構造化プログラム
先週は、アドレッシングの話で、＃、！、＄が飛交い、少し
混乱していた哲さん。今週も、また様々な記号に悩まされる
ような気がして、足取りが少し重いのです。しかし、ロボは
元気いっぱいで、哲さんを引っ張っていきます。腹を決めて
今日も哲二さんの部屋のドアをノックするのでした。
哲 ：こんちは。先週は、アドレッシングの話だったなあ。
今週も同じかと思うと、少し気が重いぞ。
啓二：そうかなあ、慣れの問題だと思うけれど。
文系なんだから、言葉や記号については、違和感ないだろう。
哲 ：いや、文章や日常使い慣れていることなら、問題ない。が、マイコン
のアセンブリ言語ときたら、やたら決め事が多くてさ。
啓二：まあ、コンピュータは融通が利かないから、しょうがないなあ。
アセンブリ言語である程度話を進めるが、苦しいようなら、Ｃに変えるよ。
哲 ：その方がありがたい。ところで、今日の話は何だ。
啓二：構造化プログラムだよ。機械に近いレベルのアセンブリ言語だと、構造を
しっかり造ってからコーディングしないと、滅茶苦茶になってしまう。
そこで、構造化プログラムの技法を、最大限に利用するのさ。
哲 ：そうか。構造化プログラムでなくて、オブジェクト指向プログラムには
まだまだ遠いのかな。
啓二：やってやれないことはないが、オブジェクト指向プログラムはメモリを
大量に消費するから、マイコン向きではないのさ。
マウスとの情報交換に、オブジェクト指向プログラムは、大げさだし、
構造化プログラムで充分さ。何でも、オブジェクト指向でプログラム
する必要はない。Ｆ１カーを、渋滞の道で走らせるようなこともない。
まず、質問だ。適正プログラムとは、何だ。
哲 ：適正プログラムだって。それは、入口１カ所、出口１カ所の構造を
もったプログラムのことだ。
啓二：次の質問だ。適正プログラムの中で利用されている制御構造は、何だ。
哲 ：順次(sequence)、選択(selection)、反復(repeatition)の３つだ。
啓二：じゃあ、構造化定理は、どういうものだ。簡単に、述べよ。
哲 ：適正プログラムは、順次、選択、反復の３制御構造だけで記述可能である。
こんな程度かな。これが、アセンブリ言語でプログラムすることと関係が
あるのか。
啓二：大あり食い虫だ。順次、選択、反復の３つを利用してプログラムすると
非常にわかりやすいのさ。冗長な部分を、減らせることもある。
哲 ：そうか。それならば、何か例で示してくれよ。
啓二：いいよ。それじゃ、ハードウエアをテストするプログラムを作ってみよう。
これに、構造化プログラムを適用してみるか。
まずは、出力から調べてみることにしよう。
哲 ：そんな単純なことに、構造化プログラムを適用するのは、大げさじゃないか。
啓二：アセンブリ言語で、複雑な内容を作成しても、今のお前じゃ消化不良になる
だろう。だから、簡単な例で説明するんだよ。
哲 ：何か、騙されているような気がしないでも。
啓二：騙してなんかない。ポート２の４ビットにＬＥＤを接続していると仮定して
ＬＥＤを順次点灯する。要するに、半田付けが正しいかを確認してみる。
哲 ：じゃあ、まず仕様を作るか。
これで、どうだ。
啓二：いいんじゃない。最初にすべきことは、ポート２を出力に設定すること。
そして、全ＬＥＤを消灯しておくことだ。ただし、ポートの方向初期化
と値設定は、Appliletにパラメータを渡せば、必要なコードを生成して
くれる。だから、不要だ。
哲 ：VC++のWizardみたいだなあ。
啓二：あれよりも賢いさ。次に、どう動かすかだ。
哲 ：ええっと、４つのＬＥＤを右端から左端に点灯していき、戻ってくる。
これを繰返せばいいな。
啓二：入口１カ所、出口１カ所にするには、どうしたらいいんだ。
哲 ：入口では、右端のＬＥＤを点灯して、他は消灯だな。
０を点灯、１を消灯とすると、０００１をポート２に出力する。
右端ＬＥＤの一つ左を点灯しておいて、出口に向かう。
