2. 196을 배워보자

II. 196 Assember

II-II. 본격적인 196 어셈블리어

II-II-3. 비교(compare) 명령과 Branch 명령

여기에서는 program의 실행 순서를 바꾸는 branch 명령과 loop 명령에 대해 알아보겠다. 또 branch 명령(조건 branch)을 효과적으로 이해하기 위해서 비교명령도 함께 알아볼 것이다. 196KC의 branch 명령은 크게 다음과 같이 나눌 수 있다.

① 무조건 branch

② 조건 branch

③ 간접 branch

④ 특정 bit test branch

⑤ 특이한 조건 branch

다음의 표는 196KC의 비교 명령과 branch 명령을 모두 정리한 것이다.

<아래 표에 있는 operand 약어의 의미>

disp : 변위(displacement) byte(-128~+127)

ival : immediate value

A/B : "A"는 조건이 맞지 않을 경우(jump was not taken), "B"은 조건이 맞을 경우(jump was taken)의 branch state

xxx : 명령어에 의해서 채워지는 address bbb : bit

<비교 명령>

mnemonic	byte	state	operands		flags
			1st	2nd	Z	N	C	V	VT	ST
CMP	2+BEA	4+CEA	wreg	waop	√	√	√	√	↑
CMPB	2+BEA	4+CEA	breg	baop	√	√	√	√	↑
CMPL	3	7	lreg	lreg	√	√	√	√	↑

<branch 명령>

mnemonic

byte

state

기계어

flags

76543210

1st

2nd

3rd

Z

N

C

V

VT

ST

LJMP

3

8

11100111

disp-high

disp-low

SJMP

2

8

00100xxx

disp-low

BR

2

8

11100011

wreg

JC

2

4/8

11011011

disp

JNC

2

4/8

11010011

disp

JH

2

4/8

11011001

disp

JNH

2

4/8

11010001

disp

JE

2

4/8

11011111

disp

JNE

2

4/8

11010111

disp

JV

2

4/8

11011101

disp

JNV

2

4/8

11010101

disp

JGE

2

4/8

11010110

disp

JLT

2

4/8

11011110

disp

JVT

2

4/8

11011100

disp

JNVT

2

4/8

11010100

disp

JGT

2

4/8

11010010

disp

JLE

2

4/8

11011010

disp

JST

2

4/8

11011000

disp

JNST

2

4/8

11010000

disp

JBC

3

5/9

00110bbb

disp

breg

JBS

3

5/9

00111bbb

disp

breg

DJNZ

3

5/9

11100000

disp

breg

DJNZW

3

5/10

11100001

disp

wreg

NOP

1

4

11111101

SKIP

2

4

00000000

breg

TIJMP

4

13+5

11100010

wreg1

wreg2

ival

II-II-3-1. 비교 명령

CMP/CMPB (Compare in word/byte)

비교 명령은 원래 산술 연산에 속하겠지만, branch 명령의 이해를 돕기 위해 여기에서 같이 설명한다. 비교 명령은 두 operand를 비교하고 flag를 변화시키는 역할을 한다. 즉, 이 명령들은 1st operand에서 2nd operand를 빼서 flag에 영향을 주게되며, 명령 후에 두 operand의 내용은 변하지 않는다.

형식> CMP/CPMB/CMPL <1st operand>, <2nd operand>

; 1st op의 word/byte/long register의 내용과 2nd op의 operand를 비교한다.

2nd operand는 direct, indirect, immediate addressing이 가능하나, long인 경우에는 register direct만 가능하다.

ex) CMP 40H, 50H ; [40H] - [50H]를 연산하여 내용 비교(word), flag변화

 

	address	low byte	high byte	Z	N	C	V	VT	ST
명령 실행 전	50H	34H	12H
	40H	78H	56H
명령 실행 후	50H	34H	12H	0	0	0	0	0
	40H	78H	56H

(5678H - 1234H = 4444H)

CMPB 50H, #'A' ; [50H] - 41H('A'의 ASCII code)를 연산하여 비교(byte)

	address		Z	N	C	V	VT	ST
명령 실행 전	50H	34H
명령 실행 후	50H	34H	0	1	0	0	0

(34H - 41H = F3(-DH))

II-II-3-2. 무조건 상대 branch 명령

무조건 분기 명령은 비교후의 조건이나 bit 등의 조건을 따지지 않고 프로그램의 실행 순서를 바꾸는 명령이다. 196KC에는 상대 branch로서 LJMP와 SJMP 명령이 있다. 그러나 절대(absolute) branch는 없다. jump할 곳이 상대적인 지점이라는 점에 주의해야 한다. 그러나 assembler가 변위를 만들어 주므로 우리가 프로그램을 만들 때에는 label을 사용하면 된다.

