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            PIC 單片機 C 語言編程簡介(2)

            作者: 時間:2016-11-22 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
            11.5.7 PICC 中變量的絕對定位

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/201611/319596.htm

            首先必須強調(diào),在用 C 語言寫程序時變量一般由編譯器和連接器最后定位,在寫程序

            之時無需知道所定義的變量具體被放在哪個地址(除了 bank 必須聲明)。

            真正需要絕對定位的只是單片機中的那些特殊功能寄存器,而這些寄存器的地址定位在

            PICC 編譯環(huán)境所提供的頭文件中已經(jīng)實現(xiàn),無需用戶操心。編程員所要了解的也就是 PICC

            是如何定義這些特殊功能寄存器和其中的相關(guān)控制位的名稱。好在 PICC 的定義標準基本上

            按照芯片的數(shù)據(jù)手冊中的名稱描述進行,這樣就秉承了變量命名的一貫性。一個變量絕對定

            位的例子如下:

            unsigned char tmpData @ 0x20; //tmpData 定位在地址 0x20

            千萬注意,PICC 對絕對定位的變量不保留地址空間。換句話說,上面變量 tmpData 的

            地址是 0x20,但最后 0x20 處完全有可能又被分配給了其它變量使用,這樣就發(fā)生了地址沖

            突。因此針對變量的絕對定位要特別小心。從筆者的應(yīng)用經(jīng)驗看,在一般的程序設(shè)計中用戶

            自定義的變量實在是沒有絕對定位的必要。

            如果需要,位變量也可以絕對定位。但必須遵循上面介紹的位變量編址的方式。如果一

            個普通變量已經(jīng)被絕對定位,那么此變量中的每個數(shù)據(jù)位就可以用下面的計算方式實現(xiàn)位變

            量指派:

            unsigned char tmpData @ 0x20; //tmpData 定位在地址 0x20

            bit tmpBit0 @ tmpData*8+0; //tmpBit0 對應(yīng)于 tmpData 第 0 位

            bit tmpBit1 @ tmpData*8+1; //tmpBit0 對應(yīng)于 tmpData 第 1 位

            bit tmpBit2 @ tmpData*8+2; //tmpBit0 對應(yīng)于 tmpData 第 2 位

            如果 tmpData 事先沒有被絕對定位,那就不能用上面的位變量定位方式。

            11.5.8 PICC 的其它變量修飾關(guān)鍵詞

            &O1540; extern 外部變量聲明

            如果在一個 C 程序文件中要使用一些變量但其原型定義寫在另外的文件中,那么在本

            文件中必須將這些變量聲明成“extern”外部類型。例如程序文件 code1.c 中有如下定義:


            bank1 unsigned char var1, var2;


            //定義了 bank1 中的兩個變量


            在另外一個程序文件 code2.c 中要對上面定義的變量進行操作,則必須在程序的開頭定義:

            extern bank1 unsigned char var1, var2; //聲明位于 bank1 的外部變量

            &O1540; volatile — 易變型變量聲明

            PICC 中還有一個變量修飾詞在普通的 C 語言介紹中一般是看不到的,這就是關(guān)鍵詞

            “volatile”。顧名思義,它說明了一個變量的值是會隨機變化的,即使程序沒有刻意對它進

            行任何賦值操作。在單片機中,作為輸入的 IO 端口其內(nèi)容將是隨意變化的;在中斷內(nèi)被修

            改的變量相對主程序流程來講也是隨意變化的;很多特殊功能寄存器的值也將隨著指令的運

            行而動態(tài)改變。所有這種類型的變量必須將它們明確定義成“volatile”類型,例如:

            volatile unsigned char STATUS @ 0x03;

            volatile bit commFlag;

