Institute of Information Science - University of Miskolc

This page is read only. You can view the source, but not change it. Ask your administrator if you think this is wrong.
==== ARM processzor (Advanced RISC Machines) ====

Ebben a fejezetben megmutatjuk, hogyan kell közvetlenül egy mikroprocesszorra programozni. 

Az ARM processzort választottuk, hiszen nagy valószínűséggel olyan mobiltelefonunk van ami ezt a típust használja. Nem törekszünk teljességre, csak az adatmozgatás, összehasonlítás, indirekt memória elérés és a verem alaphasználatát mutatjuk be.

Ezen a linken találunk egy teljes értékű ARM CPU szimulátort: https://cpulator.01xz.net/?sys=arm , a továbbiakban ezt használjuk a feladataink során.

==== Összeadás ====

Rögtön készítsük el az első programunkat!

Másoljuk be a következő program szöveget a weblapon középen elhelyezkedő szövegmezőbe:

<code asm>
.global _start
_start:

 mov r1, #2
 mov r2, #3
 add r4, r1, r2

 bkpt
</code>

A fenti program kiszámítja a 2 + 3 összeadás értékét. Először az r1 regiszterbe másolja a 2-t (mov r1, #1),  majd r2-be a 3-mat (mov r2, #3), majd r4-be helyezi az r1 és r2 összegét.

A "Compile and Load (F5)" feliratú gombot megnyomva a szöveges assembly program lefordul és a bináris változata betöltődik a memória 00000000 címére:

{{tanszek:oktatas:szamitastechnika:asm_1.png|}}

Az **Address** oszlop a memória címet mutatja, az **opcode** a gépi kódu utasítást. A fenti programkód gépi kódú alakja a következő:

**e3a01002e3a02003e0814002e1200070**

Ez a 16 byte jelenik meg a memóriában a nullás címtől kezdve a szimulátorban. Az eredeti forráskódot a **Disassembly** oszlopban piros kicsi számokkal jelölve látjuk. Rögtön észrevehető, hogy vannak olyan jelölések pl: _start, aminek nincs konkrét gépi kódú megfelelője.

A **Disassembly** visszafordítást jelent, a rendszer megpróbálja visszaalakítani a gépi kódú utasításokat assembly nyelvű szöveggé. 

A sárgával kijelölt sor mutatja, hogy az utasításszámláló melyik memóriacímet fogja végrehajtani. Nyomjuk meg többször a F2 billenytyűt, ami a soronkénti végrehajtást jelenti, közben figyeljük meg a regiszterek változását a bal oldalon (pirossal kiemeli a szimulátor a változásokat). A **bkpt** parancsig elég elmenni.

{{tanszek:oktatas:szamitastechnika:asm_2.png|}}

Jól látható, hogy a megfelelő regiszterekben megjelentek a számok, és az eredmény is a r4-esben.

=== Összehasonlítás ===

Az előző ábrán látható a **Current Program Status Register (CPSR)** regiszter legalul (ez az állapot regiszter). Ennek egyes bitjei jelölik azt, hgy egy művelet eredménye nulla, negatív, átvitelt eredményez, stb. Nem kell tudni, hogy a 32 bitből ezek melyek pontosan, a mellette megjelenő **NZCVI** szöveg egyes betűi jelölik a főbb állapotbiteket.

Vátsunk vissza a forráskód szerkesztő fűlre: ctrl+e, vagy alul rákattintva, majd másoljuk be az alábbi kódot a szerkesztőbe, majd fordísuk és kövessük nyomon:

<code asm>
.global main

_start:

mov     r0, #2     /* r0 = 2 */
cmp     r0, #3     /* r0 - 3. Negatív bit egyre fog váltani */
addlt   r0, r0, #5 /* lt => less than. Ha (r0 < 3) akkor adj hozzá 5-öt */
cmp     r0, #3     /* r0 - 3. Zero bit 1 lesz. Negative bit 0 lesz */
addlt   r0, r0, #5 /* Ha (r0 < 3) akkor adj hozzá 1-et az r0-hoz */

bkpt
</code>

A 2. sorban a **cmp** (**c**o**mp**are) összehasonlítja az argumentumait. Utána az **addlt** csak akkor ad hozzá 5-öt az r1 hez ha (less than) feltételnek megfelelően az alábbi táblázatban N!=V azaz a N és V kapcsolók értéke nem egyezik meg.

|Feltétel kód|	Jelentés|	Státusz bitek|
|EQ|	Equal|	Z==1|
|NE|	Not Equal|	Z==0|
|GT|	Signed Greater Than|	(Z==0) és (N==V)|
|LT|	Signed Less Than|	N!=V|
|GE|	Signed Greater Than or Equal|	N==V|
|LE|	Signed Less Than or Equal|	(Z==1) vagy (N!=V)|
|MI|	Negative (or Minus)|	N==1|
|PL|	Positive (or Plus)|	N==0|


=== Elágazások ===


<code asm>
.global main

_start:

  mov     r4, #10
loop_label:
  sub     r4, r4, #1
  cmp     r4, #0
  bne     loop_label
</code>
 
A fenti kódrészlet 10-től 0-ig számol visszafelé, az r1 regiszterben tárolja a 10-et kezdetben, majd lépésenként csökkenti 1-el. ** sub r4, r4, #1 ** jelentése r4 = r4 - 1, azaz mentsd el az r4 aktuális értékét mínusz 1-et az r4 ben.
* 
A cmp összehasonlítja 0-val a r4-et, a **bne** (branch if not equals) ágazz el ha nem egyenlő.

=== Memória kezelés ===

<code asm>
.data          /* .data szekció dinamikusan jön létre, előre nehéz megmondani, hogy hol fog elhelyezkedni */
var1: .word 3  /* var1 változó */
var2: .word 4  /* var2 változó */

.text          /* kód kezdete */ 
.global _start

_start:
    ldr r0, adr_var1  @ töltsük be a var1 memória címét az r0-be 
    ldr r1, adr_var2  @ töltsük be a var2 memória címét az r1-be 
    ldr r2, [r0]      @ r2 be töltsük be az r0-regiszter által mutatott címen lévő értéket  
    str r2, [r1]      @ r2 értékét írjuk ki az r1 által mutatott memória címre  
    bkpt             

adr_var1: .word var1  /* a var1 címe lesz letárolva itt */
adr_var2: .word var2  /* a var2 címe lesz letárolva itt */

</code>

A példában látható hogyan lehet változókat tárolni és a memóriacímeket ahol el vannak tárolva, hogyan lehet módosítani, illetve betölteni a regiszterekbe tartalmukat. A legutolsó utasítás felülírja adr_var2 helyen tárolt értéket, ezt a módosulást a harmadik memory fülön tudjuk ellenőrizni.

=== Verem ===


A verem adattárolásra szolgál, memóriacímét az **sp** regiszter mutatja és új érték verembe helyezésekor az sp regiszter csökken 4 byteot.

<code asm>
.global _start
 
_start:
     mov   r0, #2  /* r0 = 2 */
     push  {r0}    /* r0 értékének tárolása a veremben */
     mov   r0, #3  /* r0 = 3 */
     pop   {r0}    /* r0 korábbi értékének visszatöltése a veremből. */
    
bkpt             
</code>

A push utasítás után a "memory" fülön megnézhetjük hogy a 000000 memóriacím elé 4 byte-al kezdődően beíródott a 2 egy 32 bites egészként.