引言 單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，種類也越來(lái)越多。由于嵌入式C語(yǔ)言可讀性強(qiáng)、移植性好，與匯編語(yǔ)言相比大大減輕了軟件工程師的勞動(dòng)強(qiáng)度，因而越來(lái)越多的單片機(jī)工程師開(kāi)始使用C語(yǔ)言編程。但C語(yǔ)言的可移植性僅限于與硬件無(wú)關(guān)的子程序，而與具體硬件有關(guān)的子程序則無(wú)法移植。在單片機(jī)應(yīng)用中，位操作（特別是對(duì)引腳的位操作）非常普遍，如EEPROM數(shù)據(jù)和IC卡數(shù)據(jù)的讀寫、字段式LCD顯示等，很多帶串口的集成電路都需要單片機(jī)用軟件來(lái)做I/O口讀寫程序。如何讓這些子程序既有很好的通用性，生成代碼的效率又高，是很多軟件工程師都在考慮的問(wèn)題。這里介紹兩種C語(yǔ)言位操作的移植方法。 1 用邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)位操作 請(qǐng)看下面這個(gè)子程序： INT8U Card102RdByte（void） ｛ INT8U Temp8U, n = 8; do｛ Temp8U <<= 1; if（ PIN_CARD_SDA_RD（） ） Temp8U |= 0x01; PIN_CARD_CLK_H（）;PIN_CARD_CLK_L（）; ｝while（——n）; return Temp8U; ｝ 這是通過(guò)單片機(jī)引腳從88SC102卡中讀一個(gè)字節(jié)的子程序。程序采用μC/OSII中的書寫風(fēng)格，即變量和函數(shù)采用“駝峰”寫法，由define定義的常量和內(nèi)聯(lián)函數(shù)采用全部大寫加下劃線的寫法。 此程序驅(qū)動(dòng)一個(gè)引腳輸出CARD_CLK高低信號(hào)，從另一個(gè)引腳一位一位讀取CARD_SDA數(shù)據(jù)。 1.1 用于MSP430系列單片機(jī) 此程序應(yīng)用到MSP430單片機(jī)上（本文用的是MSP430F413單片機(jī)），頭文件中要有如下定義： typedefunsigned charINT8U; #include #definePIN_CARD_SDA_RD（）（P6IN & 0x01） #definePIN_CARD_CLK_H（）P6OUT |=0x04 #definePIN_CARD_CLK_L（）P6OUT &= ～0x04 匯編結(jié)果如下： In segment CODE, align 2, keepwithnext __code unsigned char Card102RdByte（void） Card102RdByte: 0000007E42MOV.B#0x8, R14 ??Card102RdByte_0: 0000024C5CRLA.BR12 000004D2B33400BIT.B#0x1, &0x34 0000080128JNC??Card102RdByte_1 00000A5CD3BIS.B#0x1, R12 ??Card102RdByte_1: 00000CE2D23500BIS.B#0x4, &0x35 000010E2C23500BIC.B#0x4, &0x35 0000147E53ADD.B#0xff, R14 0000164E93CMP.B#0x0, R14 000018F423 JNE??Card102RdByte_0 00001A3041RET 這與手工匯編編程的結(jié)果幾乎一樣，代碼效率很高。 1.2 用于51系列單片機(jī) 在51系列單片機(jī)中應(yīng)用此程序，頭文件要加入以下定義： #include"Reg932.h"http://Philips LPC932單片機(jī) sbitCradClk=P0︿1; sbitCardSDA=P0︿0; #definePIN_CARD_SDA_RD（）CardSDA #definePIN_CARD_CLK_H（）CradClk=1 #definePIN_CARD_CLK_L（）CradClk=0 原來(lái)的程序不作任何改動(dòng),匯編結(jié)果如下： ; FUNCTION Card102RdByte （BEGIN） ;—— Variable ‘Temp8U‘ assigned to Register ‘R7‘ —— ;—— Variable ‘n‘ assigned to Register ‘R6‘ —— 00007E08MOVR6,#08H 0002?C0007: 0002EFMOVA,R7 000325E0ADDA,ACC 0005FFMOVR7,A 0006308003JNBCardSDA,?C0008 0009430701ORLAR7,#01H 000C?C0008: 000CD281SETBCradClk 000EC281CLRCradClk 0010DEF0DJNZR6,?C0007 0012?C0009: 001222RET ; FUNCTION Card102RdByte （END） 由匯編結(jié)果可知，對(duì)位的直接清零和置位已達(dá)到最簡(jiǎn)，只是讀位值不夠理想。 