マイクロプロセッサのバス

(復習)マイコンのプログラミング

演習3-1

マイクロプロセッサのバス

アドレスバス

この際、CPUがデータをアクセスする「相手」を指定する必要が あります。 この「相手」の指定には、大きく分けて、次の2段階があります。

1. アクセスする「相手」(メモリ、I/O装置、などのデバイス)の指定
2. アクセスする相手の中の「場所」(メモリ中のデータの格納位置、など)

この実験で用いるマイコンボードでは、次のようなメモリマップが 割り当てられています。

アドレスの値	アクセスされるデバイス
0x2000 - 0x3fff	外付けRAM
0x4000 - 0x4003	7セグメントLED
0x4004	スイッチ(8個)
0x4005	LED(8個)
0x6000 - 0x6fff	外付けI/O装置

つまりCPUは、たとえば「0x2000番地にあるデータを書き込む」という 動作をしようとすると、実際には外付けRAM(の0x2000番地)に データが書き込まれるわけです。 逆に言うと、CPU(でプログラムを書く人)は、どのアドレス(番地)に どんなデバイスが接続されているか、ということを、十分知っていなければ なりません。

CPUがアクセスをしようとするアドレスの値によって、実際にアクセスされる デバイスが決定される仕組みは、「アドレスデコーダ」と呼ばれる回路によって 実現されています。これについては、この実験の最後で、 詳しく見ていくことにしますが、今は、何らかの仕組みによって、 このようなメモリマップが実現されている、と理解しておいてください。

データバス

先ほどのアドレスバスは、基本的に、CPUから、各種デバイスへの 一方通行ですが、このデータバスは、CPUが行おうとするアクセスの 種類によって、データが流れる向きが変わります。

• 読み出し時: CPU ← 各種デバイス
• 書き込み時: CPU → 各種デバイス

制御信号線とバスの動作

この実験で用いるマイコンボード上のCPUでは、次の2つの制御信号線を 用います。

• RDn : 普段は「1」。CPUが各種デバイスから読み出しを行うときに「0」となる。
• WRn : 普段は「1」。CPUが各種デバイスに書き込みを行うときに「0」となる。

具体的には、CPUがあるデバイスに書き込みを行うときには、 次のような手順で各種信号線を制御します。

1. アクセス対象を示すアドレスをアドレスバスに設定する
2. アクセス対象に書き込もうとするデータをデータバスに設定する
3. WRnを「0」にする
4. (アクセス対象のデバイスは、アドレスバスに指定された場所に データバスで指定されたデータを書き込む動作を行う)

1. アクセス対象を示すアドレスをアドレスバスに設定する
2. RDnを「0」にする
3. (アクセス対象のデバイスは、アドレスバスで指定された場所の データを、データバスに設定する)
4. CPUがデータバス上に現れたデータを読み込む

バスの動作の観測

外部バスへのアクセスの記述方法

  BYTE xdata hoge _at_ 0x4000;

  hoge = 0x5a; // write to 0x4000
  a = hoge;    // read from 0x4000

  BYTE xdata upi[256] _at_ 0x6000;

  for (i = 0; i < 4; i++) upi[i] = 0x00;

BYTE xdata num1       _at_ 0x4001;  // 1 digit of 7seg.LED
BYTE xdata num2       _at_ 0x4002;  // 2 digit of 7seg.LED
BYTE xdata num3       _at_ 0x4003;  // 3 digit of 7seg.LED
BYTE xdata sw         _at_ 0x4004;  // SWs
BYTE xdata led        _at_ 0x4005;  // LEDs

ロジックアナライザを用いたバスの動作の観測

この実験では、ポケットロジアナPL-200というロジックアナライザを 用います。 こちらの ロジックアナライザの使い方を参考に、使い方の概略を把握しましょう。 なおこのPL-200には、測定対象に接続する多くのケーブル(クリップつき)が あります。 ケーブルの色と測定端子番号(チャンネル)との対応に注意しましょう。

こちらの写真の10本の信号線とチャンネル番号の対応は 次のとおりになっています。

Ch8	Ch6	Ch4	Ch2	GND
GND	Ch7	Ch5	Ch3	Ch1

右上と左下のGND(いずれも黒)は、電圧測定の基準として、 マイコンボード上のGND端子に接続します。 その他のCh1〜Ch8は、測定したい信号線の端子に接続します。

この実験で用いるマイコンボードのアドレスバス、データバス、制御信号線 (RDnとWRn)は、マイコンボードの端にある「CN-B」と示された 34本の端子(ヘッダピン)に現れています。 白い三角マーク(この写真のCN-Bの右上)のところが1番ピンで、 その下が2番ピン、上の段の次が3番ピン、という順で、 最後の左下端が34番ピンになっています。 それぞれのピンと現れている信号線の対応は次のとおりです。

ピン番号	信号名		ピン番号	信号名
1	A0		2	A1
3	A2		4	A3
5	A4		6	A5
7	A6		8	A7
9	GND		10	GND
11	A12		12	A13
13	A14		14	A15
15	GND		16	GND
17	GND		18	GND
19	GND		20	GND
21	D0		22	D1
23	D2		24	D3
25	D4		26	D5
27	D6		28	D7
29	GND		30	GND
31	WRn		32	RDn
33	(VDD5)		34	(VDD5)

さきほどのPL-200のGNDケーブルは、いずれか1つを、 このコネクタCN-Bの「GND」のいずれか1つに接続しておきます。 そして、Ch1〜Ch8のケーブルは、測定をしたいピンに接続をします。

この実験で用いるマイコンボードの仕様では、 アドレスバスと2本の制御信号線は、常にコネクタCN-Bに 信号が現れますが、データバスは、 メモリマップ上で「外付けI/O装置」に割り当てられている 0x6000〜0x6fff番地をアクセス(書き込み)をするするときだけ、 コネクタCN-Bに信号が現れるようになっています。

演習3-2

※次のような点に留意し、プログラムの記述や観測方法をよく考えること。

• 観測対象の信号の選択(PL-200は、最大で16本の信号しか観測できない)
• トリガの選択(観測したい信号をとらえるには、どの信号線をトリガにすればよいか)
• プログラムの記述内容(どのアドレスエリアをアクセスすればよいか)

演習3-3