Laboratorium przedmiotu Technika Mikroprocesorowa
ćw. 2: Wprowadzenie do asemblera x86, system przerwań
Asembler x86:
Asembler jest to język programowania, nale\
ący do języków niskiego poziomu.
Znaczy to tyle, \
e jednej komendzie asemblera odpowiada dokładnie jeden rozkaz
procesora. Asembler operuje na rejestrach procesora. Do naszych celów będziemy
wykorzystywać 16-bitowe rejestry ogólnego przeznaczenia (AX, BX, CX, DX) oraz
wybrane 16-bitowe rejestry indeksowe, wskaz
nikowe i segmentowe. W celu badania
wyników operacji (logicznych lub arytmetycznych) wykorzystamy rejestr stanu
procesora.
Aby pierwsze spotkanie z asemblerem nie było zbyt trudne nasze programy
asemblerowe będziemy umieszczać jako cześć kodu projektu napisanego w języku
C++. W związku z tym wszelka notacja będzie taka jak w języku C++!!
Wykorzystywanym środowiskiem będzie Microsoft Visual Studio .NET oraz Borland
C++ 3.1.
W celu umieszczenia kodu asemblera w języku C++ stosujemy polecenie __asm.
Aby u\
ywać zmiennych w programie mo\
emy je zadeklarować zgodnie ze składnią
języka C++ (nale\
y uwa\
ać na typ zmiennej). Ka\
dy z rejestrów 16-bitowych
mo\
emy wykorzystać poprzez odwołanie bezpośrednio do ich 8-bitowych części
górnej lub dolnej (np. rejestr CX dzieli się na część starszą CH i młodszą CL).
00000000 | 00000000
CX(16b)
CH(8b) | CL(8b)
Chcąc wykorzystać pętle w programie posłu\
ymy się skokami warunkowymi do
miejsc oznaczonych etykietami. Przykładowy kod programu z opisem jest
przedstawiony poni\
ej:
int main (void)
{
unsigned short int Liczba1 = 0x1; //liczba 16-bitowa
unsigned char Liczba2; //liczba 8-bitowa
__asm {
push AX;
push BX;
push CX;
mov AL, 0x22;
mov AH, 3;
and AX, 0x00FF;
add AX, 10;
mov BX, Liczba1;
skok: sub AX, BX;
jnz skok;
pop CX;
pop BX;
 pop AX;
&
}
return 0;
}
deklarujemy 2 zmienne Liczba1 i Liczba2 (przedstawiony sposób deklaracji
typów całkowitych 8 i 16 bitowych bez znaku);
3 instrukcje push słu\
ą do zapisania na stosie kolejnych rejestrów, gdy\
bedą
one w programie modyfikowane;
do rejestru AL zapisujemy szesnastkową wartość 0x22, czyli 34 dziesiętnie
(zauwa\
my, \
e rejestr AL jest 8  bitowy);
do rejestru AH zapisujemy dziesiętną wartość 3. W efekcie dwóch powy\
szych
operacji rejestr AX zawiera 3*256+34 = 802 dziesiętnie, czyli 0x0322
szesnastkowo;
wykonujemy operację logiczną and na wartościach 0x00FF i rejestrze AX,
wynik zapisujemy do AX. W wyniku tej operacji wyzerowana zostanie starsza
część rejestru AX. Teraz AX zawiera 0x0022 szesnastkowo;
dodajemy do AX 10, AX zawiera 44 dziesiętnie;
do rejestru BX wpisujemy zawartość zmiennej Liczba1, czyli 1;
od AX odejmujemy BX i wynik zapisujemy w AX (w naszym przypadku będzie
to zmniejszanie o 1)
je\
eli wynik ostatniej operacji był niezerowy (instrukcja jnz) to skaczemy do
etykiety skok i wykonujemy kolejne odejmowanie, powtarzamy tą część
programu a\
do momentu wyzerowania AX, czyli u nas 44 razy;
pobieramy ze stosu (pop) wcześniej zapisane tam wartości (w odwrotnej
kolejności ni\
je zapisywaliśmy!!)
Przerwania:
Przerwanie jest to zatrzymanie wykonującego się w danej chwili programu i
przekazanie sterowania do procedury, która to przerwanie obsługuje. Po
zakończeniu się tej procedury następuje powrót do wcześniej wykonywanego
programu. Istnieją dwa rodzaje przerwań: przerwania sprzętowe i systemowe.
Przerwania sprzętowe wywoływane są w krytycznych sytuacjach (na \
ądanie
urządzeń zewnętrznych). Ze względu na to, \
e w jednej chwili mo\
e zgłosić kilka
urządzeń \
ądanie o przerwanie, a procesor w danej chwili mo\
e obsłu\
yć tylko jedno
z nich, ka\
demu przerwaniu sprzętowemu przyporządkowano pewien numer
(priorytet). Numer ten mówi w jakiej kolejności nale\
y wykonywać przerwania.
