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嵌入式C语言位操作的移植与优化
来源:本站整理  作者:佚名  2008-01-29 09:27:00



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,很多带串目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:

   
    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/OS-II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:

   

    汇编结果如下:

   
    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:

   

   
    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:

   
    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:

   


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:

   
    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。⑩句,函数要通过R7返回参数,程序已达到最简。

   
    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:

   
    端口地址变最要定义成以下数据类型:bdata PIN;
    同时,在头文件中加上宏定义:


    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。

   
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:


    汇编的结果与用逻辑运算的方法进行位操作竞完全一样。


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:


其中:第一句OUT_SIO_DA(),5l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240l、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5l、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KeiI C51 V7.03、IARC430 V2.10A和Tasking C96 V5.0。

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