777 lines
25 KiB
TeX
777 lines
25 KiB
TeX
\documentclass[a4paper,12pt,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{mdwlist} %less space for lists
|
|
\usepackage{listings}
|
|
\lstset{
|
|
literate={ö}{{\"o}}1
|
|
{ä}{{\"a}}1
|
|
{ü}{{\"u}}1
|
|
}
|
|
|
|
\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
|
|
|
|
\begin{document}
|
|
\pagenumbering{roman}
|
|
\titlehead
|
|
{
|
|
\small
|
|
{
|
|
Technische Universität Ilmenau\\
|
|
Fakulät IA\\
|
|
Fachgebiet Rechnerarchitektur\\
|
|
|
|
Praktikum Rechnerarchitektur 2\\
|
|
WS 2021/22}
|
|
}
|
|
|
|
\title {Versuchsprotokoll}
|
|
\subtitle{Versuche Befehlsausführung und Mikrocontroller}
|
|
\author{}
|
|
\date{\today\\*[60pt]}
|
|
\maketitle %Erstellt das Titelblatt wie oben definiert
|
|
|
|
%Einstellungen zur Kopf- und Fußzeile
|
|
\pagestyle{fancy}
|
|
\fancyhead[R]{Praktikumsbericht: RA2}
|
|
\pagenumbering{arabic}
|
|
\newpage
|
|
|
|
\section*{Versuch B: Befehlsausführung}
|
|
Simulative Untersuchung der Ausführung von Maschinenbefehlen in unterschiedlichen Pipeline-Architekturen
|
|
|
|
\subsection*{Aufgabe 1}
|
|
Untersuche die vorbereitete Befehlsfolge mit den drei vorgegebenen Grundstrukturen Standard-Pipeline, Superskalar-in-Order und Superskalar-out-of-Order. Beobachte den Programmablauf und machen dich mit der Bedienung vertraut! Schauen vor dem Simulationsstart auch die Parametereinstellungen für Sprungvorhersage und Result Forwarding an und interpretiere das Verhalten während der Simulation.
|
|
|
|
Code A1b
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
addiu $t1, $zero, 11
|
|
addiu $t2, $zero, 0
|
|
loop: addu $t2, $t2, $t1
|
|
addiu $t1, $t1, -1
|
|
bnez $t1, loop
|
|
\end{lstlisting}
|
|
Alle Strukturen mit Result-Forwarding und 2-Bit Vorhersage.
|
|
|
|
\textbf{Beobachtung}:
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Standard Pipeline
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 43
|
|
\item Befehle: 39
|
|
\item Befehle pro Takt: 0,81
|
|
\item Sprünge: 11
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 29
|
|
\item Befehle: 44
|
|
\item Befehle pro Takt: 1,21
|
|
\item Sprünge: 11
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 20
|
|
\item Befehle: 58
|
|
\item Sprünge: 12
|
|
\end{itemize*}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsection*{Aufgabe 2}
|
|
Untersuche die Befehlsfolgen A4 und B2 mit mindestens je drei unterschiedlichen Simulationsläufen! Wähle die benutzten Pipelinestrukturen und Parametereinstellungen selbst aus. Vergleiche die Ergebnisse mit den Lösungen aus der Übung und suche Erklärungen für eventuelle Unterschiede!
|
|
|
|
Code A4
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
lw $t2, 4($t1)
|
|
addiu $t3, $zero, 65
|
|
addu $t5, $zero, $t2
|
|
sub $t4, $t3, $t5
|
|
add $t2, $t5, $t3
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\textbf{Beobachtung}:
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Standard Pipeline
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 11
|
|
\item Befehle: 5
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 8
|
|
\item Befehle: 5
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-61330.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 8
