PICC編譯環(huán)境編寫PIC單片機程序的探討

1、    PICC編譯環(huán)境編寫PIC單片機程序的探討    PICC編譯環(huán)境編寫PIC單片機程序的探討    類別：單片機/DSP      目前，Microchip公司生產(chǎn)的PIC系列單片機以其低成本、低功耗、高性能、開發(fā)速度快且一次性用戶可編程等優(yōu)點迅速占領了國內(nèi)市場，成為國內(nèi)銷售量最大的單片機。但國內(nèi)介紹其C語言開發(fā)工具的書籍和文章卻比較少，在開發(fā)過程中給廣大程序員帶來了許多困難和不便。 Microchip公司沒

2、有針對中低檔系列PIC單片機的C語言編譯器，但很多專業(yè)的第三方公司提供眾多支持PIC單片機的C語言編譯器，常見的有Hitech、CCS、IAR以及Bytecraft等公司。Hitech公司的PICC編譯器穩(wěn)定可靠，編譯生成的代碼效率高，在用PIC單片機進行系統(tǒng)設計和開發(fā)的工程師群體中得到廣泛認可。因此，本文主要以HiTech PICC為基礎，介紹PIC的C語言的基本特點。 1 HiTech PICC語言的特點 PICC基本上符合ANSI標準，但是不支持函數(shù)的遞歸調(diào)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現(xiàn)的，其深度已隨芯片固定，無法實現(xiàn)需要大量堆棧操作的遞歸算法

3、；另外在PIC單片機中實現(xiàn)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，以實現(xiàn)對C語言函數(shù)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4 KB后，C語言編譯出的代碼長度與全部用匯編代碼實現(xiàn)的差別已經(jīng)不是很大(<10)，當然前提是在整個C代碼編寫過程中需時時注意所編寫語句的效率。 2 PICC中的變量 PICC中的變量類型和標準C語言一樣，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(shù)據(jù)寄存器的bank交由編程員自己管理，因此在定義用戶變量時必須自己決定這些變量具體放在哪一個bank中。如果沒有特別指明，所

4、定義的變量將被定位在13ank（）。定義在其他bank內(nèi)的變量前面必須加上相應的baruk序號，例如： bankl lresigned char temp； 變量定位在bankl中 中檔系列PIC單片機數(shù)據(jù)寄存器的一個bank大小為128 B，除前面若干字節(jié)的特殊功能寄存器區(qū)域，在C語言中某一bank內(nèi)定義的變量字節(jié)總數(shù)不能超過可用RAM字節(jié)數(shù)。如果超過bank容量，在最后連接時會報錯，大致信息如下：    鏈接器提示，總共有Oxl2c(300)字節(jié)準備放到bankl中，但bankl容量不夠。雖然變量所在的bank定位必須由編程員自己決定，但編寫源程序時

5、在進行變量存取操作前無需再特意編寫設定bank的指令。C編譯器會根據(jù)所操作的對象自動生成對應bank設定的匯編指令。為避免頻繁的bank切換以提高代碼效率，盡量把實現(xiàn)同一任務的變量定位在同一個bank內(nèi)；對不同bank內(nèi)的變量進行讀寫操作時也盡量把位于相同bank內(nèi)的變量歸并在一起進行連續(xù)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(nèi)的8個位變量合并成一個字節(jié)存放于一個固定地址。PICC對整個數(shù)據(jù)存儲空間實行位編址，Ox000單元第O位位地址是0x0000，以此類推，每個字節(jié)有8個位地址。如果一個位變量flagl被編址為Oxl23，那么實際的存儲空間位于： 即fl

6、agl位變量位于地址為0x24字節(jié)的第3位。在程序調(diào)試時如果要觀察flagl的變化，必須觀察地址為Ox24的字節(jié)而不是0x123。PICC在編譯原代碼時只要有可能，對普通變量的操作也將以最簡單的位操作指令來實現(xiàn)。假設一個字節(jié)變量tmp最后被定位在地址Ox20，那么tmp |=Ox80=>bsf Ox207另外，函數(shù)可以返回一個位變量，返回的位變量將存放于單片機的進位位中返回。 3 PICC中的指針 31 指向RAM的指針 PICC在編譯C源程序時，將指向RAM的指針操作最終用FSR來實現(xiàn)間接尋址。FSR能夠直接連續(xù)尋址的范圍是256 B，所以一個指針可以同時覆蓋2個bank的存儲區(qū)域(b

