PIC 單片機 C 語(yǔ)言編程簡(jiǎn)介(3)

11.6.5 標準庫函數

PICC 提供了較完整的 C 標準庫函數支持，其中包括數學(xué)運算函數和字符串操作函數。

在程序中使用這些現成的庫函數時(shí)需要注意的是入口參數必須在 bank0 中。

如果需要用到數學(xué)函數，則應在程序前 “#include ” 包含頭文件；如果要使

用字符串操作函數，就需要包含“#include ”頭文件。在這些頭文件中提供了函數

類(lèi)型的聲明。通過(guò)直接查看這些頭文件就可以知道 PICC 提供了哪些標準庫函數。

C 語(yǔ)言中常用的格式化打印函數“printf/sprintf”用在單片機的程序中時(shí)要特別謹慎。

printf/sprintf 是一個(gè)非常大的函數，一旦使用，你的程序代碼長(cháng)度就會(huì )增加很多。除非是在

編寫(xiě)試驗性質(zhì)的代碼，可以考慮使用格式化打印函數以簡(jiǎn)化測試程序；一般的最終產(chǎn)品設計

都是自己編寫(xiě)最精簡(jiǎn)的代碼實(shí)現特定格式的數據顯示和輸出。本來(lái)，在單片機應用中輸出的

數據格式都相對簡(jiǎn)單而且固定，實(shí)現起來(lái)應該很容易。

對于標準 C 語(yǔ)言的控制臺輸入（scanf）／輸出（printf）函數，PICC 需要用戶(hù)自己編寫(xiě)

其底層函數 getch()和 putch()。在單片機系統中實(shí)現 scanf/printf 本來(lái)就沒(méi)什么太多意義，如

果一定要實(shí)現，只要編寫(xiě)好特定的 getch()和 putch()函數，你就可以通過(guò)任何接口輸入或輸

出格式化的數據。

11.7

PICC 定義特殊區域值

PICC 提供了相關(guān)的預處理指令以實(shí)現在原程序中定義單片機的配置字和標記單元。

11.7.1 定義工作配置字

在原程序中定義 PIC 單片機工作配置字的重要性在前面章節中已經(jīng)闡述。在用 PICC 寫(xiě)

程序時(shí)同樣可以在 C 原程序中定義，具體方式如下：

__CONFIG (HS & UNPROTECT & PWRTEN & BORDIS & WDTEN);

上面的關(guān)鍵詞“__CONFIG”（注意前面有兩個(gè)下劃線(xiàn)符）專(zhuān)門(mén)用于是芯片配置字的設

定，后面括號中的各項配置位符號在特定型號單片機的頭文件中已經(jīng)定義（注意不是 pic.h

頭文件），相互之間用邏輯“與”操作符組合在一起。這樣定義的配置字信息最后將和程序

代碼一起放入同一個(gè) HEX 文件。

在這里列出了適用于 16F7x 系列單片機配置位符號預定義，其它型號或系列的單片機

配置字定義方式類(lèi)似，使用前查閱一下對應的頭文件即可。

#define RC

#define HS

0x3FFF // RC 振蕩

0x3FFE // HS 模式

#define XT

#define LP

0x3FFD // XT 模式

0x3FFC // LP 模式

#define WDTEN 0x3FFF // 看門(mén)狗打開(kāi)

#define WDTDIS

#define PWRTEN

0x3FFB // 看門(mén)狗關(guān)閉

0x3FF7 // 上電延時(shí)定時(shí)器打開(kāi)

