Что такое хороший микропроцессор для начинающих для изучения ассемблера?

Я учился на 68HC11 в колледже. С ними очень просто работать, но, честно говоря, большинство маломощных микроконтроллеров будут похожи (AVR, 8051, PIC, MSP430). Самое главное, что усложнит программирование ASM для микроконтроллеров, — это количество и тип поддерживаемых режимов адресации памяти . Сначала вам следует избегать более сложных устройств, таких как процессоры ARM более высокого уровня.

Я бы, наверное, порекомендовал MSP430 в качестве хорошей отправной точки. Может быть, написать программу на C и учиться, заменяя различные функции встроенным ассемблером. Начните с простого, x + y = z и т. д.

После того, как вы заменили функцию или алгоритм на ассемблере, сравните и сопоставьте, как вы их закодировали, и что сгенерировал компилятор C. На мой взгляд, это, вероятно, один из лучших способов изучить ассемблер и в то же время узнать, как работает компилятор, что невероятно ценно для встроенного программиста. Просто сначала убедитесь, что вы отключили оптимизацию в компиляторе C, иначе вы, вероятно, будете очень запутаны кодом, сгенерированным компилятором. Постепенно включайте оптимизации и отмечайте, что делает компилятор.

RISC против CISC

RISC означает «вычисления с сокращенным набором инструкций», это не относится к конкретному набору инструкций, а просто стратегия проектирования, согласно которой ЦП имеет минимальный набор инструкций. Несколько инструкций, каждый из которых делает что-то основное. Нет строго технического определения того, что нужно, чтобы «быть RISC». С другой стороны, архитектуры CISC имеют множество инструкций, но каждая из них «делает больше».

Целевые преимущества RISC заключаются в том, что в конструкции вашего ЦП требуется меньше транзисторов, что означает меньшее энергопотребление (большое для микроконтроллеров), более дешевое производство и более высокая тактовая частота, что приводит к большей производительности. Более низкое энергопотребление и более дешевое производство, как правило, верны, а более высокая производительность на самом деле не соответствует цели в результате усовершенствований конструкции в архитектурах CISC.

Сегодня почти все ядра ЦП представляют собой RISC или «средние» конструкции. Даже с самой известной (или печально известной) архитектурой CISC x86. Современные процессоры x86 внутренне представляют собой RISC-подобные ядра с декодером, прикрепленным к передней части, который разбивает инструкции x86 на несколько инструкций, подобных RISC. Я думаю, что Intel называет это «микрооперациями».

Что касается того, что (RISC или CISC) легче изучить на ассемблере, я думаю, что это подбрасывание. Чтобы что-то сделать с набором инструкций RISC, обычно требуется больше строк ассемблера, чем с набором инструкций CISC. С другой стороны, наборы инструкций CISC более сложны для изучения из-за большего количества доступных инструкций.

Большая часть причин, по которым CISC получает плохую репутацию, заключается в том, что x86, безусловно, является наиболее распространенным примером, и с ним немного неудобно работать. Я думаю, что это в основном результат того, что набор инструкций x86 очень старый и расширялся полдюжины или более раз при сохранении обратной совместимости. Даже ваш Core i7 с частотой 4,5 ГГц может работать в режиме 286 (и работает при загрузке).

Что касается того, что ARM является архитектурой RISC, я бы посчитал это умеренно спорным. Это, безусловно, архитектура загрузки-хранилища. Базовый набор инструкций похож на RISC, но в последних версиях набор инструкций значительно вырос до такой степени, что я лично считаю его чем-то средним между RISC и CISC. Набор инструкций для большого пальца действительно является самым «RISCish» из наборов инструкций ARM.

Я думаю, что 8-битные микроконтроллеры PIC являются лучшим выбором из-за меньшего количества инструкций.

Побочным эффектом меньшего количества инструкций является то, что вам придется заново изобретать велосипед по сравнению с другими микроконтроллерами с большим количеством инструкций.

Но после изучения PIC вы можете перейти на другие микроконтроллеры и посмотреть, что вам больше подходит.

Подобно предложению Марка о 68HC11, набор инструкций семейства Freescale 68HCS08 представляет собой упрощенную версию Motorola 6809, которая, по моему мнению, имела один из самых чистых 8-битных наборов инструкций своего времени. Вы можете получить макетную плату с переключателями, светодиодами, 3-осевым акселерометром и пьезоизлучателем за 79 долларов здесь .

