EH78系列單片機(jī)的編程技巧

EH78系列單片機(jī)的編程技巧

筆者在某智能水表開發(fā)中使用了EM78P447芯片，對(duì)EM78系列芯片有了較深認(rèn)識(shí)，在實(shí)踐中總結(jié)了一些開發(fā)此類芯片應(yīng)注意的問題，同時(shí)給出了應(yīng)用中的編程技巧。
??? 市面上常見的介紹EM78系列的參考書中，都給出了一些應(yīng)用實(shí)例，但這些實(shí)例一般程序代碼量較小，功能單一。雖然這些實(shí)例對(duì)于新手確實(shí)起到了很好的作用，但一個(gè)產(chǎn)品可能功能很復(fù)雜，程序可能達(dá)到幾千行，這就會(huì)出現(xiàn)一些短程序中沒有遇見的問題。以筆者的開發(fā)為例，程序總共5千多行，有效的匯編語句代碼有3千多行。由于義隆沒有提供C的編譯環(huán)境，只能以匯編進(jìn)行編碼，而匯編的結(jié)構(gòu)、條理性與C語言比較不是很清晰，再加上EM78單片機(jī)結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性，所以當(dāng)程序代碼量較大的時(shí)候總會(huì)出現(xiàn)一些新的問題。下面將實(shí)踐中遇到的問題及其解決方法總結(jié)一下，以供參考。

1 RAM數(shù)據(jù)的讀取方法
??? EM78系列的RAM既可以認(rèn)為是普通單片機(jī)中的RAM，也可以認(rèn)為是寄存器(通用和專用寄存器)。以EM78P447為例，RAM共148×8位，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

??? 其中地址為20H一3EH，共有124(31×4)個(gè)，分布在4個(gè)RAM“體”(Bank)上。4個(gè)體分別標(biāo)記為“BankO(體O)”、“Bankl(體1)”、“Bank2(體2)”、“Bank3(體3)”。當(dāng)程序中用到的變量不多或者數(shù)據(jù)量不是很大時(shí)，這種RAM結(jié)構(gòu)對(duì)程序不會(huì)有什么影響，即程序變量能夠分配在一個(gè)Bank中；但是當(dāng)變量較多時(shí)，操作起來將會(huì)有些麻煩，同時(shí)有可能因?yàn)槌绦蛑蠦ank選擇不當(dāng)導(dǎo)致程序出錯(cuò)。筆者覺得當(dāng)數(shù)據(jù)量較大時(shí)，只要是對(duì)數(shù)據(jù)操作，就要先進(jìn)行Bank的選擇。特別是對(duì)子程序而言，一進(jìn)入子程序就要進(jìn)行Bank的選擇，從而控制所操作數(shù)據(jù)的范圍，時(shí)刻要清楚自己操作的數(shù)據(jù)在哪個(gè)Bank內(nèi)。通過改變“體選碼”，即RSR寄存器的最高2位，來選擇所要訪問的數(shù)據(jù)Bank。下面給出一個(gè)程序來說明。
??? BS RSR，7 ：到Bank2
??? MOV A，0X2F
??? AND A，@OB00111111
??? MOV OX2E，A
??? CALL LCD _LEAR ；調(diào)用顯示屏清零程序
??? LCD CLEAR：
??? BC RSR，7 ；到Bank0
??? BC RSR，6
??? MOVA，@OB00000000
??? MOV LCd address，A

