Mérés laboratórum 2 - 2. mérés ellenőrző kérdései

2013-04-10T10:08:54Z

Bbluff: /* 1. Az ATmega128 mikrokontroller Neumann-architektúrájú-e? A válaszát indokolja is meg! */

==1. Az ATmega128 mikrokontroller Neumann-architektúrájú-e? A válaszát indokolja is meg!==

<center>[[Fájl:meres2_2_Von_neumann.png]] [[Fájl:meres2_2_avrarchitect.jpg]]</center>
(c) by wikimedia.org & Hainzmann János
 
A képen balra: Neumann architektúra, jobbra: Harvard architektúra (AVR ATmega128 mikrokontroller) 
Válasz: Nem. A mikrokontroller tömbvázlatát megnézve megállapíthatjuk, hogy a programkódnak és az adatoknak külön memóriája van, nem egy közös tárban találhatóak. Az adatátviteli csatorna is más a programkód számára, mint az adatok számára. Ebből nyilvánvalóan kitűnik, hogy nem Neumann-architektúráról van szó. 
Válasz2: Nem. A vezérlő ''Módosított Harvard'' architektúrát használ, melyben a Neumanntól eltérően elkülönül egymástól és külön címtartományban helyezkedik el az utasításokat és adatokat tároló memória. Azért módosított, mert speciális utasításokkal lehetőség van a programmemória adatainak olvasására is.
 

==2. Van-e egy kitüntetett funkciójú akkumulátor-regiszter az AVR architektúrájú processzorokban?==
Nincs. Az utasítások paramétere - kevés kivételtől eltekintve - bármelyik regiszter lehet.
 
==3. Milyen memória-tartományai vannak az ATmega128 mikrokontrollernek?==
Az AVR architektúrának két fő memóriatartománya van:
 
- program memória:
 
|alkalmazás szakasz
|}
|boot szakasz
|}
 
- adat memória:
 
|regiszterek
|}
|standard I/O reg.
|}
|extended I/O reg.
|}
|belső SRAM
|}
|külső SRAM
|}

==4. Milyen fő csoportjai vannak az utasításoknak?==
* aritmetikai és logikai
* elágazások
* adatátviteli
* bitmódosító és bittesztelő utasítások

==5. Vázolja fel az általános digitális I/O portok felépítését! Hány regiszter tartozik egy porthoz, és mi az egyes regiszterek feladata?==

[[Fájl:meres2_2_portok.png]]

A digitális I/O portok kétirányúak, tehát be-és kimenetként is működhetnek. Minden porthoz 3 regiszter tartozik, egy adatregiszter (PORTx), egy irányregiszter (DDRx), és egy, csak olvasható regiszter (PINx). Az irány-és adatregiszter bitenként programozható.

Ha a DDRx (ahol x: A…G) értéke 1, akkor kimenetként, ha DDRx értéke 0, akkor bemenetként definiáltuk a portot. Kimeneti port esetén a PORTx-re írjuk a kimeneti értéket, bemeneti port esetén a felhúzó ellenállást (pull-up) szabályozzuk. (Ha a bemeneti portokat nem húzzuk fel logikai 1-be, akkor lebegni fognak, ezáltal a környezetben fellépő zajok miatt kiszámíthatatlan lesz a bemenetek értéke.) Bemeneti port esetén a PINx regiszterekből a bemeneten lévő érték olvasható ki, kimeneti port esetén a PORTx értéke olvasható ki egy órajellel később. (Utóbbit ritkán használjuk.)

==6. Mikor szokás egy perifériát interrupttal kezelni? Mi az interruptos kezelés előnye?==
Akkor, ha:
* a megszakítás kérés előreláthatólag nem túl sűrűn következik be, közöttük a CPU sok műveletet el tud végezni
* IT bekövetkezése véletlenszerű, de gyorsan ki kell szolgálni
* IT alatt elvégzendő feladatok nem vesznek sok időt igénybe, vagy ha igen, akkor megszakítható az IT (vagyis többszintű az IT rendszer)
* az IT-s szervezés a program struktúráltságát szolgálja

Előnyei ebból adódóan:
* növeli a program áttekinthetőségét
* a periféria kérések gyorsan kiszolgálódnak (aktuális utasítás ciklus végén válaszol IT-ra a CPU) 
* kiszámíthatatlan idejű kérések esetén sokkal jobb a CPU kihasználtága, mintha lekérdezéses ütemezést választanánk

Hátrányos lehet akkor, ha túl sűrűn jönnek a kérések, mert ekkor az IT rutin nem a periféria kezeléséhez tartozó részeit is folyton el kell végezni, ami rontja a CPU kihasználtságát.

Egy jó példa erre a kezelésre a billentyűzet, mint periféria kezelése.

==7. Mit takar az az elnevezés, hogy keresztfejlesztő rendszer (cross-development system)?==
A beágyazott rendszerek többségében nincs elég szabad erőforrás a fejlesztő szoftver és vele egyidejűleg az alkalmazás futtatására. A gyártott termékekek költségérzékenyek, jelentősebb tartalék számítási kapacitás betervezése ezért nem elfogadható. Másik problémát a fejlesztői konzol (display + klaviatúra) jelenti, mert a beágyazott rendszereknek általában speciális be/kimeneti eszközeik vannak. A vázolt problémák miatt a beágyazott rendszereknél az ún. keresztfejlesztő rendszer (cross-development system) alkalmazása szokásos. Ebben az esetben a fejlesztő szoftver egy másik platformon, rendszerint egy PC-n fut. Ezt a számítógépet nevezik host-nak, a fejlesztendő készülék pedig a target. Keresztfejlesztés esetén kapcsolatot kell létesíteni a két platform között. Ennek szokásos eszközei:
* RS-232 soros port;
* processzorba, mikrovezérlőbe integrált speciális soros port (JTAG stb.);
* speciális emulátor hardver.

==8. Milyen célt szolgál az ún. töréspont?==
A törésponttal a programban egy helyet jelölhetünk meg; ha a program futása oda ér, akkor a futás felfüggesztődik. A debugger programmal debuggolás céljából megnézhetjük a regisztereket és a memóriatartalmakat (memory dump).

==9. Mi a különbség a szoftver és a hardver töréspont között?==
A fordítóprogam a szoftveres töréspontot úgy hozza létre, hogy a kijelölt helyen az ott található utasítást kicseréli egy ugrás vagy hívás utasításra, mely a futást a debug rendszernek adja át.

Hardver töréspont esetén a chipbe már be van építve a törésponttámogatás. Sokszor külön regisztert tartanak fenn, amiben eltárolható a töréspont címe. Ha a program counter értéke megegyezik ezzel az értékkel (ez egyszerűen komparátorral vizsgálható), akkor a CPU kivételt generál, ezzel jelez a debuggernek.

==10. Létrehozható-e szoftver töréspont ICE (In-Circuit Emulator - áramkörbe ágyazott emulátor) nélkül?==
{tipp}: ha elég ügyesek vagyunk, tudunk írni egy szubrutint, ami az egyik porton keresztül átadja a hostnak a futás körülményeit (pc, regiszterek, stb), és végtelen ciklusban fut, amíg a host nem küld neki jelet a továbbfutásra. Fix töréspontokat el tudunk úgy helyezni, hogy ezt a szubrutint hívjuk meg az adott helyen (még feltételt is beleprogramozhatunk). Neumann szervezésű gépnél (a vizsgált chip nem az :( ) még a lépésenkénti végrehajtást is belehegeszthetjük: minden utasítás (kivéve az ugrók) után teszünk két NOP-ot, és a töréspont kezelő rutin a host utasításától függően a NOP-ot átírja a töréspontot meghívó utasításra (a CALL 2 hosszú), vagy visszaírja NOP-ra.

Ez mind egy csomó szívás (pl az ugró utasításokat újra kell számolni), plusz pazarolja a programmemóriát, és leginkább: nem akarjuk újra feltalálni a spanyolviaszt. -- [[SzaMa|SzaMa]] - 2005.09.26. 

----
-- [[KissAnett|Olthyer]] - 2005.09.25.

==11. Mit jelentenek és hogyan működnek a CALL ill. JUMP utasítások?==
A CALL utasítás egy szubrutint (függvényt) hív meg, a JUMP pedig egy adott utasításra ugrik. Javitsatok ki ha valami pontatlan!!!
 
-- [[GabrovitsPal|Nyuzo]] - 2008.04.08. 
A CALL (pl. egy függvényhívás C-ben) utasítás a szubrutin meghívása előtt a visszatérési címet (a CALL utáni utasítás címe) elmenti a Stack-be. Szubrutinból a RET utasítással lehet visszatérni, ilyenkor értelemszerűen a STACK-be elmentett címen folytatódik a program futása.
Egy példa erre: 
<pre>
... ; utasítások
call szubrutin ; szubrutinhívás
... ; további utasítások</pre>
<pre>szubrutin: ... ; még mindig utasítások
ret ; visszatérés szubrutinból 
</pre> 
Egy Jump (C-ben goto) utasítás (JMP) során az utasítás végrehajtása a megadott címen folytatódik.
Erre is egy egyszerű példa: 
 <pre>
M_LOOP: jmp M_LOOP ; ugrás M_LOOP cimkére, ami nem más mint egy végtelen hurok 
</pre>
-- [[MateNagy|mate]] - 2009.03.09.

