EH78系列單片機(jī)的編程技巧

時(shí)間：2011-05-19 10:32:56

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[導(dǎo)讀]筆者在某智能水表開發(fā)中使用了EM78P447芯片，對EM78系列芯片有了較深認(rèn)識，在實(shí)踐中總結(jié)了一些開發(fā)此類芯片應(yīng)注意的問題，同時(shí)給出了應(yīng)用中的編程技巧。市面上常見的介紹EM78系列的參考書中，都給出了一些應(yīng)用

筆者在某智能水表開發(fā)中使用了EM78P447芯片，對EM78系列芯片有了較深認(rèn)識，在實(shí)踐中總結(jié)了一些開發(fā)此類芯片應(yīng)注意的問題，同時(shí)給出了應(yīng)用中的編程技巧。
市面上常見的介紹EM78系列的參考書中，都給出了一些應(yīng)用實(shí)例，但這些實(shí)例一般程序代碼量較小，功能單一。雖然這些實(shí)例對于新手確實(shí)起到了很好的作用，但一個(gè)產(chǎn)品可能功能很復(fù)雜，程序可能達(dá)到幾千行，這就會出現(xiàn)一些短程序中沒有遇見的問題。以筆者的開發(fā)為例，程序總共5千多行，有效的匯編語句代碼有3千多行。由于義隆沒有提供C的編譯環(huán)境，只能以匯編進(jìn)行編碼，而匯編的結(jié)構(gòu)、條理性與C語言比較不是很清晰，再加上EM78單片機(jī)結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，所以當(dāng)程序代碼量較大的時(shí)候總會出現(xiàn)一些新的問題。下面將實(shí)踐中遇到的問題及其解決方法總結(jié)一下，以供參考。

1 RAM數(shù)據(jù)的讀取方法
EM78系列的RAM既可以認(rèn)為是普通單片機(jī)中的RAM，也可以認(rèn)為是寄存器(通用和專用寄存器)。以EM78P447為例，RAM共148×8位，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

    其中地址為20H一3EH，共有124(31×4)個(gè)，分布在4個(gè)RAM“體”(Bank)上。4個(gè)體分別標(biāo)記為“BankO(體O)”、“Bankl(體1)”、“Bank2(體2)”、“Bank3(體3)”。當(dāng)程序中用到的變量不多或者數(shù)據(jù)量不是很大時(shí)，這種RAM結(jié)構(gòu)對程序不會有什么影響，即程序變量能夠分配在一個(gè)Bank中；但是當(dāng)變量較多時(shí)，操作起來將會有些麻煩，同時(shí)有可能因?yàn)槌绦蛑蠦ank選擇不當(dāng)導(dǎo)致程序出錯(cuò)。筆者覺得當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，只要是對數(shù)據(jù)操作，就要先進(jìn)行Bank的選擇。特別是對子程序而言，一進(jìn)入子程序就要進(jìn)行Bank的選擇，從而控制所操作數(shù)據(jù)的范圍，時(shí)刻要清楚自己操作的數(shù)據(jù)在哪個(gè)Bank內(nèi)。通過改變“體選碼”，即RSR寄存器的最高2位，來選擇所要訪問的數(shù)據(jù)Bank。下面給出一個(gè)程序來說明。
    BS RSR，7 ：到Bank2
    MOV A，0X2F
    AND A，@OB00111111
    MOV OX2E，A
    CALL LCD _LEAR ；調(diào)用顯示屏清零程序
    LCD CLEAR：
    BC RSR，7 ；到Bank0
    BC RSR，6
    MOVA，@OB00000000
    MOV LCd address，A