Przerwania sprzętowe mogą być maskowalne lub nie. Przerwania maskowalne nie
muszą być przekazywane do procesora w przeciwieństwie do przerwań
niemaskowalnych. Przerwania systemowe mogą być wywoływane tylko w sposób
programowy.
W naszych programach wykorzystamy systemowe przerwania DOS. Nie mo\
na
wywołać tych przerwań umieszczając wstawkę asemblerową w kodzie C++. Dlatego
przerwania wywoływać będziemy z poziomu języka C++ w środowisku Borland C++
3.1. Przykład programu wyświetlającego tekst (u\
ycie przerwania DOS 0x21):
int main (void)
{
char Napis[] =  Moj napis!$ ;
struct REGPACK reg;
reg.r_ax = 0x0900;
reg.r_dx = FP_OFF(napis);
reg.r_ds = FP_SEG(napis);
intr(0x21, ®);
return 0;
}
definiujemy zmienną Napis i strukturę reg przechowującą interesujące nas
rejestry;
Wpisujemy odpowiednie wartości do rejestrów, AH zawiera numer funkcji
przerwania 0x21 (funkcja nr. 9  czyli wyświetlanie tekstu), DX i DS zawierają
adres napisu w pamięci w formacie segment:offset  poniewa\
pracujemy w
C++ musimy u\
yć fukcji FP_OFF i FP_SEG;
wywołujemy przerwanie przy określonych wartościach rejestrów, w wyniku
tego nasz napis zostanie wyświetlony;
Sposoby dostępu do portów:
W systemach Windows nowszych ni\
Windows 98 zabroniony jest dostęp
u\
ytkownika do urządzeń I/O. Je\
eli chcemy pod takim systemem uruchamiać
program odwołujący się do urządzeń I/O nale\
y odblokować dostęp do urządzeń I/O.
Jedną z metod odblokowania go jest zastosowanie sterownika, np. giveio.sys
(np: http://www.embeddedtronics.com/public/Electronics/directio/). Po zainstalowaniu
go nale\
y załączyć odpowiednie fragmenty kodu do programu:
- je\
eli program pisany jest pod DOS:
--------------------------------------------------------------
int f = open("\\\\.\\giveio", O_CREAT, S_IREAD);
close(f);
--------------------------------------------------------------
- je\
eli program pisany jest pod WINDOWS:
--------------------------------------------------------------
HANDLE h;
h = CreateFile("\\\\.\\giveio", GENERIC_READ, 0, NULL,
OPEN_EXISTING, FILE_ATTRIBUTE_NORMAL, NULL);
if(h == INVALID_HANDLE_VALUE)
{
printf("Couldn't access giveio device\n");
return -1;
}
CloseHandle(h);
--------------------------------------------------------------
oraz dołączyć biblioteki, odpowiednio fcntl.h i sys/stat.h dla DOSa oraz windows.h dla
Windowsa.
Przebieg ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest zapoznanie studenta z praktycznym programowaniem w języku
asembler x86.
Przygotowanie do laboratorium:
praktyczna znajomość języka  C++ ;
umiejętność wykonywania operacji logicznych i arytmetycznych na liczbach
zapisanych w ró\
nych systemach liczbowych;
podstawowa znajomość sposobu pisania kodu w asemblerze;
rozumienie pojęć: przerwanie, obsługa przerwania itp.;
linki;
Przebieg ćwiczenia i sposób oceniania:
kartkówka (max. 2 pkt);
szybkie zapoznanie ze środowiskiem programowania;
poznanie i zrozumienie podstawowych instrukcji asemblera x86;
stosowanie poznanych instrukcji do realizacji prostych programów
asemblerowych - wstawki asemblerowe w kodzie C++ (max 1 pkt);
realizacja bardziej zaawansowanego programu asemblerowego (max 1 pkt);
realizacja wybranych programów w oparciu o przerwania DOS (max 1 pkt);
* podczas ćwiczenia ka\
da sekcja tworzy osobny protokół z przebiegu ćwiczenia
Protokół:
Protokół powinien zawierać:
nazwiska osób wykonujących ćwiczenie;
tytuł i numer ćwiczenia;
poprawny numer grupy i sekcji;
komentarze przedstawiające postęp w realizacji ćwiczenia;
Literatura:
http://rudy.mif.pg.gda.pl/~bogdro/ - kurs asemblera
http://binboy.sphere.pl/index.php?show=serwis&d=asm - kurs asemblera, przerwania
http://pl.wikibooks.org/wiki/Asembler_X86 - podstawy asemblera, lista instrukcji
...
Opracowanie: Mariusz Latos, 2007