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美國微芯科技公司的PICmicro單片機和其他單片機相比,在硬件結構和指令系統中采用了很多獨有的設計。 PIC系列單片機硬件系統設計簡潔,指令系統設計精練;采用哈佛總線結構,芯片內部數據總線和指令總線分離;選址方式簡單。 PIC16F87x系列單片機是PIC16系列子系列,是中間檔次產品。PIC系列與其他單片機相比,讓人印象最深的特點可能要屬其內存的分頁結構,有很多習慣了其他單片機編程的人認為PIC單片機的內存分頁帶來很多不便。本文介紹在PIC1687x系列單片機中,根據數據變量的訪問特性安排其在數據存儲器中的位置的方法及其中斷編程,從一方面說明內存的規劃對編程的影響。 1 PIC16F87x單片機存儲器特點 PIC16F87x單片機采用哈佛總線結構,程序存儲器和數據存儲器分別有自己的總線。數據存儲器被分成4個頁(BANK),每個頁大小為128字節,RP1和RP0位可以用來進行頁選擇。數據存儲器分為通用寄存器和特殊功能寄存器。 特殊功能寄存器是通過CPU和外圍模塊來控制單片機運行的寄存器。特殊功能寄存器分成兩類：一類是與核心功能有關的特殊寄存器,如狀 態寄存器(STATUS)、FSR等;另一類是與外圍特性有關的外設寄存器。通用寄存器文件可以通過文件寄存器直接訪問,一般給用戶系統用作變量存儲。 特殊功能寄存器在每個頁靠前的位置,有部分特殊功能寄存器(如STATUS)在每個頁中都有,但其實共享一個物理存儲,在PIC16F876/877中BANK0～ BANK3的后16個字節的通用寄存器也共享一個物理存儲。在PIC16F874/873中通用寄存器也有類似的安排�？梢姀S家在設計安排這些存儲器時已經考慮根據它們的訪問特性安排其物理存儲位置。 PIC16F87x系列單片機所有寄存器有兩種訪問方式,即直接尋址訪問和間接尋址訪問。當通過直接尋址訪問時,先設置狀態寄存器的RP1和RP0位進行頁(BANK)選擇,每個頁內具體偏移地址則由訪問寄存器的指令給出。匯編代碼可以將頁選擇代碼寫成宏,例如： BANK0 MACRO ;選擇頁0 bcf STATUS,RP0 bcf STATUS,RP1 BANK1 MACRO ;選擇頁1 bsf STATUS,RP0 bcf STATUS,RP1 ENDM 假如變量tempVar1是在Bank1： CBLOCK 0xA0 tempVar1 …… ENDC 則訪問tempVar1可以用： BANK1 ;選擇TempVar1所在的頁 movwf tempVar1 ;將w內容復制到tempVar1movwf 用上面傳統的方法經常要考慮當前的變量是否與前面訪問的處于同一個頁。如果不是在同一個頁,則要進行頁選擇;如果要進行頁選擇,還要考慮決定調用BANK0還是BANK1、BANK2等。 當然,單片機開發人員也沒有必要每次訪問變量時都要考慮變量是在那個頁,MPASM 匯編語言提供偽指令BANKSEL可幫助完成頁選擇,如BANKSEL tempVar1。如果在訪問變量時都用這個偽指令進行頁選擇,則可以避免編程時考慮變量頁的問題,但這無疑使程序的效率降低。 間接尋址訪問寄存器是通過INDF和FSR寄存器。INDF不是物理上的寄存器,訪問INDF寄存器導致間接尋址,所要訪問的寄存器地址由FSR內容給出。FSR是8位的,可以給出地址空間是256字節,而頁大小是128字節,所以間接尋址一樣存在頁選擇的問題。但與直接訪問的頁選擇機制不同,它是通過IRP一個位來進行頁選擇的。當然,這個時候所指的“頁”,應該是256字節。 2 數據存儲器使用規劃 在用匯編語言開發的應用系統中,與用高級語言一樣存在變量存儲特性問題,如在c語言中有元素型的變量(如int、char等),也有集合型或結構型的(如數組和結構等)。類似地,在匯編語言開發中一樣存在單個變量和塊類型的變量,如運算過程的臨時變量,RS232通信緩沖區的數據指針、數據長度等,這些是元素型變量;也有塊類型的變量,如RS232通信的緩沖區等。一般元素型變量在代碼中出現頻繁,比較適合用直接尋址訪問方式,而塊類型變量在變量中的出現相對比較集中,比較適合用間接尋址訪問方式。 數據存儲器使用規劃的方法就是把變量分成元素類型變量和塊類型變量,將元素變量都定義在頁0(BANK0),而將緩沖區型的變量都放在其他頁(當然,若BANK0有空間,也可將緩沖區變量定義在BANK0)。在訪問元素變量時,都用直接尋址,而對于塊類型變量都采用間接尋址訪問。這樣整個程序初始化時就可以將RP1:RP0位設置為00,即選擇BANK0,以后訪問元素類型變量都 不再進行頁選擇。這樣程序開發過程基本就不要考慮分頁的問題,可以像MCS-51等其他系列的單片機一樣使用變量了。 當然還有一部分特殊寄存器是定義在BANK2～BANK3之間的。對于訪問這些非頁0內的特殊寄存器,必須進行頁選擇。訪問完這些特殊寄存器,把頁選擇重新設置為BANK0,同時要注意在訪問特殊寄存器過程中必須關閉中斷(這與中斷現場保護代碼實現有關,參見下面中斷處理部分)。在PIC單片機中,一般只是把與設置相關或者與外圍相關的寄存器放在BANK1～BANK3。根據經驗,除了在系統初始化部分代碼中,在其他地方訪問這些特殊寄存器是很少見的。至于訪問這些特殊寄存器時要關中斷,除了考慮下面保護現場的因素外,還有一個原因：這些特殊寄存器多是與外圍相關和中斷相關的,訪問修改它們,從安全可靠角度也是應該要先關閉中斷的。對于塊類型變量,都統一使用間接選址訪問;對于PIC16F873/874芯片,其通用寄存器都在BANK0和BANK1中,如果使用間接選址,則初始化之后,也不存在設置IRP進行頁選擇的問題。對于876/877芯片,當在訪問BANK0～BANK1和BANK2～BANK3之間切換時,還須正確設置IRP位。 3 中斷編程 中斷現場的保護是中斷技術中一個很重要的環節。對于PIC16F87x單片機,在進入中斷服務程序期間,只有返回地址,即程序計數器PC的值被自動壓入硬件堆棧;而在中斷處理程序中,一般必須像使用WReg、STATUS等寄存器一樣,在中斷處理程序開始處,就備份這些寄存器的內容,即進行所謂的現場保護。 PIC16F87x子系列單片機具備的中斷源多達14種,中斷矢量只有1個,并且各個中斷源之間也沒有優先級別之分,不具備非屏蔽中斷。PIC單片機中采用的是硬件堆棧結構,不占用程序存儲器空間,也不占用數據存儲器空間,同時也無需用戶去操作堆棧指針;但同時也就決定了它不具備其他單片機指令系統中的壓棧(PUSH)和出棧(POP)指令。實現中斷現場保護時,不能用堆棧來實現,而是通過變量的復制備份來實現。一般的實現辦法是：先確定要保護的現場,一般包括WReg、STATUS等寄存器的內容,然后在各個頁都定義與這些寄存器對應的變量,以備份現場。發生中斷時,在中斷處理代碼開始處先將這些現場寄存器內容復制到備份變量,退出中斷處理時再復制回去恢復現場： ORG 0x004 ;中斷向量人口 movwf w_temp ;保存當前w 寄存器內容 mov STATUS,w ;將STATUS 寄存器內容復制到w movwf status_temp ;保存STATUS寄存器內容 movf PCLATH,w ;將PCLATH寄存器復制到w movw{ pclath_temp ;保存PCLATH 器內容 …… ;中斷處理代碼放在這里 …… movf pclath_temp,w; movwf PCLATH ;恢復PCLATH 寄存器內容 movf status_temp,w; movwf STATUS ;恢復STATUS寄存器內容 swapf w_temp,f swapf w_temp,w ;恢復w 寄存器內容 retfie ;中斷返回 因為中斷發生具有隨機性,發生中斷時當前的頁是哪個也具有不確定性,所以只在某個頁(如BANK0)中定義一套備份變量w_temp、status_temp等,處理起來是很麻煩的,也要耗費CPU 處理時間,所以一般在每個頁BANK都定義了一套用于備份現場的變量。這顯然是浪費空間的辦法。 進行數據存儲器的變量規劃后,程序的執行過程都是在BANK0,因此在BANK0定義一套備份變量就可以了。要備份的現場包含哪些寄存器,可以根據系統具體情況而定。 基于上面設計的中斷處理程序,總是默認當前的頁是BANK0。如果在訪問一些不在BANK0的特殊寄存器而沒有關閉中斷,而剛好此時發生中斷,則此時不能正確訪問到wREG_TEMP等備份變量了,這種情況就是個錯誤。 結語 用PIC16F87x單片機開發室內監控系統,進行變量的規劃,免去大量的頁選擇問題帶來的不便,能夠避免分頁沒處理好而帶來程序BUG。PIC系列單片機都有類似的硬件結構和指令系統,所以存儲器的規劃對于其他PIC系列單片機應該也是起作用的。另外,這也從另一個角度說明,在設計階段對系統變量的物理存儲進行適當的規劃,有時會得到意想不到的效果。 |