(1) LJMP (Long Jump)

현 위치에서 -32768~+32767의 범위까지 jump할 수 있다.

형식> LJMP <displacement word>

<displacement word>는 jump할 곳까지의 변위(상대적인 위치)를 말하며, 현재 IP(instruction pointer)의 위치에서 -32768~+32767의 범위(196KC의 모든 address space)로 분기할 수 있다. 이 변위는 절대적인 address가 아님을 주의하자.

ex) (2) SJMP (Short Jump)

현 위치에서 -1024~+1023의 범위(1K)까지 분기할 수 있다. 이는 jump할 곳이 1K내에 있는 경우 사용할 수 있다. 이런 경우 LJMP도 사용할 수 있으나, 기계어 code에서 SJMP가 LJMP보다 1byte 더 작기 때문에 memory를 절약할 수 있다.

형식> SJMP <displacement 11bit>

displacement 11bit는 CPU가 address를 계산할 때 부호 확장하여 16bit로 계산한다.

ex)

address 기계어 code line program source code

8328 2000 263 SJMP EEE

264

832A CC1A 265 EEE: POP AX

832C F5 266 POPA

line 263의 기계어 code 2000H의 의미

20H=00100000B에서 00100XXX는 SJMP의 기계어 code이다.

20H=00100000B에서 하위 3bit 000B와 operand 00H는 상대적 변위(832AH - 832AH)를 의미한다.(00H = 000 00000000B, 11bit - mnemonic에 operand가 포함되어있다.) 이 경우는 'SJMP EEE' 실행후의 IP와 jump할 곳의 address가 같으므로(832AH) 변위는 0이 된다.

address 기계어 code line program source code

8220 124 MAIN1:

125 ; CALL delay400m

126

8220 27FE 127 SJMP MAIN1

line 127의 기계어 code 27FEH의 의미

27H=00100111B에서 00100XXX는 SJMP의 기계어 code

27H=00100111B에서 하위의 111B(=7H)와 operand FEH는 상대적 변위(8220H - 8222H = 7FEH (-2H)), 11bit displacement)를 의미한다.

(3) NOP (No Operation)

NOP는 아무 것도 하지 않는 명령이며 CPU의 내부 상태에 어떤 영향도 주지 않는다. NOP의 용도는 다음과 같다. operands는 필요 없다.

① program의 여유를 준다.

② debug에 편리하다.

③ program 영역을 NOP code로 채워서 program 영역을 예약할 수 있다.

④ 외부 IO의 동기에 필요하다.

형식> NOP

위 프로그램의 line 81에서 기계어 code E79D02의 의미는 다음과 같다.

E7 : LJMP의 기계어 code(앞의 table에서 11100111B)

9D02 : operands로, 9DH는 low byte, 02H는 high byte이므로, 실제로 의미하는 값은 029DH이다. 이는 HSO_SERVICE의 상대적 변위가 된다.(82ACH - 800FH)

이 프로그램은 다음과 같이 memory에 저장되어 있게 된다.

address	data
:	:
82ADH	C8H
82ACH	F4H	← HSO_SERVICE의 시작 위치	변위 (82ABH      - 800FH)
82ABH	F0H
:	:
800FH	?	← LJMP HSO_SERVICE 실행 후의 IP의 위치
800EH	02H
800DH	9DH
800CH	E7H
:	:

(2) SJMP (Short Jump)

현 위치에서 -1024~+1023의 범위(1K)까지 분기할 수 있다. 이는 jump할 곳이 1K내에 있는 경우 사용할 수 있다. 이런 경우 LJMP도 사용할 수 있으나, 기계어 code에서 SJMP가 LJMP보다 1byte 더 작기 때문에 memory를 절약할 수 있다.

