Реализация вызова подпрограмм

Все современные программы разрабатываются по модульному принципу – программа обычно состоит из одной или нескольких небольших частей, называемых подпрограммами или процедурами, и одной главной программы, которая вызывает эти процедуры на выполнение, передавая им управление процессором. После завершения работы процедуры возвращают управление главной программе и выполнение продолжается с команды, следующей за командой вызова подпрограммы.

Достоинством такого метода является возможность разработки программ значительно большего объема небольшими функционально законченными частями. Кроме того, эти подпрограммы можно использовать в других программах, не прибегая к переписыванию частей программного кода. В довершение ко всему, так как размер сегмента не может превышать 64К, то при разработке программ с объемом кода более 64К, просто не обойтись без модульного принципа.

Подпрограммы на языке программирования ASM-51 выносятся отдельно от основного текста программы. Обычно подпрограммы размещают после основного текста программы для того, чтобы случайно не передать управление подпрограмме не оператором вызова подпрограммы. Это может произойти из-за того, что ассемблер назначает адреса операторам в порядке их написания.

Исходный текст подпрограммы начинается с метки, которая одновременно является именем подпрограммы. Именно это имя указывается в качестве операнда в команде вызова подпрограммы LCALL. Возвращение из подпрограммы на оператор, следующий за оператором вызова подпрограммы осуществляется оператором RET. Все операторы, которые должны быть выполнены в подпрограммы располагаются между меткой, обозначающей имя подпрограммы и оператором возврата из подпрограммы.

Пример подпрограммы управления последовательным портом:

В процессоре 8088 есть команда, позволяющая вызывать процедуры, которые в языке ассемблера обычно называются подпрограммами (subroutines). По аналогии с командами перехода здесь существуют команды ближнего и дальнего вызова. В интерпретаторе реализован только ближний вызов. Объект вызова либо является меткой, либо располагается по действительному адресу. Параметры, необходимые для вызова подпрограмм, первоначально размещаются в стеке в обратном порядке (рис. В.З). Применительно к языку ассемблера параметры обычно называются аргументами, хотя принципиального различия между этими терминами нет. После размещения аргументов в стеке выполняется команда CALL. В первую очередь, она вводит в стек текущее значение счетчика команд, сохраняя, таким образом, адрес возврата. Адресом возврата называется адрес, по которому возобновляется исполнение вызывающей программы после возврата из подпрограммы.

Далее из метки или с действительного адреса загружается новый счетчик команд. При дальнем вызове значение регистра CS размещается в стеке перед значением регистра PC, а счетчик команд и регистр кодового сегмента загружаются непосредственными данными или с действительного адреса. На этом выполнение команды CALL завершается.

Команда возврата, RET, выталкивает из стека адрес возврата, сохраняет его в счетчике команд, после чего выполнение программы возобновляется с команды, следующей непосредственно за командой CALL. Иногда в команде RET роль непосредственных данных выполняет положительное число. Это число рассматривается как ряд байтов аргументов, размещенных в стеке перед вызовом; оно прибавляется к значению SP, и стек очищается. При дальнем вызове (выполнении команды RETF) регистр кодового сегмента выталкивается после счетчика команд.

В рамках подпрограммы необходимо реализовать доступа к аргументам. По этой причине выполнение подпрограммы часто начинается с размещения в стеке указателя базы и копирования текущего значения регистра SP в регистр ВР. Таким образом, указатель базы указывает на свое предыдущее значение. После адрес возврата определяется путем прибавления к ВР двойки, а первый и второй аргументы располагаются по действительным адресам ВР + 4иВР + 6, соответственно. Если процедуре нужны локальные переменные, необходимое количество байтов можно вычесть из указателя стека; обращаться к этим переменным можно из указателя базы путем отрицательного смещения. В примере на рис. В.З имеются три однословных локальных переменных, расположенных по адресам ВР - 2, ВР - 4 и ВР - 6. Таким образом, весь набор текущих аргументов и локальных переменных становится доступным через регистр В Р.

В стеке, как обычно, сохраняются промежуточные результаты или подготавливаются аргументы для последующих вызовов. Чтобы восстановить стек до возврата, не высчитывая, какую часть стека заняла подпрограмма, нужно скопировать указатель базы в указатель стека, вытолкнуть из стека старое значение ВР и выполнить команду RET.

Иногда в процессе вызова подпрограммы значения регистров процессора меняются. В этой связи полезно сделать так, чтобы вызывающая программа не знала о том, какие регистры используются вызываемой программой. Для этого проще всего ввести для системных вызовов и обычных подпрограмм одни и те же соглашения. Предполагается, что в вызываемой программе могут изменяться значения регистров АХ и DX. Если в одном из этих регистров содержится ценная информация, желательно, чтобы вызывающая процедура разместила ее в стеке до выполнения аналогичной операции с аргументами. Если подпрограмма использует и другие регистры, их можно поместить в стек непосредственно в начале ее выполнения и извлечь из него перед запуском команды RET. Таким образом, желательно сделать так, чтобы вызывающая процедура сохраняла значения регистров АХ и DX (если в них содержатся значимые данные), а вызываемая - значения других регистров, которые она перезаписывает.

15. Векторные и радиальные прерывания. Назначение. Организация.

Подсистема прерываний - совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих реакцию программы на события, происходящие вне программы. Такие события возникают, как правило, случайно и асинхронно по отношению к программе и требуют прекращения (чаще временного) выполнения текущей программы и переход на выполнение другой программы (подпрограммы), соответствующей возникшему событию.

Различают внутренние и внешние (по отношению к процессору) события, требующие реакции подсистемы прерываний. К внутренним событиям относятся переполнение разрядной сетки при выполнении арифметических операций, попытка деления на 0, извлечение корня четной степени из отрицательного числа и т.п., появление несуществующего кода команды, обращение программы в область памяти, для нее не предназначенную, сбой при выполнении передачи или операции в АЛУ и многое другое. Внутренние прерывания должны обеспечиваться развитой системой аппаратного контроля процессора, поэтому они не получили широкого распространения в простых 8- и 16-разрядных МП.

Внешние прерывания могут возникать во внешней по отношению к процессору среде и отмечать как аварийные ситуации, так и нормальные рабочие события, которые происходят в случайные моменты времени. Во всех этих случаях требуется прервать выполнение текущей программы и перейти на выполнение другой программы (подпрограммы), обслуживающей это событие.

С точки зрения реализации внутренние и внешние прерывания функционируют одинаковым образом, хотя при работе подсистемы с внешними прерываниями возникают дополнительные проблемы идентификации источника прерывания. Поэтому ниже будут рассмотрены внешние прерывания.

Различают два типа входов запросов на прерывания - радиальные и векторные. Процессор анализирует состояние входов запросов в конце каждого машинного цикла. Получив запрос на прерывание, процессор должен идентифицировать его источник, т.е. в конечном счете, определить начальный адрес обслуживающей это прерывание программы. Способ идентификации зависит от типа входа, на который поступил запрос.

Каждый радиальный вход связан с определенным адресом памяти, по которому размещается указатель на обслуживающую программу или сама программа. Если на радиальный вход поступает несколько запросов, то необходимо осуществить программную идентификацию источника путем последовательного (в порядке убывания приоритетов) опроса всех возможных источников прерывания. Этот способ не требует дополнительных аппаратных затрат и одновременно решает проблему приоритета запросов, однако время реакции системы на запрос может оказаться недопустимо велико, особенно при большом числе источников прерываний.

Гораздо чаще в современных МПС используется т.н. "векторная" подсистема прерываний. В такой системе микропроцессор, получив запрос на векторном входе INT, выдает на свою выходную линию сигнал подтверждения прерывания INTA, поступающий на все возможные источники прерывания. Источник, не выставивший запроса, никак не реагирует на сигнал INTA. Источник, выставивший запрос, получая сигнал INTA, выдает на системную шину данных "вектор прерывания" – свой номер или адрес обслуживающей программы или, чаще, адрес памяти, по которому расположен указатель на обслуживающую программу. Время реакции МПС на запрос векторного прерывания минимально (1..3 машинных цикла) и не зависит от числа источников.

Для исключения конфликтов при одновременном возникновении нескольких запросов на векторном входе ответный сигнал INTA подается на источники запросов не параллельно, а последовательно – в порядке убывания приоритетов запросов. Источник, не выставлявший запроса, транслирует сигнал INTA со своего входа на выход, а источник, выставивший запрос, блокирует дальнейшее распространение сигнала INTA. Таким образом, только один источник, выставивший запрос, получит от процессора сигнал INTA и выдаст по нему свой вектор на шину данных. Конфликты на радиальном входе исключаются самим порядком программного опроса источников.