用PICC編譯器開發(fā)PIC系列單片機的代碼

摘要：介紹PIC系列單片機C語言的發(fā)展;以HI-TECH Software公司的HI-TECH PICC為例，介紹PICC編譯器的特點和用其開發(fā)PIC系列單片機時應注意的一些問題。 關鍵詞：PIC PICC編譯器 C語言/匯編語言 Hi-Tech 引言 目前，在市場上應用最廣泛的應該屬于8位單片機，Microchip Technoloogy公司推出的8位PIC系列單片機，目前在國內市場上深受用戶歡迎，已經逐漸成為單片機應用的新潮流;但遺憾的是，目前國內介紹它的 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，可能會走一些彎路。筆者最近在用PIC的C語言時就遇到了好些問題，在這里想和最近一段時間用PIC的C語言的一些經驗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系列單片機的人有所幫助。 目前，在國內用得比較多的是Hi-Tech的Hi-Tech PICC編譯器，而且目前市場上一些國內的PIC單片機仿真器也開始支持Hi-Tech PICC編譯格式;因此，本文主要以Hi-Tech的PICC為基礎，介紹一下PIC的C語言的基本特點。 1 Hi-Tech PICC的C語言開發(fā)工具的語言特點 PICC的C語言按ANSI C來定義，并進行了C語言的擴展。PICC和ANSI C有一個根本的區(qū)別就是，PICC不支持函數(shù)的遞歸調用。這是因為PIC單片機的堆棧大小是由硬件決定的，資源有限，所以不支持遞歸調用。它的數(shù)據(jù)也遵從標準C的數(shù)據(jù)結構，PICC的數(shù)據(jù)結構是以數(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)、無符號字符(unsigned char)、有符號字符(signed char)、無符號整型(unsigned int)、有符號整形(signed int)、無符號長整型(unsigned long)、有符號長整型(signed long)、浮點(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。即一個多字節(jié)數(shù)，比如int 型，在內存單元中存儲順序為低位字節(jié)存儲在地址低的存儲單元。高位字節(jié)存儲在地址高的存儲單元中，程序員在用union定義變量時一定要注意這一特點。 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、在整個程序執(zhí)行期間都保持有效的變量。局部變量在函數(shù)內部說明。局部變量有兩種：自動變量和靜態(tài)變量。缺省類型為自動變量，除非明確將其聲明為靜態(tài)變量。而且，所有的自動變量都被分配在寄存器頁0，所以bank限定詞不能用于自動變量，便可以用于靜態(tài)的局部變量。當程序退出時，自動變量占用的空間釋放，自動變量也就失去意義。靜態(tài)變量是一種局部變量，只在聲明它的函數(shù)內部有效;但它占用固定的存儲單元，而這個存儲單元不會被別的函數(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)內部使用一變量，而又希望其值在2次函數(shù)調用期間保持不變，為實現(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。編譯時，連接器會自動把一些不可能被同時調用的函數(shù)的自動變量區(qū)重疊在一起，以達到內存的高效利用，因此其內部RAM的利用效率非常高。 2 函數(shù)調用時參數(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、被調函數(shù)的自動變量區(qū)域或被調函數(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)可以通過一個由問號“?”、下劃線“_”及函數(shù)名加一個偏移量構成的標號獲取。下面為一調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為： _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，因為，C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語言中直接嵌入匯編代碼，#asm和#endasm指令分別用于標示嵌入匯編程序塊的開頭和結屬;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，嵌入匯編不是完整意義上的匯編，是一種偽匯編指令，使用時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獨立的模塊，用匯編編譯器(ASPIC)生成目標文件，然后用鏈接器和C語言生成的其它模塊的目標文件鏈接在一起。如果變量要公用時，則在另一個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); 本聲明說明了要調用的這個外部函數(shù)有一個char型形式參數(shù)，并返回一個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定義了一個全局變量，也等同于C模塊中的 extern,SIGNAL強制鏈接器在鏈接各個目標文件模塊時進行類型匹配檢查，F(xiàn)NSIZE定義局部變量和形式參數(shù)的內存分配。 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，可以采取這種辦法;但是，為了保證匯編程序能正常運行，必須嚴格遵守函數(shù)參數(shù)傳遞和返回規(guī)則。當然，為避免這些規(guī)則帶來的麻煩，一般情況下，可以先用C語言大致編寫一個類似功能的函數(shù)，預先定義好各種變量，采用PICC-S選項對程序進行編譯，然后手工優(yōu)化編譯器產生的匯編代碼后將其作為獨立的模塊就可以了。 4 注意事項 使用PICC時，為了更有效地利用資源，應注意以下幾點： ①盡量使用無符號數(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元相互調用函數(shù)中用到的內部變量，可將其定義為全局臨時變量，編程時覆蓋使用，這樣可減少很多編譯代碼。而對于中斷函數(shù)內部用到的變量，可用全局變量。 ③對于有一定匯編經驗的人在開始使用PICC時，應多注意觀看編譯后產生的匯編源代碼，并經常觀看經正確編譯鏈接后產生的映像文件(.MAP文件)。在該文件中，詳細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不支持類型強制轉換。即在類型不匹配時須查驗編譯后的匯編代碼，看是否正確，尤其是對指針操作的時候一定要注意。 ⑤對某位變量自操作時，比如求反，不可以直接簡寫，例如：!flag;編譯后不能正確產生代碼，而須寫成：“flag=!flag;” ⑥盡量選擇全局優(yōu)化編譯選項。為保證寄存器頁(包括程序存儲期頁面和RAM寄存器頁)的正確轉換，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會優(yōu)化去大量有關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)被多個函數(shù)經常調用，最好將其定義為宏。因為若函數(shù)代碼很短時，由于被調函數(shù)和調用函數(shù)不在同一代碼頁所產生的附加代碼可能都會超過函數(shù)代碼本身的長度。 5 結論 PICC編譯器產生的代碼在有些時候雖然比較繁瑣，但結構和邏輯性很強，開發(fā)效率大大提高，調試與維護都很方便。不論是從程序的開發(fā)速度、軟件質量還是從程序的可維護性和可移植性上講，PICC的優(yōu)點絕非匯編語言所能比擬的。