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美國微芯科技公司的PICmicro單片機(jī)和其他單片機(jī)相比,在硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)中采用了很多獨(dú)有的設(shè)計(jì)。 PIC系列單片機(jī)硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡潔,指令系統(tǒng)設(shè)計(jì)精練;采用哈佛總線結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和指令總線分離;選址方式簡單。 PIC16F87x系列單片機(jī)是PIC16系列子系列,是中間檔次產(chǎn)品。PIC系列與其他單片機(jī)相比,讓人印象最深的特點(diǎn)可能要屬其內(nèi)存的分頁結(jié)構(gòu),有很多習(xí)慣了其他單片機(jī)編程的人認(rèn)為PIC單片機(jī)的內(nèi)存分頁帶來很多不便。本文介紹在PIC1687x系列單片機(jī)中,根據(jù)數(shù)據(jù)變量的訪問特性安排其在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的位置的方法及其中斷編程,從一方面說明內(nèi)存的規(guī)劃對編程的影響。 1 PIC16F87x單片機(jī)存儲(chǔ)器特點(diǎn) PIC16F87x單片機(jī)采用哈佛總線結(jié)構(gòu),程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分別有自己的總線。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被分成4個(gè)頁(BANK),每個(gè)頁大小為128字節(jié),RP1和RP0位可以用來進(jìn)行頁選擇。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)運(yùn)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(guān)的特殊寄存器,如狀 態(tài)寄存器(STATUS)、FSR等;另一類是與外圍特性有關(guān)的外設(shè)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(tǒng)用作變量存儲(chǔ)。 特殊功能寄存器在每個(gè)頁靠前的位置,有部分特殊功能寄存器(如STATUS)在每個(gè)頁中都有,但其實(shí)共享一個(gè)物理存儲(chǔ),在PIC16F876/877中BANK0～ BANK3的后16個(gè)字節(jié)的通用寄存器也共享一個(gè)物理存儲(chǔ)。在PIC16F874/873中通用寄存器也有類似的安排。可見廠家在設(shè)計(jì)安排這些存儲(chǔ)器時(shí)已經(jīng)考慮根據(jù)它們的訪問特性安排其物理存儲(chǔ)位置。 PIC16F87x系列單片機(jī)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(dāng)通過直接尋址訪問時(shí),先設(shè)置狀態(tài)寄存器的RP1和RP0位進(jìn)行頁(BANK)選擇,每個(gè)頁內(nèi)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(nèi)容復(fù)制到tempVar1movwf 用上面?zhèn)鹘y(tǒng)的方法經(jīng)常要考慮當(dāng)前的變量是否與前面訪問的處于同一個(gè)頁。如果不是在同一個(gè)頁,則要進(jìn)行頁選擇;如果要進(jìn)行頁選擇,還要考慮決定調(diào)用BANK0還是BANK1、BANK2等。 當(dāng)然,單片機(jī)開發(fā)人員也沒有必要每次訪問變量時(shí)都要考慮變量是在那個(gè)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(shí)都用這個(gè)偽指令進(jìn)行頁選擇,則可以避免編程時(shí)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(dǎo)致間接尋址,所要訪問的寄存器地址由FSR內(nèi)容給出。FSR是8位的,可以給出地址空間是256字節(jié),而頁大小是128字節(jié),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(jī)制不同,它是通過IRP一個(gè)位來進(jìn)行頁選擇的。當(dāng)然,這個(gè)時(shí)候所指的“頁”,應(yīng)該是256字節(jié)。 2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用規(guī)劃 在用匯編語言開發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)中,與用高級語言一樣存在變量存儲(chǔ)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(jié)構(gòu)型的(如數(shù)組和結(jié)構(gòu)等)。類似地,在匯編語言開發(fā)中一樣存在單個(gè)變量和塊類型的變量,如運(yùn)算過程的臨時(shí)變量,RS232通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)指針、數(shù)據(jù)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(qū)等。一般元素型變量在代碼中出現(xiàn)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(xiàn)相對比較集中,比較適合用間接尋址訪問方式。 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用規(guī)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(qū)型的變量都放在其他頁(當(dāng)然,若BANK0有空間,也可將緩沖區(qū)變量定義在BANK0)。在訪問元素變量時(shí),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(gè)程序初始化時(shí)就可以將RP1:RP0位設(shè)置為00,即選擇BANK0,以后訪問元素類型變量都 不再進(jìn)行頁選擇。這樣程序開發(fā)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(jī)一樣使用變量了。 當(dāng)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(nèi)的特殊寄存器,必須進(jìn)行頁選擇。訪問完這些特殊寄存器,把頁選擇重新設(shè)置為BANK0,同時(shí)要注意在訪問特殊寄存器過程中必須關(guān)閉中斷(這與中斷現(xiàn)場保護(hù)代碼實(shí)現(xiàn)有關(guān),參見下面中斷處理部分)。在PIC單片機(jī)中,一般只是把與設(shè)置相關(guān)或者與外圍相關(guān)的寄存器放在BANK1～BANK3。根據(jù)經(jīng)驗(yàn),除了在系統(tǒng)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(shí)要關(guān)中斷,除了考慮下面保護(hù)現(xiàn)場的因素外,還有一個(gè)原因：這些特殊寄存器多是與外圍相關(guān)和中斷相關(guān)的,訪問修改它們,從安全可靠角度也是應(yīng)該要先關(guān)閉中斷的。對于塊類型變量,都統(tǒng)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(shè)置IRP進(jìn)行頁選擇的問題。對于876/877芯片,當(dāng)在訪問BANK0～BANK1和BANK2～BANK3之間切換時(shí),還須正確設(shè)置IRP位。 3 中斷編程 中斷現(xiàn)場的保護(hù)是中斷技術(shù)中一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)。對于PIC16F87x單片機(jī),在進(jìn)入中斷服務(wù)程序期間,只有返回地址,即程序計(jì)數(shù)器PC的值被自動(dòng)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(nèi)容,即進(jìn)行所謂的現(xiàn)場保護(hù)。 PIC16F87x子系列單片機(jī)具備的中斷源多達(dá)14種,中斷矢量只有1個(gè),并且各個(gè)中斷源之間也沒有優(yōu)先級別之分,不具備非屏蔽中斷。PIC單片機(jī)中采用的是硬件堆棧結(jié)構(gòu),不占用程序存儲(chǔ)器空間,也不占用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間,同時(shí)也無需用戶去操作堆棧指針;但同時(shí)也就決定了它不具備其他單片機(jī)指令系統(tǒng)中的壓棧(PUSH)和出棧(POP)指令。實(shí)現(xiàn)中斷現(xiàn)場保護(hù)時(shí),不能用堆棧來實(shí)現(xiàn),而是通過變量的復(fù)制備份來實(shí)現(xiàn)。一般的實(shí)現(xiàn)辦法是：先確定要保護(hù)的現(xiàn)場,一般包括WReg、STATUS等寄存器的內(nèi)容,然后在各個(gè)頁都定義與這些寄存器對應(yīng)的變量,以備份現(xiàn)場。發(fā)生中斷時(shí),在中斷處理代碼開始處先將這些現(xiàn)場寄存器內(nèi)容復(fù)制到備份變量,退出中斷處理時(shí)再復(fù)制回去恢復(fù)現(xiàn)場： ORG 0x004 ;中斷向量人口 movwf w_temp ;保存當(dāng)前w 寄存器內(nèi)容 mov STATUS,w ;將STATUS 寄存器內(nèi)容復(fù)制到w movwf status_temp ;保存STATUS寄存器內(nèi)容 movf PCLATH,w ;將PCLATH寄存器復(fù)制到w movw{ pclath_temp ;保存PCLATH 器內(nèi)容 …… ;中斷處理代碼放在這里 …… movf pclath_temp,w; movwf PCLATH ;恢復(fù)PCLATH 寄存器內(nèi)容 movf status_temp,w; movwf STATUS ;恢復(fù)STATUS寄存器內(nèi)容 swapf w_temp,f swapf w_temp,w ;恢復(fù)w 寄存器內(nèi)容 retfie ;中斷返回 因?yàn)橹袛喟l(fā)生具有隨機(jī)性,發(fā)生中斷時(shí)當(dāng)前的頁是哪個(gè)也具有不確定性,所以只在某個(gè)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(fèi)CPU 處理時(shí)間,所以一般在每個(gè)頁BANK都定義了一套用于備份現(xiàn)場的變量。這顯然是浪費(fèi)空間的辦法。 進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的變量規(guī)劃后,程序的執(zhí)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(xiàn)場包含哪些寄存器,可以根據(jù)系統(tǒng)具體情況而定。 基于上面設(shè)計(jì)的中斷處理程序,總是默認(rèn)當(dāng)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(guān)閉中斷,而剛好此時(shí)發(fā)生中斷,則此時(shí)不能正確訪問到wREG_TEMP等備份變量了,這種情況就是個(gè)錯(cuò)誤。 結(jié)語 用PIC16F87x單片機(jī)開發(fā)室內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng),進(jìn)行變量的規(guī)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(jī)都有類似的硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng),所以存儲(chǔ)器的規(guī)劃對于其他PIC系列單片機(jī)應(yīng)該也是起作用的。另外,這也從另一個(gè)角度說明,在設(shè)計(jì)階段對系統(tǒng)變量的物理存儲(chǔ)進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊?guī)劃,有時(shí)會(huì)得到意想不到的效果。 |