啓二：これで、適正プログラムのカタチにはなった。次に、中をどう構成するか。
順次、選択、反復のみで実現するんだ。
哲 ：半田付けが確実かどうかを調べるんだから、繰返し、即ち反復だな。
なら、出口と入口を結んで、ループを構成すればいい。
フローチャートもどきを作ってみるか。
初期化
ポート２に、０００１を出力
ポート２に、００１０を出力
ポート２に、０１００を出力
ポート２に、１０００を出力
ポート２に、０１００を出力
ポート２に、００１０を出力
もどる
啓二：フローチャートもどきにすると、順次と反復だけを適用しているなあ。
選択も使ってみようぜ。
哲 ：選択を使うならば、変数が必要になるな。変数を０〜５の範囲で動かして
変数値に対応したビットパターンを取出す。それをポート２に出力すると
できあがるな。
啓二：どうやら、構造化プログラムになったようじゃあないか。
もう少しフローを美しくしてみよう。
哲 ：そうだな。順次、選択、反復を利用したカタチにしたいよな。
step 0 変数iに対応したビットパターンを取出す
step 1 変数iを＋１する
step 2 変数iが６ならば、０とする
step 3 step 0に戻る
啓二：ここまで出来れば、ゆっくりとアセンブリ言語で記述する。
哲 ：わからないことがあるんだ。いいかな。
啓二：何だ。
哲 ：まず、ビットパターンを確保するには、どう書けばいいのかな。
啓二：データセグメント内に、ディレイティブを使って、列挙すればいい。
Ｃ言語の配列では
unsigned char ledtab[6] = { 1,2,4,8,4,2 };
アセンブリ言語では、こんな風にだ。
DSEG
LEDTAB: DB 0001b ; 0
DB 0010b ; 1
DB 0100b ; 2
DB 1000b ; 3
DB 0100b ; 4
DB 0010b ; 5
データセグメントの宣言は、DSEGを利用する。この後は、新たにセグメント
を定義するまで、有効になる。
ラベルLEDTABで、ビットパターンテーブルのエントリポイントを指定する。
哲 ：「：」（コロン）は、ラベルならば、必須なのか。
啓二：そうだよ。これ以降は、DB(Define Byte)で、１つ１つビットパターンを
書きこんでいけばいい。「；」（セミコロン）から右は、コメントとして
アセンブラは無視する。だから、エントリポイントからのオフセットを
コメントにしておいた。
哲 ：数字列の最後にある「ｂ」は、２進であることを示すんだな。
啓二：そう。先週も話したが、ｈが１６進、ｂが２進、何もつけないと１０進になる。
４ビットして定義しなかったけれど、上位は、アセンブラが補足するんだ。
哲 ：わからないことの２つ目。変数は、メモリ上にラベルを利用して確保するのか。
啓二：今回は、必要ないよ。レジスタを変数として利用すればいい。
哲 ：そういう方法もあるんだ。アセンブリ言語でも、結構柔軟性があるなあ。
啓二：少なくともプログラミング言語なんだから、それくらいの柔軟性がないとね。
そうそう７８ｋの場合、算術、論理演算に利用するレジスタは、Ａレジスタ
に限定していると考えた方がよい。命令の一覧表があれば、一目でわかるが
ないから、注意しておくよ。それじゃ、コーディングしてみるか。
哲 ：よし、やってみるか。
step 0 変数iに対応したビットパターンを取出す
この部分のコーディングになるな。ビットパターンは、テーブルに入っている
から、テーブルのアドレスを設定する必要があるなあ。
MOVW HL,#LEDTAB
としておけば、いいんだな。
で、変数iは、レジスタＢに割当てるとすると、ＨＬにＢの値を加算する。
Ｂは、０〜５までの範囲だから、レジスタＬにＢの値を加えればいいんだ。
おい、加算命令ってADDか。
啓二：そうだよ。それで、やってみなよ。
哲 ：簡単、簡単。ADD L,Bでどうだ。
啓二：ブー！ADD命令の転送先は、レジスタＡでないとならない。
