●間接アドレッシング
前回は、ＰＩＣ１８Ｆ４５５０のメモリバンク０に置いたユーザー定義レジスタと、バンク１５にあるシステムレジスタへのアクセスについては、ＰＩＣ１６Ｆでのプログラムと同じ感覚で行えば良い、ということを説明しました。
バンク０以外のメモリバンクに置いたレジスタに対しても、ＢＳＲレジスタにそのバンクを指定する値をセットすれば、バンク０に置いたレジスタと同じようにアクセスすることはできます。
ただバンク０以外については、そういうプログラムは実際には書くことが少ないのではないか、と思います。
前回説明しましたように、ＭＰＬＡＢに附属のＰＩＣアセンブラを使えば、メモリバンク０のアドレス０００〜０５Ｆの範囲に割り付けたユーザー定義レジスタだけではなくて、０６０〜０ＦＦに割り付けたユーザー定義レジスタに対しても、特別に意識することなく普通にプログラムを書いて、普通にアクセスすることができます。
０００〜０５Ｆ以外のＧＰＲ（ｇｅｎｅｒａｌ ｐｕｒｐｏｓｅ ＲＡＭ）に割り付けたレジスタをアクセスする命令を’ａ’パラメータを省略して書くと、アセンブラが’１’を付加する形で機械語に翻訳してくれるので、ＢＳＲ＝０ならば、０６０〜０ＦＦに置いたレジスタもそのままアクセスできるからです（リセット後にはＢＳＲの値が０になっています）。
前回は説明するのを忘れましたが、ＢＳＲというレジスタ名はＢａｎｋ Ｓｅｌｅｃｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒのイニシャルからきています。
０００〜０５Ｆの範囲だけで８ビットのレジスタ変数を９６個も定義することができます。
これに加えて０６０〜０ＦＦの範囲にも普通にアクセスできるユーザーレジスタ変数を定義することができるのですから、両方をあわせると、８ビットのユーザーレジスタ変数を２５６個も定義することができます。
普通のプログラムで変数を２５６個も使うなどということはないのではないか、と思います。
すると、さらにそれを超えて、そのほかのメモリバンクにもメモリバンク０と同じようなユーザーレジスタを定義して使う、などということは実際にはちょっと考えられないのではないでしょうか。
そうすると、バンク１〜バンク７は、実際にはどのような使われ方をするのでしょうか。
おそらく、主たる用途はメモリバッファとしての使われ方である、と考えられます。
今回はＰＩＣ１８Ｆ４５５０のＵＳＢ機能を使うことがそもそもの目的なのですが、ＵＳＢに限らず、いろいろな目的で、ある程度のまとまったデータを処理するようなプログラムをＰＩＣで書くような場合には、このバンク１〜バンク７のメモリバンクをデータバッファとして使うことになります。
たとえば２３２Ｃ通信のための、送受信バッファであるとか、ＡＤコンバータの測定データの蓄積バッファというような用途がその使われ方の一例です。
そのようなプログラムでは、メモリバッファの先頭から順に、ｄａｔａ１、ｄａｔａ２、ｄａｔａ３…というように名前をつけておいて、そこに順にデータを格納していく、などというプログラムは、書きません（５００バイトのデータバッファに５００個の名前をつけてひとつひとつ順番にアクセスする、などというプログラムはとても考えられません）。
そういうときのために、間接アドレッシングが利用されます。
ＰＩＣではＦＳＲレジスタとＩＮＤＦレジスタのペアが使われます。
ＦＳＲはＦｉｌｅ Ｓｅｌｅｃｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ、ＩＮＤＦはＩｎｄｉｒｅｃｔ Ｆｉｌｅから名づけられています。
ＰＩＣではメモリ上に置かれたレジスタを’ｆ’（Ｆｉｌｅ）と形容しているようで、そこからこういう名前がつけられているようです。
ＦＳＲレジスタとＩＮＤＦレジスタを使ったメモリの間接アドレッシングは、ＰＩＣ１８Ｆ４５５０だけではなくて、１６Ｆ８４や１６Ｆ６２８、１６Ｆ８８でも使うことができます。
たとえばＰＩＣ１６Ｆ８８Ｄａｔａｓｈｅｅｔでは次のように説明されています。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社ＰＩＣ１６Ｆ８８Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
こんな難しいものはわからん。
と思われるかも知れませんが、それはちょっとＭｉｃｒｏｃｈｉｐ社の説明が悪いのです。
こんなものは難しくもなんともないのです。
８０８０やＺ８０でごく普通にやっていることと全く同じなのです。
せっかく８０８０の回路を作ってきたのですから、８０８０の命令で説明してみます。
８０８０では普通にメモリをアクセスするにはどうするでしょうか。
たとえばアセンブラで、ＬＤＡ ＤＡＴＡ１などと書くと、これが直接アドレッシングで、機械語では、３Ａｘｘｘｘになります。
メモリアドレスＤＡＴＡ１（ｘｘｘｘ）の値をＡレジスタに入れる命令です。
その逆は、ＳＴＡ ＤＡＴＡ１です。機械語は３２ｘｘｘｘです。
Ａレジスタの値をメモリアドレスＤＡＴＡ１（ｘｘｘｘ）に入れる命令です。
