KARADENĠZ TEKNĠK ÜNĠVERSĠTESĠ BĠLGĠSAYAR MÜHENDĠSLĠĞĠ BÖLÜMÜ MĠKROĠġLEMCĠ LABORATUARI Mikrobilgisayar Donanımı 1. GiriĢ Bu deneyde 16 bit işlemci mimarisine dayalı 80286 mikroişlemcisini kullanan DIGIAC 2000 deney seti incelenecek, işlemcinin ve deney setinin donanım mimarisi, adresleme mekanizmaları, giriş/çıkış birimleri irdenecektir. 2. DIGIAC 2000 Deney Seti DIGIAC 2000 deney kitinde üç kart vardır. Bunların dışında program yazmayı sağlayacak ve deney kartı ile haberleşmeyi sağlayacak bir bilgisayar (PC) vardır. Bilgisayar üzerinde ayrıca asembler dilinde kod yazabilmek ve bu kodu makine diline dönüştürüp, çalışabilir object kod üretebilen bir editör (Merlin) çalışacaktır. Bu editöre PC nin masaüstünden kolayca erişebileceksiniz. Ayrıca bu editörün, deney kitininde bağlantıları yapılmış durumdadır. Deney kitinde üç adet kart vardır; DT35 uygulama kartı, PAT 80286 işlemci kartı ve bu kartın kontrolünde kullanılan bir tuş takımı ve göstergeden oluşan karttır. 2.1. PAT 80286 ĠġLEMCĠ KARTI Kartta işlemci olarak 10MHz saat frekansına sahip 80286 işlemci kullanılmaktadır. İki adet 32K boyutunda EPROM vardır. Bu 64K lık alanda PAT monitör programı, küçük bir öğretici uygulama yazılımı ve sistem test yazılımı yüklüdür. Ayrıca kartta 2 tane daha 32K lık EPROM takabilmek için yer ayrılmıştır. İki adet 32K lık RAM kullanıcı programları ve yığınları için 62K lık bir bellek alanı sağlamaktadır. Diğer 2K lık alan ise sistem değişkenleri ve yığınları için kullanılmaktadır. Sistem kullanıcı giriş/çıkışı için 2 adet 8256 MUART kullanır. Biri sistem tarafından, diğeri kullanıcı programları tarafından kullanılır. Kullanıcı MUART ı harici cihazların kontrolü için 16 tane TTL uyumlu giriş/çıkış hattı içerir. Kullanıcı MUART ı onboard beş adet sayıcı/zamanlayıcı içerir. Sistem iki adet RS232 arayüzü içerir; Kanal A (Channel A) ve Kanal B (channel B). Her ikiside iki yönlüdür ve sistem MUART ından gelirler. Sistem MUART tarafından üretilen veya harici bir cihaz tarafından üretilen kesmelerin öncelikleri için bir adet 8259 kesme kontrol devresi içerir. Kartta yer alan 8 anahtar, çeşitli hata testlerinde kullanılırlar. 1
PAT monitör programı işlemler için sistemi başlatmada, tuş takımını okumada ve göstergeyi sürmede kullanılan pek çok yeteneği olan bir yazılımdır. Hem terminal modunda, hem de tuş takımı modunda çalışabilir. Tuş takımı modunda, kullanıcı sisteme 24 adet tuş içeren bir karttan erişebilmektedir. Terminal modda ise, kullanıcı PAT e RS232 portu üzerinden uygun bir terminalden veya bir terminal simülasyon yazılımından terminal klavyesiyle erişebilmektedir. Bu iki modda da birbirine hiçbir saklayıcı veya bellek gözü etkilenmeden geçiş yapmak mümkün olmaktadır. Terminal modda çalışılırken PAT: şeklinde bir promptta çalışılır. Bu prompttu gördükten sonra yazacağınız her satır PAT e bir komut olarak gönderilecektir. 