Набор инструкций msp430 хорош для изучения ассемблера. Избегайте x86. Arm — еще один хороший инструмент, но в нем гораздо больше инструкций и опций, и он может не подходить в качестве первого набора инструкций. Thumb - это подмножество набора инструкций для рук, и это неплохо, на github у меня есть как эмулятор большого пальца (thumbulator), так и эмулятор msp430 (не тестировался так сильно, как у большого пальца), которые являются базовыми, только процессор и память и немного больше , так что вы можете получить хорошее представление о том, что происходит. Альтернативой может быть, например, qemu, где видимость есть, но гораздо сложнее получить, аналогично с решением, подобным qemu, требуется гораздо больше работы, прежде чем вы выясните, есть ли у вас что-то работающее.
перейдите на mspgcc4.sf.net, чтобы создать набор инструментов и/или стандартный binutils (./configure --target=msp430 --prefix=/something) в сочетании со стандартным llvm. Когда вы будете готовы к оборудованию, макетная плата msp430 будет стоить менее 5 долларов. Для инструментов руки/большого пальца просто получите облегченную версию из кода. Плата cortex-m3 (thumb/thumb2) сейчас стоит около 12 долларов. Я бы избегал x86, avr и других в качестве первого набора инструкций, вы захотите изучить другие, чтобы они были хорошо округлены. Стоит также обратить внимание на старый/оригинальный набор графических инструкций. Вы можете самостоятельно написать симулятор за полдня, а также изучить ассемблер. Я бы не обязательно сначала изучал его, он учит некоторым интересным вещам, но в то же время не масштабируется и не обязательно представляет общие функции, которые вы найдете в большинстве наборов инструкций. Msp430 дал мне ощущение pdp11, который является первым набором инструкций, который я действительно изучил, оба имеют хорошо округленные, в основном ортогональные функции. Как msp430, так и наборы инструкций pic для микрочипов задокументированы в Википедии, по крайней мере, в качестве ссылки, чтобы получить полную картину, получите таблицы данных / руководства от поставщиков, в которых будет описан каждый регистр и режим адресации, сброс / загрузка и т. Д.

Я тоже учился на 68HC11 в колледже. Скорее, они предлагают это вместо любого другого MPU / MCU, я просто хотел указать, что на плате разработки, которую мы использовали, была программа мониторинга. Таким образом, с тупого терминала мы могли бы пройтись по коду и изучить регистры... Я бы посоветовал, когда вы знаете, какой процессор соответствует вашим требованиям, вы также проверили, какие платы разработки доступны с программой-монитором.

Я преподаю как сборку PIC (14-битное ядро), так и сборку ARM. Я говорю классу PIC, что как только они освоят уродство этой архитектуры, они смогут взяться за что угодно. ARM (не Thumb/Cortex!) — очень хорошая архитектура для изучения ассемблера. Мы используем плату LPC2148.

2019-12-29 обновление

Я переключился на Cortex, сначала на LPC1114/820, потом на Arduino Due. Arduino Due дешевая (из Китая), мощная, может использоваться с C, C++, ассемблером (и, если вы хотите Python), и если вы действительно хотите, вы можете использовать ее с Arduino IDE. Я предпочитаю собственную систему сборки и свободный выбор редактора/IDE.

Вы уверены, что хотите изучать ассемблер? Можете ли вы сказать, почему? Это довольно сложная задача, и в наши дни она становится все менее актуальной или полезной. Это от человека, который писал на нем и даже вручную собирал программы (никакого ассемблера, компоновщика, просто карточка с набором инструкций).

Я изучил 16-битную сборку PIC с помощью dsPIC33F. Сборка процессора очень похожа на C, поскольку поддерживает указатели и операции с тремя переменными (например, A = B + C), что значительно упрощает обучение и адаптацию к ней.

Вы путаете микроконтроллеры и микропроцессоры. AVR — это линейка микроконтроллеров от Atmel, а не микропроцессор. Я предлагаю вам сначала поискать в Википедии, чтобы лучше понять, в чем разница между ними. По сути, микроконтроллер — это более или менее законченная система, тогда как микропроцессор — это только процессор (следовательно, микроконтроллер имеет микропроцессор внутри).

В моем университете нас учили проектированию и архитектуре аппаратного обеспечения наряду с языком ассемблера (очевидно, что они идут рука об руку) с архитектурой MIPS (или, возможно, DLX ). С тех пор я немного занимался сборкой PIC и AVR в школе/на работе, и все они очень похожи. Я думаю, что сборка MIPS была отличной отправной точкой, поскольку язык очень прост, как и архитектура процессора.

Смотрите также: эта книга . Не лучшая книга в мире, но стандартная книга по компьютерному дизайну для многих университетов.

мое предложение: любой, кто собирается начать изучать микроконтроллеры и процессоры, должен прочитать книгу под названием «кодировать скрытый язык компьютера», если вы изучаете, что вы почти разбираетесь в процессорах, а для программирования avr лучше использовать программатор poney prog и программу от atmel studio6.1 с официального сайта atmel