摘? 要: 利用匯編模塊對(duì)C51模塊進(jìn)行無(wú)參數(shù)化調(diào)用，從根本上避開(kāi)了傳統(tǒng)匯編模塊和C51模塊之間調(diào)用時(shí)的繁瑣接口編程問(wèn)題，并以實(shí)例驗(yàn)證了該方法的優(yōu)越性和有效性。
關(guān)鍵詞: ASM51匯編語(yǔ)言? C51語(yǔ)言? 無(wú)參數(shù)化調(diào)用
?
MCS-51系列單片機(jī)在目前和今后的相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)都將是我國(guó)的單片機(jī)主流機(jī)種。但在早期的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，程序員不得不從深?yuàn)W的匯編語(yǔ)言開(kāi)始摸索，同時(shí)要求開(kāi)發(fā)人員對(duì)硬件亦有相當(dāng)?shù)牧私?。相比而言，?zhuān)為8051系列單片機(jī)設(shè)計(jì)的Franklin C51語(yǔ)言是一種通用的高級(jí)結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。入門(mén)容易，程序可讀性強(qiáng)，調(diào)試、移植都很方便，故開(kāi)發(fā)效率高，尤其在數(shù)值運(yùn)算處理方面具有很大的優(yōu)勢(shì)(這正是ASM51匯編語(yǔ)言的薄弱環(huán)節(jié))。不過(guò)，C語(yǔ)言雖然也可對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)進(jìn)行操作，但在處理特殊I/O口和中斷向量方面，不如匯編那樣直接、有效。因而，在效率為重的今天，將ASM51匯編與C51語(yǔ)言結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，無(wú)疑是單片機(jī)開(kāi)發(fā)人員的最佳選擇。
1 匯編與C51的混合編程
一般的做法都是利用C51上手容易、便于理解的優(yōu)勢(shì)來(lái)編寫(xiě)主程序，在C51語(yǔ)言不便處理或者效率比較低時(shí)調(diào)用匯編函數(shù)?？紤]到MCS-51(尤其是8031)內(nèi)部的資源配置情況:可用的RAM不到256字節(jié)，5個(gè)固定地址的有限中斷源，4個(gè)8位并口中實(shí)際可作I/O口的只有P1口。因而要求開(kāi)發(fā)者對(duì)單片機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有清楚的了解，并盡可能地統(tǒng)籌安排這些資源。事實(shí)也證明，不理解匯編語(yǔ)言是很難寫(xiě)出高效程序的。故筆者的觀(guān)點(diǎn)是利用匯編語(yǔ)言對(duì)I/O接口、中斷向量及程序空間分配的巨大優(yōu)勢(shì)，讓程序員對(duì)MCS-51內(nèi)的每一個(gè)字節(jié)甚至是每一比特(可位尋址的空間)全部進(jìn)行統(tǒng)籌安排，設(shè)計(jì)好各個(gè)程序模塊，包括I/O口地址和中斷向量地址的處理;同時(shí)在具體的數(shù)據(jù)處理、通信等不需要過(guò)多與硬件直接打交道的程序模塊中，充分利用C51語(yǔ)言強(qiáng)大高效的編程能力。
最后的關(guān)鍵是如何讓匯編模塊能夠正確識(shí)別C51函數(shù)并調(diào)用它來(lái)完成相應(yīng)的功能。ASM51匯編與C51語(yǔ)言之間的調(diào)用約定并不簡(jiǎn)單，而且各種編譯器使用的約定不盡相同，甚至還依賴(lài)于程序所選擇的大、中、小存儲(chǔ)模式。通常每個(gè)需傳遞的參數(shù)按調(diào)用順序和類(lèi)型分別由約定的寄存器來(lái)傳遞。如果參數(shù)過(guò)多或者無(wú)足夠寄存器可用時(shí)，參數(shù)的傳遞將在固定的存儲(chǔ)器區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，相同類(lèi)型的參數(shù)共享一個(gè)參數(shù)傳遞段，按參數(shù)調(diào)用順序遞增其存放地址，返回值也由約定的寄存器或地址段返回。由此可見(jiàn)程序調(diào)用的效率必將受到接口復(fù)雜度的影響。盡管目前的單片機(jī)仿真器已經(jīng)提供了標(biāo)準(zhǔn)接口的全自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能，減少了接口工作量，但在程序的調(diào)試及移植中，如果程序員不了解這些接口的各種約定，將對(duì)出現(xiàn)的錯(cuò)誤不知所措。比如返回值不止一個(gè)時(shí)，編譯器自己就無(wú)法正確完成接口配置。這里力薦一種簡(jiǎn)潔有效的調(diào)用方法——無(wú)參數(shù)化調(diào)用。