1.3 用于196/296系列單片機(jī) 在80C196MC、80C296SA等單片機(jī)中，片上I/O口是可以窗口映射到低端地址的。采用這種方式，I/O口可以直接尋址，因而程序代碼最短，執(zhí)行速度也最快，但這樣做C程序就無(wú)法移植了。若不用窗口技術(shù)，則片上I/O口是內(nèi)存地址映射的，與普通內(nèi)存地址一樣操作。頭文件中加入如下定義,即可利用原來(lái)的程序： INT8UPOUT,PIN; #pragmalocate（POUT=0x880） #pragmalocate（PIN=0x881）//外擴(kuò)I/O口地址定位 #definePIN_CARD_SDA_RD（）（PIN & 0x01） #definePIN_CARD_CLK_H（）POUT |=0x04 #definePIN_CARD_CLK_L（）POUT &= ～0x04 匯編后的代碼是56字節(jié)，代碼效率也很高。 采用邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)位操作，C程序簡(jiǎn)單明了，移植性好，可讀性更好。但96系列單片機(jī)無(wú)法利用JBC和JBS位操作指令，51系列單片機(jī)也無(wú)法利用JB和JNB等其特有的位操作指令來(lái)提高代碼效率。用位段結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位操作可以彌補(bǔ)這個(gè)不足。 2 用位段結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)位操作 把原來(lái)的程序改寫如下： INT8U Card102RdByte（void）① ｛② INT8U n = 8;③ #ifndef C51_ASM④ bdata ACCImg;⑤ #endif⑥ do｛ ACC <<= 1;⑦ GET_CARD_SDA（）;⑧ PIN_CARD_CLK_H（） ; PIN_CARD_CLK_L（） ;⑨ ｝while（——n） ;⑩ return ACC ; ｝ 2.1 在51系列單片機(jī)中的應(yīng)用 在C51中使用ACC是不必在每個(gè)子程序中定義的，所以要在文件的開(kāi)頭加上 #define C51_ASM。這樣，第④、⑤、⑥句會(huì)被忽略。在頭文件中加上以下定義: sbitACC_0=ACC︿0 ; #defineGET_CARD_SDA（）ACC_0 = CardSDA 其余定義如本文第一部分所述。結(jié)果第⑧句匯編變?yōu)椤癕OV C,CardSDA”和“MOV ACC_0,C”兩句。句，函數(shù)要通過(guò)R7返回參數(shù)，程序已達(dá)到最簡(jiǎn)。 ; FUNCTION Card102RdByte （BEGIN） ;—— Variable ‘n‘ assigned to Register ‘R7‘—— 00007F08MOVR7,#08H 0002?C0007: 000225E0ADDA,ACC 0004A281MOVC,CardSDA 000692E0MOVACC_0,C 0008D280SETBCardClk 000AC280CLRCardClk 000CDFF4DJNZR7,?C0007 000EFFMOVR7,A 000F?C0008: 000F22RET ; FUNCTION Card102RdByte （END） 還可以像196/296那樣定義一個(gè)位段結(jié)構(gòu)，使用JB指令，有興趣的讀者可以自己試一下。 2.2 在196/296系列單片機(jī)中的應(yīng)用 在196/296中應(yīng)用這段程序，要增加一個(gè)局部變量ACCImg的定義，就是前面程序中的第④、⑤、⑥三句。