==12. kb.: ~Sorolj fel integrált perifériákat az AVR mikrokontrollertől!==
• 2. db 8-bites Timer/Counter külön előosztó (Prescaler) egységgel és Compare üzemmóddal
 
• 2 db 16-bites Timer/Counter külön előosztó (Prescaler) egységgel és Compare valamint
Capture üzemmóddal
 
• Real Time Counter külön saját oszcillátorral
 
• 2 db 8-bites PWM (pulzus-szélesség modulációs) csatorna
 
• 6 db PWM csatorna with 2 től 16 bitig programozható felbontással
 
• Output Compare Modulator
 
• Egy 8-csatornás, 10-bit felbontású A/D átalakító (ADC), melynek bemeneti egysége az
alábbi módok valamelyikébe konfigurálható
- 8 Single-ended Channels
- 7 Differential Channels
- 2 Differential Channels with Programmable Gain at 1x, 10x, or 200x
 
• Byte-orientált kétvezetékes soros interfész (Two-wire Serial Interface)
 
• Dual Programmable Serial USARTs
 
• Master/Slave SPI soros interfész
 
• Programozható Watchdog Timer integrált óragenerátorral
 
• Analog komparátor
 
-- [[GabrovitsPal|Nyuzo]] - 2008.04.08.

==13. Milyen módon történik egy megszakitáskérés (interrupt) kiszolgálása? Folyamatábra is!==
Az interruptok engedélyezése két szinten történik. Minden interruptkérő vonalhoz tarozik egy
külön engedélyező bit az adott kérő-vonalat használó egység vezérlő/státusz regiszterében, és a
mikrokontroller státuszregiszterében van még egy interruptot általánosan engedélyező bit, az ún.
Global Interrupt Enable bit, röviden I bit.
 
-- [[GabrovitsPal|Nyuzo]] - 2008.04.08.

==14. Milyen utasításokkal lehet menteni a státuszregisztert az interrupt előtt ill. visszaállítani a főprogram környezetét az IT rutin kiszolgálása után? ==
* magyarul mik ezek a sablonkódok, amit minden IT előtt és után be kell irni?!:
 <pre>

itrutin:

push temp ; temp regiszter mentése stacioner
in temp,SREG ; proc. státusz mentése
push temp ; megszakítást kérő egység kiszolgálása
pop temp ; proc. státusz visszaállítása
out SREG,temp
pop temp ; temp regiszter visszaállítása
reti ; rutin vége
</pre>
 
-- [[GabrovitsPal|Nyuzo]] - 2008.04.08.
 
Note that the Status Register is not automatically stored when entering an interrupt routine, nor restored when returning from an interrupt routine. This must be handled by software ([http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimia216/jegyzet/avr/atmega128.pdf atmega128.pdf],
14. oldal lap közepe).
 
cli kiadása a rutin elején, és az sei kiadása a reti előtt nem kell: 
When an interrupt occurs, the Global Interrupt Enable I-bit is cleared and all interrupts are disabled. ... The I-bit is automatically set when a Return from Interrupt instruction – RETI – is executed ([http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimia216/jegyzet/avr/atmega128.pdf atmega128.pdf], 14. oldal lap teteje). 
RETI: 
Returns from interrupt. The return address is loaded from the STACK and the Global Interrupt Flag is set ([http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimia216/jegyzet/avr/avr_instr_set.pdf avr_instr_set.pdf]). -- [[MateNagy|mate]] - 2009.05.15. 
 
Én ebben nem vagyok biztos: http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimia216/jegyzet/avr/atmega128.pdf (14. oldal). Itt eléggé használja. -- [[SzeleiTomi|Tomi]] - 2009.03.10.

De ha jól megnézed, az nem interrupt-kezelő rutin, hanem azon kívül valahol letiltotta meg engedélyezte a megszakításokat, ahol éppen kedve volt. De az egésznek az a lényege, hogy mikor belép a program egy interrupt-kezelő rutinba, akkor ő tul.képp benyom magának egy cli-t, azaz letiltódnak az interrupt-ok. És a legvégén, mikor a reti-hez érsz, az meg benyom egy sei-t, tehát újra engedélyezve lettek. -- [[JuhaszGyula|Gyuszi999]] - 2011.03.31.

[[Category:Infoalap]]

VIK Wiki - Felhasználó közreműködései [hu]

Mérés laboratórum 2 - 2. mérés ellenőrző kérdései