    ……
    如上面程序所示，在調(diào)用LCD_ CLEAR之前訪問了Bank2數(shù)據(jù)區(qū)，接著調(diào)用LCD-CLEAR子程序。此時(shí)在子程序內(nèi)，若沒有注意數(shù)據(jù)的Bank問題，即沒有設(shè)置選擇BankO，則原本要對BankO的數(shù)據(jù)操作則會發(fā)生在Bank2的相應(yīng)數(shù)據(jù)地址上，從而程序發(fā)生錯(cuò)誤。所以進(jìn)入子程序后，馬上選擇要使用數(shù)據(jù)的Bank，從而防止發(fā)生誤操作EM78系列單片機(jī)的開發(fā)語言為匯編語言，所以當(dāng)編寫匯編程序時(shí)，一定要養(yǎng)成一個(gè)良好的編程習(xí)慣，這非常有利于程序的開發(fā)和維護(hù)。筆者建議程序中對變量按如下操作。
    ①定義變量表。在程序開始的地方定義好變量表，為每一個(gè)變量取名，分配地址空間。
    ②相關(guān)變量最好定義在同一Bank內(nèi)，這樣當(dāng)對這些相關(guān)變量操作時(shí)就可以免去選擇Bank的麻煩。
    ③以變量名進(jìn)行操作。不要對變量的地址直接操作，最好以變量名進(jìn)行操作，這樣當(dāng)變量需要改變名字或者需要更改分配地址時(shí)，直接更改變量表即可，而不用更改具體的程序。這點(diǎn)對于較大的程序非常有利，不但可以增加程序的可讀性，更重要的是提高程序的編寫便利性和維護(hù)性。
    以上幾點(diǎn)對于編寫較高質(zhì)量的代碼都非常重要，應(yīng)在具體實(shí)踐中仔細(xì)體會。

2 程序跨頁跳轉(zhuǎn)和跨頁調(diào)用技巧
首先需要介紹一下EM 78系列單片機(jī)的程序存儲器ROM結(jié)構(gòu)。EM78系列的程序存儲器ROM容量為4K×13位，采用Page(“頁”)分配原則，就是將4K的程序空間分為4頁，每個(gè)頁容量為1K。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中Page0(000H～3FFH)、Pagel(400H～7FFH)、Page2(800H～BFFH)、Page3(COOH～FFFH)。指令系統(tǒng)中的兩條長距離跳轉(zhuǎn)指令JMP和CALL，所攜帶的地址碼僅僅有l(wèi)O位，210=lK地址空間，即只能在1K的空間內(nèi)跳轉(zhuǎn)。當(dāng)使用JMP指令時(shí)，裝入目標(biāo)地址到PC程序指針的低10位；使用CALL指令時(shí)，裝入目標(biāo)地址至PC程序指針的低10位，且PC+l壓棧，調(diào)用同1K頁面內(nèi)的任何程序。PC程序指針(寄存器R2)和堆棧的位數(shù)是12位，即尋址空間分別為4K，一個(gè)程序頁面為lK。頁面選擇通過設(shè)定狀態(tài)寄存器R3的Bit6(PS1)、Bit5(PSO)來完成。

    在EM447中，當(dāng)需要跳轉(zhuǎn)或調(diào)用不同頁面的子程序時(shí)，則需在調(diào)用前修改R3的PSl、PS0，這樣當(dāng)執(zhí)行IMP指令或CALL指令時(shí)會將狀態(tài)寄存器R3的PSl、PS0載入PC的A11、A10，所以PC程序指針可以在4K范圍的地址空間內(nèi)自由跳轉(zhuǎn)。
    當(dāng)編寫的程序代碼量較大(超過1K)時(shí)，程序跨頁跳轉(zhuǎn)和跨頁調(diào)用是避免不了的。在使用JMP指令時(shí)，一定要知道將要跳到哪個(gè)Page；使用CALL指令時(shí)，一定要知道要調(diào)用的子程序位于哪個(gè)Page中。這樣在使用JMP指令和CALL指令之前必須要設(shè)置PSl和PS0位來選擇將要跳轉(zhuǎn)或調(diào)用程序的存儲空間。例程如下：
    BS STATUS，PSl ；到Page3
    BS STATUS，PS0
    CALL INIT CLEAR ；調(diào)用初始數(shù)據(jù)清零程序
    CALL SYS INIT ；調(diào)用系統(tǒng)初始化程序
    BC STATUS，PSI ；到Pagel
    JMP SYS_BEGIN ；跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)啟動程序
    例程中首先設(shè)置PS相應(yīng)位來選擇Page3，然后調(diào)用INIT_CLEAR和SYS_INIT，之后選擇Pagel，跳到Pagel中的SYS BEGIN主程序中。對于較大的程序，這種調(diào)用和跳轉(zhuǎn)是經(jīng)常出現(xiàn)的，所以要求編寫程序前必須熟悉程序地址空間的分配。

