清华大学计算机硬件基础实验2、3报告.docx

实验目的:1. 掌握EW430 集成开发环境的使用2. 掌握EW430 下常用的View 和DEBUG 命令3. 了解MSP430F1xx 单片机结构4. 掌握P1P6 基本输入/输出有关寄存器功能实验基本任务：1. 掌握查看和修改寄存器、存储器、外围模块端口寄存器方法(1) 练习将CPU 寄存器 R4、 R5 分别修改为 0x1234， 0x5678(2) 练习将P2DIR、P2OUT 分别修改为0xFF、0xFF(3) 练习将地址为0200h 开始的5 个存储器单元改为0x12、0x34、0x56、0x78、0x90(4) 练习将地址为0210h 开始的6 个存储器单元改为“MSP430”对应的ASCII 码2. 学习工程空间管理项目的方法3. 了解 MSP430F1xx 单片机结构1） 了解MSP430F149 单片机结构2）了解MSP430F135 单片机结构4. 了解端口 P1P6 的选择PxSEL、方向PxDIR、输入PxIN、输出PxOUT 各寄存器功能1) 修改 P2DIR=0xFF，设置端口P2 为输出方向，按表2-1，修改P2OUT 的值，记录看到放光二极管L8L1 的现象，并分析原因2）修改P1DIR=0x00，设置端口P1 为输入方向，按照表2-2，按下相应的按键，打开Register 窗口查看P1IN 的值，可用按位查看的方式查看P1IN 各位的值，见图2-6。注意：每按下实验板按键，需在Register 下退出P1/P2，比如选一次CPU register，然后再选P1/P2，重新查看P1/P2，否则P1IN 的值没有更新。5. 了解程序计数器PC(即R0寄存器)的变化规律 1）已知复位后，MSP430F1xx 的PC 寄存器从存储器0xFFFE0xFFFFH 单元获取一个字内容作为执行的第一条指令地址，请问该地址是多少？在实验中，程序执行的第一条指令是什么指令？用Go 命令执行程序，用break 可以暂停程序的执行，可查看当前寄存器的值， 当前 PC 指针的值指向将要执行的指令。2）在调试器是FET DEBUG 下， 如果将 FFFEFFFFh 内存的内容改为1200h，可否？为什么？3）更改项目的属性设置，选调试器是simulator，编译、连接后，进入DEBUG， 先将存储器FFFEFFFFh 的内容改为1200h， 在 DEBUG 下用reset 操作复位后，观察此时PC 值的变化， 再发 Go 命令执行程序，出现什么结果？为什么？实验结果：任务三MSP430F149存储系统空间分配存储系统起始地址末地址空间大小SFR（包含了所有外围模块内的I/O寄存器）0000h01ffh0.5KBRAM0200h09ffh2KBINFO1000h10ffh0.25KBFLASH1100hffffh59KB寄存器PC、SP、SR、R4R15、CYCLECOUNTER、CCTIMER1、CCTIMER2。MSP430F135存储系统空间分配存储系统起始地址末地址空间大小SFR（包含了所有外围模块内的I/O寄存器）0000h01ffh0.5KBRAM0200h03ffh0.5KBINFO1000h10ffh0.25KBFLASHc000hffffh15KB寄存器PC、SP、SR、R4R15、CYCLECOUNTER、CCTIMER1、CCTIMER2。MSP430F13x、MSP430F14x、MSP430F16x的引脚数目和功能与MSP430F149基本相同的，所以将实验板上的MCU更换为指定的MCU时，实验板系统仍能正常工作。同样道理，实验板系统对MSP430F157也基本兼容的。任务41.表2-1 I/O 寄存器P2OUT 和引脚P2.7P2.0 的关系L8L1 的状态P2.7P2.0的逻辑值P2OUT=0x00全亮00000000P2OUT=0xFF全灭11111111P2OUT=0xBD第二和第七个灯亮，其他灯灭10111101P2OUT=0x6E第一、五、八个灯亮，其他灯灭01101110原因：引脚P2.7P2.0与发光二极管相连，发光二极管的另一端接高电位，当引脚为1时，输出高电平，发光二极管不通，输出低电平时导通。2.表 2-2 P1IN 和管脚P1.7P1.0 的关系操作P1IN的值按下K30x7E同时按下K4、K50XE7同时按下K3、K10Xfa任务五 1.该地址是0x1100，程序执行的第一条指令是init: MOV #SFE(CSTACK), SP，初始化堆栈指针2.不能，因为程序烧如单片机后，这段内存是只读内存3.PC值变为0x1200，发Go命令执行程序时，出现错误对话框，Illegal opcode found on address 0x1200。原因在于PC值为0x1200，程序下一条指令将从0x1200读，而从Disassembly中可以看到该地址上没有指令，所以出现错误。 实验中尝试在simulator下，将FFFEFFFFh 的内容改为1200h后，再将0x1200的值改为3140 000a（即init: MOV #SFE(CSTACK), SP汇编后的指令），复位后能够正常执行第一段。实验3：寻址方式和指令系统学习实验目的：1. 学习MSP430的寻址方式和指令系统2. 了解计算机取指令、执行指令的工作过程3. 掌握DEBUA下调试程序的方法4. 掌握计算机中数的表示和编码实验基本任务：1. 学习寻址方式和指令系统打开S_number_name 工程空间，激活实验2 中建立的Lab_3 项目，编写下面L3_task1.s43，添加到Lab_3 的项目中， 同时移出项目自带的asm.s43, 编译连接后，在DEBUG 下单步执行程序，回答：下面每条指令采用了哪几种寻址方式？程序的功能是什么？如何查看程序执行的结果？