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(nèi)部結構及其軟件開發(fā)環(huán)境，詳細描述采用混合編輯法來對SAM8系列單片機進行軟件設計的一般方案，最后給出用混合編程法對S3C825A進行軟件設計的具體應用實例。

    關鍵詞：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時鐘可調(diào)及軟件對硬件控制靈活等優(yōu)點，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，其常用的開發(fā)環(huán)境是IAR公司的IAR Embedded Workbench集成開發(fā)資源，該環(huán)境支持混合編程，可以編輯、匯編和編譯匯編語言和C語言的源文件，并且匯編程序與C程序可以共同相同格式的頭文件，使得開發(fā)過程靈活方便，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(nèi)部結構

　　S3C825A的內(nèi)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：

　　●使用SAM88RC作為中央處理單元；

　　●具有48KB片內(nèi)ROM和2096byte的寄存器空間；

　　●帶有多達67個可編程I/O接口；

　　●具有2個8位的定時/計數(shù)器和2個16位定時/計數(shù)器；

　　●帶有LCD驅動控制器；

　　●帶有一個4輸入的10bit A/D轉換器；

　　●帶有主從兩個晶振接口。

1.1 存儲空間分配

　　S3C825A型微控制器有2類存儲空間，48KB內(nèi)部掩膜可編程存儲空間（ROM）和2096byte的內(nèi)部寄存器空間。其中可編程存儲空間主要用來存儲程序代碼和列表數(shù)據(jù)，它的起始256Byte(00H0FFH)用來存儲中斷矢量列表，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(zhí)行RESET后，ROM的起始地址是0100H。

    S3C825A共有2137個8位可編址寄存器，其中13byte用作CPU和系統(tǒng)控制寄存器，60byte用作接口控制和數(shù)據(jù)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(nèi)部寄存器圖2所示，它的內(nèi)部寄存器空間實行頁式管理，每一個頁的上端64byte作為Set2空間，下端192byte作為主數(shù)據(jù)寄存器空間，共7頁（第7頁的00H-1FH為LCD顯示數(shù)據(jù)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(tǒng)控制寄存器空間和工作寄存器空間。

1.2 A/D轉換器

　　S3C825A內(nèi)部集成了有一個4路輸入10bit模/數(shù)轉換器（A/D）。該A/D轉換器可將每一路的模擬電平用連續(xù)的近似邏輯值表示，從而得到與之相等的10bit數(shù)字電平，其轉換過程需要50個時鐘周期。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/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AVREF和AVSS之間。轉換后的值放在ADDATAH/ADDATAL寄存器中，每次轉換前必須將這2個寄存器清空。

1.3 LCD控制器

　　S3C825A內(nèi)部集成了一個LCD控制器，可以直接驅動224點（28segX8com）的LCD面板。實際應用中只需要將要顯示的數(shù)據(jù)存儲在LCD顯示寄存器（700H-71FH）中，然后通過配置LCD控制寄存器（LCON）和LCD模式控制寄存器（LMOD）來選擇合適的幀刷新頻率，LCD控制器就會自動地將要顯示的內(nèi)容從顯示寄存器送到seg腳以進行顯示輸出，而不需要再進行其他的編程控制。

2 S3C825A的軟件開發(fā)環(huán)境

2.1 在線仿真器OPENic i500

　　AIJIsysterm公司為三星SAM8系列單片機提供了一套有效的在線仿真器——OPENice i500，該仿真器可以運行在windows 95/98/2000/NT等操作系統(tǒng)下，具有可選的CPU時鐘資源（最高可達80MHz）和高達64kbyte的仿真代碼存儲器，同時內(nèi)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），同時支持C語言編譯/調(diào)試（IAREW，CSPY），因此，應用此仿真器可以大大提高程序調(diào)試開發(fā)的效率。

2.2 SAM8的開發(fā)環(huán)境

　　SAM8系列單片機常用的開發(fā)軟件是IAR公司提供的基于IAR Embedded Wordbench的集成開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)系統(tǒng)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(diào)試器于一體，可以編輯、匯編和編譯匯編語言和C語言的源文件，而且匯編程序和C程序可共用相同格式的頭文件，是一個功能強大的開發(fā)環(huán)境。該集成開發(fā)平臺（IDE）可在Windows 98/ME/NT4/2000/XP下進行工程管理、運行屬性設置、代碼編輯和調(diào)試等。其中內(nèi)部IAR C語言編碼器的功能強大，能支持ISO/ANSI標準C語言編譯，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擴展關鍵字，同時支持C語言和匯編語言的混合程序編譯。

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

3 混合編程的軟件設計

　　在對SAM8系列單片機進行軟件開發(fā)過程中，用C語言編程具有開發(fā)周期短、可讀性強、可移植性好和修改方便等優(yōu)點，但是C程序反匯編生成的匯編代碼往往較長。若直接用匯編語言編程，雖然編制的程序較短，但開發(fā)周期長，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語言編寫，而將執(zhí)行效率要求較高的部分用匯編語言來編寫。下面主要介紹針對SAM8系列單片機進行混合編程的軟件設計方法。

3.1 IAR C語言編譯器的函數(shù)參數(shù)傳送規(guī)則

　　IAR C語言編譯器規(guī)定函數(shù)參數(shù)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(shù)參數(shù)的類型。

　　IAR C語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(shù)參數(shù)由左至右依次傳入R15至R10，直至這些寄存器點滿，而其余函數(shù)參加由堆棧來傳遞。由迂些寄存器是暫存器，用完就釋放掉，所以應用過程中不用保護。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，應用過程不必須對其進行保護，但在C語言函數(shù)編寫中可以不體現(xiàn)，而由編譯器自動完成。

