Diferencia entre revisiones de «La pila en MC9S08Q128 y su uso»

Revisión del 18:54 29 mar 2013

El microcontrolador MC9S08QE128 incluye un registro denominado "Stack pointer" o "Apuntador a pila", el cual sirve para controlar la función de pila que incluye éste. La pila cumple un papel extremadamente importante para la programación dentro del microcontrolador, pues permite guardar direcciones de memoria al momento de entrar en interrupciones, y permite guardar variables temporales o locales. Su buen uso es vital para poder crear códigos bien estructurados y sin tener que declarar variables globales una y otra vez. El uso de la pila puede hacer la diferencia entre un código ordenado y un completo desastre en programas con muchas subrutinas, pues esta sirve como una especie de "registro temporal" donde se pueden declarar un grupo de variables temporales que pueden ser limpiadas y utilizadas posteriormente para declarar otro grupo de variables.

¿Qué es la pila?:

La pila (Conocida en inglés como Stack) es un tipo de dato abstracto, donde predominan dos operaciones, insertar (Push) y retirar (Pop). La pila sigue el principio LIFO (Acrónimo para last in, first out) en el cual el último dato insertado es el primero que se puede retirar. Se puede representar de la siguiente manera: Cada dato es una hoja de papel, y se van acumulando los datos uno sobre otro. Solamente se puede retirar la hoja de papel que se encuentra en el tope de la pila, es decir, el dato que se insertó de ultimo.

El registro SP y su inicialización

Ver: Registro SP

Instrucciones del HCS08 relacionadas a la pila

Advertencias al momento de usar la pila

• Es obligatorio inicializar el Stack Pointer al comienzo del programa. Así no se utilice para guardar variables temporales propias, este se utiliza para guardar la dirección del Program Counter al realizar un branch a una subrutina o realizar una interrupción

• Se debe tener cuidado con la posición de memoria donde se inicializa el Stack Pointer, pues podría sobrelaparse y producir errores. Se recomienda siempre inicializarlo en la dirección 0x17FF

• Es muy importante siempre balancear la pila al momento de usarla. Balancear la pila se refiere a que al momento de declarar variables temporales y dejar de usarlas se deben limpiar dichas variables para poder usar el mismo espacio de memoria nuevamente

Como ejemplo a este punto, vease el siguiente código:

        
Rutina:
 
            PSHA   ;Hacemos Push tres veces del contenido del acumulador en pila
            PSHA
            PSHA

            CLRA   ;Limpiamos acumulador
            ADD 1,SP   ;Sumamos tres veces el acumulador con el contenido que tenía antes de hacer CLR.
            ADD 2,SP  
            ADD 3,SP

            STA Resultado  ;Guardamos el contenido en resultado

      
            CMPA #255
            BNE Rutina  ;Si el resultado no es 255, volvemos a ejecutar la rutina

Si inicializamos el Stack Pointer en 0x17FF, al ejecutar una vez la rutina SP apuntará a 0x17FC. La segunda vez que se ejecute la rutina, SP dejará de apuntar a 0x17FC y apuntará a 0x17F9. Observamos entonces que se van ocupando cada vez más posiciones de memoria, y si se ejecutara muchas veces la misma rutina, tarde o temprano la memoria de la pila se sobrelapará con la memoria del inicio de la RAM. Al no limpiarse las variables temporales (Aquellas introducidas por la operación PSHA), tarde o temprano ocurrirá el "Overflow" o desborde, al no poder agregar más elementos en la pila.

Para balancear la pila, es necesario limpiar las variables temporales al haber terminado la rutina. Es decir, debe haber tantas operaciones de PULL como operaciones de PUSH se hayan realizado

Rutina:
 


            PSHA   ;Hacemos Push tres veces del contenido del acumulador en pila. SP=17FE
            PSHA   ;SP=0x17FD
            PSHA   ;SP=0x17FC

            CLRA   ;Limpiamos acumulador
            ADD 1,SP   ;Sumamos tres veces el acumulador con el contenido que tenía antes de hacer CLR,
            ADD 2,SP   ;
            ADD 3,SP   ;

            STA Resultado  ;Guardamos el contenido en resultado

            PULA           ;Pull 3 veces para balancear pila, SP=0x17FD
            PULA           ;SP=0x17FE
            PULA           ;SP=0x17FF
            LDA Resultado  ;Recuperamos resultado para realizar comparación

      
            CMPA #255
            BNE Rutina  ;Si el resultado no es 255, volvemos a ejecutar la rutina