按下面方式完成操作：1）先用 view 中的memory 操作将200h 开始的8 个内存单元内容顺序修改为01，02，03，04，05，06,07,08,09,0a；2） 用单步执行命令 step over(F10)执行一遍程序，注意观察每条指令执行后的结果，含相关寄存器和存储单元的变化；3）操作 EW430 左上角的Reset 快捷图标，复位程序，分别在JNZ next、exit 语句前设置一个断点，用连续执行命令Go(F5)执行程序，观察每次执行后的结果。4）如果将程序中的 ADD.B R14,R15 和INC R14 两条语句改为一条 ADD.B R14+,R15语句，采用了什么寻址方式？程序执行的功能是否改变？5）在 4)的基础上将程序中的ADD.B R14+,R15 改为ADD.W R14+,R15，将MOV.BR15, 0(R14)改为MOV.W R15, 0(R14), 重新执行程序，执行的结果有什么不同？6）思考：如果程序中的 INC R4 写成了INC.B R4, 执行的结果一样吗？为什么？2. 指令格式学习编写下面L3_task2.s43 源程序，判断指令正误，对错误的指令说明出错原因；对正确指令说明指令执行的操作。3. 调试程序练习（断点设置、调试、查看结果）：程序L3_task3.s43 功能是向端口2（地址为&029h）传送0 值，延时一段时间，再传送0FFh 值。由于端口2 与发光二级管相连，看到的现象应该是8 个发光二级管全亮，延时，全灭，如此反复。但程序编写有误，不能实现上述现象，请查找其中的问题，并修改。4. 比较step into 和step over 的不同在修改好了的 L3_task3.s43 的基础上，调试程序，分别用Step into 和Step over1） 记录用 step over(F10)执行程序中的call 指令后，SP 的变化2） 记录用 step into(F11) 执行程序中的call 指令后，SP 的变化5. 理解计算机取指令执行指令的工作原理、以及取非法指令的结果。将RAM区200H内存单元的内容改为0000H，用disassembly 功能从200h开始反汇编查看表示一条什么指令，再修改PC寄存器的值为200H，单步执行指令，出现什么现象？如果在程序指令的流程中出现这样的情况，后果是什么？ 分别用simulator和FET Debugger两种调试器方式试一试。6. 掌握计算机中数的表示和编码假设某内存单元的字内容为 FF05H，试问该内容看作无符号数是多少？看作带符号数是多少？看作一条指令的机器码，如何利用DEBUG下命令知道表示一条什么指令？如果内存单元的内容为4130H， 看作无符号数、看作带符号数、看作一条指令的机器码，分别表示什么？看作ASCII码，表示的是哪两个字符? 如何理解存放在内存中的内容？(提示：在DEBUG 下，利用memory 命令，将RAM 区的内容改为FF05H, 4130H，再用disassembly 命令反汇编该RAM 区内容，可查看所代表的指令)。7. 理解CPU对存储器进行字操作遵循的“对准偶地址”原则在430 单片机中，当向存储器进行一个字节的读/写操作时，对存储器单元的地址没有奇、偶的限制；当向存储器进行一个字的读/写操作时，要求从偶地址开始(即对准偶地址原则)，存放的规则采用“小端模式”（Little Endian），即字数据中的低字节存放在低地址单元，高字节存放在高地址单元。如果从奇地址读写，往往会给编程者带来非意想的数据结果。阅读下面程序L3_task7.s43, 填写下表3-1 和3-2，比较上机前后得到的结果。实验结果：任务一指令寻址方式MOV #0A00h, SP立即数寻址，寄存器寻址MOV #200h, R14立即数寻址，寄存器寻址MOV #0, R15立即数寻址，寄存器寻址MOV #6,R13立即数寻址，寄存器寻址ADD.B R14, R15寄存器间接寻址，寄存器寻址INC R14寄存器寻址DEC R13寄存器寻址JNZ next符号地址寻址MOV.B R15, 0(R14)寄存器寻址，寄存器间接增量寻址JMP exit符号地址寻址程序完成的功能是将200h开始的01h,02h,03h,04h,05h节累加在一起并存储在0206h。4.改为ADD.B R14+,R15后，采用了寄存器间接增量寻址方式，程序执行的功能不变。5.R14的值变为了020Ch，不再是0206h，最终的累加结果变为了3BB8H6.不一样，因为执行第一次INC.B R14后，R14的值变为了0x0001,任务二指令出错原因MOV.B #256,R4Number out of range. Valid range is -128 (-0x80) to 255 (0xFF). ADD 5, R5Invalid syntax MOV R1,R6+Illegal effective address SUB R7, #9Invalid syntaxMOV &R9, R10Invalid syntaxJMP #mainIllegal effective address 任务三错误原因：1.CALL delay应该使用立即数寻址2.delay子程所用的被减数太小任务四1. 用step over执行call的指令后，SP未发生变化，仍为0x0A002. 用step into执行call的指令后，SP变为0x09FE,说明程序使用了堆栈任务五反汇编的指令是？，即没有与之对应的汇编指令。在simulator调试器下修改PC值后，单步执行时出现错误Illegal opcode found on address 0x0200。在FET Debugger调试器下，无反应。任务六FFO5H看作无符号数是65285，看作带符号数是-251，查看该指令的方法：在DEBUG下，利用memory命令将RAM去的内容改为FF05H，（注意由于小端模式存储原理，应依次改为05 FF），然后用disassembly命令反汇编该段RAM内存，看到指令为and.w R15,R5。如果