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@ -0,0 +1,457 @@
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\documentclass[a4paper,12pt,titlepage]{scrartcl}
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\usepackage[sc]{mathpazo} % Schrift - wie Funcky und in PDF zu Fonts beschrieben
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\usepackage[T1]{fontenc}
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\usepackage[utf8]{inputenc}
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\usepackage[a-1b]{pdfx}
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\usepackage[ngerman]{babel}
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\usepackage[amssymb]{SIunits}
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\usepackage{graphicx}
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\usepackage{subfigure}
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\usepackage{float}
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\usepackage[iso,german]{isodate} %his package provides commands to switch between different date formats
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\usepackage{hyperref}
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\usepackage{listings}
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\usepackage{fancyhdr}
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\renewcommand{\headrulewidth}{0.5pt}
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\renewcommand{\footrulewidth}{0.5pt}
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%Abstand zwischen Absätzen, Zeilenabstände
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\voffset26pt
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\parskip6pt
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%\parindent1cm %Rückt erste Zeile eines neuen Absatzes ein
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\usepackage{setspace}
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\onehalfspacing
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\definecolor{codegreen}{rgb}{0,0.6,0}
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\definecolor{codegray}{rgb}{0.5,0.5,0.5}
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\definecolor{codepurple}{rgb}{0.58,0,0.82}
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\definecolor{backcolour}{rgb}{0.95,0.95,0.92}
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%Code listing style named "mystyle"
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\lstdefinestyle{mystyle}{
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backgroundcolor=\color{backcolour},
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keywordstyle=\color{magenta},
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stringstyle=\color{codepurple},
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basicstyle=\ttfamily\footnotesize,
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breakatwhitespace=false,
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breaklines=true,
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captionpos=b,
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keepspaces=true,
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numbers=left,
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numbersep=5pt,
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showspaces=false,
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showstringspaces=false,
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showtabs=false,
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tabsize=2
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}
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%"mystyle" code listing set
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\lstset{style=mystyle}
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\begin{document}
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\pagenumbering{roman}
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\titlehead
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{
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\small
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{
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Technische Universität Ilmenau\\
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Fakulät IA\\
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Fachgebiet Rechnerarchitektur\\
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Praktikum Rechnerarchitektur 1\\
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WS 2021/22}
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}
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\title {Versuchsprotokoll}
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\subtitle{Versuche zur x86-Assemblerprogrammierung}
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\author{}
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\date{16.11.2021\\*[60pt]}
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\maketitle %Erstellt das Titelblatt wie oben definiert
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%Einstellungen zur Kopf- und Fußzeile
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\pagestyle{fancy}
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\fancyhead[R]{Praktikumsbericht: RA1}
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\pagenumbering{arabic}
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\newpage
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\section*{A1: Lauflicht}
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Versuchsaufbau anhand einfacher Assemblerprogramme. Benutze parallele digitale Ein- und Ausgabebaugruppen, die mit den LED-Reihen, der Tasten- und der Schalterreihe sowie den Sieben-Segment-Anzeigen verbunden sind.
