用PICC編譯器開發(fā)PIC系列單片機的代碼
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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(nèi)市場上深受用戶歡迎,已經(jīng)逐漸成為單片機應用的新潮流;但遺憾的是,目前國內(nèi)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(jīng)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(nèi)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(nèi)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(diào)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(diào)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)部使用一變量,而又希望其值在2次函數(shù)調(diào)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(diào)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(diào)用的函數(shù)的自動變量區(qū)重疊在一起,以達到內(nèi)存的高效利用,因此其內(nèi)部RAM的利用效率非常高。
2 函數(shù)調(diào)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(diào)函數(shù)的自動變量區(qū)域或被調(diào)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(diào)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(diào)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?yún)R編代碼,#asm和#endasm指令分別用于標示嵌入?yún)R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?yún)R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(diào)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,FNSIZE定義局部變量和形式參數(shù)的內(nèi)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(chǎn)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(diào)用函數(shù)中用到的內(nèi)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(nèi)部用到的變量,可用全局變量。
③對于有一定匯編經(jīng)驗的人在開始使用PICC時,應多注意觀看編譯后產(chǎn)生的匯編源代碼,并經(jīng)常觀看經(jīng)正確編譯鏈接后產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)常調(diào)用,最好將其定義為宏。因為若函數(shù)代碼很短時,由于被調(diào)函數(shù)和調(diào)用函數(shù)不在同一代碼頁所產(chǎn)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(chǎn)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(diào)試與維護都很方便。不論是從程序的開發(fā)速度、軟件質(zhì)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。
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