CALCOLATORI ELETTRONICI II BUS I/O PD32 POLLING / BUSY WAITING PROGETTAZIONE INTERFACCE INPUT / OUTPUT

I/OBus PD32 I/O Address bus fatto da 8 bit Quante periferiche possiamo collegare al massimo?????

Istruzioni I/O PD32 Classe 7 Per la destinazione D0 sono ammessi tutti i tipi di indirizzamento tranne quello immediato. Per la destinazione D1 sono ammessi tutti i tipi di indirizzamento tranne quello con registro e immediato.

Formato istruzioni I/O Per l’operando dev sono ammessi solo due modi di indirizzamento: diretto con registro ed assoluto. Per la codifica di questo campo sono usati i campi I/O e k. Il campo I/O può assumere solo due valori: 01 => indica che il contenuto di k è l’indirizzo del device 10 => indica che l’indirizzo del device è contenuto nel registro generale specificato dai primi 3 bit del campo k Poichè i campi modo sorgente e sorgente sono inutilizzati, la sorgente S viene specificata nei campi modo destinazione e destinazione. CLASSE 111 TIPO k I/O s ----- ----- MODO DEST 31 29 28 24 23 16 15 14 13 12 11 9 8 6 5 3 2 0

Interazione con le periferiche Esistono due tipologie di interazione con le periferiche: Sincrona Asincrona In questa parte faremo focus sull’interazione sincrona, successivamente verrà analizzata anche quella asincrona.

Interazione Sincrona Come tutte le comuni interazioni sincrone, il software si preoccupa di testare direttamente lo stato della periferica. L’architettura deve quindi dare la possibilità al processore di poter sapere in ogni istante la situazione attuale della periferica. Le tecniche più usare di interazione sincrona sono: Busy Waiting Polling sei pronta?? si /no periferica 1 pd32

Busy Waiting Loop: Salta a “Loop” se la periferica non è pronta Idea che sta dietro all’implementazione del busy waiting: Loop: Salta a “Loop” se la periferica non è pronta Si rimane in attesa attiva che la periferica abbia terminato. La CPU è impegnata al 100% in questo controllo.

Busy Waiting / Implementazione Implementazone del busy waiting in assembly pd32: Aspetta: JNR Device, Aspetta L’istruzione JNR (Jump Not Ready) salta all’etichetta “Aspetta” se Device non è pronto, altrimenti se Device è Ready passiamo alle istruzioni successive.

verifica circolare se ogni DEVICE è pronto ad interagire Polling verifica circolare se ogni DEVICE è pronto ad interagire PD32 I/O AB I/O DB I/O CB DEV 1 DEV 2 DEV 3 DEV 4

Polling / Implementazione Implementazone del polling in assembly pd32: POLL1: JR D1, Op_Dev_1 POLL2: JR D2, Op_Dev_2 POLL3: JR D3, Op_Dev_3 JMP POLL1 Ciclicamente il software interroga le periferiche per sapere se qualcuna è pronta ad interagire. Altrimenti va avanti fino a che non arriva alla fine delle periferiche da controllare e con una jmp non condizionata torna sulla prima da controllare.

Polling vs Busy Waiting Che succede se nell’implementazione del polling esiste solo una periferica da interrogare?? Il busy waiting può essere interpretato come caso particolare del polling. POLL1: JR D1, Op_Dev_1 POLL2: JR D2, Op_Dev_2 POLL3: JR D3, Op_Dev_3 JMP POLL1

Progettazione Periferiche Progettiamo la nostra interfaccia hardware con lo scopo di fornire i componenti e le interconnessioni di supporto alla “semantica” della periferica (ovvero cosa deve fare la periferica). Si deve poter leggere e/o scrivere sulla periferica Si deve poter selezionare la periferica tra tutte quelle collegate al bus Si deve poter interrogare la periferica per sapere se ha completato il suo lavoro Si deve poter avviare la periferica

Classico protocollo alto livello In maniera molto astratta si dovranno eseguire almeno queste operazioni per interagire con le periferiche: Aspettare che la periferica sia disponibile Avviare la periferica Scrivere / Leggere i dati d’interesse

I/O programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A SOFTWARE Interfaccia di Input I/O programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A SOFTWARE PD32 I/O AB I/O DB I/O CB I/O RD START WAIT READY “0” STARTD O.C. SELECT R Q REG STATUS S Q COMPLETE STARTDEV SCA SCO

Interfaccia di Input / Impl Aspettare finché la periferica DeviceIn non è disponibile Avvio la periferica così che possa produrre informazioni Aspetto la sua terminazione Leggo il risultati scquisiti. Aspetta1: JNR DeviceIN, Aspetta1 START DeviceIN Aspetta2: JNR DeviceIN, Aspetta2 INB DeviceIN, R0 Cosa implementa?? Busy Waiting / Polling??

I/O programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A SOFTWARE Interfaccia di Output I/O programmato – PROTOCOLLO DI HANDSHAKING IMPLEMENTATO A SOFTWARE PD32 I/O AB I/O DB I/O CB I/O WR START READY DEC STARTD O.C. SELECT R Q REG STATUS S Q COMPLETE STARTDEV SCA SCO

Interfaccia di Output / Impl Aspettare finché la periferica DeviceOut non è disponibile Scrivi il dato sul registro di interfaccia Avverto la periferica che può considerare un nuovo dato. Aspetto la sua terminazione Aspetta1: JNR DeviceOUT, Aspetta 1 OUT R0, DeviceOUT START DeviceOUT Aspetta2: JNR DeviceOUT, Aspetta2 Cosa implementa?? Busy Waiting / Polling??

