मैक्रो की जादुई शक्ति, या एवीआर असेंबलर प्रोग्रामर के लिए जीवन को आसान बनाने के लिए कैसे

कोडांतरक में मैक्रोज़ के बारे में बहुत कुछ लिखा गया है। और प्रलेखन में, और विभिन्न लेखों में। लेकिन ज्यादातर मामलों में, यह या तो उनके कार्यों के संक्षिप्त विवरण के साथ निर्देशों की एक सरल सूची में आता है, या तैयार मैक्रोज़ के विषम उदाहरणों के एक सेट के लिए।
इस लेख का उद्देश्य मैक्रोज़ का उपयोग करके सबसे सरल और पठनीय कोड बनाने के लिए असेंबली भाषा प्रोग्रामिंग के लिए एक विशिष्ट दृष्टिकोण का वर्णन करना है। लेख व्यक्तिगत आदेशों और निर्देशों के वाक्यविन्यास का वर्णन नहीं करेगा। निर्माता द्वारा विस्तृत विवरण पहले ही दिया जा चुका है। हम विशिष्ट समस्याओं को हल करने के लिए इन अवसरों का उपयोग करने पर ध्यान देंगे।

एक समय में, ATMEL ने आठ-बिट माइक्रोकंट्रोलर्स की एक लाइन को विकसित किया और एक बहुत ही उच्च गुणवत्ता वाली वास्तुकला और एक सरल, लेकिन एक ही समय में बहुत शक्तिशाली कमांड सिस्टम के साथ विकसित किया। लेकिन, जैसा कि आप जानते हैं, पूर्णता की कोई सीमा नहीं है, और कुछ अक्सर उपयोग किए जाने वाले निर्देश पर्याप्त नहीं हैं। सौभाग्य से, मैक्रो असेंबलर, निर्माता द्वारा प्रदान किया गया, कृपया और बिल्कुल नि: शुल्क, निर्देशों के उपयोग के माध्यम से कोड को काफी सरल बना सकता है। मैक्रोज़ से सीधे आगे बढ़ने से पहले, हम कुछ प्रारंभिक कदम उठाएंगे

स्थिरांक की परिभाषा

.EQU FOSC = 16000000 .EQU CLK8 = 0 

ये दो परिभाषाएं आपको मैक्रोज़ में "मैजिक नंबर" से छुटकारा पाने की अनुमति देती हैं, जहां रजिस्टरों के मूल्यों की गणना प्रोसेसर आवृत्ति और परिधीय विभक्त के फ्यूज की स्थिति के आधार पर की जाती है। पहली परिभाषा हर्ट्ज में प्रोसेसर क्रिस्टल की आवृत्ति है, दूसरी परिधीय आवृत्ति विभक्त की स्थिति है।

नामकरण पंजीकृत करें

 .DEF TempL = r16 .DEF TempH = r17 .DEF TempQL = r18 .DEF TempQH = r19 .DEF AL = r0 .DEF AH = r1 .DEF AQL = r2 .DEF AQH = r3 

पहली नज़र में कुछ हद तक निरर्थक रजिस्टरों का नामकरण जो मैक्रोज़ में इस्तेमाल किया जा सकता है। यदि हम 32-बिट मान (उदाहरण के लिए, दो 16-बिट संख्या को गुणा करने के संचालन में) के साथ काम कर रहे हैं, तो Temp के लिए सिर्फ चार रजिस्टर की आवश्यकता है। अगर हमें यकीन है कि मैक्रोज़ में उपयोग करने के लिए दो अस्थायी भंडारण रजिस्टर पर्याप्त हैं, तो TempQL और TempQH निर्धारित नहीं किया जा सकता है। गुणन कार्यों के उपयोग से मैक्रो के लिए A की परिभाषा आवश्यक है। यदि हम अपने मैक्रोज़ के साथ 32-बिट अंकगणितीय का उपयोग नहीं करते हैं तो AQ आवश्यक नहीं है।

