Programowanie niskopoziomowe. dr inż. Paweł Pełczyński

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Programowanie niskopoziomowe. dr inż. Paweł Pełczyński ppelczynski@swspiz.pl"

Małgorzata Piasecka
9 lat temu
Przeglądów:

1 Programowanie niskopoziomowe dr inż. Paweł Pełczyński 1

2 Literatura Randall Hyde: Asembler. Sztuka programowania, Helion, Eugeniusz Wróbel: Praktyczny kurs asemblera, Helion, W prezentacji wykorzystano zdjęcia ze stron: 2

Eugeniusz Wróbel: Praktyczny kurs asemblera, Helion, 2004.

3 Cechy programowania niskopoziomowego Programowanie niskopoziomowe wymaga od programisty znajomości sprzętu, w szczególności architektury mikroprocesora. Programy są pisane w języku pozwalającym na bezpośrednie odwołania do rejestrów mikroprocesora, portów I/O i pamięci systemu zazwyczaj jest to asembler. Programowanie w języku niskiego poziomu wymaga doświadczenia, jest czasochłonne i narażone na błędy. 3

Programy są pisane w języku pozwalającym na bezpośrednie odwołania do rejestrów mikroprocesora,

4 Uzasadnienie potrzeby programowania niskopoziomowego Programowanie niskopoziomowe pozwala na najdalej idącą optymalizację kodu pod względem szybkości wykonania lub objętości programu. 4

5 Zastosowania programowania niskopoziomowego Tworzenie sterowników i programów startowych Pisanie elementów jądra systemu operacyjnego Pisanie programów dla mikrokontrolerów o bardzo ograniczonych zasobach Tworzenie silnie zoptymalizowanych aplikacji dla tzw. systemów wbudowanych Realizacja wydajnych aplikacji dla systemów przetwarzania sygnałów i obrazów (DSP) Programowanie procesorów wektorowych, np. GPU 5

zasobach Tworzenie silnie zoptymalizowanych aplikacji dla tzw.

6 Zastosowania programowania niskopoziomowego Tworzenie sterowników i programów startowych Przykładem takiego oprogramowania jest system BIOS umieszczony w pamięci nieulotnej płyty głównej komputera PC. Jego zadaniem jest: konfiguracja i inicjalizacja pracy układów wchodzących w skład systemu załadowanie do pamięci i uruchomienie programu ładującego system operacyjny utworzenie programowej abstrakcji sprzętu, pozwalającej na ujednolicone odwołania aplikacji programowych do urządzeń, niezależnie od ich budowy (funkcje i przerwania BIOSu) 6

Jego zadaniem jest: konfiguracja i inicjalizacja pracy układów wchodzących w skład systemu załadowanie do pamięci i uruchomienie

7 Zastosowania programowania niskopoziomowego Pisanie programów dla mikrokontrolerów o bardzo ograniczonych zasobach Mikrokontrolery są jednoukładowymi komputerami, często stosowanymi do sterowania sprzętem elektronicznym powszechnego użytku. Ze względu na wymaganie małego kosztu ich zasoby są silnie ograniczone, co wymaga tworzenia wysoce zoptymalizowanych aplikacji programowych. Wysoki koszt tworzenia aplikacji w języku niskopoziomowym jest uzasadniony produkcją wielkoseryjną sprzętu. 7

8 Zastosowania programowania niskopoziomowego Tworzenie silnie zoptymalizowanych aplikacji dla tzw. systemów wbudowanych Podobnie, jak poprzednio, wysoki koszt tworzenia aplikacji w języku niskopoziomowym jest uzasadniony produkcją wielkoseryjną sprzętu. 8

systemów wbudowanych Podobnie, jak poprzednio, wysoki koszt

Zastosowania programowania niskopoziomowego Realizacja wydajnych aplikacji dla systemów przetwarzania sygnałów i obrazów (DSP) Niektóre aplikacje wymagają dużej mocy

9 Zastosowania programowania niskopoziomowego Realizacja wydajnych aplikacji dla systemów przetwarzania sygnałów i obrazów (DSP) Niektóre aplikacje wymagają dużej mocy obliczeniowej, by mogły realizować postawione zadania w czasie rzeczywistym. Osiąga się to przez zastosowanie specjalizowanych procesorów sygnałowych (DSP) oprogramowanych w asemblerze. 9

obliczeniowej, by mogły realizować postawione zadania w czasie rzeczywistym.

10 Zastosowania programowania niskopoziomowego Programowanie procesorów wektorowych, np. GPU Programowanie procesorów wektorowych, np. procesorów graficznych, wymaga specyficznego podejścia, ze względu ma możliwość przetwarzania wielu danych w jednej instrukcji. W tym celu zostały opracowane specjalizowane języki niskiego poziomu. 10

procesorów graficznych, wymaga specyficznego podejścia, ze względu ma możliwość

11 Języki programowania niskopoziomowego Pierwsza generacja - Język wewnętrzny (maszynowy). Druga generacja - Język symboliczny (asembler). Języki symboliczne wysokiego poziomu pozwalające na operowanie na fizycznych rejestrach, portach i pamięci komputera, posiadają cechy języków niskiego poziomu pozwalają na tworzenie programów o podobnej funkcjonalności. 11

Języki symboliczne wysokiego poziomu pozwalające na operowanie na fizycznych rejestrach,

12 Język wewnętrzny Język wewnętrzny (maszynowy) jest definiowany operacjami realizowanymi przez mikroprocesor Lista instrukcji jest zbiorem wszystkich operacji wykonywanych przez mikroprocesor Odpowiednio uporządkowany ciąg instrukcji stanowi program kod maszynowy 12

zbiorem wszystkich operacji wykonywanych przez mikroprocesor

13 Język wewnętrzny - wady Reprezentacja instrukcji za pomocą kodów liczbowych Trudne tworzenie i poprawianie programu Wymagana jest dobra znajomość danej platformy sprzętowej 13

14 Język symboliczny - asembler Asemblery są językami powstałymi na bazie języka maszynowego danego mikroprocesora przez zastąpienie kodów instrukcji nazwami symbolicznymi mnemonikami Asembler jest językiem niskiego poziomu, jedno polecenie asemblera odpowiada zazwyczaj jednemu rozkazowi mikroprocesora 14

nazwami symbolicznymi mnemonikami Asembler jest językiem niskiego poziomu,

15 Asembler - cechy Mnemoniczne nazwy operacji Operowanie symbolicznymi nazwami adresów danych i etykiet Możliwość stosowania makrooperacji Możliwość łatwiejszego modyfikowania programu 15

16 Asembler składnia linii programu [etykieta:] [instrukcja [argument1 [, argument2...]]][; komentarz] Etykieta jest symboliczną nazwą adresu instrukcji Przykład: laduj: mov ax, $20A4 ; załaduj do rejestru ax daną szesnastkową 20A4 Program napisany w języku asemblera wymaga asemblacji przetłumaczenia na kod maszynowy. Program tłumaczący jest także nazywany asemblerem. 16

ax, $20A4 ; załaduj do rejestru ax daną szesnastkową 20A4 Program napisany w języku

17 Asembler makrooperacje Często powtarzający się ciąg instrukcji można zastąpić tzw. makroopperacją Makrooperację definiuje się przez umieszczenie ciągu instrukcji między poleceniami: macro nazwa i endm Przykład: macro mnoz_int x, y mov ax, x ; załaduj do rejestru ax pierwszą daną mov bx, y ; załaduj do rejestru ax drugą daną imul; endm... mnoz_int a, b ; makro użyte w programie... 17

poleceniami: macro nazwa i endm Przykład: macro mnoz_int x, y mov ax, x ; załaduj do rejestru ax

18 Program tłumaczący - translator Kompilator języka symbolicznego (asemblera) tłumaczy program na kod maszynowy Proces kompilacji jest tutaj nazywany asemblacją, a sam kompilator asemblerem. 18

19 Cechy Języka C B.Kernighan, D. Ritchie 1971 Język C jest językiem względnie niskopoziomowym wśród języków strukturalnych. Posiada następujące cechy: Nie sprawdza rozmiaru pamięci przydzielonej na tablice Pozwala alokować pamięć, nie podając typu danych w niej przechowywanych Pozwala na manipulację portami komputera na niskim poziomie Ze względu na te cechy został zastosowany do napisania elementów systemu operacyjnego UNIX 19

Posiada następujące cechy: Nie sprawdza rozmiaru pamięci przydzielonej na tablice Pozwala alokować pamięć,

Podobne dokumenty

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Nazwa modułu: Programowanie mikrokontroleroẃ i mikroprocesoroẃ Rok akademicki: 2017/2018 Kod: EIT-1-408-s Punkty ECTS: 4 Wydział: Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej Kierunek: