Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- cn2:laboratoare:06:continut [2023/11/07 19:45]
irina_cristina.nita Review
+++ — (current)
@@ Line 1: / Line 1: @@
-==== 1. Ce este GPIO? ====
-GPIO (General-Purpose Input/Output) este calitatea unui pin al unui circuit integrat de a-i putea fi controlat comportamentul, adică direcția de trecere a curentului electric prin el și valoarea acestuia, într-un mod programatic. Astfel, noi putem să configurăm un pin pentru a '**scrie**' o valoare, caz în care pinul devine o sursă de '0' sau de '1' logic, controlată prin registre (practic legăm pinul la VCC sau GND cu ajutorul unor tranzistori). În acest mod putem, spre exemplu, să aprindem un led folosind instrucțiuni. \\
-Un pin GPIO poate fi folosit, de asemenea, și pentru '**citire**'. Astfel, putem afla dacă pinul este comandat din exterior către '0' sau '1' logic.
-<note important>
-Atenție! Un pin configurat pentru citire care nu este comandat din exterior (este lăsat 'în aer'), nu va avea o valoare logică concretă de '0' sau '1', iar citirea lui ne va da **oricare** dintre aceste două valori.
-</note>
-=== 1.1. Ce este un pin? ===
-Un pin este o bucată de metal ce permite crearea unei legături între componente electrice. În cazul circuitelor integrate pinii pot ieși din capsula integratului sau pot face parte dintr-una din fețele sale, caz în care ne referim la ei ca //pad-uri//.
-{{ :cn2:laboratoare:06:attiny20.png?500 |ATtiny20}}
-==== 2. GPIO si ATTiny20 ====
-În [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-8235-8-bit-AVR-Microcontroller-ATtiny20_Datasheet.pdf|datasheetul ATTiny20]], la pagina 2, sunt descrise configurațiile pinilor. Observați ca exista mai multe configurații, deoarece acest microcontroller vine în diferite capsule ce diferă ca mărime, cost și metodă de lipire.
-Să ne concentrăm pe prima varianta, descrisă în capitolul 1.1, SOIC (Small Outline Integrated Circuit) & TSSOP (Thin-Shrink Small Outline Package). Primul lucru pe care îl observăm este că această capsulă are 14 pini. Dintre aceștia, doi sunt necesari pentru alimentarea microcontroller-ului (VCC - pinul 1, si GND - pinul 14). Evident, acești doi pini **nu** pot fi folosiți ca GPIO. Însă restul, da!
-Observăm că pinii, pentru a fi mai ușor de folosit, au câte o denumire. Această denumire ne indică și ce funcții poate avea acel pin. În cazul pinilor 1 și 14 este simplu: VCC - alimentare de curent continuu, și GND - masă (ground). Denumirea celorlalți pini este de forma **PXn**, unde X este în {A, B} și n este în {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} (spre exemplu: PB0, PA5, PB4, PA7). Aceasta este denumirea principală a acestor pini. Între paranteze găsim și denumiri auxiliare, care indică //funcții alternative// ale pinilor (spre exemplu: pinul PA0 mai este numit și ADC0, ceea ce înseamnă că el poate servi ca și intrare pentru convertorul analog-digital).
-<note important>
-În microcontrollerele Atmel, cum este și ATTiny20, pinii ce suportă GPIO sunt grupați în **porturi**. Un port are întotdeauna 8 pini logici (ce pot fi folosiți într-un program), dar poate avea mai puțini pini fizici (ce pot fi folosiți pentru a realiza legături fizice). Aceste porturi sunt denumite în ordine alfabetică: A, B, etc. De aici reies și numele pinilor: PA0 înseamnă că pinul face parte din portul A, și este pinul cu numărul 0 în acel port. Observați că portul B nu are decât 4 pini fizici (PB0, PB1, PB2 si PB3). Totuși nu este o eroare să atribuim într-un program o valoare pinului PB4, doar că această atribuire nu va avea niciun efect în exteriorul controller-ului.
-</note>
-=== 2.1. Registrele de control al perifericelor și ale porturilor I/O ===
-În cadrul microprocesoarelor ca ATTiny20, avem de-a face cu două tipuri de registre de control:
-  * Registre de control a modulelor periferice (e.g. timer, convertor analog-digital, controller USB, placă de rețea, placă video, tastatura, etc.)
-  * Registre de control a pinilor de intrare/ieșire (pinii GPIO - ținta noastră în acest laborator)
-Pentru modulele periferice, registrele de control sunt folosite pentru a efectua operații precum: pornește/oprește modulul, schimbă anumite setări (e.g. BAUD rate pentru portul serial), etc. Pe lângă registre, pentru a interacționa cu aceste periferice, mai folosim registre de stare (pentru a afla care este starea perifericului), și registre de date (pentru a transmite/recepționa date către/de la el).
-Dacă un pin are funcția de GPIO, atunci vom putea să îi controlăm direcția și valoarea în mod programatic. Vom realiza acestea prin scrieri/citiri în/din registre speciale, ce controlează exact acest comportament.
-Registrele care controlează comportamentul unui port sunt:
-  * DDRx: Data Direction Register (i.e.: DDRA și DDRB),
-  * PORTx: Data Register (i.e.: PORTA și PORTB),
-  * PINx: Data Input Register (i.e.: PINA și PINB).
-Fiecare dintre aceste registre are 8 biți, câte unul pentru fiecare pin logic al portului. De exemplu, DDRA (pentru portul A) are biții DDA0, DDA1, ..., DDA7, PORTA are biții PORTA0, ..., PORTA7 și PINA are biții PINA0, ..., PINA7. În continuare ne vom limita doar la portul A al microncontrollerului.
-Schimbând un bit din 1 în 0 sau invers putem schimba comportamentul pinului. Astfel, registrele menționate anterior au următoarea funcționalitate:
-== DDRx ==
-Registrul DDRx controleaza direcția pinilor din portul x:
-  * DDRxn == 0: dacă bitul n este 0 atunci pinul respectiv va funcționa ca și intrare (microcontroller-ul nu va impune nicio tensiune pe linie, ci îl va lăsa în stare de înaltă impedanță, Z)
-  * DDRxn == 1: dacă bitul n este 1 atunci pinul va funcționa ca și ieșire (microcontroller-ul va putea impune o tensiune electrică pe acel pin)
-== PORTx ==
-Registrul PORTx controlează valoarea pinilor din portul x care au fost configurați ca ieșiri:
-  * PORTxn == 0: dacă bitul n este 0 atunci pinul respectiv va lua valoarea LOW
-  * PORTxn == 1: dacă bitul n este 1 atunci pinul respectiv va lua valoarea HIGH
-== PINx ==
-Din registrul PINx putem citi valoarea valoarea pinilor din portul x care au fost configurați ca intrări:
-  * PINxn == 0: dacă bitul n este 0 atunci pinul respectiv are valoarea LOW
-  * PINxn == 1: dacă bitul n este 1 atunci pinul respectiv are valoare HIGH
-<note>
-Un bit este 0 atunci când pinul corespunzător acestuia ia valoarea LOW (adică GND, care este în general 0V), iar dacă bitul este 1 atunci când pinul ia valoarea HIGH (adică VCC, care poate fi 5V, 3.3V, etc.). Vedeți tabelul 10-1 (pag. 44) din [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-8235-8-bit-AVR-Microcontroller-ATtiny20_Datasheet.pdf|datasheet]] pentru detalii despre ce se întamplă când DDAn e setat ca port de intrare.
-</note>
-=== 2.2. Spațiul de adrese  ===
-{{ :cn2:laboratoare:06:attiny20_data_memory.png?300 |Organizarea spatiului de adresa pe ATTiny20}}
-Figura precedentă descrie organizarea spațiului de adresă pentru ATTiny20.
-<spoiler Despre zonele din spațiul de adrese>
-Observați că memoria RAM nu ocupă decât o mică parte din acest spațiu și aceasta începe de la adresa 0x40. În rest avem diferite zone ce servesc altor scopuri. Ce se întâmplă de fapt este că toate perifericele, inclusiv memoria RAM si ROM (FLASH) sunt legate la aceeași magistrală de adrese, pe 16 biți (noi vom considera că are doar 8 biți). Fiecare dispozitiv este responsabil să răspundă doar la adresele ce îi aparțin. Deci, pentru orice adresă în intervalul [0x40:0xBF] memoria RAM este responsabilă de tratarea citirii/scrierii, iar celelalte periferice trebuie să elibereze magistrala de date. La fel, pentru adrese în intervalul [0x3FC0:0x3FC3] putem citi dintr-o mică memorie non-volatilă unde este reținut Device IDul.
-</spoiler>
-De la 0x00 la 0x3F gasim //I/O Space//. Aici se află toate registrele de lucru cu periferice și, desigur, PORTA. În [[http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/Atmel-8235-8-bit-AVR-Microcontroller-ATtiny20_Datasheet.pdf|datasheet]], la capitolul 22. Register Summary (pagina 203) putem vedea adresele tuturor registrelor I/O din controller (care nu sunt de uz general). Registrul PORTA are adresa 0x02 deci pentru a scrie/citi date în/din el trebuie să executăm o instrucțiune STS/LDS cu adresa de scriere/citire 0x02.
