\documentclass[a4paper,10pt,titlepage]{scrartcl} \usepackage[sc]{mathpazo} % Schrift - wie Funcky und in PDF zu Fonts beschrieben \usepackage[T1]{fontenc} \usepackage[utf8]{inputenc} \usepackage[a-1b]{pdfx} \usepackage[ngerman]{babel} \usepackage[amssymb]{SIunits} \usepackage{graphicx} \usepackage{subfigure} \usepackage{float} \usepackage[iso,german]{isodate} %his package provides commands to switch between different date formats \usepackage{hyperref} \usepackage[top=1.5cm, bottom=3cm, left=1.7cm, right=1.7cm, columnsep=20pt]{geometry} \usepackage{multicol} \usepackage{listings} \usepackage{fancyhdr} \renewcommand{\headrulewidth}{0.5pt} \renewcommand{\footrulewidth}{0.5pt} %Abstand zwischen Absätzen, Zeilenabstände \voffset26pt \parskip6pt %\parindent1cm %Rückt erste Zeile eines neuen Absatzes ein \usepackage{setspace} \onehalfspacing \definecolor{codegreen}{rgb}{0,0.6,0} \definecolor{codegray}{rgb}{0.5,0.5,0.5} \definecolor{codepurple}{rgb}{0.58,0,0.82} \definecolor{backcolour}{rgb}{0.95,0.95,0.92} %Code listing style named "mystyle" \lstdefinestyle{mystyle}{ backgroundcolor=\color{backcolour}, commentstyle=\color{codegreen}, keywordstyle=\color{magenta}, numberstyle=\tiny\color{codegray}, stringstyle=\color{codepurple}, basicstyle=\ttfamily\footnotesize, breakatwhitespace=false, breaklines=true, captionpos=b, keepspaces=true, numbers=left, numbersep=4pt, showspaces=false, showstringspaces=false, showtabs=false, tabsize=2 } %"mystyle" code listing set \lstset{style=mystyle} \begin{document} \pagenumbering{roman} \titlehead { \small { Technische Universität Ilmenau\\ Fakulät IA\\ Fachgebiet Rechnerarchitektur\\ Praktikum Rechnerarchitektur 1\\ WS 2021/22} } \title {Versuchsprotokoll} \subtitle{Versuche zur x86-Assemblerprogrammierung} \author{} \date{16.11.2021\\*[60pt]} \maketitle %Erstellt das Titelblatt wie oben definiert %Einstellungen zur Kopf- und Fußzeile \pagestyle{fancy} \fancyhead[R]{Praktikumsbericht: RA1} \pagenumbering{arabic} \newpage \section*{A1: Lauflicht} 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. \subsection*{Grundaufgabe a: Funktionen ermitteln} \begin{lstlisting} ; Programmbereich: anf: MOV EDX,400000H ;Groessee der Verzoegerung MOV [verzoe],EDX ;Verzoegerung speichern m1: MOV EDI,10 ;EDI=10 MOV ESI,OFFSET ziff ;Adresse von ziff in ESI m2: MOV AL,[ESI+EDI-1] ;AL=ziff+9 OUT 0B0H,AL ;SiebenSegment schreibt AL CALL zeit ;warten DEC EDI ;EDI=EDI-1 JNZ m2 ;if(EDI!=0) goto m2 MOV AL,0FFH ;AL=255 (dec) m3: OUT 5CH,AL ;LED Reihe links schreiben NOT AL ;AL negieren OUT 5DH,AL ;LED Reihe rechts schreiben CALL zeit ;warten MOV BL,AL ;Inhalt von AL wird noch gebraucht IN AL,59H ;Tastenreihe rechts lesen auf AL BT EAX,7 ;Bit 7 von EAX in Carry Flag MOV AL,BL ;AL bekommt alten Wert zurueck JC m1 ;if(m1==0) goto m1 JMP m3 ;goto m3 (Loop) ;zeit ist ein Unterprogramm, welches nur Zeit verbrauchen soll: zeit: MOV ECX,[verzoe] ;Lade wartezeit z1: DEC ECX ;ECX=ECX-1 JNZ z1 ;if(ECX!