7、ankO1或1aank23，一個bank區(qū)域是128 B)。要覆蓋最大512 B的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲空間，在定義指針時必須明確指定該指針適用的尋址區(qū)域。例如：    32 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)，那么指向其的指針可以這樣定義： 33 指向函數(shù)的指針 因為在PIC單片機這一特定的架構上實現(xiàn)函數(shù)指針調(diào)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(shù)指針。 4 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過多關心代碼的分頁問題。因為所有函數(shù)或子程序調(diào)用時的頁面設

8、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)。41 函數(shù)的代碼長度限制 PICC決定了C源程序中的一個函數(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PIC單片機的一個程序頁面的長度是2 KB，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2 KB。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。42 調(diào)用層次的控制 PIC單片機采用硬件堆棧，所以編程時函數(shù)的調(diào)用層次會受到一定限制。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(diào)用時的嵌套深度以符合這一限制

9、要求。PICC在最后編譯鏈接成功后可以生成一個鏈接定位映射文件(*map)，在此文件中有詳細的函數(shù)調(diào)用嵌套指示圖“call graph”，有些函數(shù)調(diào)用是編譯時自動加入的庫函數(shù)，這些函數(shù)調(diào)用從C源程序中無法直接看出，但在嵌套指示圖上則一目了然。 5 C語言和匯編語言混合編程 單片機的一些特殊指令操作在標準的C語言語法中沒有直接對應的描述，例如PIC單片機的清看門狗指令“clrwdt”和休眠指令“sleep”；單片機系統(tǒng)強調(diào)的是控制的實時性，為了實現(xiàn)這一要求，有時必須用匯編指令實現(xiàn)部分代碼以提高程序運行的效率。在C程序中嵌入?yún)R編指令有2種方法。 如果只需要嵌入少量幾條匯編指令，PICC提供了一個類

10、似于函數(shù)的語句： asm(“clrwdt”)： 這是在C源程序中直接嵌入?yún)R編指令的最直接最容易的方法。 如果需要編寫一段連續(xù)的匯編指令，PICC支持另外的一種語法描述：用“#asm”來開始匯編指令段，用    51 匯編指令尋址C語言定義的全局變量 所有C語言中定義的符號在編譯后將自動在前面添加下劃線“一”。因此，若要在匯編指令中尋址C語言定義的各類變量，一定要在變量前加上“一”符號，例如上例中的count是在C語言中定義的無符號全局變量，在匯編語言中只需在其前面加上“一”符號就可進行訪問了。另外，對于C語言中定義的多字節(jié)全局變量，例如C語言中的如下定義

11、：    52 匯編指令尋址C函數(shù)的局部變量 前面已經(jīng)提到，PICC對自動型局部變量(包括函數(shù)調(diào)用時的入口參數(shù))采用一種“靜態(tài)覆蓋”技術，對每一個變量確定一個固定地址(位于bankO)，嵌入的匯編指令對其尋址時只需采用數(shù)據(jù)寄存器的直接尋址方式即可，因此關鍵是要知道這些局部變量的尋址符號。建議讀者先編寫一小段C代碼，其中有最簡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，自己編寫的行內(nèi)匯編指令就采用同樣的尋址方式。 相對于匯編語言，用C語言編程的優(yōu)勢是毋庸置疑的：開發(fā)效率大大提高、人性化的

12、語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語言編程，就應該盡量避免嵌入?yún)R編指令或編寫匯編指令模塊文件。例如： 變量的循環(huán)右移操作用C語言實現(xiàn)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?yún)R編的形式實現(xiàn)效率最高。對移位次數(shù)的控制，實際上變量countl的遞減判零也可以直接用匯編指令實現(xiàn)，這樣可節(jié)約代碼，但用標準C語言描述更直觀、更易于維護。 6 注意事項 既然所有的局部變量將占用bankO的存儲空間，因此用戶自己定位在bankO內(nèi)的變量字節(jié)數(shù)將受到一定的限制，在實際使用時需注意。 當程序中把非位變量進行強制類型轉換成位變量時，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O；若最低位是1，則轉換成位變量1。 由于PIC系列單片機的內(nèi)部資源十分有限，所以在允許的條件下應盡量使用無符號字符型變量，以節(jié)約空間。 PICC對絕對定位的變量不保留地址空間，例如： 所以請讀者慎用。 盡量使用全局變量進行參數(shù)傳遞，使用全局變量最大的好處是尋址直觀，只需在C語言定義的變量名前增加一個下劃線符即可在匯編語句中尋址；使用全局變量進行參數(shù)傳遞的效率也比形參高。 對于多字節(jié)變量(如int型、float型變量等)PICC遵循L