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\subsection*{Grundaufgabe a: Funktionen ermitteln}
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\begin{lstlisting}
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; Programmbereich:
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anf: MOV EDX,400000H ;Groessee der Verzoegerung
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MOV [verzoe],EDX ;Verzoegerung speichern
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m1: MOV EDI,10 ;EDI=10
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MOV ESI,OFFSET ziff ;Adresse von ziff in ESI
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m2: MOV AL,[ESI+EDI-1] ;AL=ziff+9
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OUT 0B0H,AL ;SiebenSegment schreibt AL
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CALL zeit ;warten
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DEC EDI ;EDI=EDI-1
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JNZ m2 ;if(EDI!=0) goto m2
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MOV AL,0FFH ;AL=255 (dec)
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m3: OUT 5CH,AL ;LED Reihe links schreiben
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NOT AL ;AL negieren
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OUT 5DH,AL ;LED Reihe rechts schreiben
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CALL zeit ;warten
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MOV BL,AL ;Inhalt von AL wird noch gebraucht
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IN AL,59H ;Tastenreihe rechts lesen auf AL
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BT EAX,7 ;Bit 7 von EAX in Carry Flag
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MOV AL,BL ;AL bekommt alten Wert zurueck
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JC m1 ;if(m1==0) goto m1
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JMP m3 ;goto m3 (Loop)
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;zeit ist ein Unterprogramm, welches nur Zeit verbrauchen soll:
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zeit: MOV ECX,[verzoe] ;Lade wartezeit
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z1: DEC ECX ;ECX=ECX-1
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JNZ z1 ;if(ECX!=0) goto z1
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RET ;zurueck zum Hauptprogramm
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; Datenbereich:
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verzoe DD ? ;Eine Speicherzelle (Doppelwort)
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ziff DB 3FH,03H,6DH,67H,53H,76H,7EH,23H,7FH,77H
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\end{lstlisting}
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\begin{description}
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\item[anf] setzt die Länge der Wartezeit
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\item[m1] Lädt Register
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\item[m2] Zählt auf Sieben Segment Anzeige
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\item[m3] schreibt auf LED Reihe links und invertierend rechts
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\item[zeit] Verbraucht Zeit nach "verzoe"
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\end{description}
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\subsection*{Grundaufgabe b}
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\subsubsection*{einfaches Lauflicht}
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auf der rechten LED-Reihe soll ein sichtbarer Lichtpunkt von links nach rechts laufen und immer wieder von links beginnen
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\begin{lstlisting}
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anf: MOV EDX,400000H
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MOV [verzoe],EDX
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MOV AL, 80H ;Startwert fuer LED Reihe
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lauf: OUT 5CH, AL ;Wert auf LED Reihe schreiben
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CALL zeit ;warten
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ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts
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JMP lauf ;Schleife wiederholen
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zeit: MOV ECX,[verzoe]
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z1: DEC ECX
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JNZ z1
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RET
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\end{lstlisting}
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\subsubsection*{Lauflicht mit Geschwindigkeitsumschalter}
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das Lauflicht soll durch den linken Schalter zwischen "schnell" (Schalter oben) und "langsam" (Schalter unten) umschalten
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\begin{lstlisting}
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anf: MOV Al, 80H
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lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam"
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MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher
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OUT 5CH, AL ;LED Reihe schreiben
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MOV BL, AL ;AL speichern
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IN AL, 58H ;Schalter einlesen
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BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag
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JNC langsam ;Carry Flag = 0, schalter unten
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MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell"
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MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher
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CMC ;Carry Flag umschalten (0)
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langsam: CALL zeit ;warten
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MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck
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ROR AL,1 ;Bits um 1 nach rechts
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JMP anf ;Schleife wiederholen
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zeit: MOV ECX,[verzoe]
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z1: DEC ECX
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JNZ z1
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RET
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\end{lstlisting}
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\subsubsection*{Lauflicht verändert Richtung}
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zusätzlich zum oben implementierten soll die Bewegungsrichtung des Lichtpunktes durch den rechten Schalter der Schalterreihe zwischen "nach links" und "nach rechts" wechseln.
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\begin{lstlisting}
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anf: MOV Al, 80H
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lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam"
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MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher
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OUT 5CH, AL ;LED Reihe schreiben
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MOV BL, AL ;AL speichern
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IN AL, 58H ;Schalter einlesen
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BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag
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JNC langsam ;Carry Flag = 0, Schalter unten
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MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell"
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MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher
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CMC ;Carry Flag umschalten
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|
langsam: CALL zeit ;warten
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MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck
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BT AL, 0 ;0. Bit von AL in Carry Flag
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JNC rechts ;Carry Flag = 1; Schalter oben
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ROL AL,1 ;Bits um 1 nach links
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CMC ;Carry Flag umschalten (0)
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JMP anf ;Schleife wiederholen
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rechts: ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts
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JMP anf ;Schleife wiederholen
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zeit: MOV ECX,[verzoe]
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|
z1: DEC ECX
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JNZ z1
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|
RET
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\end{lstlisting}
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\subsubsection*{Lauflicht mit Invertierung}
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durch drücken einer beliebigen Taste der blauen Tastenreihe wird die Anzeige invertiert, d.h. der Lichtpunkt ist dunkel etc. Invertierung nur solange die Taste gedrückt wird.