2 ASM51無(wú)參數(shù)化調(diào)用C51函數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理
所謂的無(wú)參數(shù)化調(diào)用是指讓C51子函數(shù)不帶任何參數(shù)，這樣就可以從根本上避開(kāi)調(diào)用參數(shù)的傳遞和返回值的安排等繁瑣易出錯(cuò)的問(wèn)題，只需要簡(jiǎn)單地在匯編語(yǔ)言開(kāi)頭說(shuō)明一下外部C51子函數(shù)(“EXTRN? code(
# define CBYTE((unsigned char *)0x50000L)
# define DBYTE((unsigned char *)0x50000L)
# define PBYTE((unsigned char *)0x50000L)
# define XBYTE((unsigned char *)0x50000L)
其中CBYTE定義為尋址CODE程序區(qū);DBYTE定義為尋址DATA數(shù)據(jù)區(qū);PBYTE定義為尋址相對(duì)于MOVX @R0″指令的分頁(yè)數(shù)據(jù)XDATA區(qū);XBYTE定義為尋址相對(duì)于MOVX @DPTR″指令的分頁(yè)數(shù)據(jù)XDATA區(qū)。它們的類(lèi)型決定了絕對(duì)地址空間的位置。
引進(jìn)該頭文件后，程序員就可以對(duì)8051系列單片機(jī)的存儲(chǔ)器進(jìn)行絕對(duì)地址的訪(fǎng)問(wèn)，把對(duì)參數(shù)值和返回值的操作轉(zhuǎn)化為對(duì)存儲(chǔ)器絕對(duì)地址的操作，像純匯編操作一樣，根本不用定義C51函數(shù)與匯編接口的參數(shù)和返回值的配置，從而提高了調(diào)用效率。具體做法是:先在C51函數(shù)中定義好傳遞參數(shù)和返回值所需要的各個(gè)絕對(duì)地址(視程序員自己的空間配置而定)，在其它匯編模塊中將C51函數(shù)中將要使用的參數(shù)值放入這些絕對(duì)地址中，把被調(diào)用C51模塊中將輸出的計(jì)算值(可以不止一個(gè))也放入類(lèi)似的絕對(duì)地址中。于是，當(dāng)C51函數(shù)中需要使用某個(gè)參數(shù)值時(shí)，就直接從相應(yīng)的絕對(duì)地址中讀取該值;當(dāng)別的匯編模塊中需要使用C51函數(shù)的返回值時(shí)，也直接對(duì)存放返回值的絕對(duì)地址進(jìn)行讀操作即可。下面以一個(gè)調(diào)試通過(guò)的匯編調(diào)用C51函數(shù)的簡(jiǎn)單程序?yàn)槔M(jìn)行具體說(shuō)明。
3 ASM51無(wú)參數(shù)化調(diào)用C51函數(shù)的實(shí)現(xiàn)示例
該系統(tǒng)要求用單片機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)采樣輸入的轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)機(jī)車(chē)速度的測(cè)量，并可隨鍵盤(pán)輸入的車(chē)輪直徑變化實(shí)時(shí)調(diào)整車(chē)速，最后將車(chē)速和輪徑值都顯示出來(lái)。設(shè)計(jì)任務(wù)很簡(jiǎn)單，編程中的最大難度就在于車(chē)速的計(jì)算程序。由于輪徑值要求精確到mm(最大值超過(guò)了1000)，車(chē)速的計(jì)算結(jié)果要保留到小數(shù)點(diǎn)后一位，因此需要進(jìn)行浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算，期間還要完成數(shù)的各種進(jìn)制間的換算。雖然算法簡(jiǎn)單，但實(shí)際用匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)起來(lái)經(jīng)?？紤]不周，調(diào)試起來(lái)費(fèi)時(shí)費(fèi)力(筆者調(diào)試通過(guò)的這段匯編代碼長(zhǎng)達(dá)近400行)。這樣，自然就想到調(diào)用C51函數(shù)了，充分發(fā)揮兩種語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。先用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)好各個(gè)模塊，包括循環(huán)顯示車(chē)速和輪徑值的主程序模塊，響應(yīng)采樣轉(zhuǎn)速值和鍵盤(pán)輸入兩個(gè)中斷模塊，代碼如下所示。
EXTRN CODE (CALL1)????????????????? ；聲明外部C51函數(shù)
ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H???
