Составление листинга программы – первая программа на МК

March 25, 2014 by admin Комментировать »

Листинг программы «demol.c» показан на Рис. 6.7. Имя программе придумает программист. Расширение «.с» обязательное. Текст набирается в редакторе «Programmer’s Notepad 2» (сокращённо PN2), который входит в пакет WinAVR вместо графической оболочки. Через него также производится создание проекта, исправление ошибок, компиляция программы и даже программирование MK.

Рис. 6.7. Листинг программы «demol.c».

Рис. 6.8. Внешний вид программы PN2.

Редактор PN2 является самостоятельным проектом со своим интернет-сайтом [6-8]. Внешний вид головного меню PN2 показан на Рис. 6.8.

Порядок действий.

1.3апустить на выполнение файл «WlnAVR-20100110-install.exe» (29 Мбайт), находящийся на прилагаемом компакт-диске. Этот файл при необходимости можно свободно скачать из Интернета [6-1]. Инсталлировать WlnAVR по умолчанию в папку C:\WinAVR-20100110\.

2.               Открыть редактор PN2: «Пуск — Программы — WinAVR-20100110 — Programmers Notepad [WinAVR]». Включить нумерацию строк: «Tools — Options — General — Default — <поставить «галочку» возле «Show Line Numbers»> — ОК».

3.               Создать в редакторе PN2 новый Си-файл: «File — New — С/С++». Ввести с клавиатуры текст программы согласно Рис. 6.7 и сохранить его на жёстком диске: «File — Save As… — <ввести путь и имя файла, например, для однозначности C:\1001\demol.c> — ОК».

Здесь и далее снимки экранов (скриншоты) для экономии места будут показываться только в самых важных точках действий. Остальные скриншоты в пошаговом режиме можно посмотреть на видеоуроках в прилагаемом компакт-диске.

Пояснения к листингу.

Строка 1 начинается с комментариев, которые ограничиваются слева двумя наклонными линиями «прямой слеш». Весь текст после знаков «//» может быть о чём угодно, на любом языке, с любыми вольностями и сокращениями. Это произвольная информация, которую программист пишет для самого себя, любимого, чтобы через месяц-другой вспомнить, о чём, собственно, шла речь. Обычно указывается краткое название программы и авторство.

Пояснения рекомендуется писать подробно, понятно и побольше. Наличие комментариев ни на один байт не увеличивает длину кодов прошивки MK.

Строка 2 тоже содержит комментарии, но уже технического плана. Здесь расписана электрическая схема подключения индикатора HL1 и кнопки SB1 к конкретным линиям портов MK. Названия сигналов соответствуют раскладке из дашита на MHKpocxeMyATmega48A (Рис. 6.9) [6-9].

Рис. 6.9. Раскладка сигналов MKATmega48A.

Практика текстового описания несложных схем в «шапке» программы широко распространена в сообществе программистов, которые ленятся рисовать и прикладывать графические схемы, считая, что «и так всё понятно».

Строка 3 указывает параметры «мэйкфайла» («makefile»). Для справки, нормальная работа компилятора AVR-GCC возможна при наличии двух обязательных файлов. Первый из них — файл листинга с расширением «.с», второй — файл системных указаний «makefile» без расширения. «Makefile» создаётся утилитой «MFile» (Рис. 6.10, автор JoergWunsch, Германия), входящей в WinAVR.

Рис. 6.10. Внешний вид программы MFile.

Порядок действий.

1.               Запустить на выполнение утилиту «MFile»: «Пуск — Программы — WinAVR- 2010010 – MFile [WinAVR]».

2.               Заполнить поля шаблона следующим образом (Рис. 6.11):

• в пункте «Makefile — Main file name… — Main file» ввести имя разрабатываемого проекта «demol» и нажать OK;

•                 в пункте «Makefile — MCU type — ATmega» выбрать MK «atmega48a»;

•                 в пункте «Makefile — Optimization level» задать уровень оптимизации «2». Другие возможности: «0» — без оптимизации, «s» — минимальная длина кодов, цифры «1 »…«3» — это три разных метода оптимизации, причём цифра «3» не означает лучший вариант, всё зависит от конкретной Си-программы.

