SAM8系列S3C825A型單片機(jī)及其軟件設(shè)計(jì)

   摘要：以S3C825A為例介紹三星公司SAM8系列單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其軟件開發(fā)環(huán)境，詳細(xì)描述采用混合編輯法來對SAM8系列單片機(jī)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的一般方案，最后給出用混合編程法對S3C825A進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)的具體應(yīng)用實(shí)例。

    關(guān)鍵詞：SAM8系列單片機(jī)；OPENice i500；IAR C編譯器；混合編程

引言

三星SAM8系列單片機(jī)是8位CMOS型微控制器，該系列單片機(jī)具有功耗超低、多樣型號、資源豐富、CPU時(shí)鐘可調(diào)及軟件對硬件控制靈活等優(yōu)點(diǎn)，其中，S3C825A型是目前應(yīng)用較為廣泛的單片機(jī)。S3C825A與三星SAM8系列其他單片機(jī)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(shè)計(jì)方法，具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 S3C825A型單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

S3C825A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。從圖1可以該單片機(jī)具有以下特點(diǎn)：

●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(dá)67個(gè)可編程I/O接口；

●具有2個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器和2個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；

●帶有LCD驅(qū)動(dòng)控制器；

●帶有一個(gè)4輸入的10bit A/D轉(zhuǎn)換器；

●帶有主從兩個(gè)晶振接口。

1.1 存儲(chǔ)空間分配

S3C825A型微控制器有2類存儲(chǔ)空間，48KB內(nèi)部掩膜可編程存儲(chǔ)空間（ROM）和2096byte的內(nèi)部寄存器空間。其中可編程存儲(chǔ)空間主要用來存儲(chǔ)程序代碼和列表數(shù)據(jù)，它的起始256Byte(00H0FFH)用來存儲(chǔ)中斷矢量列表，未使用的空間也可用作代碼存儲(chǔ)空間，但中斷矢量必須放在這段空間中。對S3C825A而言，當(dāng)程序執(zhí)行RESET后，ROM的起始地址是0100H。

    S3C825A共有2137個(gè)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(shí)行頁式管理，每一個(gè)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(kuò)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(zhuǎn)換器

S3C825A內(nèi)部集成了有一個(gè)4路輸入10bit模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）。該A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換過程需要50個(gè)時(shí)鐘周期。模擬信號輸入端口是I/O Port3的P3.0~P3.2復(fù)用的，Port3的控制寄存器（P3CONH，P3CONL）可確定Port3是否用于A/D轉(zhuǎn)換器的模擬信號輸入，A/D轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換后的值放在ADDATAH/ADDATAL寄存器中，每次轉(zhuǎn)換前必須將這2個(gè)寄存器清空。

1.3 LCD控制器

S3C825A內(nèi)部集成了一個(gè)LCD控制器，可以直接驅(qū)動(dòng)224點(diǎn)（28segX8com）的LCD面板。實(shí)際應(yīng)用中只需要將要顯示的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(huì)自動(dòng)地將要顯示的內(nèi)容從顯示寄存器送到seg腳以進(jìn)行顯示輸出，而不需要再進(jìn)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(jī)提供了一套有效的在線仿真器——OPENice i500，該仿真器可以運(yùn)行在windows 95/98/2000/NT等操作系統(tǒng)下，具有可選的CPU時(shí)鐘資源（最高可達(dá)80MHz）和高達(dá)64kbyte的仿真代碼存儲(chǔ)器，同時(shí)內(nèi)嵌功能強(qiáng)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(dá)115200b/s），同時(shí)支持C語言編譯/調(diào)試（IAREW，CSPY），因此，應(yīng)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(jī)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(gè)功能強(qiáng)大的開發(fā)環(huán)境。該集成開發(fā)平臺(tái)（IDE）可在Windows 98/ME/NT4/2000/XP下進(jìn)行工程管理、運(yùn)行屬性設(shè)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(qiáng)大，能支持ISO/ANSI標(biāo)準(zhǔn)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(kuò)展關(guān)鍵字，同時(shí)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(yù)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(gè)應(yīng)用程序所需要的可重定位代碼模塊文件組裝成一個(gè)程序，從而產(chǎn)生可執(zhí)行的目標(biāo)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(yùn)行到指定位置（Go to Cursor/Go to Label/Go to Address），調(diào)試返回（Go to Return）、實(shí)時(shí)跟蹤變量、寄存器（Register Groups）、存儲(chǔ)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(shè)計(jì)