=0) goto z1 RET ;zurueck zum Hauptprogramm ; Datenbereich: verzoe DD ? ;Eine Speicherzelle (Doppelwort) ziff DB 3FH,03H,6DH,67H,53H,76H,7EH,23H,7FH,77H \end{lstlisting} \begin{description} \item[anf] setzt die Länge der Wartezeit \item[m1] Lädt Register \item[m2] Zählt auf Sieben Segment Anzeige \item[m3] schreibt auf LED Reihe links und invertierend rechts \item[zeit] Verbraucht Zeit nach "verzoe" \end{description} \subsection*{Grundaufgabe b} \subsubsection*{einfaches Lauflicht} auf der rechten LED-Reihe soll ein sichtbarer Lichtpunkt von links nach rechts laufen und immer wieder von links beginnen \begin{lstlisting} anf: MOV EDX,400000H MOV [verzoe],EDX MOV AL, 80H ;Startwert fuer LED Reihe lauf: OUT 5CH, AL ;Wert auf LED Reihe schreiben CALL zeit ;warten ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts JMP lauf ;Schleife wiederholen zeit: MOV ECX,[verzoe] z1: DEC ECX JNZ z1 RET \end{lstlisting} \subsubsection*{Lauflicht mit Geschwindigkeitsumschalter} das Lauflicht soll durch den linken Schalter zwischen "schnell" (Schalter oben) und "langsam" (Schalter unten) umschalten \begin{lstlisting} anf: MOV Al, 80H lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam" MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher OUT 5CH, AL ;LED Reihe schreiben MOV BL, AL ;AL speichern IN AL, 58H ;Schalter einlesen BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag JNC langsam ;Carry Flag = 0, schalter unten MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell" MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher CMC ;Carry Flag umschalten (0) langsam: CALL zeit ;warten MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck ROR AL,1 ;Bits um 1 nach rechts JMP anf ;Schleife wiederholen zeit: MOV ECX,[verzoe] z1: DEC ECX JNZ z1 RET \end{lstlisting} \subsubsection*{Lauflicht verändert Richtung} zusätzlich zum oben implementierten soll die Bewegungsrichtung des Lichtpunktes durch den rechten Schalter der Schalterreihe zwischen "nach links" und "nach rechts" wechseln. \begin{lstlisting} anf: MOV Al, 80H lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam" MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher OUT 5CH, AL ;LED Reihe schreiben MOV BL, AL ;AL speichern IN AL, 58H ;Schalter einlesen BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag JNC langsam ;Carry Flag = 0, Schalter unten MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell" MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher CMC ;Carry Flag umschalten langsam: CALL zeit ;warten MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck BT AL, 0 ;0. Bit von AL in Carry Flag JNC rechts ;Carry Flag = 1; Schalter oben ROL AL,1 ;Bits um 1 nach links CMC ;Carry Flag umschalten (0) JMP anf ;Schleife wiederholen rechts: ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts JMP anf ;Schleife wiederholen zeit: MOV ECX,[verzoe] z1: DEC ECX JNZ z1 RET \end{lstlisting} \subsubsection*{Lauflicht mit Invertierung} 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. \begin{lstlisting} anf: MOV Al, 80H lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam" MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher MOV BL, AL ;Kopie von AL anlegen IN AL, 59H ;Tastenreihe einlesen AND AL, FFH ;UND Operation mit FF JZ nopress ;kein Schalter gedrueckt NOT BL ;BL invertieren MOV AL, BL ;AL ueberschreiben nopress: OUT 5CH, AL ;LED Reihe schreiben IN AL, 58H ;Schalter einlesen BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag JNC langsam ;Carry Flag = 0, Schalter unten MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell" MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher CMC ;Carry Flag umschalten langsam: CALL zeit ;warten MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck BT AL, 0 ;0. Bit von AL in Carry Flag JNC rechts ;Carry Flag = 1; Schalter oben ROL AL,1 ;Bits um 1 nach links CMC ;Carry Flag umschalten (0) JMP anf ;Schleife wiederholen rechts: ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts JMP anf ;Schleife wiederholen zeit: MOV ECX,[verzoe] z1: DEC ECX JNZ z1 RET \end{lstlisting} \subsection*{Zusatzaufgabe} Erweiterungen des Programms nach eigenen Ideen: \begin{itemize} \item symetrische LED Reihe zur Mitte \item Sieben Segment zählt 9 Schritte mit \end{itemize} \begin{lstlisting} anf: MOV Al, 80H MOV EDI, 0 MOV ESI, OFFSET ziff lauf: MOV EDX, 400000H ; Wert fuer "langsam" MOV [verzoe], EDX ;"langsam" in Speicher MOV BL, AL ;Kopie von AL anlegen IN AL, 59H ;Tastenreihe einlesen AND AL, FFH ;UND Operation mit FF JZ nopress ;kein Schalter gedrueckt NOT BL ;BL invertieren MOV AL, BL ;AL ueberschreiben nopress: OUT 5CH,AL ;LED Reihe links schreiben NOT AL ;AL negieren OUT 5DH,AL ;LED Reihe rechts schreiben MOV BH,[ESI+EDI-1] ;Sieben Segment berechnen OUT 0B0H,BH ;Sieben Segment schreiben DEC EDI ;Sieben Segment runterzaehlen JZ timer ;Timer auf 0 setzen IN AL, 58H ;Schalter einlesen BT AL, 7 ;7. Bit von AL in Carry Flag JNC langsam ;Carry Flag = 0, Schalter unten MOV EDX, 200000H ; Wert fuer "schnell" MOV [verzoe], EDX ;"schnell" in Speicher CMC ;Carry Flag umschalten langsam: CALL zeit ;warten MOV AL, BL ;AL aus speicher zurueck BT AL, 0 ;0. Bit von AL in Carry Flag JNC rechts ;Carry Flag = 1; Schalter oben ROL AL,1 ;Bits um 1 nach links CMC ;Carry Flag umschalten (0) JMP anf ;Schleife wiederholen rechts: ROR AL, 1 ;Bits um 1 nach rechts JMP anf ;Schleife wiederholen timer: MOV BH, 0FFH RET zeit: MOV ECX,[verzoe] z1: DEC ECX JNZ z1 RET \end{lstlisting} \newpage \section*{A2: Timerbaustein} 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. \begin{center} \begin{tabular}{| l | c | c | c | c | c | c | c | c | } \hline \multicolumn{9}{|c|}{Frequenzen der C-Dur Tonleiter} \\ \hline \hline Ton & c' & d' & e' & f' & g' & a' & h' & c'' \\\hline 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 \end{tabular} \end{center} \subsection*{Grundaufgabe a} 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. $$\text{Zählkonstante: } \frac{2 MHz}{440 Hz} = 4545,4545 = (11C1)_{16}$$ \begin{lstlisting} MOV AL, 36H; Steuerbyte 00110110 OUT 57H, AL MOV AL, 0C1H; LSB OUT 54H, Al MOV AL, 011H; MSB OUT 54H, AL \end{lstlisting} \subsection*{Grundaufgabe b} 