Графический ассемблер

   

Г. Громов

Графический ассемблер

Программное обеспечение является источником жизни системы, основанной на микроконтроллере или микропроцессоре. Разработка его является центральным моментом общего процесса проектирования.Основным инструментом для профессиональной разработки программ является ассемблер, предполагающий детализацию на уровне команд микроконтроллера или микропроцессора. Только он позволяет максимально использовать ресурсы кристалла.Однако работать на ассемблере не слишком удобно. Существенным барьером между программистом и предметом программирования является текстовый редактор с его ограниченными возможностями.

В данной публикации я хотел поговорить о технологии графической разработки программного обеспечения для микроконтроллеров и микропроцессоров. Такая технология освобождает программиста от целого ряда неудобств, свойственных классическому ассемблеру, а также предполагает существенное упрощение работы при сохранении уровня его детализации. Рассмотрение темы я буду вести с использованием в качестве примера среды разработки "Algor ithm Builder", в частности адаптированной под микроконтроллеры фирмы ATMEL с архитектурой AVR.

Вначале немного о мнемонике.Мнемоника представляет собой короткий набор букв латинского алфавита, однозначно определяющий соответствующую ему операцию в ядре микропроцессора. Конечно, разработчики старались вложить в этот набор букв смысл выполняемой операции, чтобы максимально облегчить жизнь программисту. И в ряде случаев им это вполне удалось, например, MOV, CALL, ADD, JMP и так далее. Но таких ситуаций немного. А появившиеся позже команды SBI, XTHL, BRBC, ADIW, XCHD и другие начинают соперничать с китайской письменностью. Разумеется, можно попытаться их запомнить, но и без того проблем достаточно.

Кроме того, те, кто имел дело сразными микропроцессорами, конечно, обратил внимание, что общность мнемоник их ассемблеров составляет не более трети. Среди присутствующих практически во всех ассемблерах, можно перечислить MOV, ADD, SUB, CALL, AND, OR, INC, DEC, PUSH, POP и ещё некоторые. Основная же масса представлений эксклюзивна даже для ряда совершенно одинаковых операций. Например, в одном случае операция "исключающее или" записывается как XOR, в других - EOR. В одном случае обозначение операцийпереходов построено на основе слова JUMP, в другом - на основе BRАNCH. И таких примеров можно привести множество. Но ведь редко кому удаётся пользоваться только одним ассемблером. В реальной жизни "коней" приходится менять, и с такимнежелательным разнообразием сталкиваешься неизбежно.

С учётом всего этого, в среде"Algor ithm Builder" представление операций микроконтроллера построено иначе - по визуально-функциональному принципу. Запись операции содержит образ выполняемого действия. Например:
вместо "MOV R0,R1" записывается "R1->R0",вместо "LDI R16,63" - "63->R16",вместо "ST X,R2" - "R2->[X]",вместо "LSR r7" - "r7>>",вместо "SBI PortB,3" - "1->PortB.3" и так далее.

В результате, время освоения системы команд сокращается до минимума, а смысл операций становится понятным даже неподготовленному человеку. Кроме того, в среде предусмотрен оперативный вызов через меню таблицы шаблонов всех имеющихся операторов, который позволяетлегко найти необходимый.

Одно из основных неудобств ассемблера (и не только его) состоит в том, что в редакторе программа записывается и отображается в виде одной сплошной вертикальной полосы. И логическая структура тех или иных фрагментов может быть построена только в воображении программиста.В особо сложных случаях приходится предварительно прорисовывать необходимую структуру на бумаге. Это дополнительно загружает программиста совершенно ненужной работой.

Главное предназначение графических сред - приведение интерфейса разработки в соответствие с природой человеческого восприятия, освобождение пользователя от лишних рутинных действий для чисто творческого процесса. Элементы этих технологий мы наблюдаем в таких языкахпрограммирования, как Visual Basic, C-Builder, Delphi и других. Но там этотпроцесс ограничивается в основном конструированием содержимого окна. А с полным правом к этой категории можно, пожалуй, отнести такие среды, как PCAD, OrCAD и прочие. Можно, конечно, электрическую схему описать в текстовом редакторе, вводя список соединений, но гораздо удобнее это делать в специализированном графическом редакторе.

Любая программа, написанная на уровне ассемблера, состоит из ряда законченных монотонных (или условно монотонных) цепочек, в которых её исполнение возможно без ветвлений. Такие фрагменты всегда начинаются с метки (если это не само начало программы), а завершаются либо оператором безусловного перехода, либо оператором возврата из подпрограммы (RET или RETI), то есть оператором, который безо всяких условий осуществляет перевод хода исполнения программы в иной фрагмент. Такие участки программы представляют собой первичные логически завершённые блоки.

Например, приведённая ниже подпрограмма содержит три таких блока:
SubName: LDI XL,96 LDI XH,00 Label0: LD R16,X CPI R16,1 BREQ Label1 CPI R16,2 BRNE Label2 SBIW X,2 RJMP Label0 Label1: SBI PortA,0 CBI PortA,149 RET Label2: SBI PortA,2 CBI PortA,3 RET

Первый блок начинается с оператора "LDI XL,$20" с меткой "SubName", а завершается оператором безусловного перехода "RJMP", два других - начинаются с оператора "SBI" с метками "Label1" и "Label2", соответственно, а заканчиваются оператором "RET".