Otra alternativa es emplear la instrucción AIS

Rutina:
 


            PSHA   ;Hacemos Push tres veces del contenido del acumulador en pila
            PSHA
            PSHA   ;SP=0x17FC

            CLRA   ;Limpiamos acumulador
            ADD 1,SP   ;Sumamos tres veces el acumulador con el contenido que tenía antes de hacer CLR
            ADD 2,SP
            ADD 3,SP   

            STA Resultado  ;Guardamos el contenido en resultado

            AIS #3         ;Reseteamos pila a su posición original, SP=0x17FC + 0x0003 = 0x17FF
      
            CMPA #255
            BNE Rutina  ;Si el resultado no es 255, volvemos a ejecutar la rutina

• Es extremadamente importante realizar el mismo balanceo de pila al entrar en subrutinas e interrupciones, pues al acceder a alguna de las dos la posición del PC (En este caso, la posición donde se ejecutará la siguiente instrucción tras salir de la subrutina o interrupción) se guarda dentro de la pila, y al tratar de salir de la subrutina o interrupción, el microcontrolador siempre asume que SP está apuntando hacia la dirección de la instrucción que viene justo despues de la subrutina . Si no se balancea la pila, es prácticamente seguro que ocurrirá un error al tratar de regresar al programa principal. Como ejemplo, vease el siguiente código:

mainLoop:
            ; Insert your code here
            NOP
           
            BSR Subrutina   ;Al llegar aca, PC = 0x2086. Procedemos a la subrutina
           
           
           
            CLRA            ;PC=0x2088   
            BRA    mainLoop
           
           
           
   Subrutina:   

               ;Al entrar en esta subrutina, automaticamente se guarda el valor de la dirección de la próxima instrucción
               ;dentro de la pila, 0x2088. Al terminar la subrutina, PC debería apuntar a dicha dirección
  
            LDA #5
            PSHA   
            PSHA
            PSHA
           
            CLRA
            ADD 1,SP
            ADD 2,SP
            ADD 3,SP
           
            TAX
           
            PULA
            PULA

               ;Quedan tres valores en pila, 0x05, 0x20, 0x88
               ;Como SP está apuntando a la dirección de 0x05
               ;Al tratar de salir de la subrutina, se tomará el byte más significativo de PC como 0x05
               ;y el menos significativo como 0x20 , por lo que PC apuntará a 0x0520
               ;En lugar de apuntar a donde debería, 0x2088
           
            RTS

Si se balancea la pila en el código anterior, solamente quedarán dos valores almacenados en pila, 0x20 y 0x88, los cuales representan la dirección correcta hacia la proxima instrucción despues de la subrutina.

• Al comenzar a trabajar con la pila por primera vez en el programa, NO se debería comenzar con una instrucción de PULL. Coloquialmente hablando, no se puede sacar algo cuando no se ha metido nada, sin embargo el microcontrolador no se dará cuenta de ello y tratará de cargar el valor al que esté apuntando SP. Esto puede provocar conflictos, pues si se habia inicializado la pila en 0x17FF y se realiza una operación de Pull, SP apuntará hacia 0x1800, rompiendo con la condición inicial de que la base de la pila deb estar en 0x17FF. Al momento de programar, se fijan lineamientos y condiciones que de no seguirse, podrían provocar problemas en la lógica de los códigos y conflicto entre una y otras partes del programa.

• Es poco recomendable utilizar AIS para otra cosa que no sea limpiar variables. Si en lugar de sumarle valores positivos, se le suman valores negativos, el Stack Pointer se moverá varios espacios por encima del tope de la pila, dejando un espacio de memoria sin inicializar que podría traer problemas. Ejemplo:

LDHX #$17FF+1  ;Inicializamos Stack Pointer en 0x17FF
TXS

LDA #30
PSHA
LDA #40
PSHA         ;Metemos 40 en la pila, SP=0x17FD


AIS #-4      ;SP=0x17FD - 0x0004 = 0x17F9

PULA         ;Acá surgirá error
PULA

En el código de arriba se puede ver como se inicializa la pila en 0x17FF, se insertan dos bytes de datos, por lo que SP termina apuntando a 0x17FD. Luego, al realizar AIS #-4, se le resta 4 a SP y apunta hacia 0x17F9. Sin embargo, nunca se inicializaron los cuatro bytes entre 0x17F9 y 0x17FC, por lo que al tratar de realizar la operación de Pull surge error debido a que SP apunta a una región no inicializada

Ejemplos de códigos que emplean la pila

En construcción