Остальные пункты шаблона «makefile» корректировать не обязательно, пусть остаются принятыми по умолчанию.

Рис. 6.11. Заполнение полей в программе MFile.

3.              Сохранить файл: «File — Save As… — <выбрать папку C:\1001\> — ОК». Убедиться в том, что на жестком диске появился «makefile» длиной 17509 байтов.

Для каждого нового проекта и нового типа МК  надо составлять свой «makefile», при этом будет изменяться имя проекта и тип MK.

Строка 4 содержит комментарии, определяющие шестнадцатеричные числа младшего (Low), старшего (High) и расширенного (Ext) байтов конфигурации. Эти значения понадобятся в дальнейшем при программировании «фьюзов» MK.

С« ктг5информационно пустая. Она визуально отделяет текст комментариев от остальной части программы. Вместо одной можно вставить две пустые строки, что не принципиально. Главный смысл заключается в улучшении наглядности. На длину кодов прошивки MK это не влияет.

Внешнее оформление листинга придумывает сам программист, исходя из собственных представлений о красоте картинки и удобстве подачи информации. Часто по стилю оформления «шапки», строк листинга и комментариев можно опознать автора программы или составить его психологический портрет. Интересные заметки по этому поводу приведены в монографии Алена Голуба [6-10].

Строка 6 обслуживается препроцессором компилятора. Это не оператор языка Си и не комментарий. Название сложное, а смысл простой. Препроцессор (предварительный ПРОЦЕССОР) ищет в программе строки, начинающиеся с символа «#». Далее, в зависимости от ключевого слова, он выполняет определённое действие, например, «define» — присваивает значения константам, «if defined» — проверяет условие, «inC1ude» — подключает библиотеку функций и т.д.

Для первого знакомства достаточно знать, что библиотека функций представляет собой набор файлов, в которые помещаются тексты стандартных или часто повторяющихся процедур. В данном случае директива «#inC1ude» (в переводе с англ. «включать») активизирует системную библиотеку «avr/io.h», которая отвечает за работу портов ввода/вывода. Эта библиотека в разных компиляторах имеет разное название, но суть неизменна, без неё нельзя управлять ни одной линией портов MK. Следовательно, подключение библиотеки ввода/вывода обязательно для всех микроконтроллерных Си-программ.

Строка 7тоже обрабатывается препроцессором компилятора, но имеет ключевое слово «define» (в переводе с англ. «определять»). Следовательно, она объявляет константу INI и присваивает ей постоянное значение 255. В комментариях указывается перевод числа 255 в шестнадцатиричную 0xFF и двоичную 0bl 1111111 форму счисления. Разница между ними заключается в буквах «х» и «Ь» после обязательной цифры «0». Соответствие чисел в разных системах приведено в Табл. 6.3.

Таблица 6.3. Перевод чисел из шестнадцатиричной формы в двоичную и обратно

Если где-то в «теле» программы встречается константа INI, то компилятор без размышления подставляет вместо неё числовое значение, указанное в строке 7, т.е. 255. Это очень удобно для программистов при коррекции больших по объёму листингов, когда константы разбросаны по всему тексту. Кроме того, само название константы может нести смысловую нагрузку и служить словесной подсказкой. В частности, INI — это сокращение от английского слова «initialization» (инициализация), что означает некоторое начальное значение.

Важность размещения константы именно в «шапке» программы заключается в простоте её поиска и быстроте внесения изменений. Например, один раз откорректировав число «255», можно быть уверенным в том, что везде по тексту оно будет автоматически (и безошибочно!) проставлено через константу lNI.

Имя для константы придумывает программист, исходя из здравого смысла и человеческих предпочтений. По давней традиции названия констант пишутся заглавными символами. Первой в имени обязательно должна идти буква, например, I2CBUS, T34. Употребление кириллицы не допускается.

Объявление константы INI можно было записать ещё двумя равнозначными способами: «#define INI OxFF» или «#define INI Obl 1111111».

