SAM8系列S3C825A型單片機及其軟件設計

　　摘要：以S3C825A為例介紹三星公司SAM8系列單片機的內部結構及其軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，詳細描述采用混合編輯法來(lái)對SAM8系列單片機進(jìn)行軟件設計的一般方案，最后給出用混合編程法對S3C825A進(jìn)行軟件設計的具體應用實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：SAM8系列單片機；OPENice i500；IAR C編譯器；混合編程

引言

　　三星SAM8系列單片機是8位CMOS型微控制器，該系列單片機具有功耗超低、多樣型號、資源豐富、CPU時(shí)鐘可調及軟件對硬件控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，其中，S3C825A型是目前應用較為廣泛的單片機。S3C825A與三星SAM8系列其他單片機一樣，其常用的開(kāi)發(fā)環(huán)境是IAR公司的IAR Embedded Workbench集成開(kāi)發(fā)資源，該環(huán)境支持混合編程，可以編輯、匯編和編譯匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的源文件，并且匯編程序與C程序可以共同相同格式的頭文件，使得開(kāi)發(fā)過(guò)程靈活方便，是一種高效的軟件設計方法，具有廣泛的應用前景。

1 S3C825A型單片機的內部結構

　　S3C825A的內部結構框圖如圖1所示。從圖1可以該單片機具有以下特點(diǎn)：

　　●使用SAM88RC作為中央處理單元；

　　●具有48KB片內ROM和2096byte的寄存器空間；

　　●帶有多達67個(gè)可編程I/O接口；

　　●具有2個(gè)8位的定時(shí)/計數器和2個(gè)16位定時(shí)/計數器；

　　●帶有LCD驅動(dòng)控制器；

　　●帶有一個(gè)4輸入的10bit A/D轉換器；

　　●帶有主從兩個(gè)晶振接口。

1.1 存儲空間分配

　　S3C825A型微控制器有2類(lèi)存儲空間，48KB內部掩膜可編程存儲空間（ROM）和2096byte的內部寄存器空間。其中可編程存儲空間主要用來(lái)存儲程序代碼和列表數據，它的起始256Byte(00H0FFH)用來(lái)存儲中斷矢量列表，未使用的空間也可用作代碼存儲空間，但中斷矢量必須放在這段空間中。對S3C825A而言，當程序執行RESET后，ROM的起始地址是0100H。

    S3C825A共有2137個(gè)8位可編址寄存器，其中13byte用作CPU和系統控制寄存器，60byte用作接口控制和數據寄存器，16byte用作共享的工作寄存器，其余的2048byte用作通用寄存器（其中包括32byte的LCD顯示寄存器），S3C825A的內部寄存器圖2所示，它的內部寄存器空間實(shí)行頁(yè)式管理，每一個(gè)頁(yè)的上端64byte作為Set2空間，下端192byte作為主數據寄存器空間，共7頁(yè)（第7頁(yè)的00H-1FH為L(cháng)CD顯示數據寄存器空間）。另外擴展出的96byte可作為Set1的Bank0(64byte)和Bank1(32byte)空間，該空間可作為系統控制寄存器空間和工作寄存器空間。

1.2 A/D轉換器

　　S3C825A內部集成了有一個(gè)4路輸入10bit模/數轉換器（A/D）。該A/D轉換器可將每一路的模擬電平用連續的近似邏輯值表示，從而得到與之相等的10bit數字電平，其轉換過(guò)程需要50個(gè)時(shí)鐘周期。模擬信號輸入端口是I/O Port3的P3.0~P3.2復用的，Port3的控制寄存器（P3CONH，P3CONL）可確定Port3是否用于A(yíng)/D轉換器的模擬信號輸入，A/D轉換器的控制寄存器（ADCON）控制P3.0~P3.2中哪一路作為A/D輸入端口。輸入信號模擬電平值要求在A(yíng)VREF和AVSS之間。轉換后的值放在A(yíng)DDATAH/ADDATAL寄存器中，每次轉換前必須將這2個(gè)寄存器清空。

1.3 LCD控制器

　　S3C825A內部集成了一個(gè)LCD控制器，可以直接驅動(dòng)224點(diǎn)（28segX8com）的LCD面板。實(shí)際應用中只需要將要顯示的數據存儲在LCD顯示寄存器（700H-71FH）中，然后通過(guò)配置LCD控制寄存器（LCON）和LCD模式控制寄存器（LMOD）來(lái)選擇合適的幀刷新頻率，LCD控制器就會(huì )自動(dòng)地將要顯示的內容從顯示寄存器送到seg腳以進(jìn)行顯示輸出，而不需要再進(jìn)行其他的編程控制。

2 S3C825A的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境

2.1 在線(xiàn)仿真器OPENic i500

　　AIJIsysterm公司為三星SAM8系列單片機提供了一套有效的在線(xiàn)仿真器——OPENice i500，該仿真器可以運行在windows 95/98/2000/NT等操作系統下，具有可選的CPU時(shí)鐘資源（最高可達80MHz）和高達64kbyte的仿真代碼存儲器，同時(shí)內嵌功能強大的代碼編輯器，可支持基于RS232的高速代碼下載（最高下載速度可達115200b/s），同時(shí)支持C語(yǔ)言編譯/調試（IAREW，CSPY），因此，應用此仿真器可以大大提高程序調試開(kāi)發(fā)的效率。

2.2 SAM8的開(kāi)發(fā)環(huán)境

　　SAM8系列單片機常用的開(kāi)發(fā)軟件是IAR公司提供的基于IAR Embedded Wordbench的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，該開(kāi)發(fā)系統集IAR C編譯器、匯編器、連接器、代碼編輯器、工程管理器及C-SPY調試器于一體，可以編輯、匯編和編譯匯編語(yǔ)言和C語(yǔ)言的源文件，而且匯編程序和C程序可共用相同格式的頭文件，是一個(gè)功能強大的開(kāi)發(fā)環(huán)境。該集成開(kāi)發(fā)平臺（IDE）可在Windows 98/ME/NT4/2000/XP下進(jìn)行工程管理、運行屬性設置、代碼編輯和調試等。其中內部IAR C語(yǔ)言編碼器的功能強大，能支持ISO/ANSI標準C語(yǔ)言編譯，且具有多樣的代碼大小和編譯速度模式以及可選的堆棧模式。此外，還支持SAM8擴展關(guān)鍵字，同時(shí)支持C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合程序編譯。

    該開(kāi)始環(huán)境集成有基于通用指令集的重定位宏匯編器，且內嵌C語(yǔ)言預處理程序，可接受所有的C語(yǔ)言宏定義。而集成的IAR XLINK連接器支持靈活的代碼段和數據段重定位，并可根據重定位模塊提供的信息將若干個(gè)應用程序所需要的可重定位代碼模塊文件組裝成一個(gè)程序，從而產(chǎn)生可執行的目標代碼。此外，環(huán)境中的C-SPY調試器具有多種測試分析功能，支持單步調試，控制程序運行到指定位置（Go to Cursor/Go to Label/Go to Address），調試返回（Go to Return）、實(shí)時(shí)跟蹤變量、寄存器（Register Groups）、存儲器（Memory）等，這些都在很大程序上提高了開(kāi)發(fā)效率。

3 混合編程的軟件設計

　　在對SAM8系列單片機進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中，用C語(yǔ)言編程具有開(kāi)發(fā)周期短、可讀性強、可移植性好和修改方便等優(yōu)點(diǎn)，但是C程序反匯編生成的匯編代碼往往較長(cháng)。若直接用匯編語(yǔ)言編程，雖然編制的程序較短，但開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，修改也不方便，所以，較好的解決方法是把程序的框架或主體部分用C語(yǔ)言編寫(xiě)，而將執行效率要求較高的部分用匯編語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)。下面主要介紹針對SAM8系列單片機進(jìn)行混合編程的軟件設計方法。