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. $$\text{Zählkonstante: } \frac{2 MHz}{2 Hz} /2 = 1000000 / 2 = 500000$$ \begin{lstlisting} MOV AL, 0B6H; Kanal 2 OUT 57H, AL MOV AL, 0FFH OUT 56H, AL MOV AL, 0FFH OUT 56H, AL MOV AL, 076H ;Kanal 1 OUT 57H, AL MOV AL, 0FFH OUT 55H, AL MOV AL, 0FFH OUT 56H, AL \end{lstlisting} \subsection*{Grundaufgabe c} 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. \begin{lstlisting} noton: MOV AL, 59H OUT 57H, AL taste: IN AL, 59H AND AL, 0FFH JZ noton ;keine taste gedrueckt JMP ton ton: MOV AL, 0C1H OUT 54H, AL MOV AL, 011H 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. \begin{lstlisting} noton: MOV AL, 59H OUT 57H, AL taste: IN AL, 59H MOV BL, AL AND AL, 0FFH JZ noton ;keine taste gedrueckt MOV AL, BL AND AL, 001H ; Taste A JNZ tonA MOV AL, BL AND AL, 003H ; Taste B JNZ tonB MOV AL, BL AND AL, 004H ;Taste C JNZ tonC JMP taste tonA: MOV AL, 0C1H OUT 54H, AL MOV AL, 011H OUT 54H, AL JMP taste tonB: MOV AL, 008H OUT 54H, AL MOV AL, 0FDH OUT 54H, AL JMP taste tonC: MOV AL, 000H OUT 54H, AL MOV AL, 0EFH OUT 54H, AL JMP taste \end{lstlisting} \newpage \section*{A3: Matrixtastatur} 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. \subsection*{Grundaufgabe a} 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. Dies geschieht mit dem Unterprogramm \textit{matr}. 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. 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. \begin{lstlisting}[caption=aufgabe 3a] main: CALL wmatr ; Tasten abfragen MOV AL, BL ; Ausgabe vorbereiten OUT 5Dh, AL ; Bits auf LED-Port JMP main ; Schleife matr: IN AL, 5Ah ; Zeile einlesen MOV BL, AL ; in Register B SHL BL, 4 ; Bits nach oben schieben IN AL, 5Bh ; Spalte einlesen OR BL, AL ; Spalten & Zeilen zusammenfassen RET wmatr: CALL matr ; Tasten abfragen JNZ wmatr ; weiter wenn keine Taste gedrueckt wloop: CALL matr ; Taste abfragen JZ wloop ; weiter wenn Taste gedrueckt RET \end{lstlisting} \subsection*{Grundaufgabe b} \begin{multicols}{2} Realisiere ein Programm, das die jeweils gedrückte Ziffer in lesbarer Darstellung auf der linken Stelle der Sieben-Segment-Anzeigen anzeigt. Tastaturbelegung: \begin{center} \begin{tabular}{c|c|c|c} 0 & 1 & 2 & 3 \\ 4 & 5 & 6 & 7 \\ 8 & 9 & - & - \\ - & - & - & - \end{tabular} \end{center} \end{multicols} \begin{lstlisting}[caption=aufgabe 3b] MOV DX, 0BBh ; Startwertpointer 7Seg.Anzeige anf: CALL wmatr ; Tasten abfragen CALL ziff ; Ziffern abfragen CALL anz ; Ausgabe auf Anzeige JMP anf matr: IN AL, 5Ah ; Zeile einlesen MOV BL, AL ; in Register B sichern SHL BL, 4 ; Bits nach oben schieben IN AL, 5Bh ; Spalte einlesen OR BL, AL ; Spalten & Zeilen in Byte zusammenfassen RET wmatr: CALL matr ; Tasten abfragen JNZ wmatr ; weiter wenn keine Taste gedrueckt w2: CALL matr ; Taste abfragen JZ w2 ; weiter wenn Taste gedrueckt RET ziff: CMP BL, 17h JNC z1 MOV BH, 3Fh RET z1: CMP BL, 18h JNC z2 MOV BH, 03h RET z2: CMP BL, 20h JNC z3 MOV BH, 6Dh RET z3: CMP BL, 24h JNC z4 MOV BH, 67h RET z4: CMP BL, 33h JNC z5 MOV BH, 53h RET z5: CMP BL, 34h JNC z6 MOV BH, 76h RET z6: CMP BL, 36h