Строка 8 содержит оператор описания переменной «а». Переменную можно образно представить в виде шкатулки (ящика, коробки, пенала), где хранится некоторое количество предметов (бусинок, зёрен, спичек). Чтобы «шкатулки» отличались друг от друга, их маркируют разными надписями на корпусе, в данном случае буквой «а». Если в описании переменной не указано начальное число, то считается, что «шкатулка» пустая и она инициализируется нулём (а = 0). По ходу работы программы в «шкатулку» можно добавлять и из неё можно удалять предметы, т.е. увеличивать и уменьшать значение переменной.

Объём «шкатулки» зависит от её исходного объявления. В Табл. 6.4 указаны пределы, принятые в компиляторе AVR-GCC. Как видно, объявление «unsigned char» позволяет положить в «шкатулку» 255 предметов. Вместе с нулевым значением (пустая «шкатулка») всего будет 256 состояний или 256 байтов. Переменная с объявлением «unsigned long» уже больше похожа не на шкатулку, а на целый железнодорожный состав, который рассчитан на 4.2 млрд предметов.

Таблица 6.4. Размерности переменных, принятыевАУК-вСС

Поскольку MK не имеет развитых средств для работы с отрицательными числами, то на первых порах, чтобы не запутаться, лучше в программах использовать только положительные числа, т.е. содержащие объявление «unsigned».

«Отцы-командиры» языка С исдавних времён установили негласный порядок, согласно которому название переменной должно состоять не более, чем из 8 символов. В компиляторе AVR-GCC это правило игнорируется и переменная может содержать столько символов, сколько хочется, но без фанатизма. Единственное, что первой в названии обязательно должна стоять буква латинского алфавита, за ней могут следовать буквы, цифры, символы. Кириллица не допускается.

Переменная, в отличие от константы, содержит некоторое переменное (а не постоянное) число. Чтобы переменные отличались от констант, их записывают малыми буквами. Обычно стараются, чтобы название соответствовало смыслу, например, «count» для счётчика, «data» для данных, «delay» для задержки. Хотя иногда проще, привычнее и компактнее смотрятся однобуквенные переменные, хорошо знакомые со школьной алгебры, — а, b, с, d, i,j, k, x, у, z.

Какую размерность указывать для конкретной переменной, определяет программист. Поскольку переменная «а» в данном листинге является хранилищем для сбора информации с цифрового 8-битного порта «С», значит в неё должно вмещаться «два в восьмой степени» байтов, т.е. от 0 до 255.

Интересно, что компилятор не выдаёт ошибку, если перестраховаться и объявить переменную с запасом как «unsigned long а;». Правда, это приводит к напрасному увеличению объёма кода с 114 до 126 байтов и, соответственно, к небольшому уменьшению скорости выполнения программы.

Другая крайность — недооценка размерности, когда, например, вместо объявления «unsigned int» применяется «unsigned char». Если в такую переменную занести число, большее чем 255, то сохранится лишь остаток от деления на 256, а старшая часть безвозвратно потеряется. Образно говоря, предметы повысыпаются из «шкатулки» наружу. Компилятор не реагирует на подобные ошибки, считая, что программист находится в адекватном состоянии и понимает, что он делает. Правильное и безошибочное определение размерности переменных обычно приходит с опытом.

Строка 9 информационно пустая аналогично строке 5. Вставлять ли её в листинг, зависит от воли программиста.

Строка 10 заполняется комментариями, но для разнообразия они представлены в другом формате. А именно, текст отчёркивается с левой стороны символами «/*», а с правой стороны — символами «*/»• Такой стиль берёт начало с самых древних версий языка Си. Позже в комментариях стали применять символы «//», что характерно для языка С++. В WinAVR оба варианта имеют равное право на существование. «Новое» написание проще и нагляднее, а «старое» кое-где является единственно возможным, если требуется прокомментировать начало оператора.

