $040B. Questo valore rappresenta
il byte meno significativo LSB dell’indirizzo del dato.
[4] La CPU internamente compone EA = $0800 e successivamente legge il
dato ad 8 bit presente alla locazione di indirizzo $0800
0800 COUNT EQU $0800
1200 DELAY EQU $1200
0409 CE 0800 LDX COUNT ;Carica X con il contenuto della locazione di memoria $0800
040C CD 1200 JSR DELAY ;Salta al sottoprogramma che inizia all’indirizzo $1200
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Indirizzamento Diretto (o in pagina 0)
Il modo di indirizzamento diretto è simile all’indirizzamento esteso. Nel
modo diretto l’indirizzo del dato EA è costituito da un unico byte; si
parla convenzionalmente di “indirizzo abbreviato”. L’indirizzamento
diretto consente ad una istruzione di accedere a informazioni collocate
nella cosiddetta “pagina 0” ($00-$FF). Può venire usato con qualsiasi
istruzione sia di tipo “read-modify-write” sia di tipo “register/memory” o
“ bit manipulation”.
PC – punta alla istruzione
PC PC + 1
EA 00 : (PC)
PC PC + 1
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Esempio
I seguenti esempi addizionano due numeri a 16 bit. Il primo numero è
collocato nelle zone memoria $10:$11 (MSB:LSB) e il secondo numero è
collocato nelle zone memoria $12:$13 (MSB:LSB).
ORG $10 ; Stabilisce l’origine
NUM1 RMB 2 ; Riserva 2 bytes
NUM2 RMB 2 ; Riserva 2 bytes
0527 B6 11 LDA NUM1+1 ; Carica A con il contenuto della locazione $0011
0529 BB 13 ADD NUM2+1 ; Aggiungi il contenuto della locazione $0013 ad A
052B B7 11 STA NUM1+1 ;Memorizza il risultato nella locazione $0011
052D B6 10 LDA NUM1 ; Carica A con il contenuto della locazione $0010
052F B9 12 ADC NUM2 ; Aggiungi il contenuto della locazione $0012 ad A
0531 B7 10 STA NUM1 ; Memorizza il risultato nella locazione $0010
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Indirizzamento Indicizzato
Nel modo di indirizzamento indicizzato l’indirizzo effettivo EA è una variabile
che dipende da due fattori: (1) il valore corrente di X e (2) l’offset eventuale
contenuto nel byte o nei bytes che seguono la istruzione.
L’offset può essere : nullo, un dato a 8 bit, un dato a 16 bit.
EA = (X) + Offset
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Indicizzato senza Offset
In questo modo il contenuto del registro X rappresenta l’indirizzo
effettivo EA su cui lavora l’istruzione; perciò l’istruzione è costituita da un
solo byte. Questo modo di indirizzamento viene utilizzato nei casi in cui
l’indirizzo EA punta ai primi 256 bytes (da $00 a $FF, lo spazio di
memoria degli I/O).
PC – punta alla istruzione
EA 00 : X
PC PC + 1
AE 45 LDX #$45 ; X = $45
A6 20 LDA #$20 ; A = $30
F7 STA ,X ;memorizza A nella zona $45
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Indicizzato con Offset a 8 Bit
Per determinare l’indirizzo effettivo EA in questo modo di indirizzamento,
il contenuto del registro indice X viene sommato al byte che segue il
codice operativo.
Questo modo è utile nel selezionare il k-esimo elemento di una tabella di
n elementi; la tabella deve però iniziare nei primi 255 bytes della mappa
(da $00 a $FF), e non deve eccedere le prime 511 locazioni di memoria
della mappa.
L’indirizzamento indicizzato con offset a 8-bit può venire utilizzato per
ROM, RAM, e I/O.
PC – punta alla istruzione
PC PC + 1
EA X + (PC) + $0000
PC PC + 1
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Indicizzato con Offset a 16 Bit
Funziona in modo analogo
all’indirizzamento indicizzato con offset
a 8 bit. L’istruzione completa ha una
lunghezza di 3 bytes. Ogni locazione di
memoria può essere raggiunta da
questo modo di indirizzamento.