형식> SJMP <displacement 11bit>

         displacement 11bit는 CPU가 address를 계산할 때 부호 확장하여 16bit로 계산한다.

ex)

address	기계어 code	line	program	source	code
8328	2000	263			SJMP	EEE
		264
832A	CC1A	265	EEE:		POP	AX
832C	F5	266			POPA

line 263의 기계어 code 2000H의 의미

20H=00100000B에서 00100XXX는 SJMP의 기계어 code이다.

20H=00100000B에서 하위 3bit 000B와 operand 00H는 상대적 변위(832AH - 832AH)를 의미한다.(00H = 000 00000000B, 11bit - mnemonic에 operand가 포함되어있다.) 이 경우는 'SJMP EEE' 실행후의 IP와 jump할 곳의 address가 같으므로(832AH) 변위는 0이 된다.

address	기계어 code	line	program	source	code
8220		124	MAIN1:
		125	;		CALL	delay400m
		126
8220	27FE	127			SJMP	MAIN1

line 127의 기계어 code 27FEH의 의미

27H=00100111B에서 00100XXX는 SJMP의 기계어 code

27H=00100111B에서 하위의 111B(=7H)와 operand FEH는 상대적 변위(8220H - 8222H = 7FEH (-2H)), 11bit displacement)를 의미한다.

(3) NOP (No Operation)

NOP는 아무 것도 하지 않는 명령이며 CPU의 내부 상태에 어떤 영향도 주지 않는다. NOP의 용도는 다음과 같다. operands는 필요 없다.

① program의 여유를 준다.

② debug에 편리하다.

③ program 영역을 NOP code로 채워서 program 영역을 예약할 수 있다.

④ 외부 IO의 동기에 필요하다.

형식> NOP

(4) SKIP (2 byte NOP)

2 byte의 NOP 명령과 같다. byte register값은 임의의 값이며 실행과 상관없다.(무시) 이 명령 역시 NOP와 같은 용도이다.

형식> SKIP <byte operand>

II-II-3-3. 조건 branch 명령

앞에서는 무조건 branch 명령에 대해 알아보았다. 조건 branch 명령은 무조건 분기와 달리 조건에 따라 분기하는 명령이다. 이 때 이 조건은 각 flag들의 상태를 이용하여 파악한다. 따라서 보통 compare 명령 뒤에 조건 분기가 올 수도 있을 것이다. (값의 크기를 비교하기 위해서) 또 특정 flag를 test하여 분기할 수도 있다. 이런 명령들을 conditional jump라고 한다. 또 conditional jump명령은 변위가 1byte(-128~+127)로 제한되어 있다.

조건 분기에서 비교 명령의 연산 결과를 부호 있는 수(signed)로 취급할 것인지, 아니면 부호 없는 수(unsigned)로 취급할 것인지에 따라 명령을 나누어 보면 다음과 같다.

unsigned	used flags		signed	used flags
	N	Z		C	Z
JLT (Less Than)	1	X	JH (Higher)	1	0
JLE (Less or Equal)	1	1	JNH (Not Higher)	0	1
JGE (Great or Equal)	0	X
JGT (Greater Than)	0	0

또, 각 flag의 이름을 사용한 branch 명령도 있다.

flag	1일 때 branch	0일 때 branch
Z	JE (Equal)	JNE (Not Equal)
C	JC (Carry is set)	JNC (Carry is Not set(clear))
V	JV (overflow is set)	JNV (V flag is clear)
VT	JVT (VT flag is set)	JNVT (VT flag is clear)
ST	JST (ST flag is set)	JNST (ST flag is clear)

위의 명령들은 모두 형식이 같으므로 여기에서는 명령 설명을 하지 않기로 한다. 이 명령들은 모두 다음과 같은 형식이다.

