LU-MOP-b

Mašīnorientētā programmēšana (MOP)

LU DF bakalaura studiju kurss DatZ4017, meklēt eStudijās.

• Pasniedzējs: Leo Seļāvo (epasts: vards.uzvards @ gmail.com)
• Kurss notiek attālināti: lekcijas un darbu apraksti pieejami tiešsaistē.
• Komunikācija ar pasniedzēju iespējama gan kursa formumā, gan pa epastu. Atsevišķos gadījumos iespējama arī videokonference. Klātienē ar jautājumiem un komentāriem iespējams vērsties pie Prof. Gunta Arnicāna.

Kursa mērķis

Kursa mērķis ir iepazīstināt ar zema līmeņa programmēšanu Asemblerā, lietojot ARM platformu kā konkrētu izstrādes mērķa vidi. Asemblera instrukcijas ir aparatūrai tuvākās procesora izpildes komandas, līdz ar to kursā tiek stāstīts arī par to, kā darbojas procesors un cita aparatūra, kādi ir tā resursi, un kā to ietekmēt ar Asemblera programmām. Tiek apskatīts arī kā veidot saskarni starp Asembleru un augstāka līmeņa programmām, tai skaitā C.

Šis ir nopiens kurss ar būtisku slodzi. Piemēram, varat iepazīties ar to, kā iepriekšējie studenti vērtējuši šo kursu: MOP-m kursa atsauksmes 2013. Veiksmi šajā gadā.

Vērtējums

Gala vērtējums kursā veidosies no sekojošiem faktoriem:

• Dalība kursā: jautājumi, atbildes, un diskusijas kursa komunikācijas vietnē.
• 40% - mājas darbi (MD)
• 30% - vidussemestra kontroldarbs (KD)
• 30% - eksāmens (EX). Eksāmena forma: kursa projekts vai rakstisks.

Lai saņemtu sekmīgu vertējumu visā kursā, kopumā jānopelna vismaz 40%, kas rezultātā dod atzīmi 4. Tātad, ar eksāmenu vien nepietiek, japilda arī citi darbi. Citu ierobežojumu nav.

Akadēmiskā goda sistēma - noteikumi, kuriem jums kā studentiem jāpiekrīt lai varētu sekmīgi piedalīties šajā kursā.

Kalendārs

Datums, nedēļa	Kursa saturs	Uzdevumi
08.02.2016.	Ievads kursā (lekcija). Kursa prasības un uzdevumi.
15.02.2016.	Ievads kursā (slaidi). Kursa mērķi. Iegultās un mazo procesoru sistēmas. ARM arhitektūra. Mācību izstrādes vide.	Uzdots MD0 mājas darbs, pieejams no e-studijām.
22.02.2016.	Sešpadsmitnieku un citas skaitīšatas sistēmas datoriem. (slaidi) Pārveidojumi starp dažādām sistēmām, aritmētiskās darbības. Biti, baiti, vārdi, nibbles.	MD0 termiņš
29.02.2016.	Skaitļu attēlošana papildkodā. (slaidi)
07.03.2016.	Procesora uzbūve. Operatīvā atmiņa. Procesora un atmiņas sadarbība. Adreses. Reģistri. Procesora režīmi. Programmu izstrādes vide. Serveris praktiskajiem darbiem ("asm1").
14.03.2016.	Programmu izstrādes vide un darba plūsma.
21.03.2016. - 28.03.2016.	Lieldienu brīvdienas
28.03.2016.	Komandu pieraksts, aritmētiskās un bitu operācijas.	Pasludināts MD1.
04.04.2016.	Vadības maiņas komandas, testi, bitu operācijas.
11.04.2016.	Adresācijas režīmi, darbs ar atmiņu.	Termiņš MD1 23:59.59 Pasludināts MD2.
18.04.2016.	Apakašprogrammu izsaukumi, saskarne ar "C".
25.04.2016.	Simboliskie dati, kodu tabulas.	Lielais kontroldarbs KD1 Tiešsaistē, pieejams no eStudijām, no 10:30 līdz 22:30. Kontroldarba ilgums 90 minūtes, tiks piefiksēts, bet jākontrolē pašiem.
02.05.2016.	Izteiksmes un makro valoda.	Termiņš MD2 23:59.59 Pasludināts kursa projekts KP.
09.05.2016.	Iekļautais asemblers.	KD1 noskaņto programmēšanas uzdevumu iesniegšanas termiņš līdz 23:59.
16.05.2016.	Programmatūras izstrādē lietoto rīku darbības principi. Instrukciju izpildes laiki. Sistēmas sāknēšana, priviliģētās operācijas.	Termiņš eksāmena formas izvēlei KD/KP.
23.06.2016.	Kursa vielas pārskats.
xx.06.2016.	10:30 Eksāmens	Termiņš visiem iesniedzamajiem darbiem 23:59.

KP

Kursa projekts.

Grafiskā bibliotēka.

MK1

Skaitļu formāti un pārveidošana: decimālā, heksadecimālā, oktālā, binārā.

