网站首页
IC库存
IC展台
电子资讯
技术资料
PDF文档
我的博客
IC72论坛
ic72 logo
搜索关键字: 所有资讯 行业动态 市场趋势 政策法规 新品发布 技术资讯 价格快报 展会资讯
  • 达普IC芯片交易网 > 新闻中心 > 嵌入系统 > 正文
  • RSS
  • 嵌入式C语言位操作的移植与优化
    http://www.ic72.com 发布时间:2007/4/27 11:41:00

        引言

      单片机的应用越来越广泛,种类也越来越多。由于嵌入式C语言可读性强、移植性好,与汇编语言相比大大减轻了软件工程师的劳动强度,因而越来越多的单片机工程师开始使用C语言编程。但C语言的可移植性仅限于与硬件无关的子程序,而与具体硬件有关的子程序则无法移植。在单片机应用中,位操作(特别是对引脚的位操作)非常普遍,如EEPROM数据和IC卡数据的读写、字段式LCD显示等,很多带串口的集成电路都需要单片机用软件来做I/O口读写程序。如何让这些子程序既有很好的通用性,生成代码的效率又高,是很多软件工程师都在考虑的问题。这里介绍两种C语言位操作的移植方法。

          1 用逻辑运算实现位操作

        请看下面这个子程序:

    INT8U Card102RdByte(void) {
      INT8U Temp8U, n = 8;
        do{ Temp8U <<= 1;
        if( PIN_CARD_SDA_RD() ) Temp8U |= 0x01;
        PIN_CARD_CLK_H();PIN_CARD_CLK_L();
      }while(--n);
      return Temp8U;
    }

      这是通过单片机引脚从88SC102卡中读一个字节的子程序。程序采用μC/OSII中的书写风格,即变量和函数采用“驼峰”写法,由define定义的常量和内联函数采用全部大写加下划线的写法。

      此程序驱动一个引脚输出CARD_CLK高低信号,从另一个引脚一位一位读取CARD_SDA数据。
        
        1.1 用于MSP430系列单片机
       
        此程序应用到MSP430单片机上(本文用的是MSP430F413单片机),头文件中要有如下定义:

    typedefunsigned charINT8U;
    #include
    #definePIN_CARD_SDA_RD()(P6IN & 0x01)
    #definePIN_CARD_CLK_H()P6OUT |=0x04
    #definePIN_CARD_CLK_L()P6OUT &= ~0x04

        汇编结果如下:

      In segment CODE, align 2, keepwithnext
    __code unsigned char Card102RdByte(void)
      Card102RdByte:
    0000007E42MOV.B#0x8, R14
      ??Card102RdByte_0:
    0000024C5CRLA.BR12
    000004D2B33400BIT.B#0x1, &0x34
    0000080128JNC??Card102RdByte_1
    00000A5CD3BIS.B#0x1, R12
      ??Card102RdByte_1:
    00000CE2D23500BIS.B#0x4, &0x35
    000010E2C23500BIC.B#0x4, &0x35
    0000147E53ADD.B#0xff, R14
    0000164E93CMP.B#0x0, R14
    000018F423 JNE??Card102RdByte_0
    00001A3041RET

        这与手工汇编编程的结果几乎一样,代码效率很高。

        1.2 用于51系列单片机

        在51系列单片机中应用此程序,头文件要加入以下定义:

    #include"Reg932.h"//Philips LPC932单片机
    sbitCradClk=P0^1;
    sbitCardSDA=P0^0;
    #definePIN_CARD_SDA_RD()CardSDA
    #definePIN_CARD_CLK_H()CradClk=1
    #definePIN_CARD_CLK_L()CradClk=0

      原来的程序不作任何改动,汇编结果如下:

      ; FUNCTION Card102RdByte (BEGIN)
    ;-- Variable 'Temp8U' assigned to Register 'R7' --
    ;-- Variable 'n' assigned to Register 'R6' --
    00007E08MOVR6,#08H
    0002?C0007:
    0002EFMOVA,R7
    000325E0ADDA,ACC
    0005FFMOVR7,A
    0006308003JNBCardSDA,?C0008
    0009430701ORLAR7,#01H
    000C?C0008:
    000CD281SETBCradClk
    000EC281CLRCradClk
    0010DEF0DJNZR6,?C0007
    0012?C0009:
    001222RET
      ; FUNCTION Card102RdByte (END)

       由汇编结果可知,对位的直接清零和置位已达到最简,只是读位值不够理想。

        1.3 用于196/296系列单片机

      在80C196MC、80C296SA等单片机中,片上I/O口是可以窗口映射到低端地址的。采用这种方式,I/O口可以直接寻址,因而程序代码最短,执行速度也最快,但这样做C程序就无法移植了。若不用窗口技术,则片上I/O口是内存地址映射的,与普通内存地址一样操作。头文件中加入如下定义,即可利用原来的程序:

    INT8UPOUT,PIN;
    #pragmalocate(POUT=0x880)
    #pragmalocate(PIN=0x881)//外扩I/O口地址定位
    #definePIN_CARD_SDA_RD()(PIN & 0x01)
    #definePIN_CARD_CLK_H()POUT |=0x04
    #definePIN_CARD_CLK_L()POUT &= ~0x04

       汇编后的代码是56字节,代码效率也很高。

       采用逻辑运算实现位操作,C程序简单明了,移植性好,可读性更好。但96系列单片机无法利用JBC和JBS位操作指令,51系列单片机也无法利用JB和JNB等其特有的位操作指令来提高代码效率。用位段结构实现位操作可以弥补这个不足。

        2 用位段结构实现位操作

       把原来的程序改写如下:

    INT8U Card102RdByte(void)①
    {②
      INT8U n = 8;③
      #ifndef C51_ASM④
        bdata ACCImg;⑤
      #endif⑥
      do{ ACC <<= 1;⑦
        GET_CARD_SDA();⑧
        PIN_CARD_CLK_H() ; PIN_CARD_CLK_L() ;⑨
      }while(--n) ;⑩
      return ACC ;}

        2.1 在51系列单片机中的应用

      在C51中使用ACC是不必在每个子程序中定义的,所以要在文件的开头加上 #define C51_ASM。这样,第④、⑤、⑥句会被忽略。在头文件中加上以下定义:

    sbitACC_0=ACC^0 ;
    #defineGET_CARD_SDA()ACC_0 = CardSDA

      其余定义如本文第一部分所述。结果第⑧句汇编变为“MOV C,CardSDA”和“MOV ACC_0,C”两句。句,函数要通过R7返回参数,程序已达到最简。

      ; FUNCTION Card102RdByte (BEGIN)
    ;-- Variable 'n' assigned to Register 'R7'--
    00007F08MOVR7,#08H
    0002?C0007:
    000225E0ADDA,ACC
    0004A281MOVC,CardSDA
    000692E0MOVACC_0,C
    0008D280SETBCardClk
    000AC280CLRCardClk
    000CDFF4DJNZR7,?C0007
    000EFFMOVR7,A
    000F?C0008:
    000F22RET
      ; FUNCTION Card102RdByte (END)

       还可以像196/296那样定义一个位段结构,使用JB指令,有兴趣的读者可以自己试一下。

        2.2 在196/296系列单片机中的应用

      在196/296中应用这段程序,要增加一个局部变量ACCImg的定义,就是前面程序中的第④、⑤、⑥三句。再在头文件中增加一个如下的位段结构定义:

    typedef struct {unsigned Bit0:1;
      unsigned Bit1:1;
      unsigned Bit2:1;
      unsigned Bit3:1;
      unsigned Bit4:1;
      unsigned Bit5:1;
      unsigned Bit6:1;
      unsigned Bit7:1;
      }Divide_to_bit;
    typedef union {INT8U Byte;
      Divide_to_bit DivBit;
      }bdata;

       端口地址变量要定义成以下数据类型:

    bdata PIN;

       同时,在头文件中加上宏定义:

    #defineACC ACCImg.Byte
    #defineACC_0 ACCImg.DivBit.Bit0
    #defineGET_CARD_SDA() if(PIN.DivBit.Bit0) ACC |=0x01;

        这样ACCImg就定义成了一个低端寄存器,ACC是它的字节访问形式。源程序中的第⑧句读引脚,汇编的结果使用了JBC指令,整个程序比不用位段减少了字节,达到了优化代码的目的。

      cseg
    0000Card102RdByte:
      ; Statement30000B10800Rldbn,#8
      ; Statement7
    0003 @ 0004 :
    0003740101RaddbACCImg,ACCImg
      ; Statement8
    0006B30181081CldbTmp0,PIN
    000B 331C03jbcTmp0,3,@0005
    000E 910101 RorbACCImg,#1
    0011 @ 0005 :
      ; Statement9
    0011 B30180081CldbTmp0,POUT
    0016 91041CorbTmp0,#4
    0019 C70180081CstbTmp0,POUT
    001E 71FB1C andbTmp0,#0FBH
    0021 C70180081C stbTmp0,POUT
      ; Statement10
    00261500Rdecbn
    0028980000RcmpbR0,n
    002BD7D6bne@ 0004
      ; Statement11
    002DB0011C RldbTmp0,ACCImg
    00302000 br @ 0001
      ; Statement12
    0032 @ 0001 :
    0032F0ret

        2.3 在MSP430系列单片机中的应用

      MSP430系列单片机没有位操作指令,所以不必定义位段结构,直接把ACC定义成一个无符号8位数即可。头文件中是这样定义的:

    #ifndef C51_ASM//此句使头文件也可以与C51的共用
      typedef INT8U bdata ;
      #define ACC ACCImg
      #define GET_CARD_SDA() if(P6IN & 0x01) ACC |=0x01;
    #endif

      汇编的结果与用逻辑运算的方法进行位操作竟完全一样。

        结语

      对引脚的位操作有3种: 直接置位或清零,从端口输入数据和从端口输出数据。前两种上文已介绍过了。从端口输出数据的C程序如下:

    do{
      OUT_SIO_DA();
      CLK_H();
      ACC <<= 1;//移位可扩展时钟脉冲宽度
      CLK_L();
    }while

        其中: 第一句OUT_SIO_DA(),51系列可定义成位操作SIO_SDA = ACC_7;196/296和430系列可如上文定义成一个if语句。

      位段操作程序中采用了ACC这个名字作为一个局部变量。在C51中这刚好是主累加器,对于2401、IC卡等半双工器件的程序很实用,但当SPI总线输入/输出同时操作时,就没这么方便了。

      用逻辑运算实现位操作不存在任何移植的障碍。μC/OS-II中的位操作就是全用逻辑运算实现的。位段定义可能存在不同编译器分配顺序不同的问题,但考虑到32位高速CPU不会用软件模拟这种串口的操作,这样的程序只会用在51、196/296、MSP430等无片内Cache的中低速单片机中,所以用位段操作引脚的方法仍有意义。具体是使用逻辑运算还是使用位段进行位操作,完全看个人喜好。本文程序采用的编译器是Keil C51 V7.03、IAR C430 V2.10A和 Tasking C96 V5.0。

        参考文献

        [1] 程军. Intel 80C196单片机应用实践与C语言开发[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社,2000.

        [2] [美] Labrosse J. 嵌入式实时操作系统μC/OS-II[M]. 第2版. 邵贝贝,等译. 北京: 北京航空航天大学出版社,2003.


    www.ic72.com 达普IC芯片交易网
  • 行业动态
  • 市场趋势
  • 政策法规
  • 新品发布
  • Baidu

    IC快速检索:abcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789
    COPYRIGHT:(1998-2010) IC72 达普IC芯片交易网
    客户服务:service@IC72.com 库存上载:IC72@IC72.com
    (北京)联系方式: 在线QQ咨询:点击这里给我发消息 联系电话:010-82614113 传真:010-82614123
    京ICP备06008810号-21 京公网安备 11010802032910 号 企业资质