-<code asm>
-LDS R16, 0x40    ; se încarcă date din RAM de la adresa 0x40 în registrul R16
-STS 0x02, R16    ; se stochează datele din registrul R16 la adresa 0x02, adică în registrul PORTA
-LDS R16, 0x00    ; se încarcă date de la adresa 0x00, adică din registrul PINA
-</code>
-=== 2.3. Instrucțiuni ce operează cu I/O Space  ===
-== Instrucțiunile IN și OUT ==
-Pentru a lucra cu registrele din I/O Space putem folosi două instrucțiuni speciale: ''IN'' și ''OUT''. ''IN'' este echivalent cu ''LDS'', iar ''OUT'' este echivalent cu ''STS''. Diferența este că, în vreme ce LDS/STS nu pot lucra decât cu registrele R16:R31, IN/OUT pot lucra cu toate cele 32 de registre. De asemenea, pe un core AVR adevărat, LDS/STS se execută în 2 cicli de ceas, iar IN/OUT într-unul singur. Astfel, codul precedent poate fi rescris:
-<code asm>
-LDS R16, 0x40
-OUT 0x02, R16 ; valoarea din registrul ''R16'' ajunge la adresa 0x02 (registrul PORTA) - este scrisă la **ieșire**
-IN R16, 0x00  ; valoarea de la adresa 0x00 (registrul PINA) este încărcată în ''R16'' - este citită de la **intrare**
-</code>
-== Instrucțiunile SBI și CBI ==
-Deoarece instrucțiunile ''IN'' și ''OUT'' nu pot scrie decât valori pe 8 biți. Spre exemplu, dacă dorim să schimbăm doar bitul 5 din DDRA în 1 atunci pașii pe care trebuie sa îi urmăm sunt:
-<code asm>
-LDI     R17, 0b00100000 ; încărcăm în R17 o mască ce are 1 pe bitul 5
-IN      R16, DDRA       ; încărcăm în R16 valoarea din DDRA
-OR      R16, R17        ; în urma operației sau între R16 și R17 în R16 bitul 5 va fi pus pe 1
-OUT     DDRA, R16       ; stocăm valoarea din R16 înapoi în DDRA
-</code>
-<note important>
-Pentru a putea altera un singur bit din registrul corespunzător unui port folosind instrucțiunile ''OUT'', trebuie să folosim o mască pe 8 biți cu care vom aplica operația & (resetare valoare) sau | (setare valoare), după caz.
-Pentru a pune **bitul n pe 1** trebuie să folosim o mască de biți ce are **1 pe poziția n și 0 în rest** (eg: pentru a pune bitul 5 pe 1 folosim masca 00100000), apoi să folosim operațiu **sau pe biți**.
-Pentru a pune **bitul n pe 0** trebuie să folosim o mască de biți ce are **0 pe poziția n și 1 în rest** (eg: pentru a pune bitul 5 pe 0 folosim masca 11011111), apoi să folosim operațiu **și pe biți**.
-</note>
-Fiindcă acțiunea de a schimba un bit în 1 (set) sau în 0 (clear) este una întâlnită des în programele ce rulează pe arhitectura AVR aceasta include două instrucțiuni ce permit schimbarea unui bit dintr-un registru ce se află în primele 32 de adrese din I/O Space în 0 sau în 1: ''CBI'' (Clear Bit in Register) și ''SBI'' (Set Bit in Register). Ele primesc ca și argumente adresa registrului (în intervalul [0:31]) și numărul bitului (în intervalul [0:7]). Dacă rescriem codul folosind aceste înstrucțiuni el devine:
-<code asm>
-SBI DDRA, 5 ; mai scurt, nu?
-</code>
-<note important>
-Instrucțiunile ''CBI'' și ''SBI'' primesc ca și argument **numărul** bitului pe care dorim să-l schimbăm, nu o mască de biți.
-</note>
-<spoiler Exemplu de cod>
-<code C>
-while (1) {
-    PORTA |=  (1 << 3);
-    PORTA &= ~(1 << 3);
-}
-</code>
-Am putea traduce secvența de mai sus în următorul cod assembly:
-<code asm>
-x00:    LDI     R17, 0b00001000
-x01:    LDI     R18, 0b11110111
-         ; PORTA |= (1 << 3)
-x02:    IN      R16, PORTA
-x03:    OR      R16, R17
-x04:    OUT     PORTA, R16
-         ; PORTA &= ~(1 << 3)
-x05:    IN      R16, PORTA
-x06:    AND     R16, R18
-x07:    OUT     PORTA, R16
-         # Jump back to 0x00
-         # PC = PC + k + 1 => 0x00 = 0x08 + k + 1 => k = -0x09
-x08:    RJMP    -9
-</code>
-Așa cum se poate vedea, comportamentul de mai sus este unul de tip //read-modify-write//: pentru a modifica un singur bit dintr-un registru, el trebuie citit și scris înapoi prin instrucțiuni ''in'' și ''out'' separate. Pentru a economisi cicli de ceas, putem folosi  ''sbi'' (set bit in I/O register) și ''cbi'' (clear bit in I/O register). Să vedem cum ar arăta programul de mai sus utilizându-le:
-<code asm>
-         ; PORTA |= (1 << 3)
-x00:    SBI     PORTA, 3
-         ; PORTA &= ~(1 << 3)
-x01:    CBI     PORTA, 3
-         ; jump back to 0x00
-x02:    RJMP    -3
-</code>
-</spoiler>

Show page Old revisions

Media Manager Back to top