LU-MOP-b

Īsceļi: Kalendārs | Pārbaudījumi | HW | Projekts | Literatūra | Pamācības | Šodiena: 11.11.2026. : Rītdiena: 12.11.2026. (ja ir lekcija)

Mašīnorientētā programmēšana (MOP)

LU DF bakalaura studiju kurss DatZ4017, meklēt eStudijās.

• Pasniedzējs: Leo Seļāvo (epasts: vards.uzvards @ gmail.com)
• Komunikācija ar pasniedzēju iespējama gan kursa forumā, gan pa epastu, vai arī iepriekš sarunājot, klātienē.

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 nopietns kurss ar būtisku slodzi. Piemēram, varat iepazīties ar to, kā iepriekšējo gadu studenti vērtējuši šo kursu: MOP-m kursa atsauksmes. Veiksmi šajā gadā.

Vērtējums

Gala vērtējums kursā veidosies no sekojošiem faktoriem:

• Dalība kursā: jautājumi, atbildes, un diskusijas, tai skaitā kursa komunikācijas vietnē.
• 15% - mazie kontroldarbi (Q: 3+3+9)
• 35% - mājas darbi (HW: 15+20)
• 25% - semestra vidus kontroldarbs (MT1)
• 25% - eksāmens (EX). Eksāmena forma: kursa projekts vai rakstisks.

Lai saņemtu sekmīgu vērtējumu kursā, jāsavāc vismaz 40% kopā par visiem kursa darbiem, un jānoliek eksāmens ar vērtējumu vismaz 40%. Tātad, ar eksāmenu vien nepietiek, jāpilda arī citi darbi.

Vienīgie attaisnojumi nerakstītam darbam, ar iespēju to rakstīt vēlāk, ir:

• dokumentētas veselības problēmas, vai arī
• dalība kādā stratēģiski valstij vai universitātei nozīmīgā pasākumā, piemēram, starptautiskās sacensībās Latvijas izlasē vai zinātniskā konferencē, vai arī
• ģimenes locekļa bēres vai cita traģēdija ģimenē.

Visos citos gadījumos par nerakstītu darbu vērtējums ir 0 punktu.

Akadēmiskā goda sistēma

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

Kalendārs

Datums, nedēļa	Kursa saturs	Uzdevumi
1.09.2026.	Ievads kursā (lekcija). Kursa prasības un uzdevumi.	Uzstādiet Ubuntu vai citu Debian saimes Linux darba vidi uz sava datora, kurā strādāsiet pie kursa uzdevumiem. Kursā mēs izmantosim ARM kros-kompilācijas rīkus. Ubuntu operētājsistēmu Jūs varat darbināt kādā no sekojošiem veidiem: tiešā veidā (native installation); "Dual boot" režīmā, blakus jūsu ikdienas operētājsistēmai; kā virtuālu mašīnu zem jūsu iecienītās operētājsistēmas (MS Windows vai MacOS).
8.09.2026.	Sešpadsmitnieku un citas skaitīšatas sistēmas datoriem. Pārveidojumi starp dažādām sistēmām, aritmētiskās darbības. Biti, baiti, vārdi, nibbles. Lab: Skaitļu pārveidošana starp skaitīšanas sistēmām ar dažādām bāzēm.
15.09.2026.	Skaitļu attēlošana papildkodā. Lab: Q1 risinājums. Negatīvi skaitļi aparatūrā.	HW0 termiņš Mazais kontroldarbs Q1
22.09.2026.	Iegultās un mazo procesoru sistēmas. ARM arhitektūra. Mācību izstrādes vide. Procesora uzbūve. Operatīvā atmiņa. Procesora un atmiņas sadarbība. Adreses. Reģistri. Procesora režīmi. Lab: Q2 risinājums	Mazais kontroldarbs Q2 Pasludināts HW1.
29.09.2026.	Programmu izstrādes vide un darba plūsma. Lab: Makefile uzbūve un veidošana
6.10.2026.	Komandu pieraksts, aritmētiskās un bitu operācijas. (video) Lab. Asemblera programmas trasēšana, sekošana reģistru vērtībām.	Pasludināts HW2.
13.10.2026.	Vadības maiņas komandas, testi, bitu operācijas. (video) Lab. Q3 pārskats	Gatavošanās Q3
20.10.2026.	Adresācijas režīmi, darbs ar atmiņu. (video) Lab: GDB Atkļūdotāja lietošana ar qemu-arm	Mazais kontroldarbs Q3 Termiņš HW1 23:59
27.10.2026.	Apakšprogrammu izsaukumi, saskarne ar "C". (video)
3.11.2026.	Simboliskie dati, kodu tabulas. (video)	Termiņš HW2 23:59
10.11.2026.	Lielais kontroldarbs MT.	Kontroldarba programmēšanas uzdevumi jāiesniedz serverī līdz trešdienas, 11.11.2026. beigām. Uzdevuma apraksts (būs) pieejams eStudijās. Pasludināts kursa projekts KP.
17.11.2026.	Izteiksmes un makro valoda. (video)
24.11.2026.	Iekļautais asemblers. Programmatūras izstrādē lietoto rīku darbības principi. Koda optimizācijas.	Termiņš eksāmena formas izvēlei KD/KP (23:59)
1.12.2026.	Instrukciju izpildes laiki. Intel XScale R Core Developer’s Manual A.2.1.2 — bilde ar procesora instrukciju izpildes “cauruli” un tuvumā esošie teksti, par to, kā pa to virzās instrukcijas; 10.4 — cik ātri izpildās instrukcijas, piemēram, reizināšana; 5 — kā strādā zarošanās paredzēšanas mehānisms; 4 un 6 — cache atmiņa pastāv un noder, un ir atsevišķa gan instrukcijām, gan datiem; A.3–A.5 — paanalizējam Intel-a ieteiktās optimizācijas.
8.12.2026.	Sistēmas uz čipa (SoC) Dokumentācija (datasheet), tipiskas sadaļas. Atmiņas izklājums (memory map) Komunikācijas protokoli: RS232, USB, SPI, I2C, 1-wire, CAN. Perifērijs iekārtas: Taimeri, GPIO, USART Watchdog taimeris Sistēmas sāknēšana, priviliģētās operācijas. Case study: Atmega 328P (datasheet) Atmega8 apraksts Kursa vielas pārskats
15.12.2026.	12:30 Eksāmens - Kontroldarbs KD2 12:30 Eksāmens - termiņš kursa projektam	Termiņš visiem iesniedzamajiem darbiem 23:59. Tai skaitā: noskaņotam KD2 programmēšanas uzdevumam uz servera (apraksts (būs) pieejams eStudijās). MT programmēšanas uzdevumiem, atkārtota iesniegšanas iespēja ar 50% vertību. HW1 un HW2, atkārtota iesniegšanas iespēja ar 50% vertību.