JNC z7 MOV BH, 7Eh RET z7: CMP BL, 40h JNC z8 MOV BH, 23h RET z8: CMP BL, 65h JNC z9 MOV BH, 7Fh RET z9: CMP BL, 66h JNC zq MOV BH, 77h RET zq: MOV BH, 04h RET anz: MOV AL, BH OUT DX, AL RET \end{lstlisting} \subsection*{Fortgeschrittene Aufgabe c} Erweitere das Programm so dass gedrückte Ziffern der Reihe nach nebeneinander angezeigt werden und beim erreichen der letzten Stelle wieder links beginnt. Das Drücken einer nicht als Ziffer definierten Taste soll eine leere Stelle erzeugen. \begin{lstlisting}[caption= aufgabe 3c] MOV DX, 0BBh ; Startwertpointer 7Seg.Anzeige anf: CALL wmatr ; Tasten abfragen CALL ziff ; Ziffern abfragen CALL anz ; Ausgabe auf Anzeige JMP anf matr: IN AL, 5Ah ; Zeile einlesen MOV BL, AL ; in Register B sichern SHL BL, 4 ; Bits nach oben schieben IN AL, 5Bh ; Spalte einlesen OR BL, AL ; Spalten & Zeilen in Byte zusammenfassen RET wmatr: CALL matr ; Tasten abfragen JNZ wmatr ; weiter wenn keine Taste gedrueckt w2: CALL matr ; Taste abfragen JZ w2 ; weiter wenn Taste gedrueckt RET ziff: CMP BL, 17h JNC z1 MOV BH, 3Fh RET z1: CMP BL, 18h JNC z2 MOV BH, 03h RET z2: CMP BL, 20h JNC z3 MOV BH, 6Dh RET z3: CMP BL, 24h JNC z4 MOV BH, 67h RET z4: CMP BL, 33h JNC z5 MOV BH, 53h RET z5: CMP BL, 34h JNC z6 MOV BH, 76h RET z6: CMP BL, 36h JNC z7 MOV BH, 7Eh RET z7: CMP BL, 40h JNC z8 MOV BH, 23h RET z8: CMP BL, 65h JNC z9 MOV BH, 7Fh RET z9: CMP BL, 66h JNC zq MOV BH, 77h RET zq: CMP BL, 77h JNC z1 MOV BH, 04h RET anz: MOV AL, BH OUT DX, AL CMP DX, 0B0h JC rst DEC DX RET rst: MOV DX, 0BBh RET \end{lstlisting} \subsection*{Fortgeschrittene Aufgabe d} Verhindere das Prellen der Tasten durch Software um doppelte Tastendrücke zu vermeiden. \begin{lstlisting}[caption= aufgabe 3d] MOV DX, 0BBh ; Startwertpointer 7Seg.Anzeige anf: CALL wmatr ; Tasten abfragen CALL ziff ; Ziffern abfragen JMP anf wmatr: CALL matr CMP BH, 0h JNZ wmatr lp: CALL matr CMP BH, 0h ; Entprelltimer JZ lp RET matr: MOV ECX, 5000h t: DEC ECX JNZ t MOV AL, 01h OUT 5Ah, AL IN AL, 5Bh MOV BL, AL z0: CMP BL, 01h JNC z1 MOV BH, 3Fh RET z1: CMP BL, 02h JNC z2 MOV BH, 03h RET z2: CMP BL, 04h JNC z3 MOV BH, 6Dh RET z3: CMP BL, 08h JNC w2 MOV BH, 67h RET w2: MOV AL, 02h OUT 5Ah, AL IN AL, 5Bh MOV BL, AL z4: CMP BL, 01h JNC z5 MOV BH, 53h RET z5: CMP BL, 02h JNC z6 MOV BH, 76h RET z6: CMP BL, 04h JNC z7 MOV BH, 7Eh RET z7: CMP BL, 08h JNC w3 MOV BH, 23h RET w3: MOV AL, 04h OUT 5Ah, AL IN AL, 5Bh MOV BL, AL z8: CMP BL, 01h JNC z9 MOV BH, 7Fh RET z9: CMP BL, 02h JNC zq MOV BH, 77h RET zq: MOV BH, 0h RET anz: MOV AL, BH OUT DX, AL CMP DX, 0B0h JC rst DEC DX RET rst: MOV DX, 0BBh RET \end{lstlisting} \subsection*{Zusatzaufgabe} Realisiere einen einfachen Taschenrechner der einstellige nichtnegative Dezimalzahlen addiert und das ein- bis zweistellige Ergebnis auf der Sieben-Segment-Anzeige anzeigt. Definiere dafür Tasten für ,,+'' und ,,=''. \begin{center} \begin{tabular}{c|c|c|c} 1 & 2 & 3 & 4 \\ 5 & 6 & 7 & 8 \\ 0 & 0 & 0 & 0 \\ + & 0 & 0 & = \end{tabular} \end{center} \begin{lstlisting}[caption= addition] \end{lstlisting} \end{document}