형식> JXX <diplacement 8bit>

ex) <program example 1>

L13;	CMPB	SPTEMP, #'a'	; [SPTEMP]과 a의 ASCII 값 비교 ([SPTEMP] - #'a')(byte)
	JNE L	L14	; 같지 않으면(if Z=1, if SPTEMP≠#'a') jump to 'L14'
	LJMP	ABOUT	; Long jump to 'ABOUT'
L14;	CMPB	SPTEMP, #CR	; [SPTEMP]과 CR(\n)의 ASCII 값 비교 (]SPTEMP] - #CR)
	JE	MAINL	; 같으면(if Z=0, if [SPTEMP]=#CR) jump to 'MAINL'
L15:	LD	MSG_ADDR, #MNOT_DEF_KEY	; [MSG_ADDR]←MNOT_DEF_KEY (word addr)
	CALL	PUT_STRING	; Call PUT_STRING routine
	SJMP	MAINL	; Short jump to 'MAINL'

<program example 2> - Let's interpret it....

THAN:	CMP	TARGET_SPD_L, MOTOR_SPEED_L
	JE	CHECK
	SJMP	EPOSC
CHECK:	SUBB	AH, SEN_VAL1, SEN_VAL3
	CMPB	AH, #50
	JGT	MUST3
	CMPB	AH, #25
	JGT	MUST2
	CMPB	AH, #8
	JGT	MUST1
	CMPB	AH, #-50
	JLT	MUST3
	CMPB	AH, #-25
	JLT	MUST2
	CMPB	AH, #-8
	JLT	MUST1
	SJMP	EPOSC
MUST1:	CMPB	SEN_VAL1, SEN_VAL3
	JH	ILEFT1
	ADD	TARGET_SPD_R, #20
	CALL	DELAY25M
	SUB	TARGET_SPD_R, #20
	SJMP	EPOSC

II-II-3-4. 특정 bit test branch 명령

특정 register의 bit를 test하는 명령이다.(set or clear?) 이 명령의 변위도 위와 마찬가지로 1byte로 제한되어 있다. 또 8bit register를 대상으로 하므로 bit 번호는 0~7까지 제한되어 있다.

형식> JBS <byte register>, <bit number>, <displacement byte> ; Jump if Bit is Set

         JBC <byte register>, <bit number>, <displacement byte> ; Jump if Bit is Clear

ex)

PUTLED:		PUTLED:	CH, IOPORT2	; CH : current PORTX data
		JBS	H, 0, PUL1	; AH : input LED data
		ANDB	CH, #11110111B
		SJMP	PUL2
	PUL1:	ORB	CH, #00001000B
	PUL2:	JBS	AH, 1, PUL3
		ANDB	CH, #11101111B
		SJMP	PUL4

II-II-3-5. 특이한 조건 Branch 명령

DJNZ/DJNZW (Decrease and jump if zero in word/byte)

byte나 word register값을 -1하고 그 결과가 0이 아니면 branch하고, 그렇지 않으면 다음 명령을 실행하는 명령이다. 이 명령 역시 변위는 1byte이며 byte/word register는 counter로 사용한다. 이 명령을 사용하면, 비교명령과 조건 branch 명령, counter 감소 명령을 하나의 명령으로 사용할 수가 있다. 이 명령은 196계열에서만 사용할 수 있다. (96계열에는 없다.)

형식> DJNZ/DJNZW <byte/word register>, <displacement byte>

         ; [breg]←[breg]-1, if [breg]≠0 jump to indicated location(-128~+127 range)

ex)

DELAY: PUSH AX ; 90 ms Delay

LD AX, #0F000H ; [AX]←[AX]-1

DY1: NOP ; no operation

DJNZW AX, DY1 ; AX의 내용을 1감소시키고 AX=0이면 다음으로, 1이면 DY1으로 jump

POP AX

RET

DELAY:		PUSH	AX	; 90 ms Delay
		LD	AX, #0F000H	; [AX]←[AX]-1
	DY1:	NOP		; no operation
		DJNZW	AX, DY1	; AX의 내용을 1감소시키고 AX=0이면 다음으로, 1이면 DY1으로 jump
		POP	AX
		RET

이 프로그램은 DJNZW 명령을 이용해서 delay를 만드는 프로그램이다. AX register의 값이 F000H=61440이므로, DY1 loop를 61440번 반복하게 된다. 그리고, NOP의 실행시간은 4 state time, DJNZW의 실행시간은(jump was taken) 10 state time 이므로, 한 loop를 실행하는 시간은 14 state time이 된다. 따라서 총 실행시간은 14 state time * 61440 이므로, clock=20M에서 14×2×1/20M×61440 =86.0 ms 의 delay가 된다.

II-II-3-6. 간접 branch 명령

위의 branch 명령들은 모두 직접 branch 명령이다. 따라서 program을 한번 만들면 branch할 곳을 변경할 수가 없다. 간접 branch 명령은 프로그램 실행 중에도 software적으로 branch할 곳을 변경할 수가 있다. (특정 위치를 실행하고 싶을 경우 사용하면 될 것이다.)

(1) BR (Branch indirect)

형식> BR <word register> ; register내용이 가리키는 곳으로 branch

ex)

BR_ADDR		EQ          40H		; BR_ADDR 변수 영역 지정
	:	:
	LD	BR_ADDR, #5000H		; [BR_ADDR] ← #5000H
	BR	[BR_ADDR]		; 5000H로 branch
:	:	:
CSEG	AT	5000H
WAIT:	SJMP	WAIT

(2) TIJMP (Table Indirect Jump)

address table 중에서 선택된 address로 branch하는 명령이다. BR과 비슷하나, branch할 address를 table에서 찾는다는 것이 다르다.

형식> TIJMP <word register>, [word register], (#mask byte)

여기서 1st operand는 address table의 base를 가리키는 word register이다.

2nd operand는 8bit index값이 저장되어 있는 곳을 가리키는 word register이다.

3rd operand는 index값과 AND연산을 해서 jump할 address가 저장되어 있는 곳을 계산하기 위한 숫자 data이다.(immediate value)

실제 destination은 다음과 같다.

destination = 2×offset + [base], offset = [index](AND)mask

ex)

WR1 EQU 60H

WR2 EQU 80H

JUMP1 EQU 0F000H

JUMP2 EQU 0B000H

JUMP3 EQU 9000H

: : :

ORG 8200H

LD WR1, #JUMP_TABLE ; [WR1]←jump할 address table의 base address

LD WR2, #INDEX_DATA ; [WR2]←index data가 있는 곳의 base address

TIJMP WR1, [WR2], #00000011B ; JUMP3(9000H)으로 branch

: : : :

JUMP_TABLE: DCW JUMP1 ; jump address table(word단위로 저장)

DCW JUMP2

DCW JUMP3

: : : :

INDEX_DATA: DCB 2 ; index data table

DCB 1

DCB 0

   참고 : http://www.postech.ac.kr/group/poweron/ - lectures/Micro processor, controller, 동아리 강의

   참고 서적 : Micro controller 80196 기초부터 응용까지 - 차영배 저

<Programming Exercise>

1.  다음 프로그램을 분석해보자.

('A'의 ASCII code는 41H, 'G'는 47H, '0'은 30H, '9'는 39H이다. DCB 0F7H는 TRAP 명령의 기계어 code이다. 여기에서는 무시하고 생각하자.(RET이라고 해도 된다.))

<연습 1>

<연습 2>

2. 다음 빈칸을 채워보자

<연습 3>

명령어	20H	21H	flags
	(low byte)	(high byte)	Z	N	V	VT	C	ST
CLR 20H
ADD 20H, #4789H
ADDC 20H, #6488H
ADDB 20H, #88H
ADDCB 20H, #33H
SUB 20H, #3567H
SUBC 20H, #8000H
SUBB 20H, #45H
SUBCB 20H, #78H
LDB 20H, #0FFH
INCB 20H
DECB 20H
LDB 20H, #0FFH
INCB 20H
DECB 20H
EXTB 20H
NEG 20H

<연습 4>

명령어

20H

21H

24H

25H

2CH

2DH

flags

Z

N

V

VT

C

ST

CLR 20H

LD 24H, #0AAAAH

LD 2CH, #5555H

CMP 24H, 2CH

ADD 20H, 24H, 2CH

SUB 20H, 2CH, 24H

CMPB 21H, 2DH

LDB 24H, #0BAH

ADDB 20H, 24H, #39H

SUBB 20H, 24H, #0ABH

MULB 24H, 2CH

LDBSE 20H, 21H

LDBZE 2CH, 25H

CMP 20H, 24H

SETC