Строка 11 содержит типовой вызов функции «main» согласно правилам Американского института стандартов ANSI (American National Standards Institute). Допускаются, но не рекомендуются, сокращённые выражения: «int main ()», «main ()», «main (void)». Иногда даже пишут «void main (void)», подчёркивая полное отсутствие принимаемых и передаваемых параметров. Для простых MK, не поддерживающих операционные системы реального времени, отрицательных последствий не будет. Однако, если думать о будущем, то лучше сразу заучить полную форму написания, что облегчит в дальнейшем перенос Си-программ на более современные микроконтроллерные платформы.

Строка 12 целиком отводится под первую открывающую фигурную скобку. Такой чести она удостоена не случайно. Компилятор языка Си при выполнении строки 12 производит начальную инициализацию регистров MK, установку стека, распределение адресного пространства. Механику этого ювелирного процесса изучать не надо (в отличие от программ на Ассемблере!).

Для программиста, главное, правильно усвоить две вещи, которые автоматически производит компилятор, входящий в WinAVR:

•                 при старте программы запрещаются все прерывания;

•                 линии всех портов MK настраиваются как входы без «pull-up» резисторов.

Строка 13. Наконец-таки, появилась первая исполняемая команда программы в виде оператора присваивания. Расшифровка символов:

•                 «DDRB» — условное имя восьмиразрядного регистра DDR порта «В»;

•                 «=» — знак записи данных в регистр DDRB;

•                 «ОЬ» — указание на то, что следующие 8 цифр будут в двоичном коде;

•                 «11111111» — биты записываемого в регистр DDRB двоичного числа, расположенные в порядке 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 (слева старший бит, справа младший бит).

В результате выполнения данного оператора все линии порта «В» устанавливаются в режим выхода, поскольку во всех разрядах указаны единицы.

Оператор в строке 13 имеет отступ в два пробела слева. Это условность форматирования текста, которой придерживаются многие программисты. Компилятор «промолчит», если начать текст в первом или в седьмом столбце слева, кому как нравится. Существует лишь одна рекомендация: «Листинг Си-программы должен быть удобным для просмотра». Следуя ему, в дальнейшем все тексты будут форматироваться так, чтобы фигурные скобки располагались в нечётных столбцах по вертикали (1, 3, 5 и т.д.), причём в каждом столбце будут находиться только одна открывающая вверху и одна закрывающая внизу фигурные скобки.

Указанный порядок не догма, а способ сокращения листинга по ширине и по длине без потери информативности. Программист «у себя дома», в своих листингах, вправе вводить любое число пробелов, пустых строк и т.д.

Строка /4действует совместно со строкой 13, поскольку конкретное состояние линии порта в AVR-контроллерах определяется связкой двух регистров DDRx и PORTx, где «х» — порядковая буква порта, например, В, С или D. Если учесть, что в каждом регистре имеется 8 бит с номерами от 0 до 7 (условно «z»), то общий расклад по линиям портов выглядит следующим образом:

•                 DDRx.z = 1, PORTx.z = 1 — выход с ВЫСОКИМ уровнем;

•                 DDRx.z = 1, PORTx.z = 0 — выход с НИЗКИМ уровнем;

•                 DDRx.z = 0, PORTx.z = 1 — вход с « pull-up» резистором;

•                 DDRx.z = 0, PORTx.z = 0 — вход без « pull-up» резистора.

Обобщение строк 13 и 14: DDRB.0…DDRB.7 = 1, PORTB.O = 0, PORTB.l = 1, PORTB.2…PORTB.7 = 0, следовательно, линии 0, 2…7 порта «В» будут настроены как выходы с НИЗКИМИ уровнями, а линия 1 — как выход с ВЫСОКИМ уровнем. Поскольку к линии PB1 (вывод 15 микросхемы DD1 на Рис. 6.3) подключается индикатор HL1, то он будет погашен. Получается, что начальная часть технического задания выполнена успешно.

Строки 15, 16аналогичны строкам 13, 14, но для порта «С». Для разнообразия применяется подстановка константы lNI. После выполнения строк 15 и 16 все линии порта «С», даже те, которые не участвуют непосредственно в работе, будут настроены как входы с « pull-up» резисторами. Это стандартный приём начальной инициализации портов, чтобы активизировать внутренние подтягивающие резисторы, которые не дают «висеть в воздухе» КМОП-входам линий МК и устраняют пути проникновения всевозможных помех и наводок.