|
|
\item Befehle: 5
|
|
\end{itemize*}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
Code B2
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
# addition der inhalte von 4 aufeinander folgenden speicherzellen, beginnend mit adresse 0x12345678 ...
|
|
# $t2 enthalte bereits den wert 0x12340000
|
|
addi $t0, $zero, 4 # max. zaehlerwert t0 = 4
|
|
addi $t2, $t2, 0x5678 # adressregister t2 = startadresse
|
|
addi $t3, $zero, 0 # zaehlerregister t3 = 0
|
|
addi $t1, $zero, 0 # ergebnisregister t1 = 0
|
|
loop: lw $t4, ($t2) # tempregister t4 <- wert laden
|
|
add $t1, $t1, $t4 # summieren
|
|
addi $t2, $t2, 4 # adresse um 4 erhöhen
|
|
addi $t3, $t3, 1 # zaehler +1
|
|
bne $t3, $t0, loop # loop für zaehler != 4
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\textbf{Beobachtung}:
|
|
2 Bit Vorhersage
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Standard Pipeline
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 40
|
|
\item Befehle: 28
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-62418.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 31
|
|
\item Befehle: 32
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-62729.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 27
|
|
\item Befehle: 80
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-63122.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
1 Bit Vorhersage
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Standard Pipeline
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 40
|
|
\item Befehle: 28
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 31
|
|
\item Befehle: 32
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-64222.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 27
|
|
\item Befehle: 80
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-64400.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
|
|
0 Bit Vorhersage
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Standard Pipeline
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 48
|
|
\item Befehle: 24
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-63915.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 37
|
|
\item Befehle: 24
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-63642.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 33
|
|
\item Befehle: 24
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-63323.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
|
|
Superskalar In-Order Pipeline ohne Result Forwarding (4 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 57
|
|
\item Befehle: 32
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-73350.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsection*{Aufgabe 3}
|
|
Änderne nun eine der vorgegebenen Pipelinestrukturen ab, z.B. die Anzahl der parallelen Pipelines verändern. Orientiere dich zuvor über den Inhalt des ,,Baukastens''. Untersuche mit den oben verwendeten Befehlsfolgen die Auswirkungen auf die Simulationsergebnisse! Variiere dabei die Parameter und interpretiere die Ergebnisse!
|
|
|
|
\textbf{Beobachtung}: jeweils mit 2 Bit Vorhersage und Result Forwarding
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (3 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 32
|
|
\item Befehle: 31
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-65225.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar In-Order Pipeline (2 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-65346.jpg}
|
|
\item Takte: 34
|
|
\item Befehle: 30
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-65517.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 3 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-65743.jpg}
|
|
\item Takte: 28
|
|
\item Befehle: 62
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-70806.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 2 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 30
|
|
\item Befehle: 46
|
|
\item \includegraphics[width=.4\linewidth]{Assets/RA2-70953.jpg}
|
|
\end{itemize*}
|
|
\item Superskalar Out-of-Order ( 9 EX Einheiten)
|
|
\begin{itemize*}
|
|
\item Takte: 27
|
|
\item Befehle: 165
|
|
\end{itemize*}
|
|
\end{itemize*}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsection*{Zusatzaufgaben}
|
|
\subsubsection*{Z1}
|
|
Untersuche weitere Befehlsfolgen, z.B. aus A5, A6, A7, B1 oder nach eigenen Entwürfen!
|
|
|
|
Code A5
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
addiu $t1, $zero, 3 #$t1:=3
|
|
addiu $t2, $zero, 0 #$t2:=0
|
|
loop: addu $t2, $t2, $t1 #$t2:=$t2+$t1
|
|
addiu $t1, $t1, -1 #$t1:=$t1-1
|
|
bnez $t1, loop #branch loop (if $t1<>0)
|
|
or $t3, $zero, $t1 #$t3:=$t1
|
|
sll $t4, $t1, 2 #$t4:=$t1 << 2
|
|
and $t5, $t1, $t5 #$t5:=$t5 AND $t1
|
|
or $t6, $t1, $t6 #$t6:=$t6 OR $t1
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Code A6
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
addiu $t1, $zero, 100
|
|
loop1: addiu $t2, $zero, 100
|
|
loop2: addiu $t2, $t2, -1
|
|
...
|
|
...
|
|
bnez $t2, loop2
|
|
addiu $t1, $t1, -1
|
|
bne $t1, 1, loop1
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Code A7
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
addiu $t1, $zero, 991
|
|
loop: ...
|
|
addu $t2, $zero, $t1
|
|
and $t2, $t2, 0x08
|
|
bnez $t2, next
|
|
...
|
|
next: ...
|
|
addiu $t1, $t1, -1
|
|
bne
|
|
$t1, -1, loop
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Code B1
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
add $t5, $zero, $t2
|
|
add $t4, $t6, $t5
|
|
add $t3, $t7, $t3
|
|
lw $t0, ($t3)
|
|
add $t7, $zero, $t2
|
|
add $t1, $t6, $t0
|
|
sw $t5, ($t1)
|
|
sub $t2, $t5, $t6
|
|
addi $t4, $zero, 0
|
|
addi $t3, $t3, 1
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\subsubsection*{Z2}
|
|
Nehme weitere Änderungen an Parametern und Pipelinestrukturen vor!
|
|
|
|
\subsubsection*{Z3}
|
|
Versuche Befehlsfolgen zu finden, die die strukturellen Ressourcen besonders gut ausnutzen oder die Wirksamkeit bestimmter Methoden (wie z.B. Sprungvorhersagen) besonders gut sichtbar werden lassen!
|
|
|
|
\newpage
|
|
\section*{Versuch M: Mikrocontroller}
|
|
Assemblerprogrammierung mit dem 8-Bit-Mikrocontroller ATtiny25
|
|
|
|
\subsection*{Aufgabe 1: Ein- und Ausschalten der LED}
|
|
Die LED soll über die beiden Taster ein-, aus- und umgeschaltet werden. Dazu ist eine funktionierende Teillösung vorgegeben, welche erweitert werden soll.
|
|
|
|
\subsubsection*{Schritt a: Start der Entwicklungsumgebung}
|
|
Gebe das folgende Programm ein. Es soll die vorhandenen Befehle ersetzen.
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
.INCLUDE "tn25def.inc" // Einfügen von Symbolen, u.a. für I/O-Register
|
|
.DEVICE ATtiny25 // Festlegen des Controllertyps
|
|
anf:
|
|
ldi r16,0x07
|
|
out DDRB,r16 // Port B: Richtungseinstellung
|
|
ldi r16,0x18
|
|
out PORTB,r16 // Port B: Pull-up für Taster-Eingänge aktivieren
|
|
lo1:
|
|
sbis PINB,PB4 // Abfrage TASTER1, Skip Folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
sbi PORTB,0 // Einschalten der LED (blau)
|
|
sbis PINB,PB3 // Abfrage TASTER2, Skip Folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
cbi PORTB,0 // Ausschalten der LED (blau)
|
|
rjmp lo1 // Sprung zum Schleifenbeginn
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\subsubsection*{Schritt b: Manuelle Farbwechsel der LED}
|
|
Das Programm soll jetzt so erweitert werden, dass die LED mit den beiden Tastern zwischen zwei Leuchtfarben umgeschaltet werden kann.
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
.INCLUDE "tn25def.inc" // Einfügen von Symbolen, u.a. für I/O-Register
|
|
.DEVICE ATtiny25 // Festlegen des Controllertyps
|
|
anf:
|
|
ldi r16,0x07
|
|
out DDRB,r16 // Port B: Richtungseinstellung
|
|
ldi r16,0x18
|
|
out PORTB,r16 // Port B: Pull-up für Taster-Eingänge aktivieren
|
|
lo1:
|
|
sbis PINB,PB4 // Abfrage TASTER1, Skip Folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
rjmp blue
|
|
sbis PINB,PB3 // Abfrage TASTER2, Skip Folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
rjmp green
|
|
rjmp lo1 // Sprung zum Schleifenbeginn
|
|
blue:
|
|
sbi PORTB,0 // Einschalten der LED (blau)
|
|
cbi PORTB,1 // Ausschalten der LED (grün)
|
|
rjmp lo1
|
|
green:
|
|
cbi PORTB,0 // Ausschalten der LED (blau)
|
|
sbi PORTB,1 // Einschalten der LED (grün)
|
|
rjmp lo1
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Verändere das Programm nun so, dass durch abwechselndes Drücken der beiden Taster eine Sequenz von mindestens sechs unterschiedlichen Leuchtvarianten der LED durchgeschaltet werden kann.
