1. 実験の目的

特定のプログラミングの問題を分析して理解することを学びます。
割り込み駆動の基本原理をマスターします。
キーボードデータレジスタ (KBDR) とキーボードステータスレジスタ (KBSR) の動作原理をマスターします。
出力データレジスタ (DDR) と出力ステータスレジスタ (DSR) の基本的な動作原理をマスターします。
LC-3 を使用して、ユーザープログラムと割り込みプログラムを設計および作成します。

2. 実験内容

1. 実験の背景

コンピューターサイエンスでは、割り込みはハードウェアとソフトウェアによって開始されるイベントであり、即時の処理が必要であることを示します。
優先度の高い条件での割り込みは、実行中のプログラムを中断する必要があることをプロセッサに通知し、プロセッサは実行中の処理を一時停止し、実行中のプログラムの状態を保存し、その後、処理するための小さな割り込みハンドラ (割り込みサービスルーチン) を実行します。行事。
割り込みは一時的なものです。プロセッサが割り込みハンドラを実行した後、プロセッサは以前に割り込まれたプログラムを実行し続けます。割り込みはハードウェア割り込みとソフトウェア割り込みに分けられます。

2. 実験の説明

割り込み駆動の入出力が実行中のプログラムに割り込み、割り込みサービスプログラムを実行し、割り込まれたプログラムに戻り、割り込まれた位置の次のアドレスから (何も起こらなかったかのように) 実行を継続できることを示します。実験では、実行中のプログラムを中断するための入力デバイスとしてキーボードが使用されます。

3. 実験タスク

次の 3 つの部分が含まれます。

A. ユーザープログラム

ICSユーザープログラムは、次のように 2 つの異なるラインを交互に出力することによって、連続的にクロスバーを出力することで構成されます。
ここに画像の説明を挿入
出力が速すぎて肉眼で検出できないことを確認してください。ユーザープログラムには、各行の間でカウントするための小さなコードが含まれている必要があり、25000カウントダウンの開始から間隔が画面に出力されます。

B. キーボード割り込みサービスルーチン

キーボード割り込みサービスルーチンは、単純に 10 個のランダムな文字を画面に書き込み、Enter(x0A)で終了します。
TRAP命令は割り込みサービスルーチンでは使用できません。画面に文字が表示される場合は、DSR最初にレジスタを検出してからDDRレジスタに書き込む必要があり、そのレジスタ TRAP x21(OUT)や他のTRAPプログラムを呼び出すことはできません。

C. オペレーティングシステムでサポートされているコード

LC-3 には Windows または Linux がインストールされていないため、ユーザープログラムコードの前に次の 3 つの手順を実行する必要があります。

通常の状況では、オペレーティングシステムは最初にスタック領域をインストールするため、割り込みが発生してPCスタックPSRに置くことができます (プログラムが実行されRTI、スタックからポップされると、プロセッサは割り込まれたプログラムに戻ります) PC。PSRオペレーティングシステムの場合は、空のスタックを示すR6として初期化してください。x3000
通常の状況では、オペレーティングシステムは、対応する割り込みサービスルーチンの開始アドレスを含む割り込みベクタテーブルを作成します。最初に、キーボード割り込み用の割り込みベクタテーブルを作成する必要があります。割り込みベクタテーブルの開始アドレスはx0100、キーボード割り込みの割り込みベクタはですx80。このラボで使用するには、割り込みベクタテーブルにエントリを指定する必要があります。
オペレーティングシステムはKBSRIE (割り込みイネーブル) ビットを設定する必要があります。これもユーザーが実装します。

3. 実験手順と結果

プログラム実施のアイデアとフローチャート

1. ユーザープログラムの考え方とフローチャート

キーボードから文字を入力した後に割り込みプログラムを実行するには、キーボードの割り込みベクタテーブルに割り込みプログラムの開始アドレスを書き込み、KBSRの割り込み許可ビットを1に設定する必要があります。具体的な手順は次のとおりです (図 1):
まず、前処理が必要です。

R6これをとして初期化し、保存および復元が必要なコンテンツを保存および待機するx3000ための空のスタックを示します。PCPSR
割り込みサービスルーチンのエントリアドレスをx2000キーボードの割り込みベクトルにx0180リンクします。
KBSRの割り込みイネーブルビットを設定します。1

次に、次の 3 つの手順を順番に実行します。

ユーザプログラムでは縦横交互に連続出力しますICS。
キーボードから文字を読み込んだ後、シーンを確保し、割り込みサービスサブルーチンに入ります。
サブルーチン内で Enter を押すと、以前に入力した 10 文字が出力され、シーンが復元され、ユーザープログラムに戻り、3 を繰り返します。