??? ……
??? 如上面程序所示，在調(diào)用LCD_ CLEAR之前訪問了Bank2數(shù)據(jù)區(qū)，接著調(diào)用LCD-CLEAR子程序。此時(shí)在子程序內(nèi)，若沒有注意數(shù)據(jù)的Bank問題，即沒有設(shè)置選擇BankO，則原本要對(duì)BankO的數(shù)據(jù)操作則會(huì)發(fā)生在Bank2的相應(yīng)數(shù)據(jù)地址上，從而程序發(fā)生錯(cuò)誤。所以進(jìn)入子程序后，馬上選擇要使用數(shù)據(jù)的Bank，從而防止發(fā)生誤操作EM78系列單片機(jī)的開發(fā)語言為匯編語言，所以當(dāng)編寫匯編程序時(shí)，一定要養(yǎng)成一個(gè)良好的編程習(xí)慣，這非常有利于程序的開發(fā)和維護(hù)。筆者建議程序中對(duì)變量按如下操作。
??? ①定義變量表。在程序開始的地方定義好變量表，為每一個(gè)變量取名，分配地址空間。
??? ②相關(guān)變量最好定義在同一Bank內(nèi)，這樣當(dāng)對(duì)這些相關(guān)變量操作時(shí)就可以免去選擇Bank的麻煩。
??? ③以變量名進(jìn)行操作。不要對(duì)變量的地址直接操作，最好以變量名進(jìn)行操作，這樣當(dāng)變量需要改變名字或者需要更改分配地址時(shí)，直接更改變量表即可，而不用更改具體的程序。這點(diǎn)對(duì)于較大的程序非常有利，不但可以增加程序的可讀性，更重要的是提高程序的編寫便利性和維護(hù)性。
??? 以上幾點(diǎn)對(duì)于編寫較高質(zhì)量的代碼都非常重要，應(yīng)在具體實(shí)踐中仔細(xì)體會(huì)。

2 程序跨頁跳轉(zhuǎn)和跨頁調(diào)用技巧
??? 首先需要介紹一下EM 78系列單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器ROM結(jié)構(gòu)。EM78系列的程序存儲(chǔ)器ROM容量為4K×13位，采用Page(“頁”)分配原則，就是將4K的程序空間分為4頁，每個(gè)頁容量為1K。其結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中Page0(000H～3FFH)、Pagel(400H～7FFH)、Page2(800H～BFFH)、Page3(COOH～FFFH)。指令系統(tǒng)中的兩條長距離跳轉(zhuǎn)指令JMP和CALL，所攜帶的地址碼僅僅有l(wèi)O位，210=lK地址空間，即只能在1K的空間內(nèi)跳轉(zhuǎn)。當(dāng)使用JMP指令時(shí)，裝入目標(biāo)地址到PC程序指針的低10位；使用CALL指令時(shí)，裝入目標(biāo)地址至PC程序指針的低10位，且PC+l壓棧，調(diào)用同1K頁面內(nèi)的任何程序。PC程序指針(寄存器R2)和堆棧的位數(shù)是12位，即尋址空間分別為4K，一個(gè)程序頁面為lK。頁面選擇通過設(shè)定狀態(tài)寄存器R3的Bit6(PS1)、Bit5(PSO)來完成。

??? 在EM447中，當(dāng)需要跳轉(zhuǎn)或調(diào)用不同頁面的子程序時(shí)，則需在調(diào)用前修改R3的PSl、PS0，這樣當(dāng)執(zhí)行IMP指令或CALL指令時(shí)會(huì)將狀態(tài)寄存器R3的PSl、PS0載入PC的A11、A10，所以PC程序指針可以在4K范圍的地址空間內(nèi)自由跳轉(zhuǎn)。
??? 當(dāng)編寫的程序代碼量較大(超過1K)時(shí)，程序跨頁跳轉(zhuǎn)和跨頁調(diào)用是避免不了的。在使用JMP指令時(shí)，一定要知道將要跳到哪個(gè)Page；使用CALL指令時(shí)，一定要知道要調(diào)用的子程序位于哪個(gè)Page中。這樣在使用JMP指令和CALL指令之前必須要設(shè)置PSl和PS0位來選擇將要跳轉(zhuǎn)或調(diào)用程序的存儲(chǔ)空間。例程如下：
??? BS STATUS，PSl ；到Page3
??? BS STATUS，PS0
??? CALL INIT CLEAR ；調(diào)用初始數(shù)據(jù)清零程序
??? CALL SYS INIT ；調(diào)用系統(tǒng)初始化程序
??? BC STATUS，PSI ；到Pagel
??? JMP SYS_BEGIN ；跳轉(zhuǎn)到系統(tǒng)啟動(dòng)程序
??? 例程中首先設(shè)置PS相應(yīng)位來選擇Page3，然后調(diào)用INIT_CLEAR和SYS_INIT，之后選擇Pagel，跳到Pagel中的SYS BEGIN主程序中。對(duì)于較大的程序，這種調(diào)用和跳轉(zhuǎn)是經(jīng)常出現(xiàn)的，所以要求編寫程序前必須熟悉程序地址空間的分配。