AJMP? KEYINPUT ????????????? ；鍵盤(pán)輸入中斷
ORG 000BH?????
AJMP SETTIME???? ? ；采樣時(shí)間到，采樣轉(zhuǎn)速值中斷
ORG? 0100H
KEYINPUT:……??? ???? ????????? ?? ；鍵盤(pán)輸入中斷????
?????????????……????? ??????????????；將鍵盤(pán)輸入信號(hào)保存在
????????????????????????????????????????；70h～73h的地址空間中
RETI????????
ORG 0600H
SETTIME:……? ? ；采樣時(shí)間到，采樣轉(zhuǎn)速值中斷
??????? ?????? ……????????????? ??；將轉(zhuǎn)速值放置在地址為3Ah的空間中
????????????????????????? ?? ；緊接著調(diào)用外部C51函數(shù)CALL1()進(jìn)
??????????????????????????? ??；行車(chē)速的計(jì)算
LCALL CALL1??????????
RETI
ORG?? 2000H?? ???? ??? ；主程序模塊
MAIN: ......????????????????????????；首先進(jìn)行初始化操作
?????? ?? ......??
????????????????????????????????????????；直接從地址空間70h～77h中讀取顯示數(shù)據(jù)，循環(huán)顯示車(chē)速和輪徑值
END
這些小模塊用匯編實(shí)現(xiàn)起來(lái)不僅容易，而且程序員可以清楚地了解到各個(gè)模塊的出入口及其相應(yīng)的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)程序空間的充分配置。最后用C51語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)車(chē)速的計(jì)算模塊CALL1()。以前用匯編編寫(xiě)的近400行代碼，一下子被壓縮到20~30行(真正的計(jì)算代碼僅9行)，不僅簡(jiǎn)短易懂，而且?guī)缀蹙筒恍枰{(diào)試了。
下面的代碼是計(jì)算模塊CALL1()及其需要的絕對(duì)地址定義。
#pragma code small
#include
#include
#define PI 3.1415926
#define? NCIRCLE DBYTE[0x3A]?? ；定義放置轉(zhuǎn)速的絕對(duì)地址
#define? DIRECT1 DBYTE[0x70]?? ；定義放置輪徑千位的絕對(duì)地址
#define? DIRECT2 DBYTE[0x71]?? ；定義放置輪徑百位的絕對(duì)地址
#define? DIRECT3 DBYTE[0x72]?? ；定義放置輪徑十位的絕對(duì)地址
#define? DIRECT4 DBYTE[0x73]?? ；定義放置輪徑個(gè)位的絕對(duì)地址
#define? VELOCITY1 DBYTE[0x74] ；定義返回車(chē)速的千位絕對(duì)地址
#define? VELOCITY2 DBYTE[0x75] ；定義返回車(chē)速的百位絕對(duì)地址
#define? VELOCITY3 DBYTE[0x76] ；定義返回車(chē)速的十位絕對(duì)地址
#define? VELOCITY4 DBYTE[0x77]?；定義返回車(chē)速的個(gè)位絕對(duì)地址
void call1( )
{
?????? float data result；
?????? int data DIRECT；
?????? DIRECT=DIRECT1*1000+DIRECT2*100+DIRECT3*10
??????????? +DIRECT4；
?????? result=(DIRECT/1000.0)*PI*NCIRCLE*3.6；
?????? VELOCITY1=result/100；
?????? result=result-VELOCITY1*100；
?????? VELOCITY2=result/10；
?????? result=result-VELOCITY2*10；
?????? VELOCITY3=result；
?????? result=result-VELOCITY3；
?????? VELOCITY4=result*10；
}
??? 在本例中定義了絕對(duì)地址空間70H～77H和3AH。其中3AH存放采樣轉(zhuǎn)速值輸入模塊輸入的轉(zhuǎn)速;70H～73H的地址空間中存放鍵盤(pán)輸入中斷模塊中鍵盤(pán)輸入的輪徑值;而地址為74H~77H的空間中則存放計(jì)算模塊中的車(chē)速計(jì)算返回值。盡管需要傳遞
和返回的參數(shù)比較多，但通過(guò)這些絕對(duì)地址的定義，完全解決了原來(lái)復(fù)雜的匯編與C51之間的調(diào)用接口配置。計(jì)算模塊中需要使用轉(zhuǎn)速和輪徑值時(shí)，將自動(dòng)從絕對(duì)地址3AH和70H～73H中取值;在循環(huán)顯示車(chē)速和輪徑值的主程序模塊中則直接讀取絕對(duì)地址空間70H～77H的各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)顯示。當(dāng)然，程序員可以根據(jù)自己的空間配置另外定義這些絕對(duì)地址。
以上程序代碼均已在Dais-52.196P仿真器上順利調(diào)試通過(guò)。
由上面的簡(jiǎn)單程序可以看出這種無(wú)參數(shù)化調(diào)用方法的優(yōu)越性和有效性:從程序代碼看，無(wú)論是編寫(xiě)C51子程序還是匯編主程序，都與編寫(xiě)純C51函數(shù)或者純匯編主程序的格式完全一樣，從根本上簡(jiǎn)化了C51與匯編函數(shù)之間的接口編程，提高了程序調(diào)用的效率;充分利用了匯編與高級(jí)C51語(yǔ)言各自的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)、調(diào)試快速方便，通用性強(qiáng)，尤其適合于初學(xué)者。對(duì)于復(fù)雜程序，同樣可以利用無(wú)參數(shù)化方法來(lái)幫助實(shí)現(xiàn)。這對(duì)于提高單片機(jī)應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)效率很有意義。
無(wú)參數(shù)化調(diào)用實(shí)質(zhì)上在C51函數(shù)中定義了幾個(gè)全局變量(絕對(duì)地址)，依靠它們直接完成參數(shù)值的傳遞和返回值的調(diào)用，相當(dāng)于一種程序員自定義的傳遞方式，拋棄了傳統(tǒng)C與匯編之間的接口約定。只要程序員安排得當(dāng)，還可以進(jìn)一步人工實(shí)現(xiàn)C51中的動(dòng)態(tài)覆蓋重用，提高RAM區(qū)的利用效率。由上也可看出:無(wú)參數(shù)化調(diào)用方法要在A(yíng)SM匯編調(diào)用C51函數(shù)時(shí)才能充分發(fā)揮其巨大優(yōu)勢(shì);如果全部采用C51編程，過(guò)分依賴(lài)無(wú)參數(shù)化思想，就違背了利用匯編優(yōu)勢(shì)的初衷，得不償失。當(dāng)然，如果開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)對(duì)C51與匯編函數(shù)之間的參數(shù)傳遞接口很熟悉，完全可以按接口約定或者由編譯器自動(dòng)完成參數(shù)的傳遞。
?
參考文獻(xiàn)
1 徐愛(ài)鈞.彭秀華.單片機(jī)高級(jí)語(yǔ)言C51應(yīng)用程序設(shè)計(jì).北京:電子工業(yè)出版社，1998
2 Dais系列組合式仿真編程器使用手冊(cè).1999