用PICC編譯器開發(fā)PIC系列單片機(jī)的代碼

摘要：介紹PIC系列單片機(jī)C語言的發(fā)展;以HI-TECH Software公司的HI-TECH PICC為例，介紹PICC編譯器的特點(diǎn)和用其開發(fā)PIC系列單片機(jī)時(shí)應(yīng)注意的一些問題。 關(guān)鍵詞：PIC PICC編譯器 C語言/匯編語言 Hi-Tech 引言 目前，在市場上應(yīng)用最廣泛的應(yīng)該屬于8位單片機(jī)，Microchip Technoloogy公司推出的8位PIC系列單片機(jī)，目前在國內(nèi)市場上深受用戶歡迎，已經(jīng)逐漸成為單片機(jī)應(yīng)用的新潮流;但遺憾的是，目前國內(nèi)介紹它的 C語言開發(fā)工具的書籍和文章卻比較少，而且用的人也不多，廣大的程序員在用其開發(fā)的過程中都在慢慢摸索，可能會(huì)走一些彎路。筆者最近在用PIC的C語言時(shí)就遇到了好些問題，在這里想和最近一段時(shí)間用PIC的C語言的一些經(jīng)驗(yàn)和廣大的底層軟件程序員做一下交流和介紹希望本文對用PICC開發(fā)PIC系列單片機(jī)的人有所幫助。 目前，在國內(nèi)用得比較多的是Hi-Tech的Hi-Tech PICC編譯器，而且目前市場上一些國內(nèi)的PIC單片機(jī)仿真器也開始支持Hi-Tech PICC編譯格式;因此，本文主要以Hi-Tech的PICC為基礎(chǔ)，介紹一下PIC的C語言的基本特點(diǎn)。 1 Hi-Tech PICC的C語言開發(fā)工具的語言特點(diǎn) PICC的C語言按ANSI C來定義，并進(jìn)行了C語言的擴(kuò)展。PICC和ANSI C有一個(gè)根本的區(qū)別就是，PICC不支持函數(shù)的遞歸調(diào)用。這是因?yàn)镻IC單片機(jī)的堆棧大小是由硬件決定的，資源有限，所以不支持遞歸調(diào)用。它的數(shù)據(jù)也遵從標(biāo)準(zhǔn)C的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，PICC的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是以數(shù)據(jù)類型的形式出現(xiàn)的。PICC編譯器支持的數(shù)據(jù)類型有位類型(bit)、無符號(hào)字符(unsigned char)、有符號(hào)字符(signed char)、無符號(hào)整型(unsigned int)、有符號(hào)整形(signed int)、無符號(hào)長整型(unsigned long)、有符號(hào)長整型(signed long)、浮點(diǎn)(float)和指針類型等。需要注意的是，PICC支持的多字節(jié)數(shù)據(jù)都采用低字節(jié)在前，高字節(jié)在后的原則。即一個(gè)多字節(jié)數(shù)，比如int 型，在內(nèi)存單元中存儲(chǔ)順序?yàn)榈臀蛔止?jié)存儲(chǔ)在地址低的存儲(chǔ)單元。高位字節(jié)存儲(chǔ)在地址高的存儲(chǔ)單元中，程序員在用union定義變量時(shí)一定要注意這一特點(diǎn)。 PIC的C語言變量分為局部變量和全局變量，所有變量在使用前必須先定義后使用。全局變量是在任何函數(shù)之外說明的、可被任意模塊使用的、在整個(gè)程序執(zhí)行期間都保持有效的變量。局部變量在函數(shù)內(nèi)部說明。局部變量有兩種：自動(dòng)變量和靜態(tài)變量。缺省類型為自動(dòng)變量，除非明確將其聲明為靜態(tài)變量。而且，所有的自動(dòng)變量都被分配在寄存器頁0，所以bank限定詞不能用于自動(dòng)變量，便可以用于靜態(tài)的局部變量。當(dāng)程序退出時(shí)，自動(dòng)變量占用的空間釋放，自動(dòng)變量也就失去意義。靜態(tài)變量是一種局部變量，只在聲明它的函數(shù)內(nèi)部有效;但它占用固定的存儲(chǔ)單元，而這個(gè)存儲(chǔ)單元不會(huì)被別的函數(shù)使用，因此其它函數(shù)可以通過指針訪問或修改靜態(tài)變量的值。靜態(tài)變量在程序開始只初始化一次，因此若只在某函數(shù)內(nèi)部使用一變量，而又希望其值在2次函數(shù)調(diào)用期間保持不變，為實(shí)現(xiàn)程序模塊化，則可將其聲明為靜態(tài)變量。