80286 işlemcisi 24 adres hattına sahiptir. Bunlardan 20 tanesi PAT tarafından kullanılmaktadır. Böylece PAT 1MB lık bir belleği adresleyebilir. 80286 16 bitlik bir işlemcidir. Dolayısıyla 20 bitlik bir adres üretebilmesi için birden fazla saklayıcının birleştirilmesi gerekmektedir. Bu birleştirme işlemide, ilk saklayıcının 16(10H) ile çarpılmasıyla sağlanır. Mesala belirtmek istediğimiz adres bellekte F000 segmanında yer alsın. Ayrıca belleğin bu segmanı içinde 8000 nolu gözde yer alsın. Bu durumda bu adresi 80286 da şöyle ifade edebiliriz. Önce segment_no yu 10H ile çarpacağız; F000H * 10H = F0000 olarak bulunur. Şimdi bu segment değeri içinde offset kadar ilerleyeceğiz ; F0000 + 8000 = F8000 adresi aranılan adrestir. Burda ilk saklayıcıya segman saklayıcısı, diğer saklayıcıda offset saklayıcısı denilir. Şimdi de sistemin bellek haritasına bir göz atalım ; 00000H-007FFH arasındaki RAM kısmı PAT monitör programı ve sistem kesme vektörleri için ayrılmıştır. Kullanıcı için ayrılan RAM 00800H 0FFFFH arasındadır. Şekil 1 : PAT 80286 deney kitinin bellek haritası. Kart üzerinde bir reset düğmesi yer alır. Bu düğmeyle yapacağınız resetlerde saklayıcı ve bellek içerikleri silinmeyecektir. Dolayısıyla program hatalarında, tıkanmalarında bu tür bir reset tercih edilmelidir. Kartın bağlı olduğu kutudaki power düğmesinden yapacağınız reset ise tüm bellek ve saklayıcı içeriklerini temizleyecektir. 2
2.2. TuĢ Takımının Kullanımı Sistemi ilk açtığınızda veya her resetten sonra tuş takımının üstündeki göstergede önce ready ardından da M tuşuna basarak bir adres girmek istersek varsayım olarak adr 0100 gösterilir. Adr address manasındadır ve 0100 de offset numarasıdır. Burda şu unutulmamalıdır ki bu offsetin segment numarası 0800 dir. Bu offset değerini ya tuş takımından yeni değerler girerek ya da + ve tuşlarını kullanarak değiştirmek mümkündür. Segment numarasını değiştirmek için S tuşuna basarak yine offsette olduğu gibi değiştirebiliriz. Bir adres belirledikten sonra, bu adresin içeriğini değiştirmek istenildiğinde M tuşuna basılmalıdır. Sonra adresin ofset değeri ve adresteki veri gösterilecektir. Bu şekilde bir kod parçası girdikten sonra bunu çalıştırmak içinse G tuşuna basıp kodun başlangıç adresi girilmelidir. Daha sonra tekrar G tuşuna basıldığında ise artık kod çalışacaktır. P tuşu ise port içeriklerini görmede ve değiştirmede kullanılır. P tuşuna basıldığında prt default_port_adresi şeklinde bir görüntü belirir göstergede. Varsayım port adresi 0080H dir. Siz bu adres yerine başka adres girerek ve daha sonra tekrar P tuşuna basarak istediğiniz portun içeriğini öğrenebilir veya değiştirebilirsiniz. B tuşu ise program debug işlemlerinde kullanılır. B tuşuna bastığınızda yazdığınız adreste breakpoint konulur. Eğer breakpoint i kaldırmak isterseniz K tuşunu kullanabilirsiniz. 