Pārbaudījumi

Tipiskas kļūdas pārbaudījumos:

• Ja prasīts izvadīt tikai rezultātu, tad TIKAI rezultātu. Piemēram "17" nevis "summa=17".
• Uzdevumu iesniedzamo direktoriju un failu vārdi ir "case sensitive". Piemēram, ja prasība ir "hw1", tad "HW1" tiks ignorēta.
• Programmu izpilde jātestē uz kursa servera. Pat, ja programma iet uz jūsu datora bet neiet uz servera, tā netiks ieskaitīta.
• Kompilējot programmas jālieto XScale arhitektūra, gluži kā laboratorijas 1. darba Makefile piemērā. Nenorādot arhitektūru var rasties programmas kļūdas par ko gcc neinformē, piemēram, mov ar konstanti kas garāka par 8 bitiem.

Q1

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

Mazais kontroldarbs būs pieejams estudijās.

Q2

Skaitļi ar zīmi, divnieka papildkodā, to pārveidošana.

Mazais kontroldarbs būs pieejams estudijās.

Q3

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

Mazais kontroldarbs būs pieejams estudijās.

Mājas darbi

HW0

1. Pieslēgties kursa serverim.
2. Savā mājas direktorijā izveidot direktoriju md0
3. Direktorijā md0 izveidot teksta failu out.txt kurā ierakstīts teksts "aRM" bez pēdiņām.

HW1

Aritmētiskās progresijas summa (apraksts).

HW2

Matricu reizināšana (apraksts).

KP

Kursa projekts.

Grafiskā bibliotēka.

Literatūra

Makefile

• A simple Makefile tutorial
• Embedded Programming using the GNU Toolchain
• GNU Make rokasgrāmata

GDB

• GDB getting started tutorial
• GDB pamācība no UMD

• GDB komandu īsais apraksts no PDX
• GDB rokasgrāmata

Asemblers

• The “gas” manual, directives etc.

• ARM assembler in Raspberry Pi

• ARM Assembly Language Programming (AALP) online book by Pete Cockerell

ARM

• ARM instruction set quick reference - from U.Wisconsin.

• A32 instruction summary
  • Šeit pieejami visu instrukciju apraksti

• Application Binary Interface (ABI) for the Arm architecture
• ARM A32 instruction set. Note, that ARM has several instruction sets described here

• ARM Architecture Reference Manual, (PDF), ARM DDI 0100I, ARM Limited, 2005.
• ARM DeveloperSuite Assembler Guide: (web), (pdf).
  • Šeit arī pieejami visu instrukciju apraksti: Chapter 4, ARM Instruction Reference.

Xscale

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

Grāmatas un citi resursi

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

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

Pamācības

• Kā uzstādīt ARM qemu un gdb Ubuntu un Debian vidēs.
• Kā lietot atkļūmotāju gdb ar qemu emulātoru.

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.

• Goldbolt.org - Compiler explorer

Dažādi

• Pentium FOOF bug: main = 0xc8c70ff0;
• Spēļu programmēšana 8 bitu arhitektūrā

Atziņas

• Teach yourself programming in 10 years by Peter Norvig
• Should I learn assembly language to program a microcontroller? - Answer on Quora by software R&D professional with 40 years of experience.