單片機的應(yīng)用越來越廣泛，種類也越來越多。由于嵌入式C語言可讀性強、移植性好，與匯編語言相比大大減輕了軟件工程師的勞動強度，因而越來越多的單片機工程師開始使用C語言編程。但C語言的可移植性僅限于與硬件無關(guān)的子程序，而與具體硬件有關(guān)的子程序則無法移植。在單片機應(yīng)用中，位操作(特別是對引腳的位操作)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，很多帶串目的集成電路都需要單片機用軟件來做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題。這里介紹兩種C語言位操作的移植方法。
1 用邏輯運算實現(xiàn)位操作
請看下面這個子程序：
這是通過單片機引腳從88SC102卡中讀一個字節(jié)的子程序。程序采用μC／OS-II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)動一個引腳輸出CARD_CLK高低信號，從另一個引腳一位一位讀取CARD_SDA數(shù)據(jù)。
1.1 用于MSP430系列單片機
此程序應(yīng)用到MSP430單片機上(本文用的是MSP430F413單片機)，頭文件中要有如下定義：
匯編結(jié)果如下：
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
在51系列單片機中應(yīng)用此程序，頭文件要加入以下定義：
由匯編結(jié)果可知，對位的直接清零和置位已達(dá)到最簡，只是讀位值不夠理想。
1.3 用于196／296系列單片機
在80C196MC、80C296SA等單片機中，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，即可利用原來的程序：
匯編后的代碼是56字節(jié)，代碼效率也很高。
采用邏輯運算實現(xiàn)位操作，C程序簡單明了，移植性好，可讀性更好。但96系列單片機無法利用JBC和JBS位操作指令，51系列單片機也無法利用JB和JNB等其特有的位操作指令來提高代碼效率。用位段結(jié)構(gòu)實現(xiàn)位操作可以彌補這個不足。
2 用位段結(jié)構(gòu)實現(xiàn)位操作
把原來的程序改寫如下：
2．1 在51系列單片機中的應(yīng)用
在C51中使用ACC是不必在每個子程序中定義的，所以要在文件的開頭加上#define C51_ASM。這樣，第④、⑤、⑥句會被忽略。在頭文件中加上以下定義：
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。⑩句，函數(shù)要通過R7返回參數(shù)，程序已達(dá)到最簡。
還可以像196／296那樣定義一個位段結(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系列單片機中的應(yīng)用
在196／296中應(yīng)用這段程序，要增加一個局部變量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如下的位段結(jié)構(gòu)定義：
端口地址變最要定義成以下數(shù)據(jù)類型：bdata PIN；
同時，在頭文件中加上宏定義：
這樣ACCImg就定義成了一個低端寄存器，ACC是它的字節(jié)訪問形式。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。
2．3 在MSP430系列單片機中的應(yīng)用
MSP430系列單片機沒有位操作指令，所以不必定義位段結(jié)構(gòu)，直接把ACC定義成一個無符號8位數(shù)即可。頭文件中是這樣定義的：
匯編的結(jié)果與用邏輯運算的方法進(jìn)行位操作競完全一樣。
結(jié)語
對引腳的位操作有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了。從端口輸出數(shù)據(jù)的C程序如下：
其中：第一句OUT_SIO_DA()，5l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if語句。
位段操作程序中采用了ACC這個名字作為一個局部變量。在C51中這剛好是主累加器，對于240l、IC卡等半雙工器件的程序很實用，但當(dāng)SPI總線輸入／輸出同時操作時，就沒這么方便了。
用邏輯運算實現(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算實現(xiàn)的。位段定義可能存在不同編譯器分配順序不同的問題，但考慮到32位高速CPU不會用軟件模擬這種串口的操作，這樣的程序只會用在5l、196／296、MSP430等無片內(nèi)Cache的中低速單片機中，所以用位段操作引腳的方法仍有意義。具體是使用邏輯運算還是使用位段進(jìn)行位操作，完全看個人喜好。本文程序采用的編譯器是KeiI C51 V7．03、IARC430 V2．10A和Tasking C96 V5．0。
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