Визуальное разделение таких блоков на плоскости является одним из принципов графических методов. Другим принципом является возможность графического отображения алгоритма программы. Благодаря этому, обеспечивается возможность ввода программы на плоскости в двух измерениях в виде алгоритма с древовидной структурой, с визуальным отображением направления условных и безусловных переходов. В результате - вся логическая структура как на ладони.

На рис. 1 показано отображение вышеприведенной программы в графической среде "Algorithm Builder".

Рис. 1. Отображение программы в среде "Algorithm Builder"

Поскольку основная масса условных и безусловных переходов вводится и отображается графически, программа освобождается от бесчисленных имен меток, которые в ассемблере являются неизбежным балластом, загромождающим текст программы. Необходимость имен для меток остается только для входов в подпрограммы.

Графическая технология ассемблера в среде "Algorithm Builder" реализуется посредством нескольких базовых объектов, из которых выстраивается конструкция алгоритма. Среди них:

  • "Label" (метка) - отображается в виде вертикального штриха, расположенного на оси блока операторов. Метка может иметь необязательное имя, которое располагается слева или справа от штриха. Метки предназначены для подвода концов векторов переходов;
  • "Vertex" (вершина) используется в качестве начала блока, а по своему отображению и назначению аналогичен метке;
  • "Field" (поле) предназначен для записи операторов алгоритма и представляет собой отцентрированную строку в блоке;
  • "Condition" (условие) предназначен для обозначения операторов условных переходов. Конструктивно наиболее сложный. Графически представляет собой контур, располагающийся посредине блока, внутри которого вписывается текст с условием перехода и возможный вектор перехода в виде ломаной линии, исходящей от одного из краев контура, со стрелкой на конце, которая должна заканчиваться на метке или вершине. Действие интерпретируется как ветвление, если вписанное условие выполняется;
  • "JMP Vector" предназначен для представления безусловного перехода. Графически представляет собой ломаную линию, исходящую из середины блока операторов, аналогичную вектору объекта "Condition".

Редактор среды позволяет свободно вносить на рабочее поле любые необходимые объекты, модифицировать их, вставлять и так далее. Принципы редактирования аналогичны используемым в других графических редакторах.

Рис. 2. Основное окно редактора

Для удобства, конец вектора ветвления разрешается останавливать на отрезке другого вектора, если конечно адрес у них общий. Но при большом нежелании рисовать вектор ветвления, либо, если это ветвление слишком длинное, всегда остается возможность адресовать переход классическим способом, на имя метки.

Рис. 3. Окно программиста

В целом данная среда программирования является самодостаточной системой. Она содержит в себе компилятор алгоритма, симулятор микроконтроллера и внутрисхемный программатор, обеспечивающий загрузку откомпилированного алгоритма в кристалл. Кроме того, обеспечивается режим мониторной отладки, при котором к откомпилированному коду программы добавляется скрытый код, обеспечивающий вывод всего внутреннего состояния реального микроконтроллера в заданных точках останова в соответствующие окна, как при работе в симуляторе. При работе мониторного отладчика и программатора микроконтроллер непосредственно подключается к параллельному порту LPT несколькими цепями.

Рис. 4. Окно настройки таймеров

В числе дополнительных возможностей, не связанных непосредственно с графическими технологиями, можно назвать метки со стандартным именем прерывания. Встретив такую метку, компилятор автоматически вставит в соответствующее вектору прерывания место программы код необходимого безусловного перехода. Имя таких меток можно выбрать через соответствующийпункт меню. Реализован также удобный интерфейс настройки таймеров, который избавляет от необходимости помнить назначение каждого бита управляющего регистра и ряд других сервисных возможностей.

Рис. 5. Работа симулятора

Среда "Algor ithm Builder" предна-значена для работы в операционной системе Windows 95/98.

На рис. 6 приведён более сложный пример фрагмента программы. Слева - в классическом ассемблере, а справа - полная его копия в среде "Algor ithm Builder".

Рис. 6. Ассемблер: классика и графика

Конечно, в рамках одной статьиневозможно достаточно подробно описать все особенности работы в графической среде.

В ближайшее время среда "Algor ithm Builder" будет адаптирована под иные типы микропроцессорных архитектур.

Переход к использованию такойсреды труден психологически. В голове многих проскользнёт мысль: "может, ассемблер и не располагает этими возможностями, но я к нему очень привык, мне и с ним хорошо". Это чем-то сродни переходу от командной (DOS) к графической оболочке (Windows). Однако, освоение этого инструмента и последующая работа сним заметно проще классического ассемблера. Во всяком случае, те, кто егоуже используют, пути назад не ищат.

Подробнее с упомянутым продуктом можно познакомиться на сайте в разделе "Программное обеспечение".

E-mail: Этот e-mail адрес защищен от спам-ботов, для его просмотра у Вас должен быть включен Javascript






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.