MSP430 單片機C語言和匯編語言混合編程

時間：2012-03-19 13:39:05

關(guān)鍵字： MSP430 匯編語言混合編程單片機C語言

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[導(dǎo)讀]MSP430是一款16位的單片機，它具有超低功耗、豐富的片內(nèi)外圍模塊、多樣的可選型號、軟件對硬件的靈活控制能力等優(yōu)點。因此特別適合于以電池為電源的應(yīng)用場合或手持設(shè)備，目前在國內(nèi)主要應(yīng)用于三表系統(tǒng)和消防設(shè)備方面

MSP430是一款16位的單片機，它具有超低功耗、豐富的片內(nèi)外圍模塊、多樣的可選型號、軟件對硬件的靈活控制能力等優(yōu)點。因此特別適合于以電池為電源的應(yīng)用場合或手持設(shè)備，目前在國內(nèi)主要應(yīng)用于三表系統(tǒng)和消防設(shè)備方面。MSP430單片機的開發(fā)軟件較常用的是IAR公司的IAR Embedded Workbench集成開發(fā)環(huán)境，它可以編輯、匯編和編譯匯編語言和C語言源文件，并且其C語言和匯編語言具有相同格式的頭文件，給開發(fā)帶來了靈活性。C 語言具有編程簡單，可以移植等優(yōu)點，但是產(chǎn)生代碼較長，對硬件的直接控制能力相對較弱；匯編語言產(chǎn)生的代碼較小，控制硬件靈活，但是可讀性差，移植困難，因此為了發(fā)揮各自優(yōu)點，產(chǎn)生高速度、高效率的代碼混合編程是最好的選擇。

1 IAR C語言編譯器的參數(shù)傳遞規(guī)則

1.1 寄存器應(yīng)用

C語言編譯器把單片機的寄存器分成兩組來使用：

（1）高速暫存器（R12－R15），這組寄存器專門用作參數(shù)傳遞，因此調(diào)用時不需要保護。

（2）其它普通寄存器（R4－R11），這組寄存器主要用作寄存器變量和保存中間結(jié)果，因此調(diào)用時必需保護，這一點C語言編譯器是自動處理的。

1.2 堆棧結(jié)構(gòu)和參數(shù)傳遞

每一次函數(shù)調(diào)用會創(chuàng)建一個如圖所示的堆棧結(jié)構(gòu)

一個調(diào)用者函數(shù)傳遞給被調(diào)用函數(shù)的參數(shù)按照從右到左的順序傳遞的，換句話說就是除了最左邊的兩個參數(shù)用寄存器傳遞外，其余參數(shù)用堆棧傳遞，并按從右到左的順序入棧。若最左邊的兩個參數(shù)屬于結(jié)構(gòu)或聯(lián)合類型，那么它們也用堆棧傳遞。函數(shù)的返回結(jié)果根據(jù)其類型存放在R12或R13:R12寄存器對，若返回結(jié)果屬于結(jié)構(gòu)或聯(lián)合類型，那么R12中存放的是指向返回結(jié)果的指針。

1.3 中斷函數(shù)

C語言編譯器編譯中斷函數(shù)時會自動保護所有用到的寄存器（包括R12－R15在內(nèi)），狀態(tài)寄存器SR的保護是中斷處理過程自動完成的。中斷函數(shù)中用到的任何寄存器都會用PUSH Rxx指令保護，中斷服務(wù)結(jié)束用后POP Rxx指令恢復(fù)；RETI指令會自動恢復(fù)狀態(tài)寄存器SR和從中斷返回。

2 對匯編語言函數(shù)的約定

一個能被C語言函數(shù)調(diào)用的匯編語言函數(shù)必須做到以下幾點：
    （1）符合C語言編譯器的參數(shù)傳遞規(guī)則。
    （2）具有PUBLIC入口標號。
    （3）對C語言調(diào)用者函數(shù)聲明為外部函數(shù)，并且允許參數(shù)類型檢查和提升（可選）。