2.3. 80286 da GiriĢ / ÇıkıĢ ĠĢlemleri 80286 işlemcisi yalıtılmış bir I/O sisteme sahiptir. Dolayısıyla I/O için farklı komutlara sahiptir. 80286 da IN ve OUT komutları giriş ve çıkış için kullanılmaktadır. I/O sırasında adres yolunda 16 bitlik adresler dolaşır. Dolayısıyla sizde I/O işlemleri için 16 bitlik adreslerden yararlanacaksınız. Yani belleğe erişir gibi 24 bitlik adresler değil.çünkü I/O yalıtılmış ve tüm I/O cihazları veri yolunun düşük 16bitlik kısmına bağlanmışlardır. Veriler mikrobilgisayara portlar aracılığıyla girer ve çıkar. PAT ta 2 tane 8256 MUART (Mutifunctional Universal Asynchronous Receiver Transmitter) bulunmaktadır, bunlardan biri kullanıcı için biride sistem için ayrılmıştır. Kullanıcı arabirimi 2 tane 8 bitlik porta sahiptir. Ayrıca sayıcı/zamanlayıcı saklayıcı sistemine ve seri iletişim yapabilme kapasitesine sahiptir. Programlarınızda kullanabileceğiniz bazı port numaraları aşağıda sunulmuştur ; 8259 Kesme Kontrol Devresi Read Saklayıcısı Write Saklayıcısı I/O adresi Komut Komut 0040H Komut Komut 0042H 3
Sistem MUART ı 8256 Read Saklayıcısı Write Saklayıcısı I/O adresi Mode Mode 0066 Port1 Kontrol Port1 Kontrol 0068 Port1 Port1 0070 Port2 Port2 0072 Timer1 Timer1 0074 Timer2 Timer2 0076 Kullanıcı MUART ı 8256 Read Saklayıcısı Write Saklayıcısı I/O adresi Mode Mode 0086 Port1 Kontrol Port1 Kontrol 0088 Port1 Port1 0090 Port10 Port2 0092 Timer1 Timer1 0094 Timer10 Timer2 0096 Terminal modda I/O portların içeriklerini görmek veya değiştirmek için CP komutu kullanılır. Tuş takımında ise P ile yapılabilir bunlar. Port1(portb) in her bir biti ayrı ayrı giriş/çıkış olarak yönlendirilebilir. Port2(porta) nin ise alçak anlamlı 4 biti ve yüksek anlamlı 4 biti bir bütün olarak giriş/çıkış olarak yönlendirilebilir. Port1 adresi 90H Port2 adresi ise 92H dir. İki özel giriş/çıkış komutu vardır: IN : Giriş portunun içeriğini akümülatöre yükler. Örn: IN AL,90H OUT : Akümülatör içeriğini çıkış portuna yükler. Örn: OUT 90H,AL Yönlendirmelerde port1 için port1 control register a giriş olacak bit için 0 ve çıkış olacak bit için 1 şeklinde kodlanmış veri yazılır. Port1 control register adresi 88H dir. Mesela; Port1 in 7,5,4,0 bitleri çıkış 6,3,2,1 bitleri giriş olarak yönlendirmek için MOV AL,B1H OUT 88H,AL program parçası yazılmalıdır. Port2 nin yönlendirilmesi için mod saklayıcısının düşük anlamlı 3 biti kullanılır. 4lü olacak şekilde ikiye ayrıldığı için bu portun koşullanması için 3 bit yeterlidir. 4