Строка 17 аналогична строкам 13, 14 и 15, 16, но для порта «D». Он в электрической схеме вообще не задействован, однако следует взять себе за правило — инициализировать в начале программы все без исключения порты. Их свободные линии должны быть настроены как входы с « pull-up» резисторами или как выходы с ВЫСОКИМ/НИЗКИМ уровнем. В будущем такой автоматизм позволит избежать коллизий и недоразумений.

Особенностью является присваивание регистру PORTD значения, ранее присвоенного в строке 13 регистру DDRB, т.е. двоичного числа Obl 1111111. Сделано это в учебных целях, ведь можно было бы поступить проще: «PORTD = OxFF;».

Ещё одна деталь заключается в отсутствии записи регистра DDRD. Это не опечатка, а сознательное сокращение листинга на одну строку, поскольку при включении питания согласно даташиту во все регистры DDRx, PORTx автоматически заносятся «нули», т.е. дополнительно обнулять регистр DDRD не обязательно.

Строка 18содержит оператор цикла «while». Для первого знакомства достаточно запомнить, что выражение «while (1)» означает последовательное выполнение операторов в строках 19…21 в бесконечном цикле.

Строка 19 содержит открывающую скобку и оператор присваивания. Такое совмещение допускается правилами языка Си, что позволяет сделать листинг более компактным по высоте.

После выполнения строки 19 в переменной «а» будет храниться байт состояния восьми линий порта «С», который был прочитан из регистра PINC. Если кнопка SB1 не нажата, то «а = OxFF», а если нажата, то «а = OxFE».

Строка 20сдвигает на один разряд влево содержимое переменной «а». Возможны два варианта: если «а» раньше было OxFF, то станет OxFE, а если было OxFE, то станет OxFD. Зачем это делается, подскажет следующая строка программы.

Строка 21 содержит оператор присваивания, но, по сравнению со строкой 19, переменная «а» и регистр порта поменялись местами. В языке Си такая рокировка приводит к замене операции чтения из порта операцией записи в порт. Итого, в порт «В» будет выведен код 0xFE (если кнопка SB1 не нажата) или код 0xFD (если кнопка SB1 нажата). В первом случае индикатор HL1 будет погашен, во втором — будет светиться, чего и требовалось добиться согласно техническому заданию.

Строки 22, 23 содержат закрывающие фигурные скобки. Если мысленно провести от них две вертикальные линии «снизу-вверх», то они укажут прямо на открывающие скобки в строках 19 и 12. Скобка в строке 22 указывает на повтор цикла в строках 19…21. Скобка в строке 23 начинается в первой слева позиции, следовательно, достигнут конец функции «main», а значит и основной программы.

Строка 24 содержит комментарии о номере версии WinAVR и о длине кодов прошивки, что весьма полезно при компиляции программы другими пользователями. Известно, что версии WinAVR совместимы между собой не на 100%, чему имеются наглядные примеры. Следовательно, длина скомпилированного кода одного и того же листинга может отличаться от релиза к релизу. Практический вывод — компилировать программу надо вначале тем пакетом WinAVR, который указан в строке 24, а уже потом на более старой или более новой версии, сверяясь с полученной длиной кодов как с проверочной контрольной суммой.

Внимательный читатель вправе заметить, что на этапе составления листинга Си-программы невозможно было заранее рассчитать, какой объём занимают коды в памяти MK. Честно говоря, надпись «114 байта (2.8%)» была дописана позже, после компиляции программы. Налицо наглядный пример той самой обратной связи, которая в структурной схеме на Рис. 6.1 была обозначена пунктиром между блоками «К» и «Л».

Строка 25 полностью пустая, но в отличие от строк 5 и 9, она означает физическое окончание листинга. Без этой завершающей строки компилятор выдаёт мягкое, но всё-таки предупреждение: «Warning: no newline at end of file» («Внимание: отсутствует новая линия в конце файла»).

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты