XII- INTRODUCTION AU MICROCONTRÔLEUR M68HC12

XII- INTRODUCTION AU MICROCONTRÔLEUR
M68HC12
12.1- La notion de Microcontrôleur
L’objectif d’un microcontrôleur est de :
¢ Diminuer les interconnexions de circuits, sources de plus-values et de pannes.
¢ Intégrer sur la même puce de silicium le microprocesseur et un certain nombre de périphériques.
Parmi les périphériques que l’on va intégrer on trouve :
- La mémoire RAM
- La mémoire ROM.
- La mémoire EEPROM
- Des ports de liaisons parallèles
- Des ports de liaison série
- Des compteurs temporisateurs
- Des convertisseurs numériques analogiques et analog/ numériques
- Des contrôleurs de DMA et d’interruption
Etc...
Remarque : Le microcontrôleur universel n’existe pas
12.2 Introduction au 68HC12
•
•
•
•
•
•
circuit intégré HCMOS
CPU avec registres et ALU
Mémoires (RAM, EEPROM, Flash)
Timer
Divers organes d’entrée/sortie
Convertisseur A/D
12.3 Deux versions du M68HC12
Comparaison
E/S Série
MC68HC812A4
2 ports série asynchrone (SCI)
Un port série synchrone (SPI)
MC68HC912B32
Un port série asynchrone (SCI)
Un port série synchrone (SPI)
Un contrôleur supplémentaire de
transmission série
Modulation de la largeur
d’impulsion
Non
4 canaux 8-bit
Extension de mémoire
Jusqu’à 5 Mbytes
non
Application
Applications nécessitant de
l’extension mémoire
Application demandant de multiples
ports d’E/S
Mémoire
1 Kbyte RAM
4 Kbytes EEPROM
1 Kbyte RAM
768 bytes EEPROM
32 Kbytes FLASH EEPROM
12.4 Les registres
Accum. A
15
7 Accum. B 0
Double Accumulateur D
0
Registre Index X
Registre Index Y
Registre Conditions
Pointeur de PILE
Compteur Ordinal
SXHINZVC
Retenue
Dépassement
Zéro
Négatif
Masque inter.
Retenue Aux.
Masque inter.
Stop
12.5 Le plan mémoire
Le 68HC12 est un microcontrôleur 16-bits, 16 bits données, 16 bits adresses
possibilité d'adresser 216 positions en mémoire
=64 Kbytes
de 0000h à FFFFh
Il peut utiliser des mémoires 8-bits
Gamme des adresses
$0000 - $01FF
$0800 - $09FF
$0A00 - $0BFF
$0D00 - $0FFF
$8000 - $F67F
$F680 - $F6BF
$F6C0 - $F6FF
$F700 - $F77F
$F780 - $F7FF
$F800 - $FBFF
$FC00 - $FFBF
$FFC0 - $FFFF
Usage
Registres de la CPU
Code/donnée utilisateur
Réservé pour D-bug12
Code/donnée utilisateur
Code D-Bug12
Fonctions accessibles à l'utilisateur
Données D-Bug12
Code départ D-Bug12
Table des sauts d'interruption
Réservé pour le boot (extension)
Boot EEPROM
Reset vecteur interruption
Description
On chip
1 Kbyte
RAM On chip
768 byte on-chip EEPROM
32 Kbytes on-chip
EEPROM FLASH
12.6 Les modes d'adressage
il y a plusieurs manières d'accéder à des données ou à des codes stockés dans une cellule mémoire:
"modes d'adressage"
Modes d'adressage du 68HC12
1. Immédiat
2. Direct
3. Etendu
4. Indexé (pré et post incrément et décrément)
5. Indexé indirect
6. Inhérent
7. Relatif
¢ Adressage immédiat
La donnée suit immédiatement l'instruction.
# signifie adressage immédiat
Exemple
ldda #!64
; décimal 64 dans A
ldda #$64
; hex 64 dans A
ldx #$1234
; hex 1234 dans X
¢ Adressage direct
Adressage page zéro 256 emplacement mémoire 00h à FFh (adresse 8-bits) LSByte
La CPU met le MSByte à 00h On peut adresser donc de 0000h à 00FFh (256 emplacements)
Exemple:
ldaa $64
; ($0064) dans A
Stab !255
; B dans ($00FF)
ldx !10 ; ($000A:000B) dans X
¢ Adressage étendu
On utilise l'adresse sur 16-bit pour adresser 216 emplacements mémoire C'est une instruction 3-bytes,
l'adresse est sur les deux bytes juste après l'opcode.
Exemple:
ldaa $1234
; ($1234) dans A
ldd $1234
; ($1234:1235) dans D
stx $c000
; X dans ($C000:C001)
¢ Adressage indexé
Il fait intervenir les registres index X et Y et des fois SP et PC .
Format :
Operation
Offset, registre_index
Registre_index : X, Y, SP ou PC
offset 5, 9, ou 16 bits valeur ajoutée au contenu du registre_index
1er cas: offset=constante:
Exemple:
ldaa ,x
ldaa 0,x
ldaa -!64,Y
; (x + 0) 5 bit offset dans A
; (x + 0) 5 bit offset dans A
; (Y-64) 9 bit offset dans A
Staa -1, SP
ldaa !5000,PC
; A dans (SP – 1) 5 bit offset
; (PC + 5000) 16 bit offset dans A
2ème cas Index avec incrément et décrément (pré et post):
Le format est le suivant :
Opération
valeur, - registre_index
Opération
valeur, registre_indexOpération
valeur, +registre_index
Opération
valeur, registre_index+
pré décrémentation
post décrémentation
pré incrémentation
post incrémentation
La valeur est ajoutée ou soustraite du registre index avant (pré) ou après (post) que la donnée soit
transférée.
Valeur : entier 1 to 8
Registre_index: X, Y ou SP
Exemple:
ldaa !7, -X
; X-7 dans X, (X) dans A
pré décrémentation
ldaa !2, X+
; (X) dans A, X+2 dans X
post incrémentation
3ème cas : Accumulateur offset
Format de l'instruction:
Opération
Registre, registre_index
register: A, B, ou D
register_index : X, Y, SP, PC
L'instruction calcule l'adresse effective en ajoutant 8 ou 16 bits au registre index. Ceci ne change pas la
valeur actuelle du registre.
Exemple:
ldaa B,X
; (X+B) dans A
ldab A,Y
; (Y+A) dans B
ldy D,X
; (X+D:X+D+1) dans Y
4ème cas : Indexé indirect
Ce mode est indirect car on va chercher de l'adresse de la donnée qui elle sera utilisée pour aller
chercher la donnée.
Exemple
ldx
#$5000 ; $5000 dans X (on initialise X)
ldaa
[$64,X] ; ((5064)) dans A
ou bien
staa
[-1,X] ; A dans (($4FFF))
¢ Adressage inhérent
L'instruction elle-même contient l'adresse où se trouve la donnée.
Exemple:
Aba
Inx
; A+B dans A
; X+1 dans X
¢ Adressage relatif
Si on dispose d'une mémoire organisée en pages, il suffit d'indiquer l'adresse à l'intérieur de la page et
de garder l'adresse de la page dans un registre (registre des pages).
Adresse effective AE = base B + dépassement D
(D est assez grand)
12.7 Programmation en assembleur du M68HC12
12.7.1 Exemple
LDX $F682
JSR 0,X
PSHA
LDAA #$3D 0806
0800 FE F6 82
0803 15 00
0805 36
86 3D
12.7.2 Syntaxe de l'assembleur
Un programme est spécifique d'un microprocesseur
Une instruction
Label (étiquette)
Exemple:
Opcode
LDX
4 champs
Champs du code source
Opérande
$F682
a- champ label ou étiquette ( 16 caractères : )
b- champ opération (code d'instruction)
c- champ opérande (soit l'opérande ou son adresse)
d- champ commentaires (commence par ; )
Remarque
Labels interdits 612FG :
Début
LDAB :
12.7.3 Le jeu d'instruction du M68HC12 (voir document PDF, notes de cours)
Exemple:
Retard:
$MACRO
Loop:
$MACROEND
equ
delay_100
PSHA
LDAA
DECA
BNE loop
PULA
!100
; sauvegarder le contenu de A
#retard
; récupérer le contenu de A
Commentaire
; Faire appel à getchar
12.7.4 Le format des instructions et des données
Donnée : 8 ou 16 bits
Instruction:
1 octet
2 octets
3 octets
<< code opération >>
<< code op. + donnée ou adresse (8 bits) >>
<< code op.+ donnée ou adresse (16 bits) >>
12.7.5 Les directives et les pseudo-instructions
ce sont des instructions qui serviront à l'assembleur mais ne seront pas assemblées
- Nom du programme
- Origine de départ
- Fin de programme, etc...
Exemples de pseudo-opérations
ORG : (origine) adresse du départ du programme, celle qu'utilisera le compteur ordinal.
ORG $0800
EQU: (equate), c'est un ordre d'équivalence
PROG:
EQU
$4000
ORG
PROG
DB: (define byte) définir qu'on travaille par octet
BUF1:
DB
$45,$45,$33,$37,$31,$20,$69,$73,$20,$66,$75,$6E,$21,$7F
DW : (define word) on travaille sur 16 bits
DS: (define storage) réserver des emplacements mémoires
BUF4:
DS
!14
Directives
(elles sont invoquées par /, # ou $)
BASE : change la base de numérotation 2, 8, 10, 16
$BASE n
INCLUDE: Inclure un fichier pour être assemblé avec le programme
$INCLUDE "Spécifications fichier"
IF, ENDIF: code conditionnel "SI" et "fin de condition"
MACRO et MACROEND: début et fin de macro-instruction
HEADER: une entête
12.7.6 Erreurs détectées par l'assembleur
a- Erreur d'adresse
LDAA $FFC68
b- Erreur d'équilibrage
DB "D'
c- Erreur d'expression
PUSHA
d- Erreur de format
LDX $fe04,$fe05
e- Erreur de caractère
LDAB %01112110
PSHA
f- Définitions multiples
LABELxx.....xx1 :...........
LABELxx.....xx2 :...... (sur 16 caractères ça donne le même label)
g- Erreur d'emboîtement
pour les macros et les branchements conditionnels
h- Erreur de phase
ORG
debut
i- Autres erreurs
debut
EQU
!5
Erreurs de syntaxe (omission d'un code, débordement pile,...)
12.7.7 Les ruptures de séquences et les macro-instructions
Les diverses ruptures de séquences :
- Lors du déroulement d'un programme on passe d'une instruction à la suivante selon un mode
séquentiel.
-
Le compteur ordinal est incrémenté à chaque pas
- On dit qu'il y a rupture de séquence lorsque cette règle n'est plus appliquée
Les principales ruptures de séquences sont:
-
Les branchements inconditionnels ou conditionnels
BNE (branch if not equal Z=0)
Les appels de sous-programmes, conditionnels ou inconditionnels
CALL , JSR (jump to subroutine)
- Les retours de sous-programmes, conditionnels ou inconditionnels
RTS (return from subroutine)
Les échanges (entrées/sorties) lorsqu'ils font appel à des sous-programmes spécialisés
(routines de services)
Macro-instructions (groupe d'instructions):
On retrouve dans un programme des séquences identiques d'instructions qui se répètent
Deux solutions:
Écrire une macro-instruction (nombre d'instruction petit)
Écrire un sous-programme (quand le nbre d'inst. devient important)
12.7.8 Fichiers de sortie de l'assembleur
L'assembleur produit deux fichiers importants :
¢ Le fichier listing (qui inclut une table des symboles)
¢ Et le fichier S-record (qui sera chargé sur la mémoire du microcontrôleur pour être exécuté)
Format du fichier listing
place en mémoire
.
.
Table des symboles
.
.
Exemple :
[cycles]
code objet
Numéro de
ligne
code source
ESSAI2.ASM
Assembled with IASM 09/28/2000 15:45 PAGE 1
0000
0000
0000
0000
0000
0800
0800 [02] CF0A00
0803 [02] CC080B
0806 [03] FEF686
0809 [04] 1500
080B 68656C6C
6F20776F
726C6400
17
18
Symbol Table
DATA
EOS
HELLO
PRINTF
PROG
STACK
SWI
1 ;exemple page 47
2 ;essai
3 ;programme sur iasm12
4 eos: equ 0 ; fin de chaine de caracteres
5 ; definitions pour Debug-12
6 printf:
equ $f686 ;Debug ver 2.xx
7 prog:
equ $0800
8 data:
equ $0900
9 stack:
equ $0a00
10 /org prog
11 /lds #stack
12 /ldd #hello
13 /ldx printf
14 /jsr 0,x
15 swi
16 hello: db 'hello world',eos
0900
0000
080B
F686
0800
0A00
080B
Essai2.hex
:10080000CF0A00CC080BFEF686150068656C6C6F8D
:0708100020776F726C640099
:00000001FF
Essai2.S19
S1130800CF0A00CC080BFEF686150068656C6C6F89
S10A081020776F726C640095
S9030000FC
Remarque:
L'assembleur IASM12.EXE nécessite une installation avec IASMINST.EXE qui permet de définir,
entre autres, les fichiers de sorties et le format.