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3 ROM模塊化編程原則
    因?yàn)榱x隆提供的調(diào)試環(huán)境只支持匯編語言，而用匯編語言編寫的程序，結(jié)構(gòu)條理性劣于用C語言編寫的程序，所以編寫程序時(shí)應(yīng)盡可能的將子程序功能模塊化，即以完成某個(gè)功能來編寫子程序，這樣結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)用方便。
    筆者在編寫程序時(shí)，針對EM78系列單片機(jī)ROM的Page結(jié)構(gòu)，將子程序按區(qū)分功能原則分別存放到不同的Page內(nèi)，如圖3所示為筆者項(xiàng)目中程序的存儲空間分配。
    圖3中，PageO存放的主要是比較常用的子程序，如系統(tǒng)初始化程序、鍵盤掃描、液晶顯示等；Pagel存放的是一些數(shù)據(jù)處理程序，如不同Bank的數(shù)據(jù)拷貝，十六進(jìn)制轉(zhuǎn)為二進(jìn)制壓縮BCD碼等程序；Page2存放的加密算法程序，這是筆者項(xiàng)目開發(fā)中最重要的部分，所以單獨(dú)的放在一個(gè)Page內(nèi)；Page3主要是對IC存儲器24LC02的一些讀寫操作子程序。這樣將功能相近的子程序放在一個(gè)Page內(nèi)，從而根據(jù)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)際來劃分程序存儲空間。在這樣調(diào)試時(shí)，很容易發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在哪個(gè)區(qū)域，使得程序結(jié)構(gòu)清晰明了，調(diào)用方便，易于調(diào)試和維護(hù)。

4 采用分區(qū)指令冗余技術(shù)提高軟件抗干擾性
為了確保程序穩(wěn)定可靠運(yùn)行，有時(shí)必須采用軟硬件抗干擾設(shè)計(jì)。在某些場臺，大量的干擾源雖然不會造成單片機(jī)硬件系統(tǒng)的破壞，卻常常會破壞數(shù)字信號的時(shí)序，更改單片機(jī)寄存器內(nèi)容，導(dǎo)致程序的“跑飛”或進(jìn)入死循環(huán)。因此在提高硬件可靠性的基礎(chǔ)上，還需要在程序設(shè)計(jì)中采取軟件抗干擾，從而提高軟件的可靠性，減少軟件錯(cuò)誤的發(fā)生或者在發(fā)生錯(cuò)誤的情況下仍能使系
統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
針對EM78系列單片機(jī)，筆者采用了分區(qū)指令冗余技術(shù)來防止程序的跑飛。即對程序中沒有使用的程序空間用“NOP_NOP_JMP”指令將其填滿。當(dāng)程序跑飛到單指令的“NOF”上時(shí)，不會發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)作指令來執(zhí)行的錯(cuò)誤，同時(shí)后面增加“JMP”指令使程序跳轉(zhuǎn)到程序跑飛處理程序上。圖4給出圖例。

圖4中，針對EM78系列單片機(jī)ROM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別在4個(gè)頁里存放一個(gè)單獨(dú)的跑飛處理程序Error()，程序的功能可以是“踢狗”(外置“狗”)。這樣做的原因如下：如果只編寫一個(gè)跑飛處理程序，假設(shè)放在PageO里，如果程序在Page2跑飛后，它不會跳到PageO的跑飛處理程序，反而會跳到Page2中，這樣程序仍然處于一種跑飛的狀態(tài)。所以在每個(gè)Page里添加Error()程序，這樣無論程序在哪個(gè)Page里跑飛，都會跳到Error()處理程序中。筆者實(shí)際中采用了這種方法取得了很好的效果。

5 其它常見問題分析
    在使用EM78系列芯片進(jìn)行開發(fā)時(shí)，除了上面要注意的幾點(diǎn)，還會遇見一些其它小問題。下面就提出這些問題及解決方法，希望讀者編程時(shí)有所注意。
(1)切記堆棧的深度
    匯編語言編程中經(jīng)常調(diào)用子程序，子程序的使用可以大大減少程序的書寫量，提高程序的使用效率。但在對EM78系列芯片進(jìn)行開發(fā)時(shí)，調(diào)用子程序應(yīng)切記堆棧的深度。EM78系列單片機(jī)采用的是5級深度的硬件堆棧，它既不占用程序空間也不占用數(shù)據(jù)空間，是獨(dú)立的暫存空間，不需要進(jìn)棧和出棧的堆棧操作專用指令。堆棧的使用是環(huán)行的，若已有5個(gè)返回地址被存入堆棧后，若再次調(diào)用子程序，則第6個(gè)返回地址將被存入堆棧的第一層中(該層原有的內(nèi)容將被覆蓋)，所以設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，子程序的嵌套調(diào)用層數(shù)不能超過5層，若嵌套調(diào)用超過5層，則會發(fā)生程序跑飛。
(2)長時(shí)間的軟件延時(shí)方法
    EM 78系列芯片內(nèi)部帶有定時(shí)器，但對于較長時(shí)間的延時(shí)(如幾十s)則不太適用。筆者在開發(fā)中要使用20s的延時(shí)，編寫了一段軟件延時(shí)程序，采用3層嵌套程序，源代碼如下，程序可以直接移植運(yùn)行。
；…主循環(huán)………
LOOP0： MOV A，@18H
        MOV DATAl，A
LOOF1： MOV A，@07fH
        MOV DATA2，A
LOOP2： MOV A，@07IfH
        MOV DATA3，A
LOOp3： JMP CHECK ；跳到應(yīng)用程序
        CHE(1K BACK：DJZ DATA3 ；應(yīng)用程序退出
        JMP LOOP3
        DJZ DATA2
        JMP LOOP2
        DJZ DATAl
        IMP LOOP1
        ；20s后執(zhí)行OTHER程序
        IMP OTHER
(3)查表程序中防止程序跑飛的技巧
    在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中，經(jīng)常要用到查表程序來實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換，例如8段LED的譯碼顯示。EM78系列芯片的指令系統(tǒng)中，有查表所需的專用指令TBL和RETL。查表過程是，先通過把被顯數(shù)字(即索引值)作為在數(shù)據(jù)表中的偏移量存入A，通過子程序傳遞參數(shù)，子程序?qū)?shù)和當(dāng)前PC相加，則PC跳到偏移位置，然后經(jīng)由RETL將所列數(shù)據(jù)裝入A，然后退出子程序。假設(shè)所列數(shù)據(jù)表中只有1O項(xiàng)，則傳遞到子程序的參數(shù)最大為9。但如果程序跑飛，則有可能傳入大于9的參數(shù)，這樣此數(shù)加上PC指針則跳出數(shù)據(jù)表的范圍，程序出錯(cuò)。筆者在自己的程序中加上如下措施，從而有效的解決了這個(gè)問題。即進(jìn)入子程序后，首先判斷傳人參數(shù)是否大于9，即偏移量是否正確，不正確則跳到錯(cuò)誤處理程序ERROR()，正確則繼續(xù)執(zhí)行。這樣可確保顯示的數(shù)據(jù)都是正確的。
；……數(shù)據(jù)譯碼表……
DATA_TPANS_JBL：
    AND A，@OXOF；判斷顯示的偏移數(shù)據(jù)是否超過09
    MOV Disp_limit,a