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
.INCLUDE "tn25def.inc" // Einfügen von Symbolen, u.a. für I/O-Register
|
|
.DEVICE ATtiny25 // Festlegen des Controllertyps
|
|
anf:
|
|
ldi r16,0x07
|
|
out DDRB,r16 // Port B: Richtungseinstellung
|
|
ldi r16,0x18
|
|
out PORTB,r16 // Port B: Pull-up für Taster-Eingänge aktivieren
|
|
ldi r17,0x01 // Zähler
|
|
ldi r18,0x01 // Vergleicher
|
|
lo1:
|
|
sbis PINB,PB4 // Abfrage TASTER1, Skip Folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
rjmp up
|
|
sbis PINB,PB3 // Abfrage TASTER2, Skip Folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
rjmp down
|
|
rjmp lo1 // Sprung zum Schleifenbeginn
|
|
up:
|
|
inc r17
|
|
ldi r18, 0x01
|
|
cp r17, r18
|
|
brne blue
|
|
ldi r17, 0x00
|
|
rjmp blue
|
|
down:
|
|
dec r17
|
|
ldi r18, 0x00
|
|
cp r17, r18
|
|
brne blue
|
|
ldi r17, 0x06
|
|
blue:
|
|
ldi r18, 0x01
|
|
cp r17, r18
|
|
brne cyan
|
|
sbi PORTB,0 // Einschalten der LED (blau)
|
|
cbi PORTB,1 // Ausschalten der LED (grün)
|
|
cbi PORTB,2 // Ausschalten der LED (rot)
|
|
rjmp lo1
|
|
cyan:
|
|
ldi r18, 0x02
|
|
cp r17, r18
|
|
brne green
|
|
sbi PORTB,0 // Einschalten der LED (blau)
|
|
sbi PORTB,1 // Einschalten der LED (grün)
|
|
cbi PORTB,2 // Ausschalten der LED (rot)
|
|
rjmp lo1
|
|
green:
|
|
ldi r18, 0x01
|
|
cp r17, r18
|
|
brne yellow
|
|
cbi PORTB,0 // Ausschalten der LED (blau)
|
|
sbi PORTB,1 // Einschalten der LED (grün)
|
|
cbi PORTB,2 // Ausschalten der LED (rot)
|
|
rjmp lo1
|
|
yellow:
|
|
ldi r18, 0x01
|
|
cp r17, r18
|
|
brne red
|
|
cbi PORTB,0 // Ausschalten der LED (blau)
|
|
sbi PORTB,1 // Einschalten der LED (grün)
|
|
sbi PORTB,2 // Einschalten der LED (rot)
|
|
rjmp lo1
|
|
red:
|
|
ldi r18, 0x01
|
|
cp r17, r18
|
|
brne violett
|
|
cbi PORTB,0 // Ausschalten der LED (blau)
|
|
cbi PORTB,1 // Ausschalten der LED (grün)
|
|
sbi PORTB,2 // Einschalten der LED (rot)
|
|
rjmp lo1
|
|
violett:
|
|
sbi PORTB,0 // Einschalten der LED (blau)
|
|
cbi PORTB,1 // Ausschalten der LED (grün)
|
|
sbi PORTB,2 // Einschalten der LED (rot)
|
|
rjmp lo1
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Hinweis zur Verbesserung: das Prellen der Taster wird nicht berücksichtigt. Baue z.B. einen Delay ein.
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsection*{Aufgabe 2: Blinken der LED}
|
|
Das Programm soll die LED fortlaufend blinken lassen. Diese Funktion wird mit einem Zähler/Zeitgeber-Interrupt realisiert.
|
|
|
|
\subsubsection*{Schritt a: Einfaches Blinken}
|
|
Die Aufgabe besteht nun darin, die LED periodisch ein- und auszuschalten, so dass sich eine Frequenz von etwa 2 Hz ergibt. Das Umschalten der LED soll in der Interruptserviceroutine eines Zähler/Zeitgeber-Interrupts erfolgen. Dafür soll Timer/Counter 0 so initialisiert werden, dass er Interrupts mit einer Folgefrequenz von etwa 4 Hz auslöst.
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
// Interrupttabelle (muss vor dem ersten ausführbaren Befehl stehen):
|
|
tab: rjmp anf // Programmstart nach Reset ("Interrupt" 1)
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
rjmp i_11 // Timer 0 Compare A Interrupt (Interrupt 11)
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti // Tabellenende (Interrupt 15)
|
|
|
|
// Initialisierungsteil und Hintergrundprogramm:
|
|
anf: [...] // Weitere Initialisierungen
|
|
[...] // Initialisierung von Timer/Counter 0 (Empfehlung:
|
|
// Betriebsart CTC, Vergleichsregister A nutzen)
|
|
sei // Globale Interruptfreigabe
|
|
ldi r16,0x10
|
|
out TIMSK,r16 // Freigabe von Interrupt 11 (Timer 0 Compare A)
|
|
lo2: rjmp lo2 // Leere Hintergrundschleife
|
|
|
|
// Interruptserviceroutine:
|
|
i_11: in r25,SREG // Flags retten (weitere Rettungen nach Bedarf)
|
|
[...] // Inhalt der Routine
|
|
out SREG,r25 // Flags restaurieren
|
|
reti // Routine beenden
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Die Hintergrundschleife bleibt zunächst leer. Entwickle und teste das Programm für diese Aufgabe.
