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PICC编译环境编写PIC单片机程序的探讨

淮南联合大学 冯川放?? 2008年12月15日 ?? 收藏0

  目前,Microchip公司生产的PIC系列单片机以其低成本、低功耗、高性能、开发速度快且一次性用户可编程等优点迅速占领了国内市场,成为国内销售量最大的单片机。但国内介绍其C语言开发工具的书籍和文章却比较少,在开发过程中给广大程序员带来了许多困难和不便。

  Microchip公司没有针对中低档系列PIC单片机的C语言编译器,但很多专业的第三方公司提供众多支持PIC单片机的C语言编译器,常见的有Hitech、CCS、IAR以及Bytecraft等公司。Hitech公司的PICC编译器稳定可靠,编译生成的代码效率高,在用PIC单片机进行系统设计和开发的工程师群体中得到广泛认可。因此,本文主要以HiTech PICC为基础,介绍PIC的C语言的基本特点。

  1 HiTech PICC语言的特点

  PICC基本上符合ANSI标准,但是不支持函数的递归调用,其主要原因是PIC单片机特殊的堆栈结构。PIC单片机中的堆栈是硬件实现的,其深度已随芯片固定,无法实现需要大量堆栈操作的递归算法;另外在PIC单片机中实现软件堆栈的效率也不是很高。为此,PICC编译器采用一种“静态覆盖”技术,以实现对C语言函数中的局部变量分配固定的地址空间。经这样处理后产生出的机器代码效率很高。当代码量超过4KB后,C语言编译出的代码长度与全部用汇编代码实现的差别已经不是很大(<10%),当然前提是在整个C代码编写过程中需时时注意所编写语句的效率。

  2 PICC中的变量

  PICC中的变量类型和标准C语言一样,这里不再重复。为了使编译器产生最高效的机器码,PICC把单片机中数据寄存器的bank交由编程员自己管理,因此在定义用户变量时必须自己决定这些变量具体放在哪一个bank中。如果没有特别指明,所定义的变量将被定位在bank0。定义在其他bank内的变量前面必须加上相应的bank序号,例如:

  bank1 unsigned char temp;//变量定位在bank1中

  中档系列PIC单片机数据寄存器的一个bank大小为128B,除前面若干字节的特殊功能寄存器区域,在C语言中某一bank内定义的变量字节总数不能超过可用RAM字节数。如果超过bank容量,在最后连接时会报错,大致信息如下:

  Error[000]:Can’t find 0x12C words for psect rbss_1 in segmentBANK1

  链接器提示,总共有0x12c(300)字节准备放到bank1中,但bank1容量不够。虽然变量所在的bank定位必须由编程员自己决定,但编写源程序时在进行变量存取操作前无需再特意编写设定bank的指令。C编译器会根据所操作的对象自动生成对应bank设定的汇编指令。为避免频繁的bank切换以提高代码效率,尽量把实现同一任务的变量定位在同一个bank内;对不同bank内的变量进行读写操作时也尽量把位于相同bank内的变量归并在一起进行连续操作。

  bit型位变量只能是全局的或静态的。PICC将把定位在同一bank内的8个位变量合并成一个字节存放于一个固定地址。PICC对整个数据存储空间实行位编址,0x000单元第0位位地址是0x0000,以此类推,每个字节有8个位地址。如果一个位变量flag1被编址为0x123,那么实际的存储空间位于:

  字节地址=0x123/8 = 0x24

  位偏移=0x123%8 = 3

  即flag1位变量位于地址为0x24字节的第3位。在程序调试时如果要观察flag1的变化,必须观察地址为0x24的字节而不是0x123。PICC在编译原代码时只要有可能,对普通变量的操作也将以最简单的位操作指令来实现。假设一个字节变量tmp最后被定位在地址0x20,那么

  tmp | =0x80=>bsf 0x20.7

  另外,函数可以返回一个位变量,返回的位变量将存放于单片机的进位位中返回。

  3 PICC中的指针

  3.1 指向RAM的指针

  PICC在编译C源程序时,将指向RAM的指针操作最终用FSR来实现间接寻址。FSR能够直接连续寻址的范围是256B,所以一个指针可以同时覆盖2个bank的存储区域(bank0/1或bank2/3,一个bank区域是128 B)。要覆盖最大512B的内部数据存储空间,在定义指针时必须明确指定该指针适用的寻址区域。例如:

  unsigned char *pointer0; //定义覆盖bank0/1的指针

  bank2 char *pointer1;//定义覆盖bank2/3的指针

  既然定义的指针有明确的bank适用区域,在对指针变量赋值时就必须实现类型匹配,否则将产生错误,例如:

  unsigned char *pointer0; //定义指向bank0/1的指针

  bank2 unsigned char buff[8];//定义bank2/3中的一个缓冲区

  程序语句:

  pointer() =buff;//错误!试图将bank2内的变量地址赋给指向bank0/1的指针

  若出现此类错误的指针操作,PICC在最后链接时会告知类似于下面的信息:

  Fixup overflow in expression (…)

  3.2 指向ROM常数的指针

  如果一组变量是已经被定义在ROM区的常数,那么指向其的指针可以这样定义:

  const unsigned char company[]="software"

  3.3 指向函数的指针

  因为在PIC单片机这一特定的架构上实现函数指针调用的效率不高,因此,除非特殊算法的需要,建议大家尽量不要使用函数指针。

  4 PICC中的子程序和函数

  中档系列的PIC单片机程序空间有分页的概念,但用C语言编程时基本不用过多关心代码的分页问题。因为所有函数或子程序调用时的页面设定(如果代码超过一个页面)都由编译器自动生成的指令实现。

  4.1 函数的代码长度限制

  PICC决定了C源程序中的一个函数经编译后生成的机器码一定会放在同一个程序页面内。中档系列PIC单片机的一个程序页面的长度是2KB,用C语言编写的任何一个函数最后生成的代码不能超过2KB。如果为实现特定的功能确实要连续编写很长的程序,这时就必须把这些连续的代码拆分成若干函数,以保证每个函数最后编译出的代码不超过一个页面空间。

  4.2 调用层次的控制

  PIC单片机采用硬件堆栈,所以编程时函数的调用层次会受到一定限制。一般PIC系列的中档单片机硬件堆栈深度为8级。程序员必须自己控制子程序调用时的嵌套深度以符合这一限制要求。PICC在最后编译链接成功后可以生成一个链接定位映射文件(*.map),在此文件中有详细的函数调用嵌套指示图“call graph”,有些函数调用是编译时自动加入的库函数,这些函数调用从C源程序中无法直接看出,但在嵌套指示图上则一目了然。


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PICC? 编译环境? PIC单片机? 堆栈?

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