基于PICC編譯環(huán)境的PIC程序編寫(xiě)

　　本文主要以HiTech PICC為基礎，介紹PIC的C語(yǔ)言的基本特點(diǎn)。

　　1 HiTech PICC語(yǔ)言的特點(diǎn)

　　PICC基本上符合ANSI標準，但是不支持函數的遞歸調用，其主要原因是PIC單片機特殊的堆棧結構。PIC單片機中的堆棧是硬件實(shí)現的，其深度已隨芯片固定，無(wú)法實(shí)現需要大量堆棧操作的遞歸算法;另外在PIC單片機中實(shí)現軟件堆棧的效率也不是很高。為此，PICC編譯器采用一種“靜態(tài)覆蓋”技術(shù)，以實(shí)現對C語(yǔ)言函數中的局部變量分配固定的地址空間。經(jīng)這樣處理后產(chǎn)生出的機器代碼效率很高。當代碼量超過(guò)4KB后，C語(yǔ)言編譯出的代碼長(cháng)度與全部用匯編代碼實(shí)現的差別已經(jīng)不是很大(10%)，當然前提是在整個(gè)C代碼編寫(xiě)過(guò)程中需時(shí)時(shí)注意所編寫(xiě)語(yǔ)句的效率。

　　2 PICC中的變量

　　PICC中的變量類(lèi)型和標準C語(yǔ)言一樣，這里不再重復。為了使編譯器產(chǎn)生最高效的機器碼，PICC把單片機中數據寄存器的bank交由編程員自己管理，因此在定義用戶(hù)變量時(shí)必須自己決定這些變量具體放在哪一個(gè)bank中。如果沒(méi)有特別指明，所定義的變量將被定位在bank0。定義在其他bank內的變量前面必須加上相應的bank序號，例如：

　　bank1 unsigned char temp;//變量定位在bank1中

　　中檔系列PIC單片機數據寄存器的一個(gè)bank大小為128B，除前面若干字節的特殊功能寄存器區域，在C語(yǔ)言中某一bank內定義的變量字節總數不能超過(guò)可用RAM字節數。如果超過(guò)bank容量，在最后連接時(shí)會(huì )報錯，大致信息如下：

　　Error[000]:Can’t find 0x12C words for psect rbss_1 in segmentBANK1

　　鏈接器提示，總共有0x12c(300)字節準備放到bank1中，但bank1容量不夠。雖然變量所在的bank定位必須由編程員自己決定，但編寫(xiě)源程序時(shí)在進(jìn)行變量存取操作前無(wú)需再特意編寫(xiě)設定bank的指令。C編譯器會(huì )根據所操作的對象自動(dòng)生成對應bank設定的匯編指令。為避免頻繁的bank切換以提高代碼效率，盡量把實(shí)現同一任務(wù)的變量定位在同一個(gè)bank內;對不同bank內的變量進(jìn)行讀寫(xiě)操作時(shí)也盡量把位于相同bank內的變量歸并在一起進(jìn)行連續操作。

　　bit型位變量只能是全局的或靜態(tài)的。PICC將把定位在同一bank內的8個(gè)位變量合并成一個(gè)字節存放于一個(gè)固定地址。PICC對整個(gè)數據存儲空間實(shí)行位編址，0x000單元第0位位地址是0x0000，以此類(lèi)推，每個(gè)字節有8個(gè)位地址。如果一個(gè)位變量flag1被編址為0x123，那么實(shí)際的存儲空間位于：

　　字節地址=0x123/8 = 0x24

　　位偏移=0x123%8 = 3

　　即flag1位變量位于地址為0x24字節的第3位。在程序調試時(shí)如果要觀(guān)察flag1的變化，必須觀(guān)察地址為0x24的字節而不是0x123。PICC在編譯原代碼時(shí)只要有可能，對普通變量的操作也將以最簡(jiǎn)單的位操作指令來(lái)實(shí)現。假設一個(gè)字節變量tmp最后被定位在地址0x20,那么

　　tmp | =0x80=>bsf 0x20.7

　　另外，函數可以返回一個(gè)位變量，返回的位變量將存放于單片機的進(jìn)位位中返回。

　　3 PICC中的指針

　　3.1 指向RAM的指針

　　PICC在編譯C源程序時(shí)，將指向RAM的指針操作最終用FSR來(lái)實(shí)現間接尋址。FSR能夠直接連續尋址的范圍是256B，所以一個(gè)指針可以同時(shí)覆蓋2個(gè)bank的存儲區域(bank0/1或bank2/3，一個(gè)bank區域是128 B)。要覆蓋最大512B的內部數據存儲空間，在定義指針時(shí)必須明確指定該指針適用的尋址區域。例如：