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\begin{lstlisting}
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anf: MOV Al, 80H
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lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam"
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MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher
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MOV BL, AL ;Kopie von AL anlegen
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IN AL, 59H ;Tastenreihe einlesen
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|
AND AL, FFH ;UND Operation mit FF
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JZ nopress ;kein Schalter gedrueckt
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NOT BL ;BL invertieren
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|
MOV AL, BL ;AL ueberschreiben
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nopress: OUT 5CH, AL ;LED Reihe schreiben
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IN AL, 58H ;Schalter einlesen
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BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag
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JNC langsam ;Carry Flag = 0, Schalter unten
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MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell"
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MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher
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CMC ;Carry Flag umschalten
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|
langsam: CALL zeit ;warten
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|
MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck
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BT AL, 0 ;0. Bit von AL in Carry Flag
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JNC rechts ;Carry Flag = 1; Schalter oben
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ROL AL,1 ;Bits um 1 nach links
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|
CMC ;Carry Flag umschalten (0)
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|
JMP anf ;Schleife wiederholen
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rechts: ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts
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|
JMP anf ;Schleife wiederholen
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zeit: MOV ECX,[verzoe]
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z1: DEC ECX
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JNZ z1
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RET
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\end{lstlisting}
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\subsection*{Zusatzaufgabe}
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Erweiterungen des Programms nach eigenen Ideen:
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\begin{itemize}
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\item symetrische LED Reihe zur Mitte
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\item Sieben Segment zählt 9 Schritte mit
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\end{itemize}
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\begin{lstlisting}
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anf: MOV Al, 80H
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MOV EDI, 0
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MOV ESI, OFFSET ziff
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lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam"
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MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher
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MOV BL, AL ;Kopie von AL anlegen
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IN AL, 59H ;Tastenreihe einlesen
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|
AND AL, FFH ;UND Operation mit FF
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JZ nopress ;kein Schalter gedrueckt
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|
NOT BL ;BL invertieren
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MOV AL, BL ;AL ueberschreiben
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nopress: OUT 5CH,AL ;LED Reihe links schreiben
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NOT AL ;AL negieren
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OUT 5DH,AL ;LED Reihe rechts schreiben
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MOV BH,[ESI+EDI-1] ;Sieben Segment berechnen
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OUT 0B0H,BH ;Sieben Segment schreiben
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DEC EDI ;Sieben Segment runterzaehlen
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JZ timer ;Timer auf 0 setzen
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IN AL, 58H ;Schalter einlesen
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|
BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag
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JNC langsam ;Carry Flag = 0, Schalter unten
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MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell"
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MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher
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|
CMC ;Carry Flag umschalten
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|
langsam: CALL zeit ;warten
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|
MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck
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|
BT AL, 0 ;0. Bit von AL in Carry Flag
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|
JNC rechts ;Carry Flag = 1; Schalter oben
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ROL AL,1 ;Bits um 1 nach links
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|
CMC ;Carry Flag umschalten (0)
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|
JMP anf ;Schleife wiederholen
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rechts: ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts
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|
JMP anf ;Schleife wiederholen
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timer: MOV BH, 0FFH
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|
RET
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zeit: MOV ECX,[verzoe]
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|
z1: DEC ECX
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|
JNZ z1
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|
RET
|
||||||
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\end{lstlisting}
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|
\section*{A2: Timerbaustein}
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|
Arbeite mit einem programmierbaren Interfacebaustein, der über eigene Register angesprochen wird. Als Beispiel dient ein Programmierbarer Intervalltimer (PIT, auch als „Zähler-Zeitgeber-Baustein“ oder „Timerbaustein“ bezeichnet) vom Typ 8254.