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
.INCLUDE "tn25def.inc" // Einfügen von Symbolen, u.a. für I/O-Register
|
|
.DEVICE ATtiny25 // Festlegen des Controllertyps
|
|
// Interrupttabelle (muss vor dem ersten ausführbaren Befehl stehen):
|
|
tab: rjmp anf // Programmstart nach Reset ("Interrupt" 1)
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
rjmp i_11 // Timer 0 Compare A Interrupt (Interrupt 11)
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti
|
|
reti // Tabellenende (Interrupt 15)
|
|
|
|
// Initialisierungsteil und Hintergrundprogramm:
|
|
anf:
|
|
; LED config
|
|
ldi r16,0x07
|
|
out DDRB,r16 // Port B: Richtungseinstellung
|
|
ldi r16,0x18
|
|
out PORTB,r16 // Port B: Pull-up für Taster-Eingänge aktivieren
|
|
; timer config
|
|
ldi r16, 0x00
|
|
out TCCR0A, r16
|
|
ldi r16, (1<<CS00)|(1<<CS02)
|
|
out TCCR0B, r16
|
|
sei
|
|
ldi r16, 0
|
|
out TCNT0, r16
|
|
ldi r16, 0x10
|
|
out TIMSK, r16
|
|
ldi r17, 0x00
|
|
ldi r18, 0x00
|
|
|
|
lo2:
|
|
rjmp lo2 // Leere Hintergrundschleife
|
|
i_11:
|
|
in r25, SREG
|
|
cp r17, r18
|
|
brne ledon
|
|
ldi r17, 0x01
|
|
cbi PORTB, 0
|
|
rjmp end
|
|
ledon:
|
|
ldi r17, 0x00
|
|
sbi PORTB, 0
|
|
end:
|
|
out SREG, r25
|
|
reti
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
Alternativ
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
.equ wait = 5000
|
|
ldi r25, HIGH(wait)
|
|
ldi r24, low(wait)
|
|
; LED config
|
|
ldi r16,0x07
|
|
out DDRB,r16 ; Port B: Richtungseinstellung
|
|
ldi r16,0x18
|
|
out PORTB,r16 ; Port B: Pull-up für Taster-Eingänge aktivieren
|
|
ldi r17, 0x00
|
|
ldi r18, 0x00
|
|
loop:
|
|
sbiw r24, 1 ; 16-bit Register dezimieren
|
|
brne loop
|
|
cp r17, r18
|
|
brne ledon
|
|
ldi r17, 0x01
|
|
cbi PORTB, 0
|
|
rjmp end
|
|
ledon:
|
|
ldi r17, 0x00
|
|
sbi PORTB, 0
|
|
end:
|
|
ldi r25, HIGH(wait)
|
|
ldi r24, LOW(wait)
|
|
rjmp loop
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\subsubsection*{Schritt b: Erweitertes Blinken}
|
|
Baue in die Hintergrundschleife eine Abfrage von TASTER1 und TASTER2 ein. Durch Drücken von TASTER1 soll die Blinkfrequenz verdreifacht werden, durch TASTER2 wird sie auf den ursprünglichen Wert zurückgestellt. Teste diese Funktion. Der Vorgang soll sich beliebig wiederholen lassen.
|
|
|
|
Stelle das Programm nun so um, dass die beiden Blinkfrequenzen deutlich langsamer sind: Etwa 1,0 Hz und etwa 0,5 Hz. Beachte, dass der Zählumfang des Timer/Counter dafür nicht ausreicht, auch nicht mit dem größten Vorteiler. Das Programm muss also in der Struktur verändert werden. Erweitere das Programm so, dass eine Sequenz aus mindestens vier unterschiedlichen Leuchtzuständen durchlaufen wird.