0690 AE 04 LDX #$04
SOURCE EQU $200
DESTIN EQU $40
PC – punta alla istruzione
PC PC + 1
EA (PC):(PC+1) + X
PC PC + 2
0692 D6 0200 BLKMOV LDA SOURCE, X ; Carica in A il contenuto della locazione SOURCE + X
0695 E7 40 STA DESTIN,X ; Scarica A nella locazione DESTIN + X
0698 5A DECX ; Passa alla successiva locazione
0699 2A 0692 BPL BLKMOV ; Ripeti fino alla fine
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Modo di Indirizzamento Relativo
Il Modo di Indirizzamento Relativo è usato solamente per le istruzioni di
salto di tipo “Branch”; esso specifica una locazione relativa al valore
corrente del PC (Program Counter).
Il range dell’offset è contenuto nei valori: (PC+2) - 128

Esempio
04A1 AE 50 LDX #$50
04A3 CD 04C0 REP JSR WORK
04A6 5A DECX
04A7 26 FA BNE REP
$FA è la rappresentazione binaria in complemento a 2 del valore –6
In questo esempio il sottoprogramma WORK viene chiamato 80 volte.
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Istruzioni di Bit Test e Istruzioni Branch
Queste istruzioni utilizzano il modo di indirizzamento diretto per specificare la
locazione di memoria “sotto test” e l’indirizzamento relativo per specificare la
destinazione del salto “branch”. La documentazione Motorola più recente considera
queste istruzioni appartenenti al modo di indirizzamento Diretto; la vecchia
documentazione Motorola le cataloga come “istruzioni BTB” (BTB Bit Test and
Branch).
Il bit che è sottoposto a test o che viene “settato” (portato a 1) oppure “resettato”
(portat a 0) è contenuto nel semibyte meno significativo del codice Oprativo che
caratterizza l’istruzione. (vedi esempio nella slide seguente)
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Esempio
0001 PORTB EQU $01 ; Definisco indirizzo del Port B
0009 TIMER EQU $09 ; Definisco indirizzo TCR (Timer)
058F 15 01 BCLR 2, PORTB ; Spengo LED
0591 0F 09 FC REPT BRCLR 7, TIMER, REPT ; Verifico lo stato del Timer e
0594 14 01 BSET 2, PORTB ; Accendo LED
; ripeto se tempo non scaduto
AGAIN LDA TIMER ; Recupero stato del Timer
BIT #$80 ; Maschero il Bit 7
BNE AGAIN ; Se Bit 7 0 ritorno in ciclo
LDA PORTB ; Recupero dato presente sul Port B
AND #$FB ; Maschera AND sul bit 2
STA PORTB ; Salvo Dato Modificato (spengo LED)
BRA REPT ; Ritorno in ciclo
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Riepilogo del Set di Istruzioni
Register/Memory – (ADC, ADD, AND, BIT, CMP, CPX, JMP)
Immediato, Diretto, Esteso, Indicizzato (tutti tipi)
Read/Modify/Write – (ASL, ASR, CLR, COM, DEC, INC, LSL, LSR, ... )
Diretto, Inerente, Indicizzato senza offset o con offset ad 8 bit
Control Instructions – (CLC, CLI, NOP, RSP, RTI, RTS, SEC, SEI, TAX ...)
Solo indirizzamento Inerente (1 solo byte)
Bit Manipulation – (BCLR n, BRCLR n, BRSET n, BSET n)
Diretto, Relativo
Branch Instructions (BCC, BCS, BEQ, BHCC, BHCS, ... BRA, BRN)
Relativo
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Approfondimenti consigliati
M6805 Hardware Features (Peripherals)
Reading Material - Bind I, Del 2 "M6805 Users Manual",
Chapter 4 "Hardware Features", pages 75 - 93
Alternatively you can read Chapters "The Paced Loop" and
"On-Chip Peripheral Systems" from MC68HC05 Family -
Understanding small microcontrollers, pages 159 – 217
Corso Introduttivo sul Microprocessore Motorola MC6800
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