MK2

Skaitļi ar zīmi, divnieka papildkodā, to pārveidošana.

MK3

Asemblera pirmkoda lasīšana un izpratne. Sekot neliela koda fragmentam un noteikt reģistru vērtības pēc tā izpildes.

MD1

Aritmētiskās progresijas summa (apraksts).

MD2

Matricu reizināšana (apraksts).

KD1

Isumā, KD1 paredzami jautājumi un jūsu atbildes, kā arī programmēšanas daļa 1-2 nelieliem uzdevumiem.

Sīkāki komentāri:

Kontroldarba tēmas ir visas lekcijas līdz kontroldarba datumam.

Kontroldarbā paredzami uzdevumi, kas balstīsies gan uz koda izpratni, gan arī programmu rakstīšana asemblerā.

Piemērs kontroldarbam varētu būt sekojošs:

1. Dots pirmkoda listings ar datu definīcijām. Uzrakstīt, kādās adresēs kādi dati atradīsies. Jāsaprot gan direktīvas pirmkoda izlīdzināšanai, gan datu tipi, tai skaitā simboliskie, piemēram, ascii un asciz, short, word, un tamlīdzīgi.
2. Dots pirmkods asemblerā (apmēram 8-15 rindiņas) un dažu reģistru saturs. Izsekot programmai un uzrakstīt kāds būs reģistru saturs pēc programmas izpildes. Jums jāatpazīst līdz šim apskatītās instrukcijas, tai skaitā MOV varianti, aritmētiskās, vadības kontroles (piem. BX), steka operāciju instrukcijas (piem. LDMFD), un parējās par ko runāts slaidos un video materiālā. Katram studentam uzdevums atšķirsies.
3. Uzrakstīt no C izsaucamu asemblera funkciju, kas apstrādā tai padotos datus īpašā veidā.
4. Uzrakstīt specifisku funkcijas kodu asemblerā kas lietojot "printf" izsaukumu (saskarne ar C, kā lekcijās) izvada tās rezultātu.

Komentāri par 3. un 4.: Kontroldarba laikā netiek sagaidīts, ka jūs pilnībā uzrakstīsiet šo kodu. Tā vietā tiek sagaidīts, ka jūsu rakstītais kods parādīs, ka jums ir skaidrs plāns kā rakstīt šādas programmas, un kā rakstīt saturīgu kodu asemblerā. Savukārt, pēc kontroldarba tiks dots laiks (vismaz nedēļa) lai šīs programmas uzrakstītu līdz galam, un noskaņotu. Tad tās tiek iesniegtas un vērtētas tā pat kā mājas darbi. Termiņi jau ir kursa wiki kalendārī.

Asemblera iemaņas 3. un 4. uzdevumiem nepārsniegs kursā apskatītās tēmas. Cerams, ka mājas darbu pildīšanas laikā būsiet guvuši vērtīgu pieredzi. Bez tās gan būs pagrūti.

Kontroldarba laikā nav aizliegts lietot literatūru. Savukārt, datoru lietot nav atļauts. Šeit es paļaujos uz jūsu goda prātu, kā arī uz Akadēmiskā goda sistēmu.

Kontroldarbs būs rakstāms e-studijās. Laiks tiks kontrolēts. Kontroldarba izpildei paredzētas 90 minūtes, tā pat kā lekcijas garums LU DF (2x45min).

KD2

Jautājumi un atbildes, kā arī programmēšanas daļa 1-2 nelieliem uzdevumiem.

Literatūra

Grāmatas un citi resursi

• ARM Architecture Reference Manual, (PDF), ARM DDI 0100I, ARM Limited, 2005.
• Intel R XScaleTM Microarchitecture Assembly Language Quick Reference Card ARM Instruction Set, Intel Corporation, 2001
• Intel XScale R Core Developer’s Manual, ON: 273473-002, Intel Corporation, 2004
• Intel R IXP42X Product Line of Network Processors and IXC1100 Control Plane Processor Developer’s Manual, ON: 252480-006US, Intel Corporation, 2006

• Patterson and Hennessy, Computer Organization and Design, 4th Edition (@Amazon)

• "Building Embedded Linux Systems" O'Reilly Media, 2008, ISBN 0596529686

• The “gas” manual

Pamācības

• Kā uzstādīt arm-linux-gnueabi-gcc un qemu-arm Ubuntu un Debian vidēs.
• Kā lietot atkļūmotāju gdb ar qemu emulātoru.

• GDB komandu īsais apraksts
• GDB rokasgrāmata

• Embedded Programming using the GNU Toolchain

• GNU Make rokasgrāmata

Saites

• Noderīgas Linux komandas
• Easy 6502 assembly tutorial

• The ARM Architecture - slaidi no Arm.
• ARM Architecture - Wikipedija

• Introduction to ARM at DaveSpace

• Linaro - Open source software for ARM SoCs.

Atziņas

• Teach yourself programming in 10 years by Peter Norvig