2.1 局部存儲分配

如果匯編語言函數(shù)需要局部存儲空間，有兩種分配方法：
（1）分配在硬件堆棧
（2）分配在靜態(tài)空間，但是函數(shù)不能重入。

2.2 中斷函數(shù)

因為中斷可能發(fā)生在程序執(zhí)行的任何期間，所以調(diào)用約定并不適用于中斷函數(shù)。因此必需注意以下幾點：
    （1）必須保護所有用到的寄存器。
    （2）必須用RETI返回。
    （3）把SR中各標志位當做未定義來使用。
    （4）中斷向量定義在INTVEC段

3 混合編程

明確了以上約定，混合編程就非常容易。基本做法是：
    （1）C語言源文件用‘extren’關(guān)鍵字導(dǎo)入被匯編語言源文件導(dǎo)出的標號。
    （2）匯編語言源文件用‘PUBLIC’關(guān)鍵字把標號導(dǎo)出給C語言源文件。
    （3）匯編語言源文件用‘EXTREN’關(guān)鍵字導(dǎo)入被C語言源文件導(dǎo)出的標號。
    （4）C語言源文件把標號導(dǎo)出給匯編語言文件，則不需要關(guān)鍵字。
    （5）把寫好的C語言源文件和匯編語言源文件加入工程，并用各自調(diào)用函數(shù)的指令調(diào)用即可。

4 應(yīng)用實例

4.1 C 語言函數(shù)和匯編語言函數(shù)相互調(diào)用

在這個示例中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)；匯編語言函數(shù)get_rand()首先調(diào)用C語言的標準庫函數(shù)rand（）得到一個整型隨機值，然后用調(diào)用C語言函數(shù)mult()的方法把這個隨機值乘以main()函數(shù)傳遞給自己的實參，并把乘積值返回給 main()函數(shù)。

4.1.1 C語言源文件
/**************************************************************/
/* 文件名：c_source.c                                 2003-01-05 */
/* C語言和匯編語言混合編程，C源程序                          */
/* 這段源程序調(diào)用匯編語言函數(shù)get_rand()                         */
/* 注意工程必需包含匯編語言源文件 "asm_source.s43"               */
/**************************************************************/
#include <MSP430x14x.h>     /* 頭文件 */
extern unsigned long get_rand(unsigned char seed);    /* 匯編語言函數(shù)原型聲明 */
/****************************************************************/
/* 主函數(shù)                                                       */
/****************************************************************/
void main( void )
{
    unsigned char seed;   /* 局部變量定義*/
    unsigned long value;
// === 系統(tǒng)初始化 ==========================================
    IFG1 = 0;     /* 清除中斷標志1 */
    WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD;   /* 停止看門狗 */
    P1DIR = 0xff;
// === 系統(tǒng)初始化結(jié)束========================================

    seed = 0x55;
    value = get_rand(seed); /* 調(diào)用匯編語言函數(shù)get_rand()得到一個隨機數(shù) */
    while(1);   /*程序結(jié)束*/
}
// === 主程序結(jié)束 ==================================================
/******************************************************************/
/* 乘法子程序，供匯編語言函數(shù)調(diào)用 */
/******************************************************************/
unsigned long mult(int x , int y)
{
    return (x *y);   /*x乘y */
}
// === 乘法子程序結(jié)束 ================================================

4.1.2 匯編語言源程序
; ******************************************************************
; 文件名: asm_source.s43
; C語言和匯編語言混合編程，匯編語言源程序
; 這段源程序調(diào)用兩個C語言函數(shù)，標準庫函數(shù)rand()和用戶自定義函數(shù)mult()
; *******************************************************************
        #include "msp430x14x.h"     ; 頭文件
        NAME asmfile

        EXTERN rand                 ; C語言標準庫函數(shù)rand()
        EXTERN mult                 ; c_source.c中用戶自定義函數(shù)

;====================================================================
; get_rand
;====================================================================
        PUBLIC get_rand             ; 導(dǎo)出函數(shù)名給C語言函數(shù)
        RSEG CODE
get_rand;
        push R11                    ; 普通寄存器入棧保護
        mov.b R12,R11               ; C 函數(shù)傳遞的實參在R12中，送入R16暫存