　　當函數(shù)參數(shù)為以下2種類型時，應當選用堆棧方式傳遞：第一種是傳遞參數(shù)為struct或union大于4字節(jié)的參數(shù)類型。第二種是長度可變函數(shù)的未命名參數(shù)類型。

　　函數(shù)參數(shù)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(diào)用函數(shù)的參數(shù)則由左至右依次存放在被指定的堆棧中，當被調(diào)用函數(shù)返回調(diào)用函數(shù)時，堆棧自動清零，主存儲器空間被釋放，以供下次供傳遞函數(shù)使用。

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

　　C語言編譯器也是編譯中斷函數(shù)時會自動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程中自動完成的。中斷過程中用到的寄存器都使用PUSH Rn的指令進行保護，而采用POP Rn指令恢復。當用IRET指令自動恢復狀態(tài)寄存器FLAGS時，可以從中斷中返回。

3.2 對匯編語言函數(shù)的約定

　　對于一個可以被C語言函數(shù)調(diào)用的匯編程序來說，使用時必須滿足以下3點：

　?。?）符合C語言參數(shù)傳遞規(guī)則；

　?。?）有PUBLIC函數(shù)入口標志；

　?。?）在C語言函數(shù)中用extern聲音為外部函數(shù)。

　　參加傳遞規(guī)則和C語言函數(shù)一樣，所不同的是，要在匯編語言函數(shù)編寫過程中具體體現(xiàn)出來。

4 應用實例

　　明確了以上調(diào)用規(guī)則，混合編程就比較容易了，歸納起來有以下幾點：

　?。?）在C語言源文件中用“extern”關鍵字導入被匯編語言源文件導出的標號；

　?。?）在匯編語言源文件用“PUBLIC”關鍵字把標號導出到C語言源文件；

　　（3）在匯編語言中用“EXTERN”關鍵字導入被C語言函數(shù)源文件導出的關鍵字；

　　（4）用C語言把標號導出給匯編語言，這一步不需要關鍵字；

　?。?）把編輯好的C語言和匯編語言源文件導入設計系統(tǒng)，并用各自調(diào)用函數(shù)的指令調(diào)用。

　　下面以筆者在校音器設計中用到的2個例子來具體說明。

4.1 C語言和匯編語言相互調(diào)用

　　在該例中，用C語言函數(shù)main()調(diào)用匯編語言函數(shù)get_rand()以得到一個隨機數(shù)，接著，用匯編語言函數(shù)get_rand()調(diào)用C語言庫函數(shù)rand()再得到一個整型機隨機數(shù)，然后用調(diào)用C語言函數(shù)mult()的方法把這個隨機值的高位乘以main()函數(shù)傳遞給自己的實參，同時把乘積值返回給main()參數(shù)。

/****C語言源程序****/

#include<ios3c825a.h>/*頭文件*/

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

void main(void)/*主函數(shù)*/

{

unsigned char seed;

unsigned char value;/*定義變量*/

WTCON=0xa0; /*關閉watch dog*/

Seed=0x05;

Value=get_rand(seed); /*調(diào)用匯編語言函數(shù)，得到一個隨機數(shù)*/

While(1); /*程序結束*/

}

/**加法子程序，供匯編語言調(diào)用**/

unsigned char add(unsigned char x,unsigned chary)

{

return (x+y);

}

/****C語言源程序結束 ****/

/****匯編語言源程序 ****/

#include <ios3c825a.h> ；頭文件

EXTERN rand ；C語言庫函數(shù)

EXTERN add ；用戶自定義C函數(shù)

PUBLIC get_rand ；導出函數(shù)名給C函數(shù)調(diào)用

Get_rand:

PUSH R9 ；普通C函數(shù)入棧保護

LD R9，R15；C函數(shù)傳遞參數(shù)給R15，暫時存儲在R9

CALL rand ；調(diào)用C庫函數(shù)得到一個隨機數(shù)，作為add的第一實參，存儲在R15

LD R14，R9；C函數(shù)傳遞的參數(shù)，作為add的第二實參，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?nèi)定

RET

END

/**** 匯編語言源程序結束 ****/

4.2 匯編語言寫中斷服務程序

　　為了提高系統(tǒng)響應速度，設計時往往要求中斷服務程序的執(zhí)行時間較短，執(zhí)行速度較快。因此，最好的方法就是用匯編語言編寫中斷服務程序。但要注意以下2點：

（1）中斷函數(shù)不傳遞參數(shù)和返回結果；

（2）中斷過程中用到的寄存器都要進行保護。

本例中用匯編語言編寫看門狗定時器的中斷服務程序，而用C語言編寫主程序。

/****C語言主程序****/

#include<ios3c825a.h> /*頭文件*/

extern void in0(void); /*中斷函數(shù)聲明*/

void main(void)

{

CLKCON=0X98; /*開中斷*/

IMR=0X10; /*IRQ4使能*/

WTCON=0X84；/*看門狗定時器設為0.25秒*/

P2CONL=0X03; /*P2.0為輸出*/

IPH=0X00;

IPL=0XD6; /*中斷函數(shù)所對矢量位置*/

CLKCON=0X18; /*關中斷*/

while(1);

}

/****C語言主程序結束****/

/****匯編語言編寫的中斷程序****/

#include <ios3c825a.h> ；頭文件

public 'int0' ；中斷函數(shù)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定時發(fā)頭

POP R1；寄存器恢復

IRET；中斷返回

END

/****匯編語言編寫的中斷程序邏輯****/

5 結束語

　　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(diào)試過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(tǒng)中不同的核，一定要選用不同的內(nèi)核版本號，否則，寄存器傳遞的參數(shù)可能會錯位，從而導致參數(shù)傳遞錯誤，給調(diào)試帶來不便。