Exemple sur l'utilisation du Dbug12:
D-Bug12 v2.0.2
Copyright 1996 - 1997 Motorola Semiconductor
For Commands type "Help"
>asm 900
0900 C624
0902 FEF684
0905 1500
0907 FEF682
090A 1500
090C 8605
090E 36
090F FEF684
0912 1500
0914 32
0915 43
0916 26F6
0918 3F
0919 0500
LDAB #$24
LDX $F684
JSR 0,X
LDX $F682
JSR 0,X
LDAA #$05
PSHA
LDX $F684
JSR 0,X
PULA
DECA
BNE $090E
SWI
JMP 0,X
>g 900
$yyyyy User Breakpoint Encountered
PC SP X Y D = A:B CCR = SXHI NZVC
0918 09FF DE3E 00C0 00:79
1001 0100
0918 3F
SWI
Les routines utilitaires du DBug12
„ Le D-Bug12 fournit des sous-programmes nécessaires pour les tâches d'entrées/sorties.
„ On accède à ces sous-programmes par l'instruction JSR
„ Remarque : Les sous-programmes sont écrits en langage C
Exemple:
LDX $F682
JSR
PSHB
LDAB
LDX $F684
JSR
PULB
LDX $F698
JSR
LDAB
LDX $F684
JSR
LDAB
JSR
SWI
; Lire un caractère avec getchar
0,X
#$3D
; Garder le caractère dans la pile
; Charger le code ASCII pour =
; L’afficher avec putchar
0,X
; Récupérer le caractère de la pile
; Afficher son code hexadécimal avec out2hex
0,X
#$0D
0,X
#$0A
0,X
; Charger le code ASCII pour la touche « retour chariot CR»
; Et l’afficher
; Charger le code ASCII pour « line feed LF »
; Et l’afficher
Exercices
Exercice 1
Si on utilise la commande D-Bug12, MD 0900 090F, on obtient :
25 E6 5D 85 F5 02 C1 10 4A 61 42 FC DE AB 55 77 (en hexadécimal)
Donner les résultats après l'exécution des instructions suivantes:
a) SP = $0910
PSHA
PSHB
SP = ..................
b) SP = $090C
PULA
PSHB
A = ....................
SP = ......................
c) LDX
#$0900
LDAA
0,X
A = ....................
NZVC = ......................
d) LDX #$0900
LDAA
4,X
A = ....................
NZVC = ......................
e) LDAA
$0900
CMPA
$0905
A = ....................
NZVC = .................(après exéc. de CMPA)
Exercice 2
Écrire pour les pseudo-codes suivants, une partie du programme correspondant pour le M68HC12. On
montrera le branchement conditionnel vers " LABELX " au cas où la condition serait vérifiée. On
supposera que P et Q sont des nombres binaires 8-bit sans signes et qu'ils se trouvent dans les
emplacements mémoires P et Q.
a) IF P ≤ Q
b) IF P + Q > $40
Exercice 3
Donner le mode d'adressage et calculer l'adresse effective dans les cas suivants:
Instruction
ldx
#$4000
Staa
Ldy
$10,x
#$400D
Ldaa -!20,y
Ldx #$4000
Ldaa [$64,x]
Staa $04FA
Mode d'adressage
Adresse effective
Exercice 4
Écrire un programme sur le M68HC12 qui réalise les opérations décrites ci-dessous. Placer le code
programme dans l'espace vide qui suit le commentaire.
ORG $4000
; Initialiser le pointeur de pile à $0A00
; Initialiser le registre X pour qu'il pointe à l'adresse $5000
; Transférer les contenus en bytes des emplacements mémoire $5000 - $5014 vers
$6000 - $6014
; Retourner au programme moniteur D-Bug12.
Exercice 5
Écrire un programme pour le microcontrôleur M68HC12, qui calcule la somme des nombres positifs
d'un tableau de 10 nombres, chaque nombre étant sur 8 bits. Le tableau est stocké à partir de l'adresse
$D000 jusqu'à $D009.
Exercice 6
Calculer la moyenne de ces 10 nombres (programme 1) et écrire le résultat à l'adresse $0000.
Exercice 7
Écrire un programme structuré qui obéit au pseudo-code (algorithme) suivant :
SI A1 = B1
ALORS
QUAND C1 < D1
FAIRE
Décrémenter D1
A1=2 ∗ A1
FIN DE "FAIRE"
FIN DE "QUAND C1 < D1"
SINON
A1 = 2 ∗ B1
FIN DE "SI A1 = B1"
On suppose que A1, B1, C1 et D1 sont des nombres binaires positifs sur 16 bits et que l'allocation
mémoire, dans le programme, est la suivante:
A1:
DS
2
B1:
DS
2
C1:
DS
2
D1:
DS
2
On suppose aussi que les valeurs de A1, B1, C1 et D1 sont connues et déjà entrées ailleurs dans le
programme.