|
|
|
|
$$Verzoegerungswert = 2^{16}-\frac{frequenz \times delaytime}{prescaler}$$
|
|
16-Bit Wert in zwei 8-Bit teilen und in TCNT1H und TCNT1L laden
|
|
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
init:
|
|
LDI r16, 0x07
|
|
OUT DDRB, r16
|
|
LDI r17, 0x18
|
|
OUT PORTB, r17
|
|
LDI r16, 0x00
|
|
STS TCCR1A, r16 ; alle bits von TCCR1A auf 0
|
|
RET
|
|
main:
|
|
LDI r16, 0xF0
|
|
STS TCNT1H, r16 ; timer high register
|
|
LDI r16, 0xBC
|
|
STS TCNT1L, r16 ; timer low register
|
|
LDI r16, 0x05
|
|
STS TCCR1B, r16 ; use 1024 prescalar
|
|
loop: LDS R0, TIFR1 ; TIFR1 in R0 laden
|
|
SBRS R0, 0 ; skippen falls overflow
|
|
RJMP loop ; schleife bis overflow
|
|
LDI r16, 0x00
|
|
STS TCCR1B, r16 ; stoppe Timer/Counter1
|
|
LDI r16, 0x01
|
|
STS TIFR1, r16 ; overflow zurücksetzten
|
|
COM r17 ; complement r17
|
|
STS PORTB, r17 ; toggle LED
|
|
sbis PINB, PB4 ; skip folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
rjmp t1
|
|
sbis PINB, PB3 ; skip folgebefehl wenn nicht gedrückt
|
|
rjmp t2
|
|
RJMP loop
|
|
t1:
|
|
LDI r16, 0xFB
|
|
STS TCNT1H, r16 ; timer high register
|
|
LDI r16, 0x6C
|
|
STS TCNT1L, r16 ; timer low register
|
|
RJMP loop
|
|
t2:
|
|
LDI r16, 0xF0
|
|
STS TCNT1H, r16 ; timer high register
|
|
LDI r16, 0xBC
|
|
STS TCNT1L, r16 ; timer low register
|
|
RJMP loop
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsection*{Aufgabe 3: Einfaches Dimmen der LED mittels PWM}
|
|
Stelle die Helligkeit der LED mittels PWM (pulse width modulation, Pulsbreitenmodulation) auf wählbare Zwischenwerte ein.
|
|
|
|
\subsubsection*{Schritt a: Einfache Helligkeitseinstellung}
|
|
Zunächst soll die LED (nur eine Farbe) auf eine beliebige, aber konstante Helligkeit eingestellt werden können. Realisiere dazu eine PWM-Ausgabe mit 256 Helligkeitsstufen, wobei die Zeitintervalle wahlweise mittels Zählschleifen oder mittels Timer/Counter-Interrupt generiert werden. Der Helligkeitswert kann über ein Universalregister vorgegeben werden, in welches im Debugger bei gestopptem Programm jeweils unterschiedliche Werte eintragen werden.
|
|
Alternativ können auch die PWM-Betriebsarten der Timer/Counter-Baugruppen ausprobiert werden, soweit es die Hardwarekonfiguration zulässt. Empfohlen wird die Betriebsart ,,Fast PWM'' mit normaler Zählung.
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
init:
|
|
ldi r16,0xff
|
|
out DDRB,r16
|
|
cbi PORTB,0
|
|
ldi r17, 25 ; r17 ist helligkeitswert
|
|
l1:
|
|
sbi PORTB, 0 ; LED an
|
|
mov r16, r17 ; R16 kontrolliert länge des delay (= r17)
|
|
rcall delay
|
|
cbi PORTB, 0 ; LED aus
|
|
ldi r16, 255
|
|
sub r16, r17 ; R16 kontrolliert länge des delay (= 255 - r17)
|
|
rcall delay
|
|
rjmp l1
|
|
; Delay for (R16 * 4) microseconds
|
|
delay:
|
|
tst r16 ; R16 = 0? (no delay)
|
|
breq dly4
|
|
dly2:
|
|
ldi r24,low(16)
|
|
ldi r25,high(16)
|
|
dly3:
|
|
sbiw r24,1 ; 2 cycles
|
|
brne dly3 ; 2 cycles
|
|
dec r16
|
|
brne dly2
|
|
dly4:
|
|
ret
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsubsection*{Schritt b: Helligkeitseinstellung mit Tastern}
|
|
Nun sollen die beiden Taster als Bedienelemente zum Auf- und Abdimmen verwendet werden. Werte dabei die Dauer der Tastendrücke aus, nicht deren Anzahl. Die Helligkeit soll bei gedrückt gehaltenem Taster stetig zu- oder abnehmen. Bei losgelassenen Tastern soll die Helligkeit konstant bleiben.