哲 ：そんじゃ、一度レジスタＬの値をレジスタＡに転送して処理するんだ。面倒。
MOV A,L
ADD A,B
MOV L,A
これでいいだろう。
啓二：ピンポン。ＨＬレジスタペアが、変数iに対応したビットパターンを格納した
アドレスをもつから、データを取出しておかないとならない。
それは、MOV A,[HL]とする。
次に、ポート２に出力するには、MOV P2,Aと書けばいい。
じゃあ、全体を書いてみる。
哲 ：よし。
step 0 変数iに対応したビットパターンを取出す
MOVW HL,#LEDTAB
MOV A,L
ADD A,B
MOV L,A
MOV A,[HL]
MOV P2,A
啓二：あっと、忘れていた。回路図を見て、０を出力して点灯ならば、ビットを反転
しないとならない。ビット反転には、排他的論理和を利用する。ポート２へと
出力する前にビット反転する。XOR A,#0fhとすればよい。
哲 ：じゃあ、この命令を入れて、全体は、こうだな。
MOVW HL,#LEDTAB
MOV A,L ; HL <- HL + offset
ADD A,B
MOV L,A
MOV A,[HL] ; get bit pattern
XOR A,#0fh ; invert
MOV P2,A
啓二：次の処理は、変数のインクリメントだな。
先週話したように、便利なincがある。これは、レジスタＢでも使える。
哲 ：よし。
step 1 変数iを＋１する
INC B
となるなあ。
次は
step 2 変数iが６ならば、０とする
で、６と一致するかどうかか。これもレジスタＡに入れて
比較しないとならないのかな。
啓二：そうだ。比較には、cmp命令を使う。
哲 ：それならば、こうするか。
step 2 変数iが６ならば、０とする
MOV A,B ; A <- B
CMP A,#6
比較命令のときは、内部で減算しているようだな。
ああ、そうか、ここでＰＳＷのＺフラグを利用するんだな。
啓二：そういうことだ。Ｚフラグの値で、分岐先を決めてしまう。
分岐先は、ラベルを利用して、そこに移動するんだ。
分岐命令は、一致したときＺフラグがセットされるから、BZを
不一致のときは、BNZを利用する。
ラベルは、アドレスにつけた名札だから、＄記号を前につけて指定する。
Ｂは、Branchの頭文字からとったんだ。
哲 ：じゃあ、こんな風にするのか。
MOV A,B ; A <- B
CMP A,#6
BNZ $LOOP_END
LOOP_END:
啓二：うまい、うまい。でも、レジスタＢをクリアする命令がないぞ。
哲 ：おっと、分岐命令に気を取られていた。
MOV A,B ; A <- B
CMP A,#6
BNZ $LOOP_END
MOV B,#0 ; B <- 0
LOOP_END:
啓二：レジスタＢの値が確定したところで、元に戻ればいい。
これもラベルで、戻る場所を指定する。
MOV A,B ; A <- B
CMP A,#6
BNZ $LOOP_END
MOV B,#0 ; B <- 0
LOOP_END:
BR $LOOP_START
哲 ：全体をまとめてみるか。
MOVW HL,#LEDTAB
;
LOOP_START:
MOV A,L ; HL <- HL + offset
ADD A,B
MOV L,A
MOV A,[HL] ; get bit pattern
XOR A,#0fh ; invert
MOV P2,A
;
INC B
;
MOV A,B ; A <- B
CMP A,#6
BNZ $LOOP_END
MOV B,#0 ; B <- 0
LOOP_END:
BR $LOOP_START
啓二：ラベルLOOP_STARTが入口、ラベルLOOP_ENDが出口。確かに、
適正プログラムになっている。で、順次、選択、反復もある。
今日は、ここまでにだな。
哲 ：疲れたビー。ビールが飲みたい。
啓二：まったく、もう。お前、体にではなく、頭に栄養を入れろよ。