Interfaccia di Output / Impl Aspettare finché la periferica DeviceOut non è disponibile Scrivi il dato sul registro di interfaccia Avverto la periferica che può considerare un nuovo dato. Aspetto la sua terminazione Aspetta1: JNR DeviceOUT, Aspetta 1 OUT R0, DeviceOUT START DeviceOUT Aspetta2: JNR DeviceOUT, Aspetta2

Esercizio Busy Waiting Dato questo frammento di codice implementante il codice di una funzione chiamante, definire la subroutine IN_AD1 che legge 100 dati dalla periferica di input con indirizzo AD1 e li memorizza in un vettore a partire dall’indirizzo 1280. Si noti che i dati sono già nei registi R0 ed R1 … MOVL #100, R0 ; numero di dati da acquisire MOVL #1200, R1 ; ind.dell’area di memoria JSR IN_AD1

Soluzione Busy Waiting … MOVL #100, R0 ; numero di dati da acquisire MOVL #DATI, R1 ; ind.dell’area di memoria JSR IN_AD1 IN_AD1: PUSH R0 ; salv. registri usati PUSH R1 PUSH R2 IN_1: JNR AD1, IN_1 ; attende che AD1 sia pronto IN_2: START AD1 ;avvia l’acquisizione di un dato IN_3: JNR AD1, IN_3 ; attende che il dato sia stato prodotto INW AD1, R2 ; prelievo del dato e…. MOVW R2, (R1)+ ; … suo trasferimento in memoria SUBL #1, R0 ; decremento del contatore JNZ IN_2 ; acquisizione di un altro dato se non si è azzerato ; il contatore POP R2 ; ripristino dei registri usati POP R1 ; POP R0 ; RET ; ritorno al programma chiamante

Esercizio Polling Dato questo frammento di codice implementante il codice di una funzione chiamante, definire la subroutine IN_AD1 che legge 100 dati da quattro periferiche di input con indirizzo AD1, AD2, AD3, AD4 e li memorizza in un vettore a partire dall’indirizzo 1280. I 100 dati possono essere letti non necessariamente rispettando l’ordine delle periferiche, ovvero 25 da AD1, 25 da AD2……. Si noti che i dati sono già nei registi R0 ed R1 … MOVL #100, R0 ; numero di dati da acquisire MOVL #1200, R1 ; ind.dell’area di memoria JSR IN_AD1

Soluzione Polling IN_AD1: PUSH R0 ; salv. registri usati PUSH R1 POLL1: JR AD1, IN_1 ; attende che AD1 sia pronto POLL2: JR AD2, IN_2 POLL3: JR AD3, IN_3 POLL4: JR AD4, IN_4 JMP POLL1 … IN_i: START ADi ; avvia l’acquisizione di un dato WAIT: JNR ADi, WAIT ; attende che il dato sia stato prodotto INW ADi, R2 ; prelievo del dato e…. MOVW R2, (R1)+ ; … suo trasferimento in memoria SUBL #1, R0 ; decremento del contatore JZ EXIT JMP POLL_i+1 ; continua a interrogare le altre periferiche EXIT: POP R2 ; ripristino dei registri usati POP R1 ; POP R0 ; RET ; ritorno al programma chiamante

Esercizio Una stanza e’ monitorata da 4 sensori di temperatura, i quali sono pilotati da un PD32. Quest’ultimo controlla costantemente che il valor medio della temperatura rilevata nella stanza sia compreso tra i valori [Tmin-Tmax]. Nel caso in cui il valor medio della temperatura non cada in tale intervallo, il microprocessore inviera’ un segnale di allarme su un’apposita periferica, detta ALARM. Il segnale d’allarme utilizzato e’ il valore 1 codificato con 8 bit. Se la temperatura ritorna all’interno dell’intervallo [Tmin-Tmax], la CPU invia sulla periferica ALARM il valore 0. I sensori ritornano la temperatura misurata come un numero intero ad 8 bit, usando i decimi di gradi Celsius come unita’ di misura. Scrivere il codice assembly per il controllo dei sensori di temperatura e della periferica di allarme.

Macchina a stati finiti newTemp, T_media NON in [Tmin-Tmax]/ - newTemp,T_media NON in [Tmin-Tmax] / Alarm_ON T_media in [Tmin-Tmax] T_media fuori da [Tmin-Tmax] newTemp, T_media in [Tmin-Tmax] / - newTemp,T_media in [Tmin-Tmax] / Alarm_OFF Legenda per le transizioni: Input, Condizione / Output

Diagramma di flusso Polling T_media=Ts1=Ts2=Ts3=Ts4= = (Tmin+Tmax)/2 Stato=IN_RANGE controlla dev.succ Polling dev i ready? NO SI Input da dev_i: new_T_si Stato=OUT Stato=IN Ricalcola media: T_media=T_media+(new_T_si-old_T_si)/4 SI SI T_media in_range? Stato = IN Stato = OUT SI NO NO NO OUTPUT: ALARM OFF OUTPUT: ALARM ON