3.1 IAR C語(yǔ)言編譯器的函數參數傳送規則

　　IAR C語(yǔ)言編譯器規定函數參數傳遞有2種方式，即寄存器傳遞和堆棧傳遞。傳遞順序是從左至右，具體采用哪種方式傳遞取決于函數參數的類(lèi)型。

　　IAR C語(yǔ)言編譯器把單片機的寄存器分成2組，其中高速暫存器組（R10-R15）中的函數參數由左至右依次傳入R15至R10，直至這些寄存器點(diǎn)滿(mǎn)，而其余函數參加由堆棧來(lái)傳遞。由迂些寄存器是暫存器，用完就釋放掉，所以應用過(guò)程中不用保護。第二組為普通寄存器（R1、R4-R9），這組寄存器主要用作寄存器變量和保存中間變量，應用過(guò)程不必須對其進(jìn)行保護，但在C語(yǔ)言函數編寫(xiě)中可以不體現，而由編譯器自動(dòng)完成。

　　當函數參數為以下2種類(lèi)型時(shí)，應當選用堆棧方式傳遞：第一種是傳遞參數為struct或union大于4字節的參數類(lèi)型。第二種是長(cháng)度可變函數的未命名參數類(lèi)型。

　　函數參數通常放在由堆棧指針指定的位置為起始的主存儲器中，被調用函數的參數則由左至右依次存放在被指定的堆棧中，當被調用函數返回調用函數時(shí)，堆棧自動(dòng)清零，主存儲器空間被釋放，以供下次供傳遞函數使用。

　　函數返回值可根據其類(lèi)型放在R15或R15：R14寄存器對中。若返回值是struct或union類(lèi)型，則返回R15中的值是存放返回結果的堆棧指針起始位置。

　　C語(yǔ)言編譯器也是編譯中斷函數時(shí)會(huì )自動(dòng)保護所用到的寄存器（包括R10-R15），狀態(tài)寄存器FLAGS的保護也是在中斷處理過(guò)程中自動(dòng)完成的。中斷過(guò)程中用到的寄存器都使用PUSH Rn的指令進(jìn)行保護，而采用POP Rn指令恢復。當用IRET指令自動(dòng)恢復狀態(tài)寄存器FLAGS時(shí)，可以從中斷中返回。

3.2 對匯編語(yǔ)言函數的約定

　　對于一個(gè)可以被C語(yǔ)言函數調用的匯編程序來(lái)說(shuō)，使用時(shí)必須滿(mǎn)足以下3點(diǎn)：

　?。?）符合C語(yǔ)言參數傳遞規則；

　?。?）有PUBLIC函數入口標志；

　?。?）在C語(yǔ)言函數中用extern聲音為外部函數。

　　參加傳遞規則和C語(yǔ)言函數一樣，所不同的是，要在匯編語(yǔ)言函數編寫(xiě)過(guò)程中具體體現出來(lái)。

4 應用實(shí)例

　　明確了以上調用規則，混合編程就比較容易了，歸納起來(lái)有以下幾點(diǎn)：

　?。?）在C語(yǔ)言源文件中用“extern”關(guān)鍵字導入被匯編語(yǔ)言源文件導出的標號；

　?。?）在匯編語(yǔ)言源文件用“PUBLIC”關(guān)鍵字把標號導出到C語(yǔ)言源文件；

　?。?）在匯編語(yǔ)言中用“EXTERN”關(guān)鍵字導入被C語(yǔ)言函數源文件導出的關(guān)鍵字；

　?。?）用C語(yǔ)言把標號導出給匯編語(yǔ)言，這一步不需要關(guān)鍵字；

　?。?）把編輯好的C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言源文件導入設計系統，并用各自調用函數的指令調用。

　　下面以筆者在校音器設計中用到的2個(gè)例子來(lái)具體說(shuō)明。

4.1 C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言相互調用

　　在該例中，用C語(yǔ)言函數main()調用匯編語(yǔ)言函數get_rand()以得到一個(gè)隨機數，接著(zhù)，用匯編語(yǔ)言函數get_rand()調用C語(yǔ)言庫函數rand()再得到一個(gè)整型機隨機數，然后用調用C語(yǔ)言函數mult()的方法把這個(gè)隨機值的高位乘以main()函數傳遞給自己的實(shí)參，同時(shí)把乘積值返回給main()參數。