3 ROM模塊化編程原則
??? 因?yàn)榱x隆提供的調(diào)試環(huán)境只支持匯編語言，而用匯編語言編寫的程序，結(jié)構(gòu)條理性劣于用C語言編寫的程序，所以編寫程序時(shí)應(yīng)盡可能的將子程序功能模塊化，即以完成某個(gè)功能來編寫子程序，這樣結(jié)構(gòu)清晰、調(diào)用方便。
??? 筆者在編寫程序時(shí)，針對(duì)EM78系列單片機(jī)ROM的Page結(jié)構(gòu)，將子程序按區(qū)分功能原則分別存放到不同的Page內(nèi)，如圖3所示為筆者項(xiàng)目中程序的存儲(chǔ)空間分配。
??? 圖3中，PageO存放的主要是比較常用的子程序，如系統(tǒng)初始化程序、鍵盤掃描、液晶顯示等；Pagel存放的是一些數(shù)據(jù)處理程序，如不同Bank的數(shù)據(jù)拷貝，十六進(jìn)制轉(zhuǎn)為二進(jìn)制壓縮BCD碼等程序；Page2存放的加密算法程序，這是筆者項(xiàng)目開發(fā)中最重要的部分，所以單獨(dú)的放在一個(gè)Page內(nèi)；Page3主要是對(duì)IC存儲(chǔ)器24LC02的一些讀寫操作子程序。這樣將功能相近的子程序放在一個(gè)Page內(nèi)，從而根據(jù)單片機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)合項(xiàng)目開發(fā)的實(shí)際來劃分程序存儲(chǔ)空間。在這樣調(diào)試時(shí)，很容易發(fā)現(xiàn)問題出現(xiàn)在哪個(gè)區(qū)域，使得程序結(jié)構(gòu)清晰明了，調(diào)用方便，易于調(diào)試和維護(hù)。

4 采用分區(qū)指令冗余技術(shù)提高軟件抗干擾性
??? 為了確保程序穩(wěn)定可靠運(yùn)行，有時(shí)必須采用軟硬件抗干擾設(shè)計(jì)。在某些場臺(tái)，大量的干擾源雖然不會(huì)造成單片機(jī)硬件系統(tǒng)的破壞，卻常常會(huì)破壞數(shù)字信號(hào)的時(shí)序，更改單片機(jī)寄存器內(nèi)容，導(dǎo)致程序的“跑飛”或進(jìn)入死循環(huán)。因此在提高硬件可靠性的基礎(chǔ)上，還需要在程序設(shè)計(jì)中采取軟件抗干擾，從而提高軟件的可靠性，減少軟件錯(cuò)誤的發(fā)生或者在發(fā)生錯(cuò)誤的情況下仍能使系
統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。
??? 針對(duì)EM78系列單片機(jī)，筆者采用了分區(qū)指令冗余技術(shù)來防止程序的跑飛。即對(duì)程序中沒有使用的程序空間用“NOP_NOP_JMP”指令將其填滿。當(dāng)程序跑飛到單指令的“NOF”上時(shí)，不會(huì)發(fā)生將操作數(shù)當(dāng)作指令來執(zhí)行的錯(cuò)誤，同時(shí)后面增加“JMP”指令使程序跳轉(zhuǎn)到程序跑飛處理程序上。圖4給出圖例。

??? 圖4中，針對(duì)EM78系列單片機(jī)ROM的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別在4個(gè)頁里存放一個(gè)單獨(dú)的跑飛處理程序Error()，程序的功能可以是“踢狗”(外置“狗”)。這樣做的原因如下：如果只編寫一個(gè)跑飛處理程序，假設(shè)放在PageO里，如果程序在Page2跑飛后，它不會(huì)跳到PageO的跑飛處理程序，反而會(huì)跳到Page2中，這樣程序仍然處于一種跑飛的狀態(tài)。所以在每個(gè)Page里添加Error()程序，這樣無論程序在哪個(gè)Page里跑飛，都會(huì)跳到Error()處理程序中。筆者實(shí)際中采用了這種方法取得了很好的效果。