　　unsigned char *pointer0; //定義覆蓋bank0/1的指針

　　bank2 char *pointer1;//定義覆蓋bank2/3的指針

　　既然定義的指針有明確的bank適用區域，在對指針變量賦值時(shí)就必須實(shí)現類(lèi)型匹配，否則將產(chǎn)生錯誤，例如：

　　unsigned char *pointer0; //定義指向bank0/1的指針

　　bank2 unsigned char buff;//定義bank2/3中的一個(gè)緩沖區

　　程序語(yǔ)句：

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

　　若出現此類(lèi)錯誤的指針操作，PICC在最后鏈接時(shí)會(huì )告知類(lèi)似于下面的信息：

　　Fixup overflow in expression (…)

　　3.2 指向ROM常數的指針

　　如果一組變量是已經(jīng)被定義在ROM區的常數，那么指向其的指針可以這樣定義：

　　const unsigned char company[]="software"

　　3.3 指向函數的指針

　　因為在PIC單片機這一特定的架構上實(shí)現函數指針調用的效率不高，因此，除非特殊算法的需要，建議大家盡量不要使用函數指針。

　　4 PICC中的子程序和函數

　　中檔系列的PIC單片機程序空間有分頁(yè)的概念，但用C語(yǔ)言編程時(shí)基本不用過(guò)多關(guān)心代碼的分頁(yè)問(wèn)題。因為所有函數或子程序調用時(shí)的頁(yè)面設定(如果代碼超過(guò)一個(gè)頁(yè)面)都由編譯器自動(dòng)生成的指令實(shí)現。

　　4.1 函數的代碼長(cháng)度限制

　　PICC決定了C源程序中的一個(gè)函數經(jīng)編譯后生成的機器碼一定會(huì )放在同一個(gè)程序頁(yè)面內。中檔系列PIC單片機的一個(gè)程序頁(yè)面的長(cháng)度是2KB，用C語(yǔ)言編寫(xiě)的任何一個(gè)函數最后生成的代碼不能超過(guò)2KB。如果為實(shí)現特定的功能確實(shí)要連續編寫(xiě)很長(cháng)的程序，這時(shí)就必須把這些連續的代碼拆分成若干函數，以保證每個(gè)函數最后編譯出的代碼不超過(guò)一個(gè)頁(yè)面空間。

　　4.2 調用層次的控制

　　PIC單片機采用硬件堆棧，所以編程時(shí)函數的調用層次會(huì )受到一定限制。一般PIC系列的中檔單片機硬件堆棧深度為8級。程序員必須自己控制子程序調用時(shí)的嵌套深度以符合這一限制要求。PICC在最后編譯鏈接成功后可以生成一個(gè)鏈接定位映射文件(*.map)，在此文件中有詳細的函數調用嵌套指示圖“call graph”，有些函數調用是編譯時(shí)自動(dòng)加入的庫函數，這些函數調用從C源程序中無(wú)法直接看出，但在嵌套指示圖上則一目了然。

　　5 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程

　　單片機的一些特殊指令操作在標準的C語(yǔ)言語(yǔ)法中沒(méi)有直接對應的描述，例如PIC單片機的清看門(mén)狗指令“clrwdt”和休眠指令“sleep”;單片機系統強調的是控制的實(shí)時(shí)性，為了實(shí)現這一要求，有時(shí)必須用匯編指令實(shí)現部分代碼以提高程序運行的效率。在C程序中嵌入匯編指令有2種方法。

　?、?如果只需要嵌入少量幾條匯編指令，PICC提供了一個(gè)類(lèi)似于函數的語(yǔ)句：

　　asm("clrwdt");

　　這是在C源程序中直接嵌入匯編指令的最直接最容易的方法。

　?、?如果需要編寫(xiě)一段連續的匯編指令，PICC支持另外的一種語(yǔ)法描述：用“#asm”來(lái)開(kāi)始匯編指令段，用“#endasm”結束。例如:

　　5.1 匯編指令尋址C語(yǔ)言定義的全局變量

　　所有C語(yǔ)言中定義的符號在編譯后將自動(dòng)在前面添加下劃線(xiàn)“_”。因此，若要在匯編指令中尋址C語(yǔ)言定義的各類(lèi)變量，一定要在變量前加上“_”符號,例如上例中的count是在C語(yǔ)言中定義的無(wú)符號全局變量，在匯編語(yǔ)言中只需在其前面加上“_”符號就可進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)了。另外，對于C語(yǔ)言中定義的多字節全局變量，例如C語(yǔ)言中的如下定義：

　　int advalue;

　　在匯編語(yǔ)言里訪(fǎng)問(wèn)時(shí)就得分字節訪(fǎng)問(wèn)，例如：

　　asm(“movf_advalue+0.0”);//把advalue低字節中的數送到w里

　　asm(“rrf_advalue+1”)//把advalue高字節中的數左移一位

　　5.2 匯編指令尋址C函數的局部變量

　　前面已經(jīng)提到，PICC對自動(dòng)型局部變量(包括函數調用時(shí)的入口參數)采用一種“靜態(tài)覆蓋”技術(shù)，對每一個(gè)變量確定一個(gè)固定地址(位于bank0)，嵌入的匯編指令對其尋址時(shí)只需采用數據寄存器的直接尋址方式即可，因此關(guān)鍵是要知道這些局部變量的尋址符號。建議讀者先編寫(xiě)一小段C代碼，其中有最簡(jiǎn)單的局部變量操作指令，把此源代碼編譯成對應的PICC匯編指令;查看C編譯器生成的匯編指令是如何尋址這些局部變量的，自己編寫(xiě)的行內匯編指令就采用同樣的尋址方式。

　　相對于匯編語(yǔ)言，用C語(yǔ)言編程的優(yōu)勢是毋庸置疑的：開(kāi)發(fā)效率大大提高、人性化的語(yǔ)句指令及模塊化的程序易于日常管理和維護、程序在不同平臺間移植方便。所以既然使用C語(yǔ)言編程，就應該盡量避免嵌入匯編指令或編寫(xiě)匯編指令模塊文件。例如：

　　變量的循環(huán)右移操作用C語(yǔ)言實(shí)現非常不方便，PIC單片機已有對應的移位操作匯編指令，因此用嵌入匯編的形式實(shí)現效率最高。對移位次數的控制，實(shí)際上變量count1的遞減判零也可以直接用匯編指令實(shí)現，這樣可節約代碼，但用標準C語(yǔ)言描述更直觀(guān)、更易于維護。

　　6 注意事項

　?、?既然所有的局部變量將占用bank0的存儲空間，因此用戶(hù)自己定位在bank0內的變量字節數將受到一定的限制，在實(shí)際使用時(shí)需注意。

　?、?當程序中把非位變量進(jìn)行強制類(lèi)型轉換成位變量時(shí)，要注意編譯器只對普通變量的最低位做判別：若最低位是0，則轉換成位變量0;若最低位是1，則轉換成位變量1。

　?、?由于PIC系列單片機的內部資源十分有限，所以在允許的條件下應盡量使用無(wú)符號字符型變量，以節約空間。

　?、?PICC對絕對定位的變量不保留地址空間，例如：

　　unsigned char advalue @ 0x20;//advalue定位在地址0x20，相當于匯編語(yǔ)言中的偽指令

　　advalue EQU 20H

　　所以請讀者慎用。

　?、?盡量使用全局變量進(jìn)行參數傳遞，使用全局變量最大的好處是尋址直觀(guān)，只需在C語(yǔ)言定義的變量名前增加一個(gè)下劃線(xiàn)符即可在匯編語(yǔ)句中尋址;使用全局變量進(jìn)行參數傳遞的效率也比形參高。

　?、?對于多字節變量(如int型、float型變量等)PICC遵循Little endian標準，即低字節放在存儲空間的低地址，高字節放在高地址，編程時(shí)需注意。

　　7 結語(yǔ)

　　一般C語(yǔ)言產(chǎn)生的代碼是比較繁瑣的，所以要寫(xiě)出高質(zhì)量、實(shí)用的C語(yǔ)言程序，就必須對單片機體系結構和硬件資源作詳盡的了解。用C語(yǔ)言開(kāi)發(fā)PIC系列單片機系統軟件具有編寫(xiě)代碼效率高、軟件調試直觀(guān)、維護升級方便、代碼的重復利用率高、便于跨平臺的代碼移植等優(yōu)點(diǎn)，因此C語(yǔ)言編程在單片機系統設計中的應用必將越來(lái)越廣泛。