Esercitazioni PIC - Assembly

Opcodes

L' elemento fondamentale dell' Assembly è l' uso degli opcodes, ovvero dei codici mnemonico del set di istruzioni tipiche del processore. Esistendo diverse famiglie di processori a 8 bit (con core a 12/14/16 bit) e altre famiglie con bus dati a 16 e 32 bit, i set di istruzioni saranno differenti, ma, trattandosi di processori RISC, ci sarà comunque un numero limitato di istruzioni da apprendere (da 33 a poco più di 70 per i PIC a 8 bit).
Potete trovare qui il set di istruzioni di:

• Baseline
• Midrange
• Enhaced Midrange
• PIC18F

Osserviamo che i codici delle istruzioni sono degli acronimi mnemonici, ovvero delle abbreviazioni che cercano di ricordare all' utente la loro funzione.
Ad esempio, se vogliamo portare a livello 1 un determinato bit di una locazione di RAM, registro di controllo o port di I/O, i microcontroller PIC dispongono di una istruzione specifica:

bsf   

è mnemonico per bit set on file.

Per Microchip valgono le seguenti convenzioni:

Quindi bsf -bit set on file- comanda di portare a livello 1 il bit specificato nel file in oggetto. Così:

 bsf  20,3

dice al processore di portare a livello 1 il bit 3 del registro 20h. 

Analogamente, per portare a 0 il bit, si userà l' opcode:

bcf   

bit clear on file, ovvero portare a livello 0 il bit specificato nel file in oggetto. Così:

 bcf  20,3

dice al processore di portare a livello clear = 0  nel registro 20h il bit 3.

Una linea di opcode non può iniziare nella prima colonna Ogni opcode occupa una sola linea. La linea può essere completata con un commento.

La sintassi della linea che contiene una istruzione è:

quindi:

Lo spazio/tab iniziale serve ad evitare che l' opcode inizi in prima colonna, posizione riservata dall' Assembler a label, commenti e ad alcune direttive.

In questo caso, l' oggetto  è composto dall' indirizzo del registro (file) [6], separato da una virgola dal bit [5] a cui è diretta l' istruzione.

Nella sintassi dell' Assembly, la virgola è un elemento di separazione e concatenazione tra diversi elementi di una stessa operazione.

Ogni opcode presenta caratteristiche proprio e troviamo opcode con e senza oggetto. Ad esempio:

 nop             ;questo opcode non ha oggetto
 return          ;anche questo non ha oggetto
 retlw   0       ;questo ha come oggetto 0
 movlw   0xFF    ;l'oggetto è FFh

;la linea successiva non ha commento
 btfsc   4,7 

Da notare che non ci sono regole particolari per gli spazi, che possono essere anche creati con TAB; il loro uso adeguato consente di allineare ordinatamente gli elementi delle righe in modo da rendere il più facile possibile la lettura del testo. In questo senso, una forma ordinata è assolutamente fondamentale per una facile comprensione di quanto scritto e per poter intervenire efficientemente in fase di debug. Ad esempio, una scrittura del genere:

  nop ;questo opcode non ha oggetto
     return  ;anche questo non ha oggetto
 retlw 0   ;questo ha come oggetto 0
      movlw     0xFF ;l'oggetto è FFh
                    ;la linea successiva non ha commento
   btfsc   4,7

pur essendo identica come risultato di compilazione alla precedente, il suo disordine la rende molto meno comprensibile. Peraltro, l'omissione di commenti rende ancor più incomprensibile il sorgente.

La conoscenza del set di istruzioni consente di utilizzarle adeguatamente, compresi gli effetti "collaterali" sui flag dello STATUS.

Gli esempi presentati sono tipiche di linee di un sorgente Assembly per microcontroller PIC, dove vengono inserite le istruzioni, gli oggetti delle stesse ed eventuali commenti esplicativi.
In effetti Assembly, come base, non è altro che un modo per utilizzare mnemonici (opcodes) al posto dei valori binari delle istruzioni native del processore.  

Da notare che, trattando opcodes, un Assembly è relativo a una famiglia specifica di microprocessori o microcontroller. La filosofia secondo la quale è stato realizzato un certo chip può essere assai diversa da quella usata da un altro costruttore. Quindi ogni prodotto (ARM, PIC, ST6, Z80, 8051, ecc) ha un suo proprio Assembly, basato sul proprio set di istruzioni: ne risulta che un sorgente Assembly scritto per un tipo di processore non è portabile su un' altro.  Dove occorre una conversione completa del programma da un processore ad un' altro differente, la cosa può essere anche difficoltosa. E' come se ogni processore parlasse una sua propria "lingua" e il passaggio dall' una all' altra richiede una vera e propria traduzione. Nel casso in cui si rimanga nella stessa famiglia (ad esempio portare un programma da PIC16F84 a PIC16F628) , la cosa potrà anche essere semplice, riguardando processori che hanno la stessa filosofia di base e le cui differenze consistono essenzialmente nelle periferiche integrate.

In pratica, siccome ogni famiglia di microprocessori o microcontroller dispone di caratteristiche e strutture diverse, esistono Assembly diversi per ognuna di esse e Assembler altrettanto dedicati, anche se le regole generali sono molto simili.

MPASM è un Assembler adeguato a tutti i PIC di Microchip a 8 bit. Un ASM30 supporta gli altri PIC (dsPIC, PIC24, PIC30).

Nella scelta di altri prodotti, compresi linguaggi a livello più elevato, verificate che il microcontroller che intendete utilizzare risulti presente nella lista di compatibilità del linguaggio. 

Una conoscenza del set di istruzioni del processore usato è assolutamente indispensabile per programmare in Assembly, ma, rispetto alle convenzioni e regole da conoscere per utilizzare altri linguaggi, si tratta di ben poca cosa, dato che i PIC sono processori RISC, ovvero con un set di istruzioni ridotto, che va da una trentina ad una ottantina a seconda della famiglia di appartenenza. Inoltre tutti i set di istruzione sono analoghi, derivando da una unica filosofia di base del progetto dei processori; in sostanza si tratta di un set base molto semplice che viene arricchito da altri opcodes con l' aumentare della complessità e delle prestazioni della CPU.