在對SAM8系列單片機(jī)進(jìn)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(qiáng)、可移植性好和修改方便等優(yōu)點(diǎn)，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(jī)進(jìn)行混合編程的軟件設(shè)計(jì)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(jī)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(diǎn)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(yīng)用過程中不用保護(hù)。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(yīng)用過程不必須對其進(jìn)行保護(hù)，但在C語言函數(shù)編寫中可以不體現(xiàn)，而由編譯器自動(dòng)完成。

當(dāng)函數(shù)參數(shù)為以下2種類型時(shí)，應(yīng)當(dāng)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(chǔ)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(dāng)被調(diào)用函數(shù)返回調(diào)用函數(shù)時(shí)，堆棧自動(dòng)清零，主存儲(chǔ)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(jié)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(shí)會(huì)自動(dòng)保護(hù)所用到的寄存器（包括R10-R15），狀態(tài)寄存器FLAGS的保護(hù)也是在中斷處理過程中自動(dòng)完成的。中斷過程中用到的寄存器都使用PUSH Rn的指令進(jìn)行保護(hù)，而采用POP Rn指令恢復(fù)。當(dāng)用IRET指令自動(dòng)恢復(fù)狀態(tài)寄存器FLAGS時(shí)，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(gè)可以被C語言函數(shù)調(diào)用的匯編程序來說，使用時(shí)必須滿足以下3點(diǎn)：

（1）符合C語言參數(shù)傳遞規(guī)則；

（2）有PUBLIC函數(shù)入口標(biāo)志；

（3）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(yīng)用實(shí)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(diǎn)：

（1）在C語言源文件中用“extern”關(guān)鍵字導(dǎo)入被匯編語言源文件導(dǎo)出的標(biāo)號；

（2）在匯編語言源文件用“PUBLIC”關(guān)鍵字把標(biāo)號導(dǎo)出到C語言源文件；

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

（4）用C語言把標(biāo)號導(dǎo)出給匯編語言，這一步不需要關(guān)鍵字；

（5）把編輯好的C語言和匯編語言源文件導(dǎo)入設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中用到的2個(gè)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(gè)隨機(jī)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(gè)整型機(jī)隨機(jī)數(shù)，然后用調(diào)用C語言函數(shù)mult()的方法把這個(gè)隨機(jī)值的高位乘以main()函數(shù)傳遞給自己的實(shí)參，同時(shí)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(guān)閉watch dog*/

Seed=0x05;

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

While(1); /*程序結(jié)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(jié)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(dǎo)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(hù)

LD R9，R15；C函數(shù)傳遞參數(shù)給R15，暫時(shí)存儲(chǔ)在R9

CALL rand ；調(diào)用C庫函數(shù)得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)，作為add的第一實(shí)參，存儲(chǔ)在R15

LD R14，R9；C函數(shù)傳遞的參數(shù)，作為add的第二實(shí)參，存儲(chǔ)在R14

CALL add ；add返回的值存儲(chǔ)在R15中

POP R9 ；add出棧恢復(fù)寄存器內(nèi)定

RET

END

/**** 匯編語言源程序結(jié)束 ****/

4.2 匯編語言寫中斷服務(wù)程序

為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，設(shè)計(jì)時(shí)往往要求中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)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。但要注意以下2點(diǎn)：

（1）中斷函數(shù)不傳遞參數(shù)和返回結(jié)果；

（2）中斷過程中用到的寄存器都要進(jìn)行保護(hù)。

本例中用匯編語言編寫看門狗定時(shí)器的中斷服務(wù)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(shí)器設(shè)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(guān)中斷*/

while(1);

}

/****C語言主程序結(jié)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(hù)

LD R1,#01H ;給PORT2寄存器賦值，使連接P2.1的LED定時(shí)發(fā)頭

POP R1；寄存器恢復(fù)

IRET；中斷返回

END

/****匯編語言編寫的中斷程序邏輯****/

5 結(jié)束語

以上方法已經(jīng)應(yīng)用于筆者參與設(shè)計(jì)的校音器設(shè)計(jì)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(xiàng)的設(shè)置對程序運(yùn)行結(jié)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(huì)錯(cuò)位，從而導(dǎo)致參數(shù)傳遞錯(cuò)誤，給調(diào)試帶來不便。