Introducción a la arquitectura de computadores con QtARMSim y Arduino

352 Pages·2017·5.25 MB·Spanish

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Introducción a la arquitectura
de computadores con
QtARMSim y Arduino
Sergio Barrachina Mir, Maribel Castillo Catalán
Germán Fabregat Llueca, Juan Carlos Fernández Fernández
Germán León Navarro, José Vicente Martí Avilés
Rafael Mayo Gual, Raúl Montoliu Colás

Col·lecció «Sapientia», núm. 129
Introducción a la arquitectura
de computadores con
QtARMSim y Arduino
Sergio Barrachina Mir
Maribel Castillo Catalán
Germán Fabregat Llueca
Juan Carlos Fernández Fernández
Germán León Navarro
José Vicente Martí Avilés
Rafael Mayo Gual
Raúl Montoliu Colás
 Codi d’assignatura EI1004 / MT1004
Edita: Publicacions de la Universitat Jaume I. Servei de Comunicació i Publicacions
Campus del Riu Sec. Edifici Rectorat i Serveis Centrals. 12071 Castelló de la Plana
http://www.tenda.uji.es e-mail: [email protected]
Col·lecció Sapientia 129
www.sapientia.uji.es
Primera edició, 2018
ISBN: 978-84-16546-76-3
DOI: http://dx.doi.org/10.6035/Sapientia129
Publicacions de la Universitat Jaume I és una editorial membre de l’une, cosa
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Jaume I, mitjançant el mètode denominat revisió per iguals, doble cec.
Índice general
Índicegeneral 5
Prefacio 11
I Introducción 15
1 IntroducciónalaArquitecturadeComputadores 17
1.1. Componentesdeunordenador . . . . . . . . . . . . . . 18
1.2. Elprocesador,elnúcleodelordenador . . . . . . . . . . 19
1.3. Introducciónalosbuses . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.4. Lamemoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
II Arquitectura ARM con QtARMSim 47
2 PrimerospasosconARMyQtARMSim 49
2.1. IntroducciónalensambladorThumbdeARM . . . . . . 50
2.2. IntroducciónalsimuladorQtARMSim . . . . . . . . . . 56
2.3. LiteralesyconstantesenelensambladordeARM . . . . 68
2.4. Inicializacióndedatosyreservadeespacio . . . . . . . 72
2.5. FirmwareincluidoenARMSim . . . . . . . . . . . . . . 78
2.6. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3 Instruccionesdetransformacióndedatos 83
3.1. Losnúmerosenelcomputador . . . . . . . . . . . . . . 84
3.2. BancoderegistrosdeARM . . . . . . . . . . . . . . . . 87
3.3. Operacionesaritméticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.4. Operacioneslógicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.5. Operacionesdedesplazamiento . . . . . . . . . . . . . . 97
3.6. Modosdedireccionamientoyformatosdeinstrucciónde
ARM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
3.7. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4 Instruccionesdetransferenciadedatos 107
4.1. Instruccionesdecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.2. Instruccionesdealmacenamiento . . . . . . . . . . . . . 114
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SergioBarrachinaetal. 5 Introducciónalaarquitecturadecomputadores–UJI–
ISBN:978-84-16546-76-3 DOI:http://dx.doi.org/10.6035/Sapientia129
4.3. Modosdedireccionamientoyformatosdeinstrucciónde
ARM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.4. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
5 Instruccionesdecontroldeflujo 129
5.1. Saltosincondicionalesycondicionales . . . . . . . . . . 130
5.2. Estructurasdecontrolcondicionales . . . . . . . . . . . 133
5.3. Estructurasdecontrolrepetitivas . . . . . . . . . . . . . 137
5.4. Modosdedireccionamientoyformatosdeinstrucciónde
ARM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.5. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
6 Introducciónalagestióndesubrutinas 147
6.1. Llamadayretornodeunasubrutina . . . . . . . . . . . . 150
6.2. Pasodeparámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
6.3. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
7 Gestióndesubrutinas 163
7.1. Lapila . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
7.2. Bloquedeactivacióndeunasubrutina . . . . . . . . . . 169
7.3. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
III Entrada/salida con Arduino 181
8 Introducciónalaentrada/salida 183
8.1. Generalidadesyproblemáticadelaentrada/salida . . . . 183
8.2. Estructuradelossistemasydispositivosdeentrada/salida 188
8.3. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
9 Dispositivosdeentrada/salidayelentornoArduino 195
9.1. Entrada/salidadepropósitogeneral(GPIO) . . . . . . . 195
9.2. Gestióndeltiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
9.3. ElentornoArduino . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
9.4. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
10 Gestióndelaentrada/salidayotrosaspectosavanzados 227
10.1. Gestióndelaentrada/salida . . . . . . . . . . . . . . . . 227
10.2. Transferencia de datos por programa y mediante acceso
directoamemoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
10.3. Estandarización y extensión de la entrada/salida: buses y
controladores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
10.4. Microcontroladoresyconversióndigital/analógica . . . . 249
10.5. Ejercicios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251
A InformacióntécnicayguíadeusodelatarjetadeE/S
ydelmicrocontroladorATSAM3X8E 259
A.1. LatarjetadeE/S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
A.2. ControladoresPIOenelATSAM3X8E . . . . . . . . . . 260
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SergioBarrachinaetal. 6 Introducciónalaarquitecturadecomputadores–UJI–
ISBN:978-84-16546-76-3 DOI:http://dx.doi.org/10.6035/Sapientia129
A.3. EltemporizadordelsistemadelATSAM3X8E . . . . . . 273
A.4. ElrelojentiemporealdelATSAM3X8E . . . . . . . . . 275
A.5. EltemporizadorentiemporealdelATSAM3X8E . . . . 288
A.6. Gestióndeexcepcioneseinterrupciones . . . . . . . . . 289
A.7. ElcontroladordeDMAdelATSAM3X8E . . . . . . . . 296
B Breveguíadeprogramaciónenensamblador 299
B.1. Variables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299
B.2. Estructurasdeprogramación . . . . . . . . . . . . . . . 304
B.3. Estructurasiterativas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310
C FirmwareincluidoenARMSim 315
C.1. Funcionesaritméticas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
C.2. FuncionesdelLCD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
C.3. CódigofuentedelfirmwaredeARMSim . . . . . . . . . 319
D Sistemasdenumeración 325
D.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 326
D.2. Elsistemabinario . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 327
D.3. Elhexadecimalcomoexpresiónmáscómodadelbinario 328
D.4. Cambiandoentredistintasbases . . . . . . . . . . . . . 330
D.5. Elsignodelosnúmerosbinarios . . . . . . . . . . . . . 331
E GuíarápidadelensambladorThumbdeARM 337
Índicedefiguras 341
Índicedecuadros 345
Índicealfabético 347
Bibliografía 351
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SergioBarrachinaetal. 7 Introducciónalaarquitecturadecomputadores–UJI–
ISBN:978-84-16546-76-3 DOI:http://dx.doi.org/10.6035/Sapientia129

ALaiayaMarc,¡bienvenidos!