Регистры специальных функций МК

Представьте себе пульт управления большим технологическим комплексом, состоящим из многих технологических установок. Это может быть завод по производству молочных продуктов или цех раскройки одежды. Каждая технологическая установка этого комплекса, которая выполняет свойственную только ей функцию, может быть запущена в работу или остановлена посредством переключателей на панели управления. Пульт управления позволяет также увидеть текущее состояние каждой технологической установки посредством лампочек на его панели.

Рис. 4.7. «Пульт» управления МК семейства HC12

Блок регистров специальных функций микроконтроллера по реализуемым функциям очень похож на пульт управления. Каждый регистр осуществляет управление или отображает состояние того периферийного модуля МК, к которому он отнесен в техническом описании. Часть битов регистров специальных функций может быть сопоставлена с переключателями: установка бита в 1 разрешает реализацию какой либо функции периферийного модуля, сброс в 0 — прекращает исполнение этой функции. Другая часть битов регистров аналогична индикаторам состояния: установка 1 свидетельствует о завершении выполнения назначенной функции, пребывание в 0 свидетельствует о том, что процесс еще не завершился.

Регистры специальных функций МК семейства 68HC12/HCS12 объединены в блок, который размещается в адресном пространстве памяти МК. Доступ к каждому из 512 регистров блока осуществляется теми же командами центрального процессора, что и к ячейкам памяти. Никакого различия с точки зрения программного обслуживания между регистрами специальных функций и ячейками ОЗУ не существует. Исключение составляют лишь регистры конфигурации и другие, так называемые защищенные регистры, состояние которых невозможно изменить в произвольный момент исполнения прикладной программы.

В момент начального запуска, когда МК находится в состоянии сброса, в каждый регистр специальных функций записывается определенное в техническом описании значение. Начальные состояния регистров специальных функций обычно таковы, что функции соответствующего периферийного модуля отключены. Это очень удобно как с точки зрения потребления энергии микроконтроллером, так и с точки зрения программиста, составляющего прикладную программу управления. Если при запуске большинство периферийных модулей не работает, то МК потребляет минимальную энергию. Далее будут активизированы только те модули, которые потребуются для выполнения управляющего алгоритма. Остальные модули останутся не задействованными, что обеспечит минимизацию энергии потребления в процессе функционирования конечного устройства. При составлении программы управления МК сначала предстает перед разработчиком в минимальной конфигурации, когда большинство периферийных модулей как бы не существует. Таким МК легко управлять, поэтому ошибок в прикладной программе будет меньше. По мере реализации программы управления разработчик активизирует работу только тех модулей, которые ему потребуются. Поэтому ему не придется думать о программном обслуживании не задействованных при реализации алгоритма периферийных модулей.

Каждый регистр специальных функций имеет свой собственный адрес в карте памяти МК. При программировании на ассемблере изменение значений регистров специальных функций и считывание их состояния может быть произведено командами загрузки и пересылки данных, такими как LDAA, STAA, MOV, а также командами битовых операций BSET, BCLR. Для того чтобы избавить программиста от запоминания физических адресов регистров специальных функций, следует использовать псевдокоманду операции присваивания EQU языка Ассемблер. Эта псевдокоманда назначит символьному имени регистра, которое одинаково для всех моделей МК семейства 68HC12/HCS12, абсолютный адрес. И при записи исходного текста программы можно будет использовать только символьные имена регистров специальных функций. Использование символьных имен также полезно при переносе прикладной программы с одной модели МК на другую. В этом случае следует заменить только абсолютные адреса в псевдокомандах, в то время, как исходный текст программы останется неизменным.

При написании программы на Си с последующим использованием пакета ICC12 компании ImageCraft (см. гл. 3) для этих же целей следует использовать оператор присваивания «=». При программировании на Си установление соответствия между символьными именами регистров специальных функций и их абсолютными адресами в памяти МК наиболее часто производится с использованием директивы препроцессора #define. Для того чтобы освободить программиста от непроизводительного труда, каждая интегрированная среда разработки ПО для МК снабжена файлами заголовков (header file), которые содержат в себе полный набор директив #define для всех регистров специальных функций конкретной модели микроконтроллера. Этот файл включается в исходный текст прикладной программы директивой «include». После этого программист может обращаться к любому регистру специальных функций МК, называя символьное имя регистра. Более того, некоторые заголовочные файлы содержат определения для наиболее часто употребимых битов в составе регистров специальных функций МК, что позволяет устанавливать и сбрасывать эти биты в ходе программы, также используя их символьные имена. Применяя заголовочные файлы при программировании, необходимо помнить, что используемое в тексте программы символьное имя какого либо регистра должно в точности совпадать с именем, назначенным для него в заголовочном файле. Однако последнее не всегда совпадает с именем, приведенном в техническом описании МК.

Рассмотрим пример записи в заголовочном файле:

#define ATDCTL2 *(unsigned char volatile *) (IO_BASE + 0x62)

Разберем, что означает эта запись. Как было отмечено в гл. 3, директива #define используется препроцессором компилятора языка Си для присвоения численных значений символьным константам программы, или, как в нашем случае, определения абсолютного адреса для ячейки памяти или регистра с названным именем. После записи приведенной выше строки препроцессор будет заменять имя ATDCTL2 на указанное в директиве абсолютное значение.

Каково это значение? Оно определено в круглых скобках как сумма символьной константы IO_BASE и шестнадцатеричного числа 0x62. Константа IO_BASE — это начальный адрес блока регистров специальных функций в выбранной модели МК. Для МК B32 начальный адрес блока регистров равен 0x0000. Тогда адрес регистра ATDCTL2 будет равен 0x0062. Использованная форма записи адреса (IO_BASE + 0x62) не случайна, поскольку аппаратные средства 68HC12 позволяют программно изменять начальный адрес блока регистров (см. 4.5.1), сохраняя при этом порядок расположения регистров в памяти.

Каково назначение остальных символов рассматриваемой записи? Переменной ATDCTL2 назначается формат представления данных unsigned char, т.е 8-разрядный без знака. Определение volatile, которое следует за объявление формата, информирует компилятор о том, что изменение значения переменной ATDCTL2 может происходить не только в результате действия программы, но и на аппаратном уровне. Когда переменная сопровождается определением volatile, компилятор не использует по отношению к ней оптимизацию. Знак * после определения volatile указывает на то, что в следующих скобках заключено значение адреса переменной, а не значение этой переменной.