            “volatile”類型定義在單片機的 C 語言編程中是如此的重要,是因為它可以告訴編譯

            器的優(yōu)化處理器這些變量是實實在在存在的,在優(yōu)化過程中不能無故消除。假定你的程序定

            義了一個變量并對其作了一次賦值,但隨后就再也沒有對其進行任何讀寫操作,如果是非

            volatile 型變量,優(yōu)化后的結(jié)果是這個變量將有可能被徹底刪除以節(jié)約存儲空間。另外一種

            情形是在使用某一個變量進行連續(xù)的運算操作時,這個變量的值將在第一次操作時被復(fù)制到

            中間臨時變量中,如果它是非 volatile 型變量,則緊接其后的其它操作將有可能直接從臨時

            變量中取數(shù)以提高運行效率,顯然這樣做后對于那些隨機變化的參數(shù)就會出問題。只要將其

            定義成 volatile 類型后,編譯后的代碼就可以保證每次操作時直接從變量地址處取數(shù)。

            &O1540; const — 常數(shù)型變量聲明

            如果變量定義前冠以“const”類型修飾,那么所有這些變量就成為常數(shù),程序運行過

            程中不能對其修改。除了位變量,其它所有基本類型的變量或高級組合變量都將被存放在程

            序空間(ROM 區(qū))以節(jié)約數(shù)據(jù)存儲空間。顯然,被定義在 ROM 區(qū)的變量是不能再在程序

            中對其進行賦值修改的,這也是“const”的本來意義。實際上這些數(shù)據(jù)最終都將以“retlw”

            的指令形式存放在程序空間,但 PICC 會自動編譯生成相關(guān)的附加代碼從程序空間讀取這些

            常數(shù),編程員無需太多操心。例如:

            const unsigned char name[]=”This is a demo”; //定義一個常量字符串

            如果定義了 “const”類型的位變量,那么這些位變量還是被放置在 RAM 中,但程序

            不能對其賦值修改。本來,不能修改的位變量沒有什么太多的實際意義,相信大家在實際編

            程時不會大量用到。

            &O1540; persistent 非初始化變量聲明

            按照標準 C 語言的做法,程序在開始運行前首先要把所有定義的但沒有預(yù)置初值的變

            量全部清零。PICC 會在最后生成的機器碼中加入一小段初始化代碼來實現(xiàn)這一變量清零操

            作,且這一操作將在 main 函數(shù)被調(diào)用之前執(zhí)行。問題是作為一個單片機的控制系統(tǒng)有很多

            變量是不允許在程序復(fù)位后被清零的。為了達到這一目的,PICC 提供了“persistent”修飾

            詞以聲明此類變量無需在復(fù)位時自動清零,編程員應(yīng)該自己決定程序中的那些變量是必須聲

            明成“persisten”類型,而且須自己判斷什么時候需要對其進行初始化賦值。例如:

            persistent unsigned char hour,minute,second; //定義時分秒變量

            經(jīng)常用到的是如果程序經(jīng)上電復(fù)位后開始運行,那么需要將 persistent 型的變量初始化,

            如果是其它形式的復(fù)位,例如看門狗引發(fā)的復(fù)位,則無需對 persistent 型變量作任何修改。

            PIC 單片機內(nèi)提供了各種復(fù)位的判別標志,用戶程序可依具體設(shè)計靈活處理不同的復(fù)位情

            形。

            11.5.9 PICC 中的指針

            PICC 中指針的基本概念和標準 C 語法沒有太多的差別。但是在 PIC 單片機這一特定的

            架構(gòu)上,指針的定義方式還是有幾點需要特別注意。

            &O1540; 指向 RAM 的指針

            如果是匯編語言編程,實現(xiàn)指針尋址的方法肯定就是用 FSR 寄存器,PICC 也不例外。

            為了生成高效的代碼,PICC 在編譯 C 原程序時將指向 RAM 的指針操作最終用 FSR 來實現(xiàn)

            間接尋址。這樣就勢必產(chǎn)生一個問題:FSR 能夠直接連續(xù)尋址的范圍是 256 字節(jié)(bank0/1

            或 bank2/3),要覆蓋最大 512 字節(jié)的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲空間,又該如何讓定義指針?PICC 還是

