Tentamen i EIT070 Datorteknik

Tentamen i EIT070 Datorteknik
Institutionen för Elektro- och informationsteknik, LTH
Onsdagen den 11 mars 2009, klockan 14:00–19:00 i MA:10
Tillåtna hjälpmedel: på tentan utdelad formelsamling, miniräknare.
Skriv lösningar till varje uppgift på separata ark och använd endast ena sidan på varje ark. Ange namn, program
och startår på varje ark.
Motivera dina svar tydligt, kommentera all kod du skriver, samt redogör för alla antaganden du gör.
Skriv tydligt och läsbart.
Betygsgränserna är normalt 20 p för betyg 3, 30 p för betyg 4, och 40 p för betyg 5, av totalt 50 möjliga poäng.
Uppgift 1
Företaget Blinkmojt AB ska implementera en styrenhet för att styra trafikljusen i en fyrvägskorsning på Norra Ringen i
Lund. Följande designkrav gäller:
Det finns fyra likadana ljusfyrar för huvudvägen och fyra för sidovägen.
Varje väg har magnetiska sensorer i vägbanan, som talar om ifall en bil väntar.
Varje ljusfyr har en fotocell som reagerar på en annalkande bils färdljus, (särskilt om man helljusblinkar).
I viloläge skall alla riktningar ha rött ljus.
Om en magnetsensor eller fotocell indikerar att en bil finns skall ljusfyrarna på motsvarande väg genomlöpa
sekvensen rött => rött+gult => grönt => gult => rött, med lämpliga väntetider. Så länge det indikeras nya
bilar skall sekvensen repeteras. Ljusfyrarna på korsande väg ska givetvis samtidigt visa rött.
Om det indikeras bilar på båda vägarna, skall ovanstående sekvens köras först på ena vägen, sedan på den
andra och så vidare.
Systemet skall implementeras på en MIPS-processor i C och MIPS-assembler. Klockkrets finns på kortet.
Signaler från samtliga magnetsensorer och fotoceller finns tillgängliga som input till systemet och kan
kopplas till portar eller avbrott. Styrsignaler till ljusfyrarna kan skickas genom att man skriver bitar till portar.
Rita ett flödesschema för styrning av ljusfyrarna. Du behöver inte använda någon särskild syntax för ditt schema, men
det ska klart framgå vilka olika steg som finns, samt vilka in- och utsignaler som används, (5 p).
Den enklaste lösningen är att ha två oberoende trådar. Den ena reagerar på klockavbrott och håller rätt på hur långt
man kommit i körande sekvens, samt vilken typ av sekvens som ska startas när en gammal sekvens blivit klar. Den
andra tråden reagerar på avbrott från sensorer och fotoceller, läser av portarna för dessa, och håller rätt på vilken typ
av sekvens som ska köras härnäst.
Vilka insignaler bör kopplas till avbrott och vilka bör kopplas till inportar som läses på initiativ av programmet? Lista
samtliga insignaler och ange om de ska kopplas till avbrott eller inport, samt motivera noggrant varför, (5 p).
Avbrott kommer från kortets klockkrets, samt från magnetsensorer och fotoceller.
Ljusportarna skrivs för att ställa om hur fyrarna skall var tända.
Inportar från magnetsensorer och fotoceller läses för att avgöra om det finns bil på endera eller båda vägarna.
Sidan 1 av 4. Uppgifter finns på båda sidorna.

Uppgift 2
Betrakta följande C-funktion:
unsigned int strlen(char *s)
{
int i=0;
}
while (s[i] != 0) i=i+1;
callstat(35);
return i;
Funktionen räknar antalet tecken i en teckensträng. Ett tecken är åtta bitar. En sträng avslutas genom att sista tecknet är
noll. Inuti funktionen anropas en statistikrutin som räknar antalet anrop till funktionen. Argumentet 35 är ett heltal som
betyder att anropet gjordes av strlen. Skriv en version av strlen i MIPS-assembler. Du ska skriva komplett
assemblerkod, inklusive direktiv och kommentarer, och du måste följa samtliga MIPS programmeringskonventioner,
(10 p).
.text
.globl strlen
.ent strlen
strlen: subu sp, sp, 16 # reserve stack space
sw ra, 0(sp) # Save value of ra on stack
sw a0, 4(sp) # Save value of a0 on stack
add t0, zero, zero # initialize t0 to zero
repeat: add t1, a0, t0 # compute address to next character
lb t2, 0(t1) # load next character (byte) in string
beq t2, zero, ready # check if null character, if so ready
addi t0, t0, 1 # increment one byte
b repeat # repeat for next character
ready: sw t0, 8(sp) # store character count on stack
add a0, 35, zero # set argument (a0) to 35
jal callstat # call subroutine callstat
lw v0, 8(sp) # fetch computed result from stack
lw a0, 4(sp) # restore old value of a0
lw ra, 0(sp) # restore old value of ra
addu sp, sp, 16 # pop stack frame
jr ra # result is returned in v0
.end strlen
Sidan 2 av 4. Uppgifter finns på båda sidorna.