|
|
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
init:
|
|
ldi r16,0x07 ; Port B Richtungseinstellung
|
|
out DDRB,r16
|
|
ldi r16, 0x18
|
|
out PORTB, r16 ; Pull Up für Taster
|
|
cbi PORTB, 0 ; LED aus
|
|
ldi r17, 25 ; r17 ist helligkeits wert
|
|
l1:
|
|
sbi PORTB, 0 ; LED an
|
|
mov r16, r17 ; R16 kontrolliert länge des delay (= r17)
|
|
rcall delay
|
|
cbi PORTB, 0 ; LED aus
|
|
ldi r16, 255
|
|
sub r16, r17 ; R16 kontrolliert länge des delay (= 255 - r17)
|
|
rcall delay
|
|
sbis PINB, PB4
|
|
inc r17
|
|
sbis PINB, PB3
|
|
dec r17
|
|
rjmp l1
|
|
; Delay for (R16 * 4) microseconds
|
|
delay:
|
|
tst r16 ; R16 = 0? (no delay)
|
|
breq dly4
|
|
dly2:
|
|
ldi r24,low(16)
|
|
ldi r25,high(16)
|
|
dly3:
|
|
sbiw r24,1 ; 2 cycles
|
|
brne dly3 ; 2 cycles
|
|
dec r16
|
|
brne dly2
|
|
dly4:
|
|
ret
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\newpage
|
|
\subsection*{Zusatzaufgabe: Fortlaufendes Auf- und Abdimmen der LEDs}
|
|
Diese Aufgabe soll als Anregung für weiterführende Experimente nach eigenen Ideen dienen. Die Helligkeit der LED soll in einer geeigneten Geschwindigkeit stetig herauf- und heruntergeregelt werden, so dass ein ,,weiches Blinken'' entsteht. Dazu muss einen Mechanismus implementiert werden, der den Helligkeitswert nach einem geeigneten Zeitschema verändert.
|
|
Realisiere weitergehende Funktionen nach eigenen Ideen.
|
|
|
|
\begin{lstlisting}[basicstyle=\tiny]
|
|
init:
|
|
ldi r16,0xff
|
|
out DDRB,r16
|
|
cbi PORTB,0
|
|
|
|
; LED von low zu high
|
|
dopwm:
|
|
ldi r17,25
|
|
l1:
|
|
ldi r18, 0x01 ; R18 zählt PWM cycles
|
|
l2:
|
|
cbi PORTB,0
|
|
mov r16,r17
|
|
rcall delay
|
|
sbi PORTB,0
|
|
ldi r16,255
|
|
sub r16,r17
|
|
rcall delay
|
|
dec r18
|
|
brne l2
|
|
inc r17 ; helligkeit erhöhen
|
|
brne l1
|
|
|
|
; LED von high zu low
|
|
ldi r17,255
|
|
l3:
|
|
ldi r18, 0x01
|
|
l4:
|
|
cbi PORTB,0
|
|
mov r16,r17
|
|
rcall delay
|
|
sbi PORTB,0
|
|
ldi r16,255
|
|
sub r16,r17
|
|
rcall delay
|
|
dec r18
|
|
brne l4
|
|
dec r17 ; helligkeit runter
|
|
cpi r17,25
|
|
brne l3
|
|
rjmp dopwm
|
|
|
|
; Delay for (R16 * 4) microseconds
|
|
delay:
|
|
tst r16
|
|
breq dly4
|
|
dly2:
|
|
ldi r24,low(16)
|
|
ldi r25,high(16)
|
|
dly3:
|
|
sbiw r24,1 ; 2 cycles
|
|
brne dly3 ; 2 cycles
|
|
dec r16
|
|
brne dly2
|
|
dly4:
|
|
ret
|
|
\end{lstlisting}
|
|
|
|
\end{document}
|
|
|