सरल आदेशों को लागू करने के लिए मैक्रोज़

अब जब हमने रजिस्टरों के नामकरण का पता लगा लिया है, तो हम उन आदेशों को लागू करना शुरू कर देंगे, जो गायब हैं और मौजूदा लोगों को सरल बनाने की कोशिश करके शुरू करते हैं। AVR असेंबलर में एक अजीब विशेषता है। इनपुट और आउटपुट के लिए, पहले 64 पोर्ट्स / आउट कमांड्स का उपयोग करते हैं, और शेष lds / sts के लिए । किसी विशिष्ट पोर्ट के लिए आवश्यक कमांड की तलाश में हर बार प्रलेखन को देखने के लिए नहीं, हम सार्वभौमिक आदेशों का एक सेट बनाएंगे जो स्वतंत्र रूप से आवश्यक मूल्यों को प्रतिस्थापित करेगा।

 .MACRO XOUT .IF @0<64 out @0,@1 .ELSE sts @0,@1 .ENDIF .ENDMACRO .MACRO XIN .IF @1<64 in @0,@1 .ELSE lds @0,@1 .ENDIF .ENDMACRO 

प्रतिस्थापन को सही ढंग से काम करने के लिए, मैक्रो में सशर्त संकलन का उपयोग किया जाता है। मामले में जब बंदरगाह का पता 64 से कम है, तो पहले सशर्त अनुभाग को निष्पादित किया जाता है, अन्यथा दूसरा। हमारे मैक्रोज़ पूरी तरह से इनपुट / आउटपुट पोर्ट के साथ काम करने के लिए मानक आदेशों की कार्यक्षमता को दोहराते हैं, इसलिए, यह इंगित करने के लिए कि हमारी टीम में उन्नत विशेषताएं हैं, हम मानक नामकरण उपसर्ग एक्स जोड़ते हैं।
सबसे सामान्य आदेशों में से एक जो कोडांतरक में उपलब्ध नहीं हैं, लेकिन लगातार आवश्यक हैं, आउटपुट इनपुट रजिस्टरों में स्थिरांक लिखने की कमान है। इस आदेश के लिए मैक्रो कार्यान्वयन इस तरह दिखाई देगा

 .MACRO OUTI ldi TempL,@1 .IF @0<64 out @0, TempL .ELSE sts @0, TempL .ENDIF .ENDMACRO 

इस स्थिति में, मैक्रो में नाम, कमांड नामकरण तर्क का उल्लंघन न करने के लिए, मानक नाम को पोस्टफिक्स I में जोड़ें , जिसका उपयोग डेवलपर द्वारा स्थिरांक के साथ काम करने के लिए आदेशों को निरूपित करने के लिए किया जाता है। इस मैक्रो में, हम ऑपरेशन के लिए पहले से परिभाषित टेम्पल रजिस्टर का उपयोग करते हैं।
कुछ मामलों में, एक एकल रजिस्टर की आवश्यकता नहीं होती है, लेकिन एक पूरी जोड़ी 16-बिट मूल्य का भंडारण करती है। I / O रजिस्टर की एक जोड़ी के लिए 16-बिट मान लिखने के लिए एक नया मैक्रो बनाएँ

 .MACRO OUTIW ldi TempL,HIGH(@1) .IF @0<64 out @0H, TempL .ELSE sts @0H, TempL .ENDIF ldi TempL,LOW(@1) .IF @0<64 out @0L, TempL .ELSE sts @0L, TempL .ENDIF .ENDMACRO 

इस मैक्रो में, हम 16-बिट मान से निम्न और उच्च बाइट निकालने के लिए अंतर्निहित LOW और उच्च फ़ंक्शन का उपयोग करते हैं। मैक्रो नाम में, पोस्टफिक्स I और W को कमांड में यह इंगित करने के लिए जोड़ें कि इस मामले में कमांड 16-बिट वैल्यू (शब्द) के साथ काम करता है।
स्मृति के लिए संकेत सेट करने के लिए, उदाहरण के लिए, रजिस्टर जोड़े के लोड होने के कार्यक्रमों में कोई कम अक्सर नहीं होता है। आइए ऐसे मैक्रो बनाएं