P2C2 P2C1 P2C0 YAB* DAB** 0 0 0 giriş giriş 0 0 1 giriş çıkış 0 1 0 çıkış giriş 0 1 1 çıkış çıkış * Yüksek anlamlı bit ** Düşük anlamlı bit Mod saklayıcısının adresi 86H dir. Mesela; Port2 yi YAB giriş ve DAB çıkış olacak şekilde yönlendirmek için: MOV AL,01H OUT 86H,AL yazılmalıdır. 2.4. 80286 ĠĢlemcisinin Saklayıcı Kümesi 80286 da yer alan saklayıcılar 16 bit liktir. Bunlardan AX, BX,CX ve DX e 8 bit erişim söz konusudur. Bu yüzden bu saklayıcılar iki kısımdan oluşmuş şekilde gösterilmektedirler. Genel Amaçlı Saklayıcılar AX= AH (8 bit) AL (8 bit) BX= BH (8 bit) BL (8 bit) CX= CH (8 bit) CL (8 bit) DX= DH (8 bit) DL (8 bit) SP BP SI DI Segman Saklayıcıları CS DS SS ES Yığın göstergesi Taban göstergesi Kaynak sıra saklayıcısı Hedef sıra saklayıcısı Kod segmanı Veri segmanı Yığın segmanı Ekstra segman 5
Durum - Denetim Saklayıcıları IP F MSW Komut göstergesi Bayraklar Makine durum sözcüğü Bahsi geçen F saklayıcısı mikroişlemciler dersinde görülen klasik işlemci tipindeki durum-denetim saklayıcısının içerdiği bayrakları içeren bir saklayıcıdır. Şekil 2 : 80286 İşlemcisinin bayrak saklayıcısı IP saklayıcısı komutun offsetini tutar. CS ise segment numarasını. Dolayısıyla CS-IP saklayıcı çifti 80286 için program sayacı yapısını oluşturmuş olurlar. Tabiiki yine bu saklayıcıdaki bilgiler bir adres olarak yorumlanacakları için bu iki saklayıcıdaki toplam bilginin 20 bitlik bir adres olduğu unutulmamalıdır. Terminal modda veya yuş takımı modunda bir saklayıcının içeriğini görmek veya değiştirmek için R komutu veya tuşu kullanılmalıdır. Bunların dışında I/O için kullanılan kullanıcı MUART ında da 5 tane 8-bitlik zamanlayıcı saklayıcısı yer alır. DC morot kontrol deneyinde bu zamanlayıcılardan birini olay sayma işinde kullanmanız gerekecektir. Bunun için bu tür bir saklayıcının ne tür bilgiler içerdiği aşağıda sunulmuştur ; Şekil 3 : Kullanıcı Muart Komut Saklayıcısı 6
3. Deney Hazırlığı 1. Deneye gelmeden önce 80286 işlemcisi hakkında araştırma yapılmalıdır. 2. 80286 işlemcisinin komut kümesi, adresleme mekanizması hakkında araştırma yapılmalıdır. 3. Deney uygulama yönergesindeki deneye hazırlık soruları cevaplanmalı ve el yazısı ile yazılmış 1-2 sayfalık bir rapor halinde sunulmalıdır. 4. Deney Tasarımı ve Uygulaması 1. Deney hazırlık soruları soru-cevap şeklinde sorularak öğrencinin ön hazırlığı yoklanır. 2. PAT 80286 işlemci kartının tanıtımı yapılır. 3. Örnek adres hesaplama ile ilgili örnek hesaplamalar yapılır. 4. Tuş takımları kullanarak örnek adreslere örnek veriler girilir. 5. Deney setini terminal modda çalıştırılır, örnek program gönderilerek sonuçlar gözlenir. 6. Deney setini tuş takımı modunda çalıştırılır. 5. Deney Soruları 1. 80286 işlemcisinin adres uç sayısı nedir? İşlemci kaç bitliktir? 2. PAT nedir? Kaç adres ucu kullanmaktadır? 3. 20 adres ucu ne kadar bellek adresler? 4. 20 adres ucu bilgisi 16 bitlik saklayıcılarda hangi teknikle saklanır? 5. Segman (segment) ve kayıklık (offset) ne demektir? 6. 0080 segman ve 0100 kayıklık değeri hangi adrese denk gelir? 7. 80286'daki giriş/çıkış portları yönleri (Giriş mi çıkış mı) nelerdir? 6. Deney Raporu 1. Kısa bir giriş 2. Deneyde yapılanlar 3. Sonuç ve Değerlendirme 7