再在頭文件中增加一個(gè)如下的位段結(jié)構(gòu)定義： typedef struct ｛unsigned Bit0:1; unsigned Bit1:1; unsigned Bit2:1; unsigned Bit3:1; unsigned Bit4:1; unsigned Bit5:1; unsigned Bit6:1; unsigned Bit7:1; ｝Divide_to_bit; typedef union ｛INT8U Byte; Divide_to_bit DivBit; ｝bdata; 端口地址變量要定義成以下數(shù)據(jù)類型： bdata PIN; 同時(shí)，在頭文件中加上宏定義： #defineACC ACCImg.Byte #defineACC_0 ACCImg.DivBit.Bit0 #defineGET_CARD_SDA（） if（PIN.DivBit.Bit0） ACC |=0x01; 這樣ACCImg就定義成了一個(gè)低端寄存器,ACC是它的字節(jié)訪問(wèn)形式。源程序中的第⑧句讀引腳，匯編的結(jié)果使用了JBC指令，整個(gè)程序比不用位段減少了字節(jié)，達(dá)到了優(yōu)化代碼的目的。 cseg 0000Card102RdByte: ; Statement3 0000B10800Rldbn,#8 ; Statement7 0003 @ 0004 : 0003740101RaddbACCImg,ACCImg ; Statement8 0006B30181081CldbTmp0,PIN 000B 331C03jbcTmp0,3,@0005 000E 910101 RorbACCImg,#1 0011 @ 0005 : ; Statement9 0011 B30180081CldbTmp0,POUT 0016 91041CorbTmp0,#4 0019 C70180081CstbTmp0,POUT 001E 71FB1C andbTmp0,#0FBH 0021 C70180081C stbTmp0,POUT ; Statement10 00261500Rdecbn 0028980000RcmpbR0,n 002BD7D6bne @ 0004 ; Statement11 002DB0011C RldbTmp0,ACCImg 00302000 br @ 0001 ; Statement12 0032 @ 0001 : 0032F0ret 2.3 在MSP430系列單片機(jī)中的應(yīng)用 MSP430系列單片機(jī)沒(méi)有位操作指令，所以不必定義位段結(jié)構(gòu)，直接把ACC定義成一個(gè)無(wú)符號(hào)8位數(shù)即可。頭文件中是這樣定義的： #ifndef C51_ASM//此句使頭文件也可以與C51的共用 typedef INT8U bdata ; #define ACC ACCImg #define GET_CARD_SDA（） if（P6IN & 0x01） ACC |=0x01; #endif 匯編的結(jié)果與用邏輯運(yùn)算的方法進(jìn)行位操作竟完全一樣。 結(jié)語(yǔ) 對(duì)引腳的位操作有3種： 直接置位或清零，從端口輸入數(shù)據(jù)和從端口輸出數(shù)據(jù)。前兩種上文已介紹過(guò)了。從端口輸出數(shù)據(jù)的C程序如下： do｛ OUT_SIO_DA（）; CLK_H（）; ACC <<= 1;//移位可擴(kuò)展時(shí)鐘脈沖寬度 CLK_L（）; ｝while 其中： 第一句OUT_SIO_DA（），51系列可定義成位操作SIO_SDA = ACC_7；196/296和430系列可如上文定義成一個(gè)if語(yǔ)句。 位段操作程序中采用了ACC這個(gè)名字作為一個(gè)局部變量。在C51中這剛好是主累加器，對(duì)于2401、IC卡等半雙工器件的程序很實(shí)用，但當(dāng)SPI總線輸入/輸出同時(shí)操作時(shí)，就沒(méi)這么方便了。 用邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)位操作不存在任何移植的障礙。μC/OS-II中的位操作就是全用邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)的。位段定義可能存在不同編譯器分配順序不同的問(wèn)題，但考慮到32位高速CPU不會(huì)用軟件模擬這種串口的操作，這樣的程序只會(huì)用在51、196/296、MSP430等無(wú)片內(nèi)Cache的中低速單片機(jī)中，所以用位段操作引腳的方法仍有意義。具體是使用邏輯運(yùn)算還是使用位段進(jìn)行位操作，完全看個(gè)人喜好。本文程序采用的編譯器是Keil C51 V7.03、IAR C430 V2.10A和 Tasking C96 V5.0。