            將這一問題留給編程員自己解決:在定義指針時必須明確指定該指針所適用的尋址區(qū)域,例

            如:

            unsigned char *ptr0; //①定義覆蓋 bank0/1 的指針

            bank2 unsigned char *ptr1; //②定義覆蓋 bank2/3 的指針

            bank3 unsigned char *ptr2; //③定義覆蓋 bank2/3 的指針

            上面定義了三個指針變量,其中①指針沒有任何 bank 限定,缺省就是指向 bank0 和 bank1;

            ②和③一個指明了 bank2,另一個指明了 bank3,但實際上兩者是一樣的,因為一個指針可

            以同時覆蓋兩個 bank 的存儲區(qū)域。另外,上面三個指針變量自身都存放在 bank0 中。我們

            將在稍后介紹如何在其它 bank 中存放指針變量。

            既然定義的指針有明確的 bank 適用區(qū)域,在對指針變量賦值時就必須實現(xiàn)類型匹配,

            下面的指針賦值將產(chǎn)生一個致命錯誤:


            unsigned char *ptr0;

            bank2 unsigned char buff[8];

            程序語句:


            //定義指向 bank0/1 的指針

            //定義 bank2 中的一個緩沖區(qū)


            ptr0 = buff; //錯誤!試圖將 bank2 內(nèi)的變量地址賦給指向 bank0/1 的指針

            若出現(xiàn)此類錯誤的指針操作,PICC 在最后連接時會告知類似于下面的信息:

            Fixup overflow in expression_r(...)

            同樣的道理,若函數(shù)調(diào)用時用了指針作為傳遞參數(shù),也必須注意 bank 作用域的匹配,

            而這點往往容易被忽視。假定有下面的函數(shù)實現(xiàn)發(fā)送一個字符串的功能:

            void SendMessage(unsigned char *);

            那么被發(fā)送的字符串必須位于 bank0 或 bank1 中。如果你還要發(fā)送位于 bank2 或 bank3 內(nèi)的

            字符串,必須再另外單獨寫一個函數(shù):

            void SendMessage_2(bank2 unsigned char *);

            這兩個函數(shù)從內(nèi)部代碼的實現(xiàn)來看可以一模一樣,但傳遞的參數(shù)類型不同。

            按筆者的應(yīng)用經(jīng)驗體會,如果你看到了“Fixup overflow”的錯誤指示,幾乎可以肯定

            是指針類型不匹配的賦值所至。請重點檢查程序中有關(guān)指針的操作。

            &O1540; 指向 ROM 常數(shù)的指針

            如果一組變量是已經(jīng)被定義在 ROM 區(qū)的常數(shù),那么指向它的指針可以這樣定義:


            const unsigned char company[]=”Microchip”;

            const unsigned char *romPtr;

            程序中可以對上面的指針變量賦值和實現(xiàn)取數(shù)操作:

            romPtr = company; //指針賦初值

            data = *romPtr++; //取指針指向的一個數(shù),然后指針加 1


            //定義 ROM 中的常數(shù)

            //定義指向 ROM 的指針


            反過來,下面的操作將是一個錯誤,因為該指針指向的是常數(shù)型變量,不能賦值。

            *romPtr = data; //往指針指向的地址寫一個數(shù)

            &O1540; 指向函數(shù)的指針

            單片機編程時函數(shù)指針的應(yīng)用相對較少,但作為標準 C 語法的一部分,PICC 同樣支持

            函數(shù)指針調(diào)用。如果你對編譯原理有一定的了解,就應(yīng)該明白在 PIC 單片機這一特定的架

            構(gòu)上實現(xiàn)函數(shù)指針調(diào)用的效率是不高的:PICC 將在 RAM 中建立一個調(diào)用返回表,真正的

            調(diào)用和返回過程是靠直接修改 PC 指針來實現(xiàn)的。因此,除非特殊算法的需要,建議大家盡

            量不要使用函數(shù)指針。

            &O1540; 指針的類型修飾

            前面介紹的指針定義都是最基本的形式。和普通變量一樣,指針定義也可以在前面加上

            特殊類型的修飾關(guān)鍵詞,例如“persistent”、“volatile”等。考慮指針本身還要限定其作用域,

            因此 PICC 中的指針定義初看起來顯得有點復(fù)雜,但只要了解各部分的具體含義,理解一個

            指針的實際用圖就變得很直接。

            ㈠ bank 修飾詞的位置含義

            前面介紹的一些指針有的作用于 bank0/1,有的作用于 bank2/3,但它們本身的存放位置

            全部在 bank0。顯然,在一個程序設(shè)計中指針變量將有可能被定位在任何可用的地址空間,

            這時,bank 修飾詞出現(xiàn)的位置就是一個關(guān)鍵,看下面的例子:

            //定義指向 bank0/1 的指針,指針變量為于 bank0 中

            unsigned char *ptr0;

            //定義指向 bank2/3 的指針,指針變量為于 bank0 中

            bank2 unsigned char *ptr0;

            //定義指向 bank2/3 的指針,指針變量為于 bank1 中

            bank2 unsigned char * bank1 ptr0;

            從中可以看出規(guī)律:前面的 bank 修飾詞指明了此指針的作用域;后面的 bank 修飾詞定義了

            此指針變量自身的存放位置。只要掌握了這一法則,你就可以定義任何作用域的指針且可以

            將指針變量放于任何 bank 中。

            ㈡ volatile、persistent 和 const 修飾詞的位置含義

            如果能理解上面介紹的 bank 修飾詞的位置含義,實際上 volatile、persistent 和 const 這

            些關(guān)鍵詞出現(xiàn)在前后不同位置上的含義規(guī)律是和 bank 一詞相一致的。例如:

            //定義指向 bank0/1 易變型字符變量的指針,指針變量位于 bank0 中且自身為非易變型

            volatile unsigned char *ptr0;

            //定義指向 bank2/3 非易變型字符變量的指針,指針變量位于 bank1 中且自身為易變型

            bank2 unsigned char * volatile bank1 ptr0;

            //定義指向 ROM 區(qū)的指針,指針變量本身也是存放于 ROM 區(qū)的常數(shù)

            const unsigned char * const ptr0;

            亦即出現(xiàn)在前面的修飾詞其作用對象是指針所指處的變量;出現(xiàn)在后面的修飾詞其作用對象

            就是指針變量自己。

            11.6


            PICC 中的子程序和函數(shù)

            中檔系列的 PIC 單片機程序空間有分頁的概念,但用 C 語言編程時基本不用太多關(guān)心


            代碼的分頁問題。因為所有函數(shù)或子程序調(diào)用時的頁面設(shè)定(如果代碼超過一個頁面)都由

            編譯器自動生成的指令實現(xiàn)。

            11.6.1 函數(shù)的代碼長度限制

            PICC 決定了 C 原程序中的一個函數(shù)經(jīng)編譯后生成的機器碼一定會放在同一個程序頁面

            內(nèi)。中檔系列的 PIC 單片機其一個程序頁面的長度是 2K 字,換句話說,用 C 語言編寫的任

            何一個函數(shù)最后生成的代碼不能超過 2K 字。一個良好的程序設(shè)計應(yīng)該有一個清晰的組織結(jié)

