Speichermanagement des Prozessors

Nachdem die Grundbeschaltung des Prozessors fertig ist und wir auch Programme schreiben, kompilieren und auf dem Prozessor ausführen können, fehlen noch ein paar Grundlagen über das Speichermanagement des Prozessors, damit die ersten größeren Programme geschrieben werden können.

Für die Adressierung der insgesamt 64 kB Speicher stehen dem Prozessor insgesamt 16 verschiedene Adressierungsmethoden zur Verfügung.

Modus	Beispiel	Beschreibung
Absolut	`lda #10`	Der Kommandocode enthält zusätzlich eine 16-Bit Adresse.
Absolute Indexed Indirect	`jmp ($40, X)`	Addiert einen 16-Bit Offset aus dem Kommandocode zu einem Wert aus dem X-Register um einen Adresszeiger für die Operation zu erhalten. Wird üblicherweise mit `jmp` Befehlen verwendet.
Absolute Indexed with X	`lda $40, X`	Addiert einen Offset aus dem Kommandocode zu einem Adressbyte aus dem X-Register um eine Adresse für die Operation zu erhalten.
Absolute Indexed with Y	`lda $40, Y`	Addiert einen Offset aus dem Kommandocode zu einem Adressbyte aus dem Y-Register um eine Adresse für die Operation zu erhalten.
Absolute Indirect	`jmp ($FFFC)`	Der Kommandocode enthält einen Zeiger auf eine Adresse für die Operation. Wird üblicherweise mit `jmp` Befehlen verwendet.
Accumulator	`lsr A`	Die Operation wird auf den Inhalt des Akkumulators angewendet.
Immediate Addressing	`lda #10`	Die Adresse wird als konstanter Wert mit im Kommandocode gespeichert.
Implied	`inx`	Die Adresse ist im Kommandocode hinterlegt.
Program Counter Relative	`beq 0x05`	Das zweite Byte des Kommandocodes wird zum Programmzähler addiert. Wird üblicherweise mit Branch-Befehlen verwendet.
Stack	`phx`	Wird von Befehlen verwendet, die den Stack nutzen um Daten zu speichern oder zu laden.
Zero Page	`ldx $10, Y`	Der Kommandocode enthält eine 8-Bit Adresse für die Zero Page.
Zero Page Indexed Indirect	`lda ($10, X)`	Addiert einen 8-Bit Offset aus dem Kommandocode mit dem X-Register um einen Adresszeiger auf die Zero Page zu erhalten.
Zero Page Indexed with X	`lda $10, X`	Addiert einen Offset aus dem Kommandocode zu dem Adressbyte aus dem X-Register um eine Adresse aus der Zero Page für die Operation zu erhalten.
Zero Page Indexed with Y	`lda $10, Y`	Addiert einen Offset aus dem Kommandocode zu dem Adressbyte aus dem Y-Register um eine Adresse aus der Zero Page für die Operation zu erhalten.
Zero Page Indirect	`jmp ($05)`	Der Kommandocode enthält einen Zeiger auf eine Adresse für die Operation, der auf einen Speicherbereich in der Zero Page zeigt.
Zero Page Indirect Indexed with Y	`jmp ($05, X)`	Addiert eine Zero Page Adresse aus dem Kommandocode zu einem Adressbyte aus dem X-Register um eine Adresse für die Operation zu erhalten.

Einige Befehle nutzen die sogenannte Zero Page als Adressbereich. Unter der Zero Page versteht man die ersten 256 Byte des Hauptspeichers, die als Erweiterung zu den zwei vorhandenen Registern verstanden werden kann. Befehle, die die Zero Page verwenden sind um 1 Byte kürzer, da ein einzelnes Byte ausreicht, um den kompletten Speicherbereich adressieren zu können, wodurch der Prozessor die Operation schneller verarbeiten kann.

Im Anschluss an die Zero Page befindet sich der 8-Bit große Adressraum für den Stack, dessen aktuelle Adresse in dem Stack Pointer-Register gespeichert wird:

Jedes mal wenn Daten auf den Stack abgelegt (gepusht) werden, wird die Adresse des Stacks um 1 reduziert. Sobald die Daten vom Stack gelesen (gepullt) werden, wird die Adresse des Stacks um 1 erhöht. Der Stack wächst dabei von oben nach unten, sprich die niedrigste Adresse ist der Wert, der in das Stack Pointer-Register geschrieben wird.

Das Stack Pointer-Register kann über die TXS-Instruktion mit einem Wert geladen werden, um die Startadresse des Stacks zu setzen.

ldx 	#$F0
txs

Achtung:

Bei der Verwendung des Stacks muss darauf geachtet werden, dass die Größe des Stacks niemals 256 Bytes überschreitet, da ansonsten Einträge überschrieben werden!

Wenn der Prozessor durch einen jsr Befehl in ein Unterprogramm springen soll, wird automatisch die Rücksprungadresse auf den Stack gepusht.

Adressbus OpCode Datenbus R/W
0xfffc :           0x00    R
0xfffd :           0xa0    R
0xa000 :   LDX     0xa2    R
0xa001 :           0xf0    R
0xa002 :   TXS     0x9a    R
0xa003 :           0x20    R
0xa003 :   JSR     0x20    R
0xa004 :           0x06    R
0x01f0 :           0xa0    R
0x01f0 :           0xa0    W
0x01ef :           0x05    W
0xa005 :           0xa0    R
0xa006 :   PHA     0x48    R
0xa007 :           0x68    R
0x01ee :           0x00    W
0xa007 :   PLA     0x68    R
0xa008 :           0x60    R
0x01ed :           0xa4    R
0x01ee :           0x00    R
0xa008 :   RTS     0x60    R
0xa009 :           0x00    R
0x01ee :           0x00    R
0x01ef :           0x05    R
0x01f0 :           0xa0    R
0xa005 :           0xa0    R

Bei diesem Beispiel wird das Stack Pointer-Register mit dem Wert 0xF0 initialisiert und anschließend springt der Mikroprozessor in ein Unterprogramm. Während des Wechsels in das Unterprogramm werden zwei Schreiboperationen ausgeführt und die Rücksprungadresse, also die Adresse nach dem jsr Kommando, in die Speicherzellen 0x01F0 und 0x01EF geschrieben.

Über das pha und das pla Kommando wird der Akkumulator auf den Stack gepusht und wieder gepullt. Anschließend verlässt der Mikroprozessor das Unterprogramm über das jsr Kommando und ließt dabei die Rücksprungadresse vom Stack, indem er die Speicherzellen 0x01EF und 0x01F0 ausließt.

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Item-Tag	Beschreibung
Usage Page	Spezifiziert die Usage Page der verwendeten Elemente.
Logical Minimum	Kleinste logische Einheit die übertragen wird.
Logical Maximum	Größte logische Einheit die übertragen wird.
Physical Minimum	Das Feld Logical Minimum in physikalische Größen umgerechnet.
Physical Maximum	Das Feld Logical Maximum in physikalische Größen umgerechnet.
Unit Exponent	Einheitenexponent zur Basis 10 (z. B. 3 für Kilo)
Unit	Einheiten-ID um die Einheit des Datenfeldes festzulegen (z. B. 2 für Masse).
Report Size	Legt die Größe eines Datenfeldes für ein Element in Bit fest.
Report ID	Report ID für ein Element. Wenn ein Report ID-Element genutzt wird, werden alle Reports um ein 8-bit großes Datenfeld für die ID erweitert.
Report Count	Legt die Anzahl der Datenfelder für ein Element fest.
Push	Platziert eine Kopie der globalen Statustabelle der Elemente auf dem Stack.
Pop	Ersetzt die Statustabelle für die Elemente mit der aktuellen Tabelle vom Stack.

Item-Tag	Beschreibung
Input	Ausgelesene Daten von einem oder mehreren Steuerungselementen.
Output	Daten für die Steuerung von einem oder mehreren Elementen.
Feature	Ein- oder Ausgabedaten, die nicht für eine Interaktion mit dem Nutzer verwendet werden.
Collection	Eine Gruppierung von Input-, Output- oder Feature-Items.
End Collection	Markiert das Ende einer Collection.

bmRequestType	bReqest	wValue	wIndex	wLength	Data
0xA1	GET_REPORT (1)	Art des Reports und die Report-ID	Interface	Länge des Reports	Report
0xA1	GET_IDLE (2)	0	Interface	1	Idle-Zeit
0xA1	GET_PROTOCOL (3)	0	Interface	1	0 – Boot-Protokoll 1 – Report Protokoll
0x21	SET_REPORT (9)	Art des Reports und die Report ID	Interface	Länge des Reports	Report
0x21	SET_IDLE (10)	Idle-Zeit und Report-ID	Interface	0	–
0x21	SET_PROTOCOL (11)	0 – Boot-Protokoll 1 – Report Protokoll	Interface	0	–

Item-Tag	Beschreibung
Usage	Spezifiziert den Usage Index und ergibt zusammen mit der Usage Page die fertige Gruppe.
Usage Minimum	Definiert den Startwert für eine Gruppe von Anwendungszwecken für mehrere Eingabemethoden.
Usage Maximum	Definiert den Endwert für eine Gruppe von Anwendungszwecken für mehrere Eingabemethoden.
Designator Index	Bezeichner eines entsprechenden Physical-Deskriptors um die Art der Eingabe zu definieren.
Designator Minimum	Definiert den Startwert für eine Gruppe von Bezeichnern für mehrere Eingabemethoden.
Designator Maximum	Definiert den Endwert für eine Gruppe von Bezeichnern für mehrere Eingabemethoden.
String Index	Index des String-Deskriptors um die jeweilige Eingabemethode zu beschreiben.
String Minimum	Legt den Startwert für eine Gruppe von Strings fest um mehrere Eingabemethoden zu benennen.
String Maximum	Legt den Endwert für eine Gruppe von Strings fest um mehrere Eingabemethoden zu benennen.
Delimiter	Definiert den Angang (1) oder das Ende (0) eines lokalen Elements.

bmRequestType	bReqest	wValue	wIndex	wLength	Data
0x00 0x01 0x02	CLEAR_FEATURE (1)	Feature	Null Interface Endpunkt	0	–
0x80	GET_CONFIGURATION (8)	0	0	1	Konfiguration
0x80	GET_DESCRIPTOR (6)	Deskriptortyp (H) und Deskriptorindex (L)	Null oder Sprach ID	Länge des Deskriptors	Deskriptor
0x81	GET_INTERFACE (10)	0	Interface	1	Interface
0x80 0x81 0x82	GET_STATUS (0)	0	0 Interface Endpunkt	2	Gerät-, Interface- oder Endpunktstatus
0x00	SET_ADDRESS (5)	Geräteadresse	0	0	–
0x00	SET_CONFIGURATION (9)	Konfiguration	0	0	–
0x00	SET_DESCRIPTOR (7)	Deskriptortyp (H) und Deskriptorindex (L)	Null oder Sprach ID	Länge des Deskriptors	Deskriptor
0x00 0x01 0x02	SET_FEATURE (3)	Feature	0 Interface Endpunkt	0	–
0x01	SET_INTERFACE (11)	Interface	Interface	0	–
0x82	SYNCH_FRAME (12)	0	Endpunkt	2	Framezähler

Speichermanagement des Prozessors

Achtung:

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Stringdeskriptor 0

Allgemeiner Stringdeskriptor

Offset	Feld	Größe	Beschreibung
0	bLength	1	Größe des Deskriptors in Bytes
1	bDescriptorType	1	ENDPOINT Deskriptor (Feld = 5)
2	bEndpointAddress	1	Adresse des Endpunktes
			Bit 7: Richtung	0 = OUT 1 = IN
			Bit 6 – 4	0
			Bit 3 – 0: Endpunktnummer	0 – 15
3	bmAttributes	1	Bit 7 – 6	0
			Bit 5 – 4: Verwendung	Nur für Isochrone Endpunkte. Andernfalls 0. 0 = Data endpoint 1 = Feedback endpoint 2 = Implicit feedback Data endpoint 3 = Reserved
			Bit 3 – 2: Synchronisation	Nur für Isochrone Endpunkte. Andernfalls 0. 0 = No Synchronisation 1 = Asynchronous 2 = Adaptive 3 = Synchronous
			Bit 1 – 0: Transfer	0 = Control 1 = Isochronous 2 = Bulk 3 = Interrupt
4	wMaxPacketSize	2	Maximale Paketgröße, die dieser Endpunkt senden oder empfangen kann
6	bInterval	1	Polling Intervall für den Endpunkt in ms Schritten für Low und Full Speed Devices oder in 125 us Schritten für High Speed Devices

Offset	Feld	Größe	Beschreibung
0	bLength	1	Größe des Deskriptors in Bytes
1	bDescriptorType	1	GERÄTE-Deskriptor (Feld = 0x01)
2	bcdUSB	2	Verwendete USB Version
4	bDeviceClass	1	Durch das USB-IF vergebener Klassencode
5	bDeviceSubClass	1	Durch das USB-IF vergebener Subklassencode
6	bDeviceProtocol	1	Durch das USB-IF vergebener Protokolcode
7	bMaxPacketSize0	1	Maximale Paketgröße für Endpunkt 0. Muss entweder 8, 16, 32 oder 64 sein
8	idVendor	2	Durch das USB-IF vergebene Vendor-ID
10	idProduct	2	Durch den Hersteller vergebene Produkt-ID
12	bcdDevice	2	Releasenummer des Gerätes
14	iManufacturer	1	Index des Stringdeskriptors, der den Hersteller beschreibt
15	iProduct	1	Index des Stringdeskriptors, der das Produkt beschreibt
16	iSerialNumber	1	Index des Stringdeskriptors, der die Seriennummer beschreibt
17	bNumConfigurations	1	Anzahl der Gerätekonfigurationen

Offset	Feld	Größe	Beschreibung
0	bLength	1	Größe des Deskriptors in Bytes
1	bDescriptorType	1	KONFIGURATIONS-Deskriptor (Feld = 0x02)
2	wTotalLength	2	Größe dieses und aller anderen Deskriptoren
4	bNumInterfaces	1	Anzahl der Interfaces, die durch diesen Deskriptor unterstützt werden
5	bConfigurationValue	1	Index der durch eine SET_CONFIGURATION-Anfrage genutzt werden muss um diese Konfiguration zu laden
6	iConfiguration	1	Index des Stringdeskriptors, der diese Konfiguration beschreibt
7	bmAttributes	1	Bit 7	1
			Bit 6	Self-powered
			Bit 5	Remote Wakeup
			Bit 4 – 0	0
8	bMaxPower	1	Maximale Stromaufnahme des Gerätes in 2 mA Schritten

Offset	Feld	Größe	Beschreibung
0	bLength	1	Größe des Deskriptors in Bytes
1	bDescriptorType	1	INTERFACE-Deskriptor (Feld = 0x04)
2	bInterfaceNumber	1	Interface ID
3	bAlternateSetting	1	Alternative Einstellungen für dieses Interface
4	bNumEndpoints	1	Anzahl der Endpunkte, die für dieses Interface genutzt werden (ohne Endpunkt 0)
5	bInterfaceClass	1	Durch das USB-IF vergebener Klassencode
6	bInterfaceSubClass	1	Durch das USB-IF vergebener Subklassencode
7	bInterfaceProtocol	1	Durch das USB-IF vergebener Protokollcode
8	iInterface	1	Index des Stringdeskriptors, der dieses Interface beschreibt