メモリとレジスタの間のデータの転送にはもうひとつの方法がありました。
メモリをＭという記号であらわした命令です。
ＭＯＶ Ａ，Ｍは機械語では７Ｅになります。
メモリの値をＡレジスタに入れる命令です。
その逆はＭＯＶ Ｍ，Ａです。機械語は７７です。
Ａレジスタの値をメモリに入れる命令です。
８０８０でこのように使われるＭはＨＬレジスタで示されたメモリアドレスのことでした。
これが間接アドレッシングです。
ＨＬレジスタにアクセスしたいメモリアドレスを入れておいて、メモリをアクセスしながらＨＬレジスタをインクリメントまたはデクリメントしながら繰り返すことで、データバッファを簡単にアクセスすることが可能になります。
ＰＩＣのＦＳＲとＩＮＤＦを使ったアクセスも、８０８０のＨＬレジスタを使ったメモリアクセスと全く同じなのです。
８０８０のＨＬレジスタがＰＩＣのＦＳＲレジスタに相当し、また８０８０アセンブラ表記のＭがＰＩＣのＩＮＤＦに相当しているのです。
ＰＩＣ１６Ｆでは、ＦＳＲとＩＮＤＦは１組だけですが、ＰＩＣ１８Ｆ４５５０には、３組もあります。
ＦＳＲ０Ｈ、ＦＳＲ０ＬとＩＮＤＦ０
ＦＳＲ１Ｈ、ＦＳＲ１ＬとＩＮＤＦ１
ＦＳＲ２Ｈ、ＦＳＲ２Ｌ、ＩＮＤＦ２
という３組です。
前にも説明しましたように、ＰＩＣのレジスタは８ビットです。また命令のオペランド部も８ビットの範囲のメモリしかアクセスすることができません。
しかし、データメモリエリアは０００〜７ＦＦの範囲なので、８ビットではこの全メモリ範囲を直接アクセスすることはできません。
そこでダイレクトメモリアクセスでは、ＢＳＲレジスタを使ってバンク切り替えで、０００〜７ＦＦの範囲のメモリをアクセスするようにしています。
一方でＦＳＲとＩＮＤＦを使った間接アドレッシングでは、ＦＳＲをＨレジスタとＬレジスタの２つのレジスタにすることで（おお、８０８０のＨＬレジスタと全く同じです）、０００〜７ＦＦの全データメモリ範囲をアクセスできるようになっています。
すなわちＦＳＲ０Ｈ（ＦＳＲ１Ｈ、ＦＳＲ２Ｈも同じ）には、メモリアドレスの上位４ビット０〜７を与え、ＦＳＲ０Ｌ（ＦＳＲ１Ｌ、ＦＳＲ２Ｌも同じ）に下位８ビット００〜ＦＦを与えることによって、データメモリの全範囲をアクセスできるのです。
この場合には、ＢＳＲがどのバンクを指定していても、それにはとらわれることなくアクセスすることができます。
ＰＩＣ１８Ｆ４５５０のＤａｔａ Ｓｈｅｅｔで、ＦＳＲとＩＮＤＦを説明している部分を下に示します。
［出典］Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ社ＰＩＣ１８Ｆ４５５０Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ
ＦＳＲｎＨ、ＦＳＲｎＬにアドレス値を入れるには、普通にレジスタに値を入れるときと同じように、
ｍｏｖｌｗ ３
ｍｏｖｗｆ ＦＳＲ０Ｈ
movlw ４５
ｍｏｖｗｆ ＦＳＲ０Ｌ
のようにすることができます。
またＦＳＲｎＨ、ＦＳＲｎＬの値は、これも普通のレジスタのように、ｉｎｃｆ、ｄｅｃｆ、ｉｎｃｆｓｚ、ｄｅｃｆｓｚなどの命令でインクリメント、デクリメントすることができます。
上の例では、データメモリアドレス３４５が選択されますから、
ｍｏｖｆ ＩＮＤＦ０，ｗ
とすれば、３４５番地のデータがｗレジスタに入ります。
逆に、
ｍｏｖｗｆ ＩＮＤＦ０
とすれば、ｗレジスタの値が３４５番地に入れられることになります。
このあと、
ｉｎｃｆ ＦＳＲ０Ｌ
とすれば、その次のアドレス３４６番地が次に選択されることになりますし、
ｄｅｃｆ ＦＳＲ０Ｌ
とすれば、３４４番地が選択されることになります。
そのようにすれば、ＢＳＲの指定とは別のメモリバンクのｘ００〜ｘＦＦをアクセスすることができますし、ｉｎｃｆｓｚ、ｄｅｃｆｓｚと組み合わせて、上位レジスタのＦＳＲｎＨをインクリメント、デクリメントすることによって、バンクの境を越えてシームレスにメモリをアクセスすることも可能です。
このように、ＰＩＣ１８Ｆ４５５０には、８０８０のＨＬレジスタを使った間接メモリアクセスと全く同じ感覚で使えるＦＳＲ、ＩＮＤＦレジスタペアが３組も用意されていて、相互には全く独立して使うことができますから、この３組のペアレジスタによる間接メモリアクセスと、バンク０、バンク１５をアクセスするベーシックな直接メモリアクセスを必要に応じて使うことによって、かなり高度なプログラムが組めることがおわかりいただけると思います。
それだけでもＰＩＣ１８Ｆ４５５０は、ＰＩＣ１６Ｆとは比較できないくらい優れたパフォーマンスを有していることになるのですが、実は、このＰＩＣ１８Ｆ４５５０のＦＳＲ、ＩＮＤＦペアによるメモリアクセスには、もっと便利な機能が用意されていたのです。
本日は時間がなくなってしまいました。この続きはまた次回に説明いたします。
ＣＰＵをつくろう！第４１４回（２０１０．１．６ｕｐｌｏａｄ）を再編集
ＰＩＣでＵＳＢを！［第２２回］
２０１１．７．９ｕｐｌｏａｄ
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