#define PWRTDIS 0x3FFF // 上電延時(shí)定時(shí)器關(guān)閉

#define BOREN 0x3FFF // 低電壓復位允許

#define BORDIS

0x3FBF // 低電壓復位禁止

#define UNPROTECT 0x3FFF // 沒(méi)有代碼保護

#define PROTECT 0x3FEF // 程序代碼保護

例 11-6 頭文件預定義的配置信息符號

11.7.2 定義芯片標記單元

PIC 單片機中的標記單元定義可以用下面的__IDLOC（注意前面有兩個(gè)下劃線(xiàn)符）預處

理指令實(shí)現，方法如下：

__IDLOC (1234);

其特殊之處是括號內的值全部為 16 進(jìn)制數，不需要用“0x”引導。這樣上面的定義就設定

了標記單元內容為 01020304。

11.8

MPLAB-IDE 中實(shí)現 PICC 的編譯選項設置

在 11.3 節中已經(jīng)介紹了如何實(shí)現 PICC 和 MPLAB-IDE 開(kāi)發(fā)平臺的掛接。一旦項目建立

成功、程序編寫(xiě)完成后即可以通過(guò) MPLAB 環(huán)境下的項目管理工具實(shí)現程序的編譯、連接和

調試。它們的含義分別

是：

－項目維護（Make）：MPLAB 檢查項目中的原程序文件，只編譯那些在上次編

譯后又被修改過(guò)的原程序，最后進(jìn)行連接；

－項目重建（Build All）：項目中的所有原程序文件，不管是否有修改，都將被

重新編譯一次，最后進(jìn)行連接。

也可以通過(guò) Project 菜單選擇“Make”或“Build All”實(shí)現項目編譯。不管采用何種方

式，在啟動(dòng)編譯過(guò)程前一般都要設定一些編譯選項。

11.8.1 選擇單片機型號

在選擇 PICC 作為語(yǔ)言工具并建立了項目后，同樣通過(guò)菜單項 Configure&O1616;Select Device

在 MPLAB 環(huán)境中選擇具體單片機型號。請回顧一下例 11-1 的代碼，我們在原程序一開(kāi)始

使用了“#include ”實(shí)現了相關(guān)單片機的一些預定義符號的直接引用，但沒(méi)有具體指

明是哪一個(gè)型號。實(shí)際上，“pic.h”頭文件只是一個(gè)簡(jiǎn)單的管理工具（條件判別），它會(huì )按照

MPLAB 所選擇的特定型號的單片機，把真正對應的頭文件包含進(jìn)來(lái)。有興趣者可以直接用

文本編輯工具打開(kāi) pic.h 文件查看其是如何根據不同的單片機型號包含對應的頭文件。

這樣對編程員而言，程序中只需加上一句“#include ”即可。

11.8.2 PICC 普通編譯選項（General）設定

參考第三章 3.2.7 節的內容和圖 3-20 的指示說(shuō)明，啟動(dòng)編譯選項設定對話(huà)框。在使用

PICC 語(yǔ)言工具時(shí)對話(huà)框的內容和用 MPAMS 匯編工具相比完全不同。圖 11-3 為 PICC 編譯

環(huán)境下普通選項設定的界面。

在此界面中用戶(hù)唯一能改變的是編譯器查找頭文件時(shí)的指定路徑（Include Path），實(shí)際

上如果編譯器安裝沒(méi)有問(wèn)題，在此界面中這些普通選項的設定無(wú)需任何改動(dòng)，編譯器會(huì )自動(dòng)

到缺省認定的路徑中（編譯器安裝后的相關(guān)路徑）查找編譯所需的各類(lèi)文件。

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圖 11-3 PICC 普通選項設定圖 11-4 PICC 全局選項設定

11.8.3 PICC 全局選項設定（PICC Global）

全局選項將影響項目中所有 C 和匯編原程序的編譯，詳細的設定內容見(jiàn)圖 11-4。其中

必須關(guān)注的有：

&O1540; Compile for MPLAB ICD：如果你準備用 ICD 調試 C 語(yǔ)言編譯后的代碼，那么此項

就必須打鉤選中。這樣編譯后的結果就能保證 ICD 本身使用的芯片資源（一小部

分的程序和數據空間）不被應用程序所占用。

&O1540; Treat ‘char’ as signed：為了提高編譯后的代碼效率，PICC 缺省認定‘char’型變量也

是無(wú)符號數。如果在設計中需要使用帶符號的‘char’型變量，此項就應該被選中。

&O1540; Floating point ‘double’ width：同樣為了提高編譯后的代碼效率，PICC 缺省認定

‘double’型的雙精度浮點(diǎn)數變量的實(shí)現長(cháng)度為 24 位（等同于普通 float 型浮點(diǎn)數）。

在這里可以選擇使其長(cháng)度達 32 位。這樣數值計算的精度將得到提高，但代碼長(cháng)度

將增加，計算速度也會(huì )降低，所以請在權衡利弊后作出你自己的決定。

11.8.4 C 編譯器選項設定（PICC Compiler）

項目中所有的 C 原程序都將通過(guò) C 編譯器編譯成機器碼，這些選項決定了 C 編譯器是

如何工作的。所有選項又分為兩組：普通選項（General）和高級選項（Advanced），分別見(jiàn)

圖 11-5A 和 11-5B。

C 編譯器的普通選項最重要的就是針對代碼優(yōu)化的設定。如果沒(méi)有特殊原因，應該設定

全局優(yōu)化級別為 9 級（最高級別優(yōu)化），同時(shí)使用匯編級優(yōu)化，這樣最終得到的代碼效率最

高（長(cháng)度和執行速度兩方面）。按筆者的使用經(jīng)驗，僅從代碼長(cháng)度去比較，使用最高級別優(yōu)

化后代碼長(cháng)度至少可以減少 20%（2K 字以上的程序）。而且 PICC 的優(yōu)化器相當可靠，一般

%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/11.jpg" src="file:///F:/data/%C3%83%C2%8F%C3%83%C2%82%C3%83%C2%94%C3%83%C2%98/PIC%C3%82%C2%B5%C3%82%C2%A5%C3%83%C2%86%C3%82%C2%AC%C3%82%C2%BB%C3%83%C2%BAC%C3%83%C2%93%C3%83%C2%AF%C3%83%C2%91%C3%83%C2%94%C3%82%C2%B1%C3%83%C2%A0%3Cwbr%3E%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/11.jpg" /> %C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/12.jpg" src="file:///F:/data/%C3%83%C2%8F%C3%83%C2%82%C3%83%C2%94%C3%83%C2%98/PIC%C3%82%C2%B5%C3%82%C2%A5%C3%83%C2%86%C3%82%C2%AC%C3%82%C2%BB%C3%83%C2%BAC%C3%83%C2%93%C3%83%C2%AF%C3%83%C2%91%C3%83%C2%94%C3%82%C2%B1%C3%83%C2%A0%3Cwbr%3E%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%BD%C3%83%C2%8C%C3%82%C2%B3%C3%83%C2%8C.files/12.jpg" />

（A）常用選項 （B） 高級選項

圖 11-5 C 編譯器選項設定

不會(huì )因為使用優(yōu)化從而使生成的程序出現錯誤。碰到的一些問(wèn)題也基本都是用戶(hù)編寫(xiě)的原程

序有漏洞所導致，例如一些變量應該是 volatile 型但編程員沒(méi)有明確定義，在優(yōu)化前程序可

以正常運行，一旦使用優(yōu)化，程序運行就出現異常。顯然，把出現的這些問(wèn)題歸罪到編譯器

是毫無(wú)道理的。

使用優(yōu)化后可能對原程序級的調試帶來(lái)一些不便之處。因 PICC 可能會(huì )重組編譯后的代

碼，例如多處重復的代碼可能會(huì )改成同一個(gè)子程序調用以節約程序空間，這樣在調試過(guò)程中

跟蹤原程序時(shí)可能會(huì )出現程序亂跳的現象，這基本是正常的。若為了強調更直觀(guān)的代碼調試

過(guò)程，你可以將優(yōu)化級別降低甚至關(guān)閉所有優(yōu)化功能，這樣調試時(shí)程序的運行就可以按部就

班了。

C 編譯器的高級選項設定基本都是針對診斷信息輸出的，和生成的代碼無(wú)關(guān)。用得相對

較多的選項有：

&O1540; Generate assembly list file：編譯器生成 C 原程序的匯編列表文件（*.lst）。在此文件

中列出了每一行 C 原代碼對應的匯編指令，但這些都是優(yōu)化前的代碼。簡(jiǎn)單的一

條 C 語(yǔ)句被翻譯成匯編指令后可能有好幾條。有時(shí)匯編列表文件可以作為解決問(wèn)

題的輔助手段。如果你懷疑編譯器生成的代碼有錯誤，不妨先產(chǎn)生對應的匯編列表

文件，看看在優(yōu)化前一條 C 語(yǔ)句被編譯后的匯編碼到底是什么。

&O1540; Compile to assembly only：這一選項的作用是把&n, bsp; C 原程序編譯成匯編指令文件

（*.as），此時(shí)將不生成目標文件，也不進(jìn)行最后的連接定位。這一選項在 C 和匯

編混合編程時(shí)特別有用。通過(guò)解讀 C 程序對應的匯編指令，可以掌握 C 程序中存

取變量的具體方法，然后用在自己編寫(xiě)的匯編指令中。我們將在稍后專(zhuān)門(mén)做介紹。

11.8.5 連接器選項設定（PICC Linker）

連接器 PICC Linker 的選項基本不用作太多的改變，在圖 11-6 的對話(huà)框中顯示了可設定的各類(lèi)