            構(gòu),把不同的功能用不同的函數(shù)實現(xiàn)是最好的方法,因此一個函數(shù) 2K 字長的限制一般不會

            對程序代碼的編寫產(chǎn)生太多影響。如果為實現(xiàn)特定的功能確實要連續(xù)編寫很長的程序,這時

            就必須把這些連續(xù)的代碼拆分成若干函數(shù),以保證每個函數(shù)最后編譯出的代碼不超過一個頁

            面空間。

            11.6.2 調(diào)用層次的控制

            中檔系列 PIC 單片機的硬件堆棧深度為 8 級,考慮中斷響應(yīng)需占用一級堆棧,所

            有函數(shù)調(diào)用嵌套的最大深度不要超過 7 級。編程員必須自己控制子程序調(diào)用時的嵌套深

            度以符合這一限制要求。

            PICC 在最后編譯連接成功后可以生成一個連接定位映射文件(*.map),在此文件

            中有詳細的函數(shù)調(diào)用嵌套指示圖“call graph”,建議大家要留意一下。其信息大致如下

            (取自于一示范程序的編譯結(jié)果):

            Call graph:

            *_main size 0,0 offset 0

            _RightShift_C

            * _Task size 0,1 offset 0

            lwtoft

            ftmul size 0,0 offset 0

            ftunpack1

            ftunpack2

            ftadd size 0,0 offset 0

            ftunpack1

            ftunpack2

            ftdenorm

            例 11-4 C 函數(shù)調(diào)用層次圖

            上面所舉的信息表明整個程序在正常調(diào)用子程序時嵌套最多為兩級(沒有考慮中斷)。因為

            main 函數(shù)不可能返回,故其不用計算在嵌套級數(shù)中。其中有些函數(shù)調(diào)用是編譯代碼時自動

            加入的庫函數(shù),這些函數(shù)調(diào)用從 C 原程序中無法直接看出,但在此嵌套指示圖上則一目了

            然。

            11.6.3 函數(shù)類型聲明

            PICC 在編譯時將嚴格進行函數(shù)調(diào)用時的類型檢查。一個良好的習慣是在編寫程序代碼

            前先聲明所有用到的函數(shù)類型。例如:

            void Task(void);

            unsigned char Temperature(void);

            void BIN2BCD(unsigned char);

            void TimeDisplay(unsigned char, unsigned char);

            這些類型聲明確定了函數(shù)的入口參數(shù)和返回值類型,這樣編譯器在編譯代碼時就能保證生成

            正確的機器碼。筆者在實際工作中有時碰到一些用戶聲稱發(fā)現(xiàn) C 編譯器生成了錯誤的代碼,

            最后究其原因就是因為沒有事先聲明函數(shù)類型所致。

            建議大家在編寫一個函數(shù)的原代碼時,立即將此函數(shù)的類型聲明復(fù)制到原文件的起始

            處,見例 11-1;或是復(fù)制到專門的包含頭文件中,再在每個原程序模塊中引用。

            11.6.4 中斷函數(shù)的實現(xiàn)

            PICC 可以實現(xiàn) C 語言的中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序有一個特殊的定義方法:

            void interrupt ISR(void);

            其中的函數(shù)名“ISR”可以改成任意合法的字母或數(shù)字組合,但其入口參數(shù)和返回參數(shù)類型

            必須是“void”型,亦即沒有入口參數(shù)和返回參數(shù),且中間必須有一個關(guān)鍵詞“interrupt”。

            中斷函數(shù)可以被放置在原程序的任意位置。因為已有關(guān)鍵詞“interrupt”聲明,PICC 在

            最后進行代碼連接時會自動將其定位到 0x0004 中斷入口處,實現(xiàn)中斷服務(wù)響應(yīng)。編譯器也

            會實現(xiàn)中斷函數(shù)的返回指令“retfie”。一個簡單的中斷服務(wù)示范函數(shù)如下:

            void interrupt ISR(void) //中斷服務(wù)程序

            {


            if (T0IE && T0IF)

            {

            T0IF = 0;

            //在此加入 TMR0 中斷服務(wù)

            }


            //判 TMR0 中斷

            //清除 TMR0 中斷標志


            if (TMR1IE && TMR1IF) //判 TMR1 中斷

            {


            TMR1IF0;

            //在此加入 TMR1 中斷服務(wù)

            }

            }


            //清除 TMR1 中斷標志

            //中斷結(jié)束并返回




            關(guān)鍵詞: PIC單片機C語言編

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