 .MACRO ldiw ldi @0L, LOW(@1) ldi @0H, HIGH(@1) .ENDMACRO 

इस मैक्रो में, हम इस तथ्य का उपयोग करते हैं कि निर्माता पर रजिस्टरों और बंदरगाहों के मानक नामकरण का अर्थ है निचले और पोस्टफिक्स एच के लिए डबल-बाइट मान के ऊपरी भाग के लिए पोस्टफिक्स एल । यदि आप अपने स्वयं के चरों का नामकरण करते समय इस नियम का पालन करते हैं, तो मैक्रो उनके साथ मिलकर सही ढंग से काम करेगा। मैक्रोज़ की सुंदरता इस तथ्य में भी निहित है कि वे एक साधारण प्रतिस्थापन प्रदान करते हैं, इसलिए, जब दूसरा ऑपरेंड एक नंबर होता है, और इस मामले में जब यह लेबल का नाम होता है, तो मैक्रो सही ढंग से काम करेगा।

जटिल आदेशों को लागू करने के लिए मैक्रोज़।

जब अधिक जटिल कार्यों की बात आती है, तो मैक्रोज़ आमतौर पर उपयोग नहीं किए जाते हैं, दिनचर्या को प्राथमिकता देते हैं। हालांकि, इन मामलों में, मैक्रोज़ जीवन को आसान बना सकते हैं और कोड को अधिक पठनीय बना सकते हैं। इस मामले में, सशर्त संकलन बचाव के लिए आता है। एक प्रोग्रामिंग दृष्टिकोण इस तरह दिख सकता है:
हम अपनी सभी दिनचर्या को एक अलग फ़ाइल में रखते हैं, जिसे हम नाम देंगे, उदाहरण के लिए, Library.inc । इस फ़ाइल के प्रत्येक उप-लेख में निम्नलिखित रूप होंगे

 _sub0: .IFDEF __sub0 ; -----    ----- ret .ENDIF 

इस स्थिति में, __sub0 परिभाषा की उपस्थिति का अर्थ है कि सबरूटिन को परिणामी कोड में शामिल किया जाना चाहिए। अन्यथा, इसे अनदेखा कर दिया जाता है।
अगला, एक अलग फ़ाइल Macro.inc में, हम फॉर्म के मैक्रोज़ को परिभाषित करते हैं

 .MACRO SUB0 .IFNDEF __sub0 .DEF __sub0 .ENDIF ; ---          call _sub0 .ENDMACRO 

इस मैक्रो का उपयोग करते समय, हम __sub0 की परिभाषा की जांच करते हैं और, यदि यह गायब है, तो हम दृढ़ संकल्प करते हैं। परिणामस्वरूप, मैक्रो का उपयोग आउटपुट फ़ाइल में सबरूटीन कोड को शामिल करने को अनलॉक करता है। मैक्रोज़ में दिनचर्या का उपयोग करने के मामले में, मुख्य कार्यक्रम का कोड निम्नलिखित रूप लेगा

 .INCLUDE “Macro.inc” ;----    ---- .INCLUDE “Library.inc” 

एक उदाहरण के रूप में, हम 8-बिट अहस्ताक्षरित पूर्णांक को विभाजित करने के लिए एक मैक्रो का कार्यान्वयन देते हैं। हम निर्माता के तर्क को रखते हैं और परिणाम को AL (r0) में रखते हैं , और AH (r1) में विभाजन का शेष भाग। निम्न प्रकार से सबरूटीन दिखेगा

 _div8u: .IFDEF __ div8u ;AH -  ;AL  ;TempL -  ;TempH -  ;TempQL -  clr AL; clr AH; ldi TempQL,9 d8u_1: rol TempL dec TempQL brne d8u_2 ret d8u_2: rol A sub AH, TempH brcc d8u_3 add AH,TempH clc rjmp d8u_1 d8u_3: sec rjmp d8u_1 .ENDIF 

इस दिनचर्या का उपयोग करने के लिए मैक्रो की परिभाषा निम्नानुसार होगी

 .MACRO DIV8U .IFNDEF __div8u .DEF __div8u .ENDIF mov TempL, @0 mov TempH, @1 call _div8u .ENDMACRO 

यदि वांछित है, तो आप एक निरंतर के साथ काम करने के लिए एक संस्करण जोड़ सकते हैं

 .MACRO DIV8UI .IFNDEF __div8u .DEF __div8u .ENDIF mov TempL, @0 ldi TempH, @1 call _div8u .ENDMACRO 

परिणामस्वरूप, प्रोग्राम टेक्स्ट में डिवीजन ऑपरेशन का उपयोग करना तुच्छ है

 DIV8U r10, r11 ; r0 = r10/r11 r1 = r10 % r11 DIV8UI r10, 35 ; r0 = r10/35 r1 = r10 % 35 

सशर्त संकलन का उपयोग करके, हम उन सभी दिनचर्याओं को रख सकते हैं, जो Library.inc में हमारे लिए उपयोगी हो सकती हैं। इस मामले में, केवल उन लोगों को बुलाया गया था जो कम से कम एक बार आउटपुट कोड में दिखाई देंगे। प्रवेश लेबल की स्थिति पर ध्यान दें। हालत की सीमा से परे लेबल का आउटपुट संकलक की सुविधाओं के कारण है। यदि आप सशर्त ब्लॉक के शरीर में लेबल लगाते हैं, तो संकलक एक त्रुटि फेंक सकता है। कोड में अप्रयुक्त टैग की उपस्थिति डरावनी नहीं है, क्योंकि किसी भी संख्या में टैग की उपस्थिति परिणाम को प्रभावित नहीं करती है।

परिधीय मैक्रोज़

उन कार्यों में से एक जहां निर्माता के प्रलेखन का उपयोग किए बिना करना मुश्किल है, परिधीय उपकरणों को इनिशियलाइज़ करना है। यहां तक ​​कि कोड से रजिस्टरों और बिट्स के mnemonic पदनामों के उपयोग के साथ, यह समझना मुश्किल हो सकता है कि किसी डिवाइस को किस मोड में कॉन्फ़िगर किया गया है, खासकर जब से कभी-कभी मोड विभिन्न रजिस्टरों के बिट मूल्यों के संयोजन से कॉन्फ़िगर किया जाता है। आइए देखें कि मैक्रोज़ का उपयोग USART उदाहरण के साथ कैसे किया जा सकता है।
चलो अतुल्यकालिक मोड आरंभीकरण मैक्रो के साथ शुरू करते हैं।

 .MACRO USART_INIT ; speed, bytes, parity, stop-bits .IF CLK8 == 0 .SET DIVIDER = FOSC/16/@0-1 .ELSE .SET DIVIDER = FOSC/128/@0-1 .ENDIF ; Set baud rate to UBRR0 outi UBRR0H, HIGH(DIVIDER) outi UBRR0L, LOW(DIVIDER) ; Enable receiver and transmitter .SET UCSR0B_ = (1<<RXEN0)|(1<<TXEN0) outi UCSR0B, UCSR0B_ .SET UCSR0C_ = 0 .IF @2 == 'E' .SET UCSR0C_ |= (1<<UPM01) .ENDIF .IF @2 == 'O' .SET UCSR0C_ |= (1<<UPM00) .ENDIF .IF @3== 2 .SET UCSR0C_ |= (1<<USBS0) .ENDIF .IF @1== 6 .SET UCSR0C_ |= (1<<UCSZ00) .ENDIF .IF @1== 7 .SET UCSR0C_ |= (1<<UCSZ01) .ENDIF .IF @1== 8 .SET UCSR0C_ = UCSR0C_ |(1<<UCSZ01)|(1<<UCSZ00) .ENDIF .IF @1== 9 .SET UCSR0C_ |= (1<<UCSZ02)|(1<<UCSZ01)|(1<<UCSZ00) .ENDIF ; Set frame format outi UCSR0C,UCSR0C_ .ENDMACRO 

मैक्रो का उपयोग करके हमें USART सेटअप रजिस्टरों के आरंभीकरण को उन मानों से बदलने की अनुमति दी गई, जो एक पंक्ति द्वारा प्रलेखन को पढ़े बिना समझ से बाहर थे, यहां तक ​​कि जिन लोगों ने पहली बार इस नियंत्रक का सामना किया था, वे इसे संभाल सकते हैं। इस मैक्रो में, यह भी स्पष्ट हो गया कि हमने आवृत्ति और विभाजक स्थिरांक क्यों निर्धारित किए हैं। ठीक है, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि मैक्रो के प्रभावशाली कोड के बावजूद, परिणामी एक ही उपस्थिति होगी जैसे कि हम सामान्य तरीके से आरंभीकरण लिख रहे थे।
USART के साथ समाप्त करने के लिए , यहां कुछ और छोटे मैक्रो हैं

