PIC 單片機(jī) C 語言編程簡介(4)

C 和匯編混合編程

有兩個(gè)原因決定了用 C 語言進(jìn)行單片機(jī)應(yīng)用程序開發(fā)時(shí)使用匯編語句的必要性：單片

機(jī)的一些特殊指令操作在標(biāo)準(zhǔn)的 C 語言語法中沒有直接對應(yīng)的描述，例如 PIC 單片機(jī)的清

看門狗指令“clrwdt”和休眠指令“sleep”;單片機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)的是控制的實(shí)時(shí)性，為了實(shí)現(xiàn)這

一要求，有時(shí)必須用匯編指令實(shí)現(xiàn)部分代碼以提高程序運(yùn)行的效率。這樣，一個(gè)項(xiàng)目中就會

出現(xiàn) C 和匯編混合編程的情形，我們在此討論一些混合編程的基本方法和技巧。

11.9.1 嵌入行內(nèi)匯編的方法

在 C 原程序中直接嵌入?yún)R編指令是最直接最容易的方法。如果只需要嵌入少量幾條的

匯編指令，PICC 提供了一個(gè)類似于函數(shù)的語句：

asm(“clrwdt”);

雙引號中可以編寫任何一條 PIC 的標(biāo)準(zhǔn)匯編指令。例如：

for (;;) {

asm("clrwdt"); //清看門狗

Task();

ClockRun();

asm("sleep");

asm("nop");

}

//休眠

//空操作延時(shí)

例 11-8 逐行嵌入?yún)R編的方式

如果需要編寫一段連續(xù)的匯編指令，PICC 支持另外一種語法描述：用“#asm”開始匯

編指令段，用“#endasm”結(jié)束。例如下面的一段嵌入?yún)R編指令實(shí)現(xiàn)了將 0x20~0x7F 間的

RAM 全部清零：

#asm

movlw 0x20

movwf _FSR

clrf _INDF

incf _FSR,f

btfss _FSR,7

goto $-3

#endasm

例 11-9 整段嵌入?yún)R編的方式

11.9.2 匯編指令尋址 C 語言定義的全局變量

C 語言中定義的全局或靜態(tài)變量尋址是最容易的，因?yàn)檫@些變量的地址已知且固定。按

C 語言的語法標(biāo)準(zhǔn)，所有 C 中定義的符號在編譯后將自動(dòng)在前面添加一下劃線符“_”，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，我

們在上面例 11-9 中已經(jīng)體現(xiàn)了這一變量引用的法則，因?yàn)?FSR 和 INDF 等所有特殊寄存器

是以 C 語言語法定義的，因此匯編中需要對其尋址時(shí)前面必須添加下劃線。

對于 C 語言中用戶自定義的全局變量，用行內(nèi)匯編指令尋址時(shí)也同樣必須加上“_” ，

下面的例 11-10 說明了具體的引用方法：

volatile unsigned char tmp; //定義位于 bank0 的字符型全局變量

void Test(void)

{

#asm

clrf _STATUS

movlw 0x10

movwf _tmp

#endasm

if (tmp==0x10) {

;

}

}

//測試程序

//開始行內(nèi)匯編

//選擇 bank0

//設(shè)定初值

//tmp=0x10

//結(jié)束行內(nèi)匯編

//開始 C 語言程序

例 11-10 行內(nèi)匯編尋址 C 全局變量（位于 bank0）

上面的例子說明了匯編指令中尋址 C 語言所定義變量的基本方法。PICC 在編譯處理嵌

入的行內(nèi)匯編指令時(shí)將會原封不動(dòng)地把這些指令復(fù)制成最后的機(jī)器碼。所有對 C 編譯器所

作的優(yōu)化設(shè)定對這些行內(nèi)匯編指令而言將不起任何作用。編程員必須自己負(fù)責(zé)編寫最高效的

匯編代碼，同時(shí)處理變量所在的 bank 設(shè)定。對于定義在其它 bank 中的變量，還必須在匯編

指令中加以明確指示，見例 11-11 的代碼范例。

volatile bank1 unsigned char tmpBank1; //定義位于 bank1 的字符型全局變量

volatile bank2 unsigned char tmpBank2; //定義位于 bank2 的字符型全局變量

volatile bank3 unsigned char tmpBank3; //定義位于 bank3 的字符型全局變量

void Test(void)

{

#asm

bcf _STATUS,6

bsf _STATUS,5

movlw 0x10

movwf _tmpBank1^0x80

bsf _STATUS,6

bcf _STATUS,5

movlw 0x20

//測試程序

//開始行內(nèi)匯編

//選擇 bank1

//設(shè)定初值

//tmpBank1=0x10

//選擇 bank2

//設(shè)定初值

movwf _tmpBank1^0x100 //tmpBank2=0x20

bsf _STATUS,6

bsf _STATUS,5

movlw 0x30

//選擇 bank3

//設(shè)定初值

movwf _tmpBank1^0x180 //tmpBank1=0x30

}

#endasm

//結(jié)束行內(nèi)匯編

例 11-11 行內(nèi)匯編尋址 C 全局變量（非 bank0 變量）

通過上面的代碼實(shí)例，我們可以掌握這樣一個(gè)規(guī)律：在行內(nèi)匯編指令中尋址 C 語言定

義的全局變量時(shí)，除了在尋址前設(shè)定正確的 bank 外，在指令描述時(shí)還必須在變量上異或其

所在 bank 的起始地址，實(shí)際上位于 bank0 的變量在匯編指令中尋址時(shí)也可以這樣理解，只

是異或的是 0x00，可以省略。如果你了解 PIC 單片機(jī)的匯編指令編碼格式，上面異或的 bank

起始地址是無法在真正的匯編指令中體現(xiàn)的，其目的純粹是為了告訴 PICC 連接器變量所在

的 bank，以便連接器進(jìn)行 bank 類別檢查。

11.9.3 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(dòng)型局部變量（包括函數(shù)調(diào)用時(shí)的入口參數(shù)）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），因此嵌入的匯編指令對其尋

址時(shí)只需采用數(shù)據(jù)寄存器的直接尋址方式即可，唯一要考慮的是如何才能在編寫程序時(shí)知道

這些局部變量的尋址符號（具體地址在最后連接后才能決定，編程時(shí)無需關(guān)心）。一個(gè)最實(shí)

用也是最可靠的方法是先編寫一小段 C 代碼，其中有最簡單的局部變量操作指令，然后參

考圖 11-5(B)對話框選擇“Compile to assembly only”，把此 C 原代碼編譯成對應(yīng)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，你自己編寫的行內(nèi)匯

編指令就采用同樣的尋址方式。例如，例 11-12 的一小段 C 原代碼編譯出的匯編指令

//C 原程序代碼

void Test(unsigned char inVar1, inVar2)

{

unsigned char tmp1, tmp2;

inVar1++;

inVar2--;

tmp1 = 1;

tmp2 = 2;

}

//編譯器生成的匯編指令

_Test

; _tmp1 assigned to ?a_Test+0 //tmp1 的尋址符為 ?a_Test+0

_Test$tmp1 set

?a_Test

; _tmp2 assigned to ?a_Test+1 //tmp2 的尋址符為 ?a_Test+1

_Test$tmp2 set

?a_Test+1

; _inVar1 assigned to ?a_Test+2 //inVar1 的尋址符為 ?a_Test+2

_Test$inVar1 set ?a_Test+2

44line

;_inVar1 stored from w

bcf

bcf

movwf ?a_Test+2

//第一個(gè)字符型行參由 W 寄存器傳遞

;ht16.c: 43: unsigned char tmp1, tmp2;

incf

45line

;ht16.c: 45: inVar2--;

decf

46line

;ht16.c: 46: tmp1 = 1;

clrf

incf

47line

;ht16.c: 47: tmp2 = 2;

movlw 2

movwf ?a_Test+1

48line

;ht16.c: 48: }

return

//行參 inVar2 的尋址符為 ?_Test

例 11-12 PICC 實(shí)現(xiàn)局部變量操作的尋址方式

基于上面得到的 PICC 編譯后局部變量的尋址方式，我們在 C 語言程序中用嵌入?yún)R編指

令時(shí)必須采樣同樣的尋址符以實(shí)現(xiàn)對應(yīng)變量的存取操作，見下面的例 11-13。

//C 原程序代碼

void Test(unsigned char inVar1, inVar2)

{

unsigned char tmp1, tmp2;

#asm

//開始嵌入?yún)R編

incf

decf

movlw

addwf

rrf

0x10

?a_Test+0,f

?a_Test+1,f

?a_Test+2,f

?_Test,w

//tmp1++;

//tmp2--;

//inVar1 +=

//inVar2 循環(huán)右移一位

}

rrf

#endasm

?_Test,f

//結(jié)束嵌入?yún)R編

例 11-13 嵌入?yún)R編指令實(shí)現(xiàn)局部變量尋址操作

如果局部變量為多字節(jié)形式組成，例如整型數(shù)、長整型等，必須按照 PICC 約定的存儲

格式進(jìn)行存取。前面已經(jīng)說明了 PICC 采用“Little endian”格式，低字節(jié)放在低地址，高字

節(jié)放在高地址。下面的例 11-14 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)整型數(shù)的循環(huán)移位，在 C 語言中沒有直接針對循

環(huán)移位的語法操作，用標(biāo)準(zhǔn) C 指令實(shí)現(xiàn)的效率較低。

//16 位整型數(shù)循環(huán)右移若干位

unsigned int RR_Shift16(unsigned int var, unsigned char count)

{

}

while(count--)

{

#asm

rrf ?_RR_Shift16+0,w

rrf ?_RR_Shift16+1,f

rrf ?_RR_Shift16+0,f

#endasm

}

return(var);

//移位次數(shù)控制

//開始嵌入?yún)R編

//最低位送入 C

//var 高字節(jié)右移 1 位，C 移入最高位

//var 低字節(jié)右移 1 位

//結(jié)束嵌入?yún)R編

//返回結(jié)果

例 11-14 嵌入?yún)R編指令對多字節(jié)變量的操作

11.9.4 混合編程的一些經(jīng)驗(yàn)

C 和匯編語言混合編程可以使單片機(jī)應(yīng)用程序的開發(fā)效率和程序本身的運(yùn)行效率達(dá)到

最佳的配合。筆者從實(shí)際應(yīng)用中得到一些經(jīng)驗(yàn)供讀者一起分享。

㈠ 慎用匯編指令

相比于匯編語言，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

語句指令加上模塊化的程序易于日常管理和維護(hù)、程序在不同平臺間的移植方便。所以既然

用了 C 語言編程，就盡量避免使用嵌入?yún)R編指令或整個(gè)地編寫匯編指令模塊文件。PICC 已

具備高效的優(yōu)化功能，如果在寫 C 原程序時(shí)就十分注意程序的編譯和運(yùn)行效率問題，加上

PICC 的后道編譯優(yōu)化，最后得到的代碼效率不會比全部用匯編編寫的代碼差多少，尤其是

程序量較大時(shí)。另外，PICC 對數(shù)據(jù)存儲空間的利用率肯定比用戶人工定位變量時(shí)的利用率

要高，同時(shí)還提供完整的庫函數(shù)支持。C 語言的語法功能強(qiáng)大，能夠高效率地實(shí)現(xiàn)絕大部分

控制和運(yùn)算功能。因此，除了一些十分強(qiáng)調(diào)單片機(jī)運(yùn)行時(shí)間的代碼或 C 語言沒有直接對應(yīng)

的操作可以考慮用匯編指令實(shí)現(xiàn)外，其它部分都應(yīng)該用 C 語言編寫。

以上面的例 11-14 進(jìn)一步說明，變量的循環(huán)右移操作用 C 語言實(shí)現(xiàn)非常不方便，PIC 單

片機(jī)已有對應(yīng)的移位操作匯編指令，因此用嵌入?yún)R編的形式實(shí)現(xiàn)效率最高。同時(shí)對移位次數(shù)

的控制，本質(zhì)上說變量 count 的遞減判零也可以直接用匯編指令實(shí)現(xiàn)，但這樣做節(jié)約不了多

少代碼，用標(biāo)準(zhǔn)的 C 語言描述更直觀，更易于維護(hù)。

一句話：用了 C 語言后，就不要再老想著用匯編。

㈡ 盡量使用嵌入?yún)R編

這和上面的慎用匯編指令的說法并不矛盾。如果確實(shí)需要用匯編指令實(shí)現(xiàn)部分代碼以提

高運(yùn)行效率，應(yīng)盡量使用行內(nèi)匯編，避免編寫純匯編文件（*.as 文件）。

雖然 PICC 支持 C 和匯編原程序模塊存在于同一個(gè)項(xiàng)目中，但要編寫純匯編文件必須首

先了解 PICC 特有的匯編語法結(jié)構(gòu)。Hitech 公司提供了完整的文檔介紹其匯編器的使用方法，

有興趣者可以從其網(wǎng)站上下載 PICC 的用戶使用手冊查看。

筆者認(rèn)為，類似于純匯編文件的代碼也可以在 C 語言框架下實(shí)現(xiàn)，方法是基于 C 標(biāo)準(zhǔn)

語法定義所有的變量和函數(shù)名，包括需要傳遞的形式參數(shù)、返回參數(shù)和局部變量，但函數(shù)內(nèi)

部的指令基本用嵌入?yún)R編指令編寫，只有最后的返回參數(shù)用 C 語句實(shí)現(xiàn)。這樣做后函數(shù)的

運(yùn)行效率和純匯編編寫時(shí)幾乎一模一樣，但各參數(shù)的傳遞統(tǒng)一用 C 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，這樣管理和

維護(hù)就比較方便。例如下面的例 11-15 實(shí)現(xiàn)一個(gè)字節(jié)變量的偶校驗(yàn)位計(jì)算。

bit EvenParity(unsigned char data)

{

#asm

swapf ?a_EvenParity+0,w

xorwf ?a_EvenParity+0,f

rrf ?a_EvenParity+0,w

xorwf ?a_EvenParity+0,f

btfsc ?a_EvenParity+0,2

incf ?a_EvenParity+0,f

#endasm

//至此，data 的最低位即為偶校驗(yàn)位

if (data&0x01) return(1);

else return(0);

}

//入口參數(shù) data 的尋址符為 ?a_EvenParity+0

例 11-15 C 函數(shù)框架中使用嵌入?yún)R編指令

㈢ 盡量使用全局變量進(jìn)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(gè)下劃線