        Call #rand                   ; 調(diào)用 C 函數(shù) rand()
                                    ; 函數(shù)值為整型返回在R12中

                                    ; rand()函數(shù)值作為mult()函數(shù)的第一實參
                                    ; 送入R12進行參數(shù)傳遞
        mov R11,R14                 ; C 函數(shù)傳遞的實參作為mult()函數(shù)的第二實參
                                    ; 送入R14進行參數(shù)傳遞
        Call #mult                   ; mult()值返回在 R12 / R13寄存器對
        pop R11                     ; 出?；謴?fù)寄存器內(nèi)容
        ret
END

4.2 匯編語言編寫中斷服務(wù)程序

為了提高整個系統(tǒng)響應(yīng)速度，要求中斷服務(wù)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(wù)程序。但要注意：1、中斷服務(wù)程序不能有參數(shù)傳遞和返回值。2、中斷服務(wù)程序中所有被用到的寄存器都需要保護。本示例用匯編語言編寫了看門狗定時器的中斷服務(wù)程序，用C語言編寫了主程序。

4.2.1 C語言主程序
/********************************************************************/
/* 文件名：c_main.c                                        2003-01-08 */
/* C語言和匯編語言混合編程，C源程序                                */
/* 這段源程序被看門狗定時器中斷后執(zhí)行匯編語言函數(shù)編寫的中斷服務(wù)程序 */
/* 注意工程必需包含匯編語言源文件 "wdt_int.s43"                       */
/********************************************************************/
#include <MSP430x14x.h> /* 頭文件 */
/********************************************************************/
/*主函數(shù)                                                            */
/********************************************************************/
void main( void )
{
// === 系統(tǒng)初始化 =============================================
    IFG1=0;    /* 清除中斷標志1 */
    WDTCTL=WDT_MDLY_32;     /* 看門狗的定時間隔為 32ms */
    P1DIR = 0x01;   /* P1.0 設(shè)置為輸出 */
    IFG1 &= ~WDTIFG; /* 清除已掛起的看門狗定時器中斷 */
    IE1 |= WDTIE;   /* 允許看門狗定時器中斷 */
    _EINT();
// === 系統(tǒng)初始化結(jié)束===========================================
    while(1);   /*主程序是一段死循環(huán)
}
// === 主函數(shù)結(jié)束 ==============================================

4.2.2 匯編語言中斷服務(wù)程序
;**********************************************************************
; 文件名: wdt_int.s43
; C語言和匯編語言混合編程，匯編語言源程序
; 看門狗定時器中斷服務(wù)程序
;***********************************************************************
    NAME WDT_ISR

    #include "msp430x14x.h"     ; 頭文件
; ==============================================================
; 看門狗定時器中斷服務(wù)程序
;================================================================
        PUBLIC wdt_isr              ; 導(dǎo)出函數(shù)名給C語言函數(shù)
        RSEG CODE
        wdt_isr
        xor.b #001h,&P1OUT          ; 觸發(fā) P1.0,led 亮滅轉(zhuǎn)換
        reti                        ; 中斷返回
;================================================================
        COMMON INTVEC(1)            ; 中斷向量段
;================================================================
        ORG WDT_VECTOR
        DW wdt_isr

END

5 結(jié)束語

以上方法已用于筆者的實際項目，取得良好效果，但是要注意編譯器的某些選項對程序生成代碼是有影響的。例如：匯編語言函數(shù)對標號大小寫敏感與否，影響C語言函數(shù)的變量名、程序名。若使用ROM MONTIOR，則C編譯器要用-ur45選項編譯,并且匯編語言中只要使用R4和R5，都要加以保護，否則無法返回ROM MONTIOR。

參考文獻
[1] IAR MSP430 C Compiler Programming Guide
[2] IAR MSP430 Assembler, Linker and Librarian Programming Guide
[3] MSP430x3xx Family User’s Guide, literature number SLAU012
[4] MSP430x1xx Family User’s Guide, literature number SLAU049
[5] MSP430x4xx Family User’s Guide, literature number SLAU056