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\begin{center}
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\begin{tabular}{| l | c | c | c | c | c | c | c | c | }
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|
\hline
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|
\multicolumn{9}{|c|}{Frequenzen der C-Dur Tonleiter}\\
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|
\hline
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|
\hline
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Ton & c' & d' & e' & f' & g' & a' & h' & c'' \\\hline
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|
f(Hz) & 261,6 & 293,7 & 329,6 & 349,2 & 392,0 & 440,0 & 493,9 & 523,2 \\\hline
|
||||||
|
Zählkonstante & 7662 & 6825 & 6079 & 5730 & 5102 & 4545 & 4056 & 3824 \\\hline
|
||||||
|
Freq(Hex) & 1DEEH & 1AA9H & 17BFH & 1662H & 13EEH & 11C1 & FD8H & EF0H\\\hline
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||||||
|
\end{tabular}
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||||||
|
\end{center}
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\subsection*{Grundaufgabe a}
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Der Kanal 0 des Timerbausteins soll als programmierbarer Frequenzgenerator benutzt werden. Dazu wird die Betriebsart „Mode 3“ verwendet (Frequenzteiler mit symmetrischer Rechteckschwingung am Output). Die Output-Frequenz soll 440 Hz betragen. Als Input benutzen Sie den eingebauten 2-MHz-Generator.
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$$\text{Zählkonstante: } \frac{2 MHz}{440 Hz} = 4545,4545 = (11C1)_{16}$$
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\begin{lstlisting}
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|
MOV AL, 36H; Steuerbyte 00110110
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OUT 57H, AL
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|
MOV AL, 0C1H; LSB
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OUT 54H, Al
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|
MOV AL, 011H; MSB
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OUT 54H, AL
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\end{lstlisting}
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|
\subsection*{Grundaufgabe b}
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Schalten Sie die Tonausgabe zunächst wieder ab und erweitern Sie das Programm um die Initialisierung der PIT-Kanäle 1 und 2. Die am Output des Kanals 2 angeschlossene LED soll mit einer Periodendauer von 0,5s blinken. Es ist wiederum Mode 3 zu benutzen. Da beide Kanäle hintereinander geschaltet (kaskadiert) sind, müssen Sie die benötigte Frequenzteilung auf beide Kanäle aufteilen. Außer der LED haben Sie diesmal keine weitere Kontrollmöglichkeit.
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$$\text{Zählkonstante: } \frac{2 MHz}{2 Hz} /2 = 1000000 / 2 = 500000$$
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\begin{lstlisting}
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|
MOV AL, 0B6H; Kanal 2
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OUT 57H, AL
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|
MOV AL, 0FFH
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OUT 56H, AL
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|
MOV AL, 0FFH
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|
OUT 56H, AL
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|
MOV AL, 076H ;Kanal 1
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OUT 57H, AL
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|
MOV AL, 0FFH
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||||||
|
OUT 55H, AL
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|
MOV AL, 0FFH
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|
OUT 56H, AL
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||||||
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|
||||||
|
\end{lstlisting}
|
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|
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|
\subsection*{Grundaufgabe c}
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|
Die Tonausgabe von Kanal 0 wird wieder eingeschaltet. Sie soll jetzt aber nur noch dann aktiv sein, wenn gerade eine beliebige Taste in der blauen Tastenreihe gedrückt ist. Dazu müssen Sie in der Endlosschleife des Programms eine entsprechende Abfrage einbauen.
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\begin{lstlisting}
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|
noton: MOV AL, 59H
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|
OUT 57H, AL
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taste: IN AL, 59H
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AND AL, 0FFH
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|
JZ noton ;keine taste gedrueckt
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|
JMP ton
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|
ton: MOV AL, 0C1H
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|
OUT 54H, AL
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||||||
|
MOV AL, 011H
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|
OUT 54H, AL
|
||||||
|
JMP taste
|
||||||
|
\end{lstlisting}
|
||||||
|
|
||||||
|
\subsection*{Fortgeschrittene Aufgabe d}
|
||||||
|
Erweitern Sie das Programm dann so, dass den einzelnen Tasten unterschiedliche Frequenzen zugeordnet sind. Es wird angenommen, dass nicht mehrere Tasten gleichzeitig gedrückt werden. Das Blinken der LED von Aufgabe b) soll weiterhin funktionieren.