ここに画像の説明を挿入
図1 ユーザプログラムのフローチャート

2. 割り込みサービスサブルーチンの考え方とフローチャート

手順は次のステップに分かれています (図 2)。

スタックをプッシュしてレジスタを保存（シーンを保護）
繰り返しチェックしKBSR[15]、であればKBSR[15]=1、入力された文字がキャリッジリターンであるかどうかをチェックします。復帰の場合は3を実行し、復帰でない場合は出力する文字を更新して2に戻ります。
ユーザープログラム内で以前に入力した 10 文字を改行で連続して出力します。
アンスタックしてレジスタを復元（コンテキストを復元）し、を実行しますRTI。

実験結果

実験結果は次のとおりです。

読み込むキーボードがない場合は、「」を交互に出力し、キーボードからICS文字「」を読み取って一時停止します（図3）。図 3 文字「」を読んだ後、Enter を入力する前の状況5

5
Enter を押すと、「5」を 10 個連続して出力し、元の表示に戻ります。「ICS」を交互に出力します (図 4)。

図 4 Enter を入力した後のシーン

4. 完全なコード

lab5_ユーザー_プログラム

; author: CAO-Wuhui
; date: 2021.6.19
; This is the program of user

		.ORIG    x3000
		LD	R6,STACK		; initialize the stack pointer saved in R6

							; set up the keyboard interrupt vector table entry
		LD	R1,ENTRANCE		; Interrupt Vector
		LD	R2,INTV			; The entrance of the interrupt service routine
		STR	R1,R2,#0		; If there is something input from keyboard, PC will go to x2000

							; enable keyboard interrupts
		LD	R3,IE				
		STI	R3,KBSR			; KBSR[14] = 1		

							; Start of actual user program to print ICS checkerboard
PRINT	LEA	R0,STR1			
		TRAP	x22			; Print the first string
		LEA	R0,STR2	
		JSR	DELAY
		TRAP	x22			; Print the second string
		JSR	DELAY
		BRnzp	PRINT		; Continue printing
		HALT

DELAY   ST  R1, SaveR1		
        LD  R1, COUNT
REP     ADD R1,R1,#-1
        BRp REP
        LD  R1, SaveR1
        RET

STR1	.STRINGZ	"ICS     ICS     ICS     ICS     ICS     ICS\n"
STR2	.STRINGZ	"    ICS     ICS     ICS     ICS     ICS\n"
IE		.FILL	x4000		;0100 0000 0000 0000
KBSR	.FILL	xFE00		
KBDR	.FILL	xFE02
COUNT   .FILL #25000
INTV	.FILL	x0180
ENTRANCE	.FILL	x2000
SaveR1  .FILL #0
STACK	.FILL	x3000
.END

lab5_interrupt_service_routine.asm

        .ORIG     x2000 ; the code
    
        ADD R6,R6,#-1
        STR R0,R6,#0
        ADD R6,R6,#-1
        STR R1,R6,#0
        ADD R6,R6,#-1
        STR R2,R6,#0
        ADD R6,R6,#-1
        STR R3,R6,#0

LOOP    ST  R0,SaveR0
CHECK   LDI R1,KBSR     ; Check the value of KBSR[15] 
        ADD R1,R1,#0    ; If KBSR[15] = 1, break
        BRzp    CHECK   ; 
        LDI R0,KBDR
        LD  R2,_ENDLINE ;
        ADD R2,R2,R0
        BRnp    LOOP
        AND R3,R3,#0
        ADD R3,R3,#10

P_LOOP  LD  R0,SaveR0
START   LDI R1,DSR      ; Check the value of DSR[15]
        BRzp    START   ; If DSR[15] = 1, break
        STI R0,DDR       
        ADD R3,R3,#-1
        BRp P_LOOP

P_ENDL  LD  R0,ENDLINE
        LDI R1,DSR
        BRzp    P_ENDL
        STI R0,DDR

        LDR R3,R6,#0
        ADD R6,R6,#1
        LDR R2,R6,#0
        ADD R6,R6,#1
        LDR R1,R6,#0
        ADD R6,R6,#1
        LDR R0,R6,#0
        ADD R6,R6,#1
        RTI

                          ; buffer space as required
_ENDLINE .FILL   xFFF6  ; _'\n'
ENDLINE .FILL   x000A   ; '\n'
SaveR0  .FILL   #0
KBSR    .FILL   xFE00
KBDR    .FILL   xFE02
DSR     .FILL   xFE04
DDR     .FILL   xFE06

        .END

LC-3遮断実験

1. 実験の目的

2. 実験内容

1. 実験の背景

2. 実験の説明