Solutions des exercices
Exercice 1
a) SP = $0910
PSHA
PSHB
b) SP = $090C
PULA
PSHB
c) LDX
#$0900
LDAA
0,X
d) LDX #$0900
LDAA
4,X
e) LDAA
$0900
CMP $0905
SP = ....090E..............
A = .......DE.............
SP = ......$090C................
A = ......25..............
NZVC = .......000x..............
A = ......F5..............
NZVC = .......100x...............
A = . 23
NZVC = ....0000..............
Exercice 2
a) IF P ≤ Q
ldaa P
cmpa Q
BLE labelx
b) IF P + Q > $40
ldaa P
adda Q
cmpa #$40
BHI labelx
Exercice 3
Donner le mode d'adressage et calculer l'adresse effective dans les cas suivants:
Instruction
Mode d'adressage
Adresse effective
ldx
#$4000
immédiat
Staa
$10,x
indexé
$4010
Ldy
#$400D
immédiat
Ldaa -!20,y
indexé
$3FF9
Ldx #$4000
immédiat
Ldaa [$64,x]
indexé indirect
(($4064)) dans A
Staa $04FA
étendu
$04FA
Exercice 4
ORG $4000
; Initialiser le pointeur de pile à $0A00
LDS #$0A00
; Initialiser le registre X pour qu'il pointe à l'adresse $5000
LDX $5000
; Transférer les contenus en bytes des emplacements mémoire 5000 - 5014 vers
6000 - 6014 (on suppose qu'on travaille en décimal, sinon en hexa il faudrait incrémenter le
contenu de l'accu. 20 fois ($5014-$5000=$14=20 décimal))
Une des solutions peut être:
ldaa #!0
ldx #$5000
ldy #$6000
movb !0,x+,!0,y+
inca
cmpa #!15
blo loop
; Retourner au programme moniteur D-Bug12.
SWI
loop
Exercice 5
Une des solutions
; programme
array equ $d000
prog
equ $800
; on peut supposer des valeurs test
tab:
DB
$10,$20,$30,$1F,$3D,$CC,$21,$00,$C5,$F1
org prog
LDX #$0000
LDAA #!10
LDY #array
loop
ldab 1,y+
ABX
deca
bne loop
swi
; initialisation du registre X utilisé pour la somme
; initialisation d'un compteur
; adresse de la 1ère donnée
; mettre valeur dans B puis incrémenter y
; addition X<=X+B
; décrémenter compteur
; la somme est dans X
Exercice 6
Une des solutions
; Programme
array
prog
resultat
equ $d000
equ $800
equ $0000
; on peut supposer des valeurs test
tab:
DB
$10,$20,$30,$1F,$3D,$CC,$21,$00,$C5,$F1
org prog
LDX #$0000
LDAA #!10
LDY #array
loop
ldab 1,y+
ABX
deca
bne loop
tfr
D,X
ldx
#!10
IDIV
XGDX
; initialisation du registre X utilisé pour la somme
; initialisation d'un compteur
; adresse de la 1ère donnée
; mettre valeur ds B puis incrémenter y
; addition X<=X+B
; décrémenter compteur
;
;
;
;
mettre somme dans D
diviseur dans X
division entier D/X résultat dans X
placer résultat dans D
staa
swi
resultat ; placer le résultat à l'adresse $0000
; fin
Exercice 7
0000 FC002D
0003 BC002F
0006 261C 4
0008 FC0031
000B BC0033
000E 2412 10
0010 FE0033
0013 09
0014 7E0033
0017 FC002D
001A F3002D
001D 7C002D
0020 20E6
22
0022 2009
24
0024 FC002F
0027 F3002F
002A 7C002D
002D
002F
0031
0033
33
34
35
36
1 ; IF A1 = B1
2
ldd A1
3
cpd B1
bne else_part
5 ; THEN
6 ; WHILE C1 < D1
7
while_start:
8
ldd C1
9
cpd D1
bhs end_while
11 ; DO
12 ; Decrement D1
13
ldx D1
14
dex
15
stx D1
16 ; A1 = 2 * A1
17
ldd A1
18
addd A1 ; Double it
19
std A1
20 ; ENDO
21 ; ENDWHILE C1 < D1
bra while_start
23
end_while:
bra end_if
25 ; ELSE
26
else_part:
27 ; A1 = 2 * B1
28
ldd B1
29
addd B1
30
std A1
31 ; ENDIF A1 = B1
32
end_if:
A1:
B1:
C1:
D1:
DS
DS
DS
DS
2
2
2
2