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||||||
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||||||
|
\begin{lstlisting}
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||||||
|
noton: MOV AL, 59H
|
||||||
|
OUT 57H, AL
|
||||||
|
taste: IN AL, 59H
|
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|
MOV BL, AL
|
||||||
|
AND AL, 0FFH
|
||||||
|
JZ noton ;keine taste gedrueckt
|
||||||
|
MOV AL, BL
|
||||||
|
AND AL, 001H ; Taste A
|
||||||
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JNZ tonA
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MOV AL, BL
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AND AL, 003H ; Taste B
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JNZ tonB
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MOV AL, BL
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AND AL, 004H ;Taste C
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JNZ tonC
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JMP taste
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tonA: MOV AL, 0C1H
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OUT 54H, AL
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MOV AL, 011H
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OUT 54H, AL
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JMP taste
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tonB: MOV AL, 008H
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OUT 54H, AL
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MOV AL, 0FDH
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OUT 54H, AL
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JMP taste
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tonC: MOV AL, 000H
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OUT 54H, AL
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MOV AL, 0EFH
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OUT 54H, AL
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JMP taste
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\end{lstlisting}
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\subsection*{Zusatzaufgabe}
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\section*{A3: Matrixtastatur}
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Eine 4x4 Matrixtastatur ist über Zeilen- und Spaltenleitungen verbunden. Um eine gedrückte Taste zu erkennen müssen alle Zeilen nacheinander abgefragt werden. Bei jedem Abfrageschnitt erhält man die Information über die gedrückten Tasten jeweils einer Zeile.
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\subsection*{Grundaufgabe a}
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Alle Zeilen der Matrix je einmal abfragen und zurückkehren. Falls eine gedrückte Taste erkannt wurde, soll in einem gewählten Byteregister eine von Null verschiedene Tastennummer übergeben werden.
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Tastaturbelegung:
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\begin{tabular}{c|c|c|c}
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1 & 2 & 3 & 4\\
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5 & 6 & 7 & 8\\
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9 &10 &11 &12\\
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13 &14 &15 &16
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\end{tabular}
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\begin{lstlisting}[caption= matr]
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\end{lstlisting}
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Wie \textit{matr} soll das Unterprogramm \textit{wmatr} alle Zeilen der Matrix abfragen aber erst beim Erkennen eines Tastendrucks zurückkehren. Das bedeutet, dass es das Drücken einer Taste abwartet und dann deren Nummer übergibt.
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\begin{lstlisting}[caption= wmatr]
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\end{lstlisting}
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Zur Durchführung sollen die Unterprogramme nacheinander in einem Hauptprogramm aufgerufen werden. Das Hauptprogramm selbst soll in einer "ewigen" Schleife arbeiten und die erkannte Tastennummer binär auf einer der LED-Zeilen anzeigen.
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\begin{lstlisting}[caption= mainA]
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\end{lstlisting}
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\subsection*{Grundaufgabe b}
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Realisiere ein Programm, das die jeweils gedrückte Ziffer in lesbarer Darstellung auf der linken Stelle der Sieben-Segment-Anzeigen anzeigt.
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\begin{lstlisting}[caption= mainB]
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\end{lstlisting}
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\subsection*{Fortgeschrittene Aufgabe c}
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Erweitere das Programm so dass gedrückte Ziffern der Reihe nach nebeneinander angezeigt werden und beim erreichen der letzten Stelle wieder links beginnt.
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Das Drücken einer nicht als Ziffer definierten Taste soll eine leere Stelle erzeugen.
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\begin{lstlisting}[caption= mainC]
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\end{lstlisting}
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\subsection*{Fortgeschrittene Aufgabe d}
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Verhindere das Prellen der Tasten durch Software um doppelte Tastendrücke zu vermeiden.
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\begin{lstlisting}[caption= mainD]
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\end{lstlisting}
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\subsection*{Zusatzaufgabe}
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Realisiere einen einfachen Taschenrechner der einstellige nichtnegative Dezimalzahlen addiert und das ein- bis zweistellige Ergebnis auf der Sieben-Segment-Anzeige anzeigt.
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Definiere dafür Tasten für ,,+'' und ,,=''.
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\begin{tabular}{c|c|c|c}
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1 & 2 & 3 & 4\\
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5 & 6 & 7 & 8\\
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0 & 0 & 0 & 0\\
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+ & 0 & 0 & =
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\end{tabular}
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\begin{lstlisting}[caption= addition]
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\end{lstlisting}
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\end{document}
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