/****C語(yǔ)言源程序****/

#include<ios3c825a.h>/*頭文件*/

extern unsigned char get_rand (unsigned char seed);/* 匯編語(yǔ)言原型聲明*/

void main(void)/*主函數*/

{

unsigned char seed;

unsigned char value;/*定義變量*/

WTCON=0xa0; /*關(guān)閉watch dog*/

Seed=0x05;

Value=get_rand(seed); /*調用匯編語(yǔ)言函數，得到一個(gè)隨機數*/

While(1); /*程序結束*/

}

/**加法子程序，供匯編語(yǔ)言調用**/

unsigned char add(unsigned char x,unsigned chary)

{

return (x+y);

}

/****C語(yǔ)言源程序結束 ****/

/****匯編語(yǔ)言源程序 ****/

#include <ios3c825a.h> ；頭文件

EXTERN rand ；C語(yǔ)言庫函數

EXTERN add ；用戶(hù)自定義C函數

PUBLIC get_rand ；導出函數名給C函數調用

Get_rand:

PUSH R9 ；普通C函數入棧保護

LD R9，R15；C函數傳遞參數給R15，暫時(shí)存儲在R9

CALL rand ；調用C庫函數得到一個(gè)隨機數，作為add的第一實(shí)參，存儲在R15

LD R14，R9；C函數傳遞的參數，作為add的第二實(shí)參，存儲在R14

CALL add ；add返回的值存儲在R15中

POP R9 ；add出?；謴图拇嫫鲀榷?/P>

RET

END

/**** 匯編語(yǔ)言源程序結束 ****/

4.2 匯編語(yǔ)言寫(xiě)中斷服務(wù)程序

　　為了提高系統響應速度，設計時(shí)往往要求中斷服務(wù)程序的執行時(shí)間較短，執行速度較快。因此，最好的方法就是用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)中斷服務(wù)程序。但要注意以下2點(diǎn)：

（1）中斷函數不傳遞參數和返回結果；

（2）中斷過(guò)程中用到的寄存器都要進(jìn)行保護。

本例中用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)看門(mén)狗定時(shí)器的中斷服務(wù)程序，而用C語(yǔ)言編寫(xiě)主程序。

/****C語(yǔ)言主程序****/

#include<ios3c825a.h> /*頭文件*/

extern void in0(void); /*中斷函數聲明*/

void main(void)

{

CLKCON=0X98; /*開(kāi)中斷*/

IMR=0X10; /*IRQ4使能*/

WTCON=0X84；/*看門(mén)狗定時(shí)器設為0.25秒*/

P2CONL=0X03; /*P2.0為輸出*/

IPH=0X00;

IPL=0XD6; /*中斷函數所對矢量位置*/

CLKCON=0X18; /*關(guān)中斷*/

while(1);

}

/****C語(yǔ)言主程序結束****/

/****匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的中斷程序****/

#include <ios3c825a.h> ；頭文件

public 'int0' ；中斷函數聲音

RSEG WATCHT:CODE:RROT (1),0X00D6 ;中斷矢量在代碼段中的絕對位置

Int0:

PUSH R1 ;寄存器保護

LD R1,#01H ;給PORT2寄存器賦值，使連接P2.1的LED定時(shí)發(fā)頭

POP R1；寄存器恢復

IRET；中斷返回

END

/****匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的中斷程序邏輯****/

5 結束語(yǔ)

　　以上方法已經(jīng)應用于筆者參與設計的校音器設計中并取得良好的效果。但也要注意調試過(guò)程中編譯器選項的設置對程序運行結果有一定的影響，因此，對SAM8系統中不同的核，一定要選用不同的內核版本號，否則，寄存器傳遞的參數可能會(huì )錯位，從而導致參數傳遞錯誤，給調試帶來(lái)不便。