5 其它常見問題分析
??? 在使用EM78系列芯片進(jìn)行開發(fā)時(shí)，除了上面要注意的幾點(diǎn)，還會(huì)遇見一些其它小問題。下面就提出這些問題及解決方法，希望讀者編程時(shí)有所注意。
(1)切記堆棧的深度
??? 匯編語言編程中經(jīng)常調(diào)用子程序，子程序的使用可以大大減少程序的書寫量，提高程序的使用效率。但在對(duì)EM78系列芯片進(jìn)行開發(fā)時(shí)，調(diào)用子程序應(yīng)切記堆棧的深度。EM78系列單片機(jī)采用的是5級(jí)深度的硬件堆棧，它既不占用程序空間也不占用數(shù)據(jù)空間，是獨(dú)立的暫存空間，不需要進(jìn)棧和出棧的堆棧操作專用指令。堆棧的使用是環(huán)行的，若已有5個(gè)返回地址被存入堆棧后，若再次調(diào)用子程序，則第6個(gè)返回地址將被存入堆棧的第一層中(該層原有的內(nèi)容將被覆蓋)，所以設(shè)計(jì)應(yīng)用程序時(shí)，子程序的嵌套調(diào)用層數(shù)不能超過5層，若嵌套調(diào)用超過5層，則會(huì)發(fā)生程序跑飛。
(2)長時(shí)間的軟件延時(shí)方法
??? EM 78系列芯片內(nèi)部帶有定時(shí)器，但對(duì)于較長時(shí)間的延時(shí)(如幾十s)則不太適用。筆者在開發(fā)中要使用20s的延時(shí)，編寫了一段軟件延時(shí)程序，采用3層嵌套程序，源代碼如下，程序可以直接移植運(yùn)行。
；…主循環(huán)………
LOOP0： MOV A，@18H
??????? MOV DATAl，A
LOOF1： MOV A，@07fH
??????? MOV DATA2，A
LOOP2： MOV A，@07IfH
??????? MOV DATA3，A
LOOp3： JMP CHECK ；跳到應(yīng)用程序
??????? CHE(1K BACK：DJZ DATA3 ；應(yīng)用程序退出
??????? JMP LOOP3
??????? DJZ DATA2
??????? JMP LOOP2
??????? DJZ DATAl
??????? IMP LOOP1
??????? ；20s后執(zhí)行OTHER程序
??????? IMP OTHER
(3)查表程序中防止程序跑飛的技巧
??? 在單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用中，經(jīng)常要用到查表程序來實(shí)現(xiàn)代碼轉(zhuǎn)換，例如8段LED的譯碼顯示。EM78系列芯片的指令系統(tǒng)中，有查表所需的專用指令TBL和RETL。查表過程是，先通過把被顯數(shù)字(即索引值)作為在數(shù)據(jù)表中的偏移量存入A，通過子程序傳遞參數(shù)，子程序?qū)?shù)和當(dāng)前PC相加，則PC跳到偏移位置，然后經(jīng)由RETL將所列數(shù)據(jù)裝入A，然后退出子程序。假設(shè)所列數(shù)據(jù)表中只有1O項(xiàng)，則傳遞到子程序的參數(shù)最大為9。但如果程序跑飛，則有可能傳入大于9的參數(shù)，這樣此數(shù)加上PC指針則跳出數(shù)據(jù)表的范圍，程序出錯(cuò)。筆者在自己的程序中加上如下措施，從而有效的解決了這個(gè)問題。即進(jìn)入子程序后，首先判斷傳人參數(shù)是否大于9，即偏移量是否正確，不正確則跳到錯(cuò)誤處理程序ERROR()，正確則繼續(xù)執(zhí)行。這樣可確保顯示的數(shù)據(jù)都是正確的。
；……數(shù)據(jù)譯碼表……
DATA_TPANS_JBL：
??? AND A，@OXOF；判斷顯示的偏移數(shù)據(jù)是否超過09
??? MOV Disp_limit,a

??? BC STATUS，C
??? SUB A，@OxO9
??? IBS STATUS，C
??? JMP ERROR? ；若顯示偏移數(shù)據(jù)出錯(cuò)跳到出錯(cuò)
?????????????? ；處理程序
??? ……

??? ……

??? TBL
??? RETL 0BI 10101 11 ；
??? “O”段碼AB′ABDEF，“0XD7”
??? RETL 0800000110 ；“1”段碼：“Bc” ，“0X06”

??? ……

??? ……
??? RETL 0810110111 ；“9”段碼’′ABCDFG′，"0XB7"以上是筆者在產(chǎn)品開發(fā)中的一些心得，文中所列舉的程序均經(jīng)ELAN WICE。E編譯通過，讀者可直接引用。