  .MACRO USART_SEND_ASYNC outi UDR0, @0 .ENDMACRO 

केवल एक पंक्ति है, लेकिन इस मैक्रो का उपयोग करने से आप बेहतर तरीके से देख पाएंगे कि प्रोग्राम USART में डेटा कहां प्रदर्शित करता है। यदि हम बिना किसी रुकावट के उपयोग करके तुल्यकालिक मोड में काम करना चाहते हैं, तो USART_SEND_ASYNC के बजाय नीचे मैक्रो का उपयोग करना बेहतर है

  .MACRO USART_SEND USART_Transmit: xin TempL, UCSR0A sbrs TempL, UDRE0 rjmp USART_Transmit outi UDR0, @0 .ENDMACRO 

इस स्थिति में, हम पोर्ट ऑक्यूपेंसी चेकिंग को सक्षम करते हैं और डेटा तभी दिखाते हैं जब पोर्ट फ्री हो। जाहिर है, परिधीय उपकरणों के साथ काम करने का यह तरीका किसी भी डिवाइस के लिए काम करेगा, न कि केवल USART के लिए ।

मैक्रोज़ के बिना कार्यक्रमों की तुलना और उपयोग करना।

आइए एक छोटे से उदाहरण को देखें और मैक्रोज़ का उपयोग किए बिना कोड की तुलना उस कोड के साथ करें जहां उनका उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, एक प्रोग्राम लें जो क्लासिक को प्रदर्शित करता है "हैलो वर्ल्ड!" हार्डवेयर UART के माध्यम से टर्मिनल के लिए।

  RESET: ldi r16, high(RAMEND) out SPH,r16 ldi r16, low(RAMEND) out SPL,r16 USART_Init: out UBRR0H, r17 out UBRR0L, r16 ldi r16, (1<<RXEN0)|(1<<TXEN0) out UCSRnB,r16 ldi r16, (1<<USBS0)|(3<<UCSZ00) out UCSR0C,r16 ldi ZL, LOW(STR<<1) ldi ZH, HIGH(STR<<1) LOOP: lpm r16, Z+ or r16,r16 breq END USART_Transmit: in r17, UCSR0A sbrs r17, UDRE0 rjmp USART_Transmit out UDR0,r16 rjmp LOOP END: rjmp END STR: .DB “Hello world!”,0 

और यहाँ एक ही कार्यक्रम है, लेकिन मैक्रोज़ का उपयोग करके लिखा गया है

 .INCLUDE “macro.inc” .EQU FOSC = 16000000 .EQU CLK8 = 0 RESET: ldiw SP, RAMEND; USART_INIT 19200, 8, "N", 1 ldiw Z, STR<<1 LOOP: lpm TempL, Z+ test TempL breq END USART_SEND TempL rjmp LOOP END: rjmp END STR: .DB “Hello world!”,0 

इस उदाहरण में, हमने ऊपर वर्णित मैक्रोज़ का उपयोग किया, जिसने हमें प्रोग्राम कोड को सरल बनाने और इसे अधिक समझने योग्य बनाने की अनुमति दी। दोनों कार्यक्रमों में बाइनरी कोड बिल्कुल समान होगा।

निष्कर्ष

मैक्रोज़ का उपयोग कार्यक्रम के कोड कोड को काफी कम कर सकता है, ताकि इसे अधिक समझ और पठनीय बनाया जा सके। सशर्त संकलन आपको अनावश्यक आदेश कोड बनाए बिना सार्वभौमिक आदेश और प्रक्रियाओं की लाइब्रेरी बनाने की अनुमति देता है। एक खामी के रूप में, कोई व्यक्ति डेटा को "फॉरवर्ड" घोषित करते समय अनुमेय संचालन और प्रतिबंधों के उच्च-स्तरीय भाषाओं के मानकों से बहुत मामूली बात कह सकता है। यह प्रतिबंध अनुमति नहीं देता है, उदाहरण के लिए, मैक्रोज़ के माध्यम से लिखना jmp / rjmp संक्रमणों के लिए एक पूर्ण सार्वभौमिक आदेश देता है और जटिल तर्क को लागू करते समय मैक्रो के कोड को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है।