Uppgift 3
Studera följande C-kod:
int matrix[256][256];
void init()
{
int i, j;
for (i=0; i < 256; i++) {
for (j=0; j < 256; j++) {
matrix[i][j]=0;
}
}
}
Förklara hur man representerar matrisen matrix i assembler och hur den ligger lagrad i minnet, (2 p).
Det finns ingen särskild datastruktur för vektorer eller matriser i assembler. Matrisen ligger lagrad som 256*256
heltal om vardera 4 byte efter varandra i minnet.
Skriv kod i MIPS-assembler som motsvarar satsen matrix[i][j]=0; (8 p).
la t0, matrix # load base address for matrix
la t3, i # load address to variable i
lw t1, 0(t3) # load value of variable i
la t3, j # load address to variable j
lw t2, 0(t3) # load value of variable j
sll t1, t1, 8 # multiply i by 256
add t1, t1, t2 # add value of j
sll t1, t1, 2 # multiply by 4 to get “int” address
add t2, t0, t1 # add base and offsets
sw zero, 0(t2) # set zero int value in memory
Det är ganska mycket som ska göras för att ladda in ett värde från en matris i minnet. Först laddas adressen till den
första platsen i matrisen, (namnet matrix översätts till denna adress i assembler). Sedan hämtas värdena av i och j från
minnet. För att räkna ut rätt index måste i multipliceras med 256 och adderas till j. Sedan måste detta värde
multipliceras med fyra för att översätta till en address (det går fyra byte per int). Till sist läggs detta index ihop med
basadressen och värdet hämtas.
Uppgift 4
Ett trettiotvå bitars heltal n skall skiftas 4 steg år höger. Antag att n är 1000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 2,
(binärt). Man kan använda två olika skiftinstruktioner, nämligen srl (shift right logical) eller sra (shift right arithmetic).
Förklara hur skiftet går till för båda instruktionerna och visa resultaten i form av ett bitmönster, (4 p).
srl skiftar in nollor från vänster. Resultatet blir 0000 1000 0000 0000 0000 0000 0000 00002.
sra skiftar in bitar av samma tecken som den mest signifikanta.
Resultatet blir 1111 1000 0000 0000 0000 0000 0000 00002.
Vilken skiftinstruktion skall användas om n är deklarerat som unsigned int respektive int, (2 p)?
srl skiftar in nollar och passar därför ihop med unsigned int (positiva heltal), medan sra skiftar in teckenbitar och
passar ihop med int (tvåkomplement).
Vilken matematisk operation motsvarar det att man skiftar n 4 steg åt höger med sra, (2 p)?
Heltalsdivision med 2 4 alltså 16.
När ett avbrott i MIPS är betjänat av avbrottsrutinen, skall man hoppa tillbaks till exekveringen av det program som
avbröts. Hur vet man vart man ska hoppa, (2 p)?
Adressen till nästa instruktion när avbrottet skedde lagras i registret EPC. Man ska alltså avsluta en avbrottshantering
med att göra jr ’EPC’.
Sidan 3 av 4. Uppgifter finns på båda sidorna.

Uppgift 5
Ett inbyggt datorsystem för en tvättmaskin är konstruerat med en enkel MIPS-processor och ett RAMminne
på 256 MB. Alla program har rättighet att skriva var som helst i minnet. Den ökände Professor
Larsson har skrivit följande program, och lägger in det i datorsystemet. Notera att om man är professor,
behöver man inte skriva kommentarer i sina program.
.text
.globl start
.ent start
start: add t0, zero, zero
again: sw zero, 0(t0)
addiu t0, t0, 4
b again
.end start
Vad gör programmet när det exekveras, (3 p)? När kommer det att sluta, (2 p)? Vad händer då, (3 p)? Blir
det någon skillnad om man lägger till direktivet .set noreorder, (2 p)?
Registret t0 används som en adress till minnet. Programmet börjar alltså nollställa minnet, från låga
adresser till högre. Programmet kommer så småningom fram till sina egna instruktioner, och lägger in
värdet noll i minnet. Detta värde motsvarar instruktionen nop. När programmet ersatt instruktionen sw
zero, 0(t0) med nop slutar det nollställa minnet. Det fortsätter att räkna upp t0 tills värdet slår runt och blir
noll igen.. Programmet slutar alltså inte exekvera utan går i en oändlig loop.
Assemblern kommer att byta ordning på instruktionerna addiu t0, t0, 4 och b again. Om man anger .set
noreorder görs inte denna omsortering. Ingen av instruktionerna skrivs dock över, så bytet gör ingen
skillnad för programmets funktion.
Lycka till!
Sidan 4 av 4. Uppgifter finns på båda sidorna.