項目。其中有兩項有用的信息輸出可以考慮加以利用：

&O1540; Generate map file：生成連接定位映射文件。在此映射文件中詳細列出了所有程

序用到的變量的具體物理地址；所有函數的入口地址；函數相互之間調用的層次關(guān)系和深度等。這

些信息對于程序的調試將非常有用。此文件將以擴展名“*.map”的形式存放在同一個(gè)項目路徑

下，需要時(shí)可以用任何文本編輯器打開(kāi)觀(guān)察。

&O1540; Display memory-segment usage：顯示詳細的內存分配和使用情況報告。用戶(hù)可以

了解到程序空間和數據存儲器空間資源分配的細節。下面列舉了在一個(gè)項目編譯后實(shí)際的內存使用

信息，為方便理解筆者用“//”添加了一些注釋?zhuān)?/p>

Psect Usage Map: //程序段定位表

Psect | Contents | Memory Range

----------|------------------------------|--------------------

powerup | Power on reset code | $0000 - $0003

intentry | Interrupt service routine | $0004 - $000C

intcode | Interrupt service routine | $000D - $002C

intret | Interrupt service routine | $002D - $0035

init | Initialization code | $0036 - $003D

end_init | Initialization code | $003E - $0040

clrtext | Memory clearing code | $0041 - $0047

const3 | Strings and constant data | $0048 - $0060

const | Strings and constant data | $0061 - $0071

const2 | Strings and constant data | $0072 - $0076

text | Program and library code | $0576 - $0582

text | Program and library code | $0583 - $07C7

float_te | Arithmetic routine code | $07C8 - $07FF

rbss_0 | Bank 0 RAM variables | $0021 - $0042

temp | Temporary RAM data | $0043 - $0047

nvram | Persistent RAM data | $0048 - $004A

intsave | Registers saved on interrupt | $004B - $004D

intsave | Registers saved on interrupt | $007F - $007F

intsave_1 | Saved copy of W in bank 1 | $00FF - $00FF

rbit_0 | Bank 0 bit variables | $0100 - $0104

config | User-programmed CONFIG bits | $2007 - $2007

Memory Usage Map:

//程序空間代碼定位地址分布

//存儲空間使用情況報告

Program ROM $0000 - $0076 $0077 ( 119) words

Program ROM $0576 - $07FF $028A ( 650) words

$0301 ( 769) words total Program ROM

//bank0 數據空間變量地址分布

Bank 0 RAM $0021 - $004D $002D ( 45) bytes

Bank 0 RAM $007F - $007F $0001 ( 1) bytes

$002E ( 46) bytes total Bank 0 RAM

//bank1 數據空間變量地址分布

Bank 1 RAM $00FF - $00FF $0001 ( 1) bytes total Bank 1 RAM

//bank0 數據空間位變量地址分布

Bank 0 Bits $0100 - $0104 $0005 ( 5) bits total Bank 0 Bits

//配置字地址

Config Data $2007 - $2007 $0001 ( 1) words total Config Data

Program statistics:

//程序總體資源消耗統計

Total ROM used 769 words (18.8%) //生成代碼字總數和程序空間使用率

Total RAM used 48 bytes (25.0%) //使用數據字節數和數據空間使用率

例 11-7 編譯后程序使用的內存信息

11.8.6 匯編器選項設定（PICC Assembler）

PICC 環(huán)境提供了自己的匯編編譯器，它和 Microchip 公司提供的 MPASM 編譯器在原

程序的語(yǔ)法表達方面要求稍有不同。另外，PICC 的匯編編譯器要求輸入原程序文件的擴展

名是“*.as”，而 MPASM 缺省認定的原程序以“*.asm”為擴展名。

在基于 PICC 編譯環(huán)境下開(kāi)發(fā) PIC 單片機的 C 語(yǔ)言應用程序時(shí)基本無(wú)需關(guān)心其匯編編譯

器，除非是在混合語(yǔ)言編程時(shí)用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)完整的匯編原程序模塊文件。其編譯選項設定

的對話(huà)框見(jiàn)圖 11-7，最重要的是優(yōu)化使能控制項“Enable optimization”,一般情況下應該使

用匯編器的優(yōu)化以節約程序空間。