例如以下聲明中，有些為合法，有些為非法： void max(void) unsigned char var1; //合法聲明 unsigned char bank1 var2; //非法聲明 static unsigned char bank1 ver3; //合法聲明 unsigned char var4=0x02; //合法聲明，每次調(diào)用都初始化 static unsigned char bank1 var5=0x02; //合法聲明，但只初始化一次 ………… } PICC編譯器對局部變量及傳遞參數(shù)使用RAM覆蓋技術(shù)。編譯時(shí)，連接器會(huì)自動(dòng)把一些不可能被同時(shí)調(diào)用的函數(shù)的自動(dòng)變量區(qū)重疊在一起，以達(dá)到內(nèi)存的高效利用，因此其內(nèi)部RAM的利用效率非常高。 2 函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)的傳遞 PICC函數(shù)參數(shù)的傳遞是根據(jù)被傳參數(shù)的長度，用W、被調(diào)函數(shù)的自動(dòng)變量區(qū)域或被調(diào)函數(shù)的參數(shù)區(qū)域傳遞，傳遞代碼比較高效。傳遞給函數(shù)的參數(shù)可以通過一個(gè)由問號(hào)“?”、下劃線“_”及函數(shù)名加一個(gè)偏移量構(gòu)成的標(biāo)號(hào)獲取。下面為一調(diào)用求和子程序的源泉代碼： Unsigned char add_function(unsigned char augend,unsigned char addend); Void main(void) { unsigned char temp1,temp2,temp3; tem3=add_function(temp1,temp2); } unsigned char add_function(unsigned char augend,unsigned char addend) { return(augend + addend); } 編譯后生成的匯編程序?yàn)椋?_main ; _temp2 assigned to?a_main+0 ;_temp3 assigned to ?a_main+1 ; _temp1 assigned to ?a_main+2 bcf status,5 bcf status,6 movf (((?a_main+0))),w movwf(((?_add_function))) movf (((?a_main+2))),w fcall (_add_function) movwf(((?a_main+1))) _add_function ; _augend assigned to ?a_add_function+0 ; _augend stored from w bcf status,5 bcf status,6 movwf(((?a_add_function+0))) movf (((?a_add_function+0))),w addwf (((?_add_function+0))),w return 3 PICC語言和匯編語言的混合編程 一般情況下，主程序都是用C語言編寫的。C語言與匯編語言最大的區(qū)別在于，匯編程序執(zhí)行效率較高，因?yàn)椋珻語言首先要用C編譯器生成匯編代碼，在不少情況下，C編譯器生成的匯編代碼不如用手工生成的匯編代碼效率高。在PICC中，可以用兩種方法在C程序中調(diào)用匯編程序。一種方法是使用#asm，#endasm及asm()在C語言中直接嵌入?yún)R編代碼，#asm和#endasm指令分別用于標(biāo)示嵌入?yún)R編程序塊的開頭和結(jié)屬;asm()用于將單條匯編指令嵌入到編譯器生成的代碼中，如下所示： void func1(void){ asm(NOP); #asm nop rlf_var,f #endasm asm(rlf_var,f); } 需要注意的是，嵌入?yún)R編不是完整意義上的匯編，是一種偽匯編指令，使用時(shí)必須注意它們與編譯器生成代碼之間的互相影響。 另一種方法是將匯編作為一個(gè)獨(dú)立的模塊，用匯編編譯器(ASPIC)生成目標(biāo)文件，然后用鏈接器和C語言生成的其它模塊的目標(biāo)文件鏈接在一起。如果變量要公用時(shí)，則在另一個(gè)模塊中說明為外部類型，并允許使用形式參數(shù)和返回值。 例如，如果在C模塊中使用匯編模塊中的函數(shù)，那么在C中可知下聲明： extern char rotate_left(char); 本聲明說明了要調(diào)用的這個(gè)外部函數(shù)有一個(gè)char型形式參數(shù)，并返回一個(gè)char型的值。而rotate_left()函數(shù)的真正函數(shù)體在外部可以被 ASPIC編譯的匯編模塊(文件名后綴.as)中，具體代碼可以如下編寫： processor16C84 PSECT text0,class=CODE,local,delta=2 GLOBAL _rotate_left SIGNAT _rotate_4201 _rotate_left movwf?a_rotate_left rlf?a_rotate_left,w return FNSIZE _rotate_left,1,0 GLOBAL?a_rotate_left END 需要注意的是，以C模塊中聲明的函數(shù)名稱，在匯編模塊中是以下劃線開頭的。GLOBAL定義了一個(gè)全局變量，也等同于C模塊中的 extern,SIGNAL強(qiáng)制鏈接器在鏈接各個(gè)目標(biāo)文件模塊時(shí)進(jìn)行類型匹配檢查，F(xiàn)NSIZE定義局部變量和形式參數(shù)的內(nèi)存分配。 這種方法比較麻煩，如果對某一模塊的執(zhí)行效率要求較高時(shí)，可以采取這種辦法;但是，為了保證匯編程序能正常運(yùn)行，必須嚴(yán)格遵守函數(shù)參數(shù)傳遞和返回規(guī)則。當(dāng)然，為避免這些規(guī)則帶來的麻煩，一般情況下，可以先用C語言大致編寫一個(gè)類似功能的函數(shù)，預(yù)先定義好各種變量，采用PICC-S選項(xiàng)對程序進(jìn)行編譯，然后手工優(yōu)化編譯器產(chǎn)生的匯編代碼后將其作為獨(dú)立的模塊就可以了。 4 注意事項(xiàng) 使用PICC時(shí)，為了更有效地利用資源，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： ①盡量使用無符號(hào)數(shù)和字節(jié)變量。 ②在寄存器資源允許的情況下，對某些執(zhí)行效率要求較高的平級(jí)元相互調(diào)用函數(shù)中用到的內(nèi)部變量，可將其定義為全局臨時(shí)變量，編程時(shí)覆蓋使用，這樣可減少很多編譯代碼。而對于中斷函數(shù)內(nèi)部用到的變量，可用全局變量。 ③對于有一定匯編經(jīng)驗(yàn)的人在開始使用PICC時(shí)，應(yīng)多注意觀看編譯后產(chǎn)生的匯編源代碼，并經(jīng)常觀看經(jīng)正確編譯鏈接后產(chǎn)生的映像文件(.MAP文件)。在該文件中，詳細(xì)列出了分配給變量和代碼的地址和生成代碼的大小等信息。使用者可了解代碼是否優(yōu)化，變量分配是否合理，堆棧是否溢出等，從而寫出高效簡潔的C 源代碼。 ④在很多情況下，PICC不支持類型強(qiáng)制轉(zhuǎn)換。即在類型不匹配時(shí)須查驗(yàn)編譯后的匯編代碼，看是否正確，尤其是對指針操作的時(shí)候一定要注意。 ⑤對某位變量自操作時(shí)，比如求反，不可以直接簡寫，例如：!flag;編譯后不能正確產(chǎn)生代碼，而須寫成：“flag=!flag;” ⑥盡量選擇全局優(yōu)化編譯選項(xiàng)。為保證寄存器頁(包括程序存儲(chǔ)期頁面和RAM寄存器頁)的正確轉(zhuǎn)換，PICC的編譯代碼中有大量的變換寄存器頁的代碼，選擇全局優(yōu)化PICC會(huì)優(yōu)化去大量有關(guān)RP0、RP1、PCLAPH所增加的變換代碼，從而加快程序執(zhí)行速度，并節(jié)省大量的程序空間。 ⑦若有某一代碼很短的函數(shù)被多個(gè)函數(shù)經(jīng)常調(diào)用，最好將其定義為宏。因?yàn)槿艉瘮?shù)代碼很短時(shí)，由于被調(diào)函數(shù)和調(diào)用函數(shù)不在同一代碼頁所產(chǎn)生的附加代碼可能都會(huì)超過函數(shù)代碼本身的長度。 5 結(jié)論 PICC編譯器產(chǎn)生的代碼在有些時(shí)候雖然比較繁瑣，但結(jié)構(gòu)和邏輯性很強(qiáng)，開發(fā)效率大大提高，調(diào)試與維護(hù)都很方便。不論是從程序的開發(fā)速度、軟件質(zhì)量還是從程序的可維護(hù)性和可移植性上講，PICC的優(yōu)點(diǎn)絕非匯編語言所能比擬的。