Controllo del flusso di programma - Branching Condizionale

informatica

Controllo del flusso di programma

Al powerup, l'8051 scrive il valore 0000h nel PC. Da quel momento l'8051 inizia ad eseguire le istruzioni sequenzialmente in memoria a meno che un' istruzione del programma non alteri il PC. Ci sono diverse istruzioni che possono modificare il valore del PC tra le quali: le istruzioni di branching condizionali, i salti diretti e le chiamate e i ritorni a/da subroutine. In piu' gli interrupt, quando abilitati, possono causare la deviazione del flusso di programma dal suo schema sequenziale.

Branching Condizionale

L'8051 dispone di una serie di istruzioni che, come gruppo, sono denominate istruzioni di "branching (ramificazione) condizionale". Queste istruzioni forzano l'esecuzione del programma ad abbandonare la loro natura sequenziale se alcune condizioni risultano vere.

Prendiamo, per esempio, l'istruzione JB. Questa istruzione significa "Salta da una parte del programma se il Bit e' ad uno (Set)". Un esempio di questa istruzione potrebbe essere: 333d38d

In questo caso, l'8051 analizzera' il contenuto del bit alla locazione 45h. Se il bit e' settato l'esecuzione del programma saltera' immediatamente alla label HELLO, tralasciando l'istruzione NOP. Se il bit non e' settato, la condizione di branch non sara' vera e l'esecuzione del programma continuera', come usuale, con l'esecuzione dell'istruzione NOP che segue l'istruzione in corso.

Il branching condizionale e' realisticamente il blocco fondamentale della logica di programmazzione. Infatti ogni decisione nel flusso del codice coinvolge un branching condizionale. Esso puo' essere considerato come la struttura "IF...THEN" del linguaggio assembler dell'8051.

Una cosa importante vale la pena sottolineare circa il branching condizionale e riguarda il fatto che il programma puo' saltare ad una locazione di memoria collocata 128 byte prima o 127 byte dopo l'indirizzo dal quale inizia l'istruzione di branch condizionale. Cio' significa che, nell'esempio precedente, la label HELLO deve trovarsi nel range +/- 128 byte dal punto in cui risiede l'istruzione di branching condizionale.

Salti Diretti

Anche se il branching condizionale e' estremamente importante, spesso e' necessario saltare direttamente ad una locazione di memoria senza necessariamente prendere alcuna decisione logica. Cio' equivale al "Goto" del BASIC. In questo caso volete che il programma continui a girare da un determinato indirizzo senza condizioni.

Cio' e' ottenuto nell'8051 usando le istruzioni "Direct Jump e Call". Come appena illustrato, la suite di istruzioni forza il flusso del programma a cambiare in maniera incondizionata.

Consideriamo il seguente esempio:

L'istruzione LJMP in questo esempio significa "Long Jump (Salto lungo)." Quando l'8051 esegue questa istruzione il PC e' caricato con l'indirizzo corrispondente a NEW_ADDRESS e il programma riprende sequenzialmente da questo punto.

L' ovvia differenza tra le istruzioni precedenti e il branching condizionale e' che nel primo caso il programma e' sempre costretto a saltare mentre nel secondo esso salta solo se la condizione richiesta risulta vera.

C'e' da ricordare che oltre a LJMP, ci sono altre due istruzioni che causano il salto diretto del programma e sono: SJMP e AJMP. Funzionalmente queste due istruzioni si comportano alla stessa maniera di LJMP ma differiscono come segue:

• L'istruzione SJMP, come quelle relative al branching condizionale, puo' saltare solo ad indirizzi che distanti +/- 128 byte dall'istruzione stessa.
• L'istruzione AJMP puo' saltare ad un indirizzo che risiede nello stesso blocco di memoria di 2k ove si trova l'istruzione stessa. Supponendo che l'istruzione AJMP inizi all'indirizzo 650h, essa puo' richiedere al programma di saltare in un indirizzo compreso tra 0000h e 07FFh (0 e 2047, decimale).

Qualcuno potrebbe domandarsi, "Perche' dovrei usare le istruzioni SJMP e AJMP che hanno delle restrizioni sull'ampiezza del salto se esse fanno la stessa cosa dell'istruzione LJMP che puo' saltare ovunque?". La risposta e' semplice: L'istruzione LJMP richiede 3 byte di memoria programma mentre le altre due ne richiedono soltanto due. Per cui, se state sviluppando un'applicazione con problemi di memoria limitata, potete spesso salvare un byte di memoria utilizzando le istruzioni a 2 byte AJMP/SJMP.

Ultimamente, ho scritto un programma di 2100 byte totali ma disponevo di una memoria di soli 2k (2048 byte). Sostituendo tutte le istruzioni LJMP con AJMP il programma si e' accorciato fino a diventare di 1950 byte. A questo punto, senza cambiare la logica nel mio programma, risparmiando 150 byte e' stato possibile far entrare il programma nei 2048 byte previsti.

NOTA: Alcuni assembler di qualita' effettuano la conversione automaticamente. Essi sostituiscono, cioe' le istruzioni LJMP con le SJMP laddove e' possibile.Questa e' una capacita' molto elegante e potente che vorreste vedere in un assembler se pensate di sviluppare molti progetti che hanno consistenti restrizioni di memoria.

Chiamate dirette

Un'altra operazione che sara' familiare ai programmatori esperti e' l'istruzione LCALL. Essa e' simile al comando "Gosub" in BASIC.

Quando l'8051 esegue l'istruzione LCALL, pone immediatamente il contenuto del Program Counter nello stack (operazione di push) e continua l'esecuzione del codice all'indirizzo contenuto nell'istruzione LCALL.

Ritorno da Routine

Un'altra istruzione che puo' causare il cambio sul flusso di programma e' l'istruzione di "Ritorno da Subroutine", conosciuta come RET nel linguaggio assembler dell'8051.

L'istruzione RET, quando eseguita, fa tornare il programma all'indirizzo che seguiva l'istruzione che aveva effettuato la chiamata a subroutine. Piu' in dettaglio, esso ritorna all'indirizzo caricato nello stack.

L'istruzione RET e' diretta nel senso che cambia sempre il flusso del programma senza condizioni, ma e' variabile poiche' dipende da quale subroutine era stata chiamata originariamente.

Interrupt

Un interrupt e' una caratteristica speciale che permette all'8051 di fornire l'illusione del "multi-tasking" anche se esso esegue una sola istruzione alla volta. La parola "interrupt" puo' essere spesso sostituita con la parola "evento".

Un interrupt viene attivato quando il corrispondente evento si presenta. In questo caso, l'8051 congela momentaneamente la normale esecuzione del programma ed esegue una speciale sezione di codice denominata "interrupt handler". Questo spezzone di codice sbriga le funzioni richieste dall'evento e restituisce il controllo all'8051 dal punto in cui era stato fermato, in maniera tale che l'esecuzione del programma possa proseguire come se non fosse mai stato interrotto.

L'argomento degli interrupt e' qualcosa di complicato e molto importante. Per questa ragione un intero capitolo sara' dedicato a questo tema. Per ora, e' sufficiente dire che gli interrupt possono causare un cambio al flusso del programma.