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【转载】AVR 单片机与GCC 编程之二 免费猫

发布时间:2020-02-17 12:56:12 阅读: 来源:中央空调软链接厂家

【转载】AVR 单片机与GCC 编程----之二

第二章 存储器操作2.1 AVR 单片机存储器组织结构AVR 系列单片机内部有三种类型的被独立编址的存储器,它们分别为:Flash 程序存储器、内部SRAM 数据存储器和EEPROM 数据存储器。Flash 存储器为1K~128K 字节,支持并行编程和串行下载,下载寿命通常可达10,000 次。由于AVR 指令都为16 位或32 位,程序计数器对它按字进行寻址,因此FLASH 存储器按字组织的,但在程序中访问FLASH 存储区时专用指令LPM 可分别读取指定地址的高低字节。寄存器堆(R0~R31)、I/O 寄存器和SRAM 被统一编址。所以对寄存器和I/O 口的操作使用与访问内部SRAM 同样的指令。其组织结构如图2-1 所示。screen.width-200)this.style.width=screen.width*0.85;"> 图2-1 AVR SRAM 组织32 个通用寄存器被编址到最前,I/O 寄存器占用接下来的64 个地址。从0X0060 开始为内部SRAM。外部SRAM 被编址到内部SRAM 后。AVR 单片机的内部有64~4K 的EEPROM 数据存储器,它们被独立编址,按字节组织。擦写寿命可达100,000 次。2.2 I/O 寄存器操作I/O 专用寄存器(SFR)被编址到与内部SRAM 同一个地址空间,为此对它的操作和SRAM 变量操作类似。SFR 定义文件的包含:#include io.h 文件在编译器包含路径下的avr 目录下,由于AVR 各器件间存在同名寄存器地址有不同的问题,io.h 文件不直接定义SFR 寄存器宏,它根据在命令行给出的 –mmcu 选项再包含合适的 ioxxxx.h 文件。在器件对应的ioxxxx.h 文件中定义了器件SFR 的预处理宏,在程序中直接对它赋值或引用的方式读写SFR,如:PORTB=0XFF;Val=PINB;从io.h 和其总包含的头文件sfr_defs.h 可以追溯宏PORTB 的原型在io2313.h 中定义:#define PORTB _SFR_IO8(0x18)在sfr_defs.h 中定义:#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + 0x20)#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr))这样PORTB=0XFF; 就等同于 *(volatile unsigned char *)(0x38)=0xff;0x38 在器件AT90S2313 中PORTB 的地址对SFR 的定义宏进一步说明了SFR 与SRAM 操作的相同点。关键字volatile 确保本条指令不会因C 编译器的优化而被省略。2.3 SRAM 内变量的使用一个没有其它属性修饰的C 变量定义将被指定到内部SRAM,avr-libc 提供一个整数类型定义文件inttype.h,其中定义了常用的整数类型如下表:定义值 长度(字节) 值范围int8_t 1 -128~127uint8_t 1 0~255int16_t 2 -32768~32767uint16_t 2 0~65535int32_t 4 -2147483648~2147483647uint32_t 4 0~4294967295int64_t 8 -9.22*10^18~-9.22*10^18uint64_t 8 0~1.844*10^19根据习惯,在程序中可使用以上的整数定义。定义、初始化和引用如下示例:uint8_t val=8; 定义了一个SRAM 变量并初始化成8val=10; 改变变量值const uint8_t val=8; 定义SRAM 区常量register uint8_t val=10; 定义寄存器变量2.4 在程序中访问FLASH 程序存储器avr-libc 支持头文件:pgmspace.h#include avr/pgmspace.h 在程序存储器内的数据定义使用关键字 __attribute__((__progmem__))。在pgmspace.h中它被定义成符号 PROGMEM。1. FLASH 区整数常量应用定义格式:数据类型 常量名 PROGMEM = 值 ;如:char val8 PROGMEM = 1 ;int val16 PROGMEM = 1 ;long val32 PROGMEM =1 ;对于不同长度的整数类型 avr-libc 提供对应的读取函数:pgm_read_byte(prog_void * addr)pgm_read-word(prg_void *addr)pgm_read_dword(prg_void* addr)另外在pgmspace.h 中定义的8 位整数类型 prog_char prog_uchar 分别指定在FLASH内的8 位有符号整数和8 位无符号整数。应用方式如下:char ram_val; //ram 内的变量const prog_char flash_val = 1; //flash 内常量ram_val=pgm_read_byte( flash_val); //读flash 常量值到RAM 变量对于应用程序FLASH 常量是不可改变的,因此定义时加关键字const 是个好的习惯。2. FLASH 区数组应用:定义:const prog_uchar flash_array[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; //定义另外一种形式const unsigned char flash_array[] RROGMEM = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};读取示例:unsigend char I, ram_val;for(I=0 ; I I ++) // 循环读取每一字节{ram_val = pgm_read_byte(flash_array + I);… … //处理}2. FLASH 区字符串常量的应用全局定义形式:const char flash_str[] PROGMEM = “Hello, world!”;函数内定义形式:const char *flash_str = PSTR(“Hello, world!”);以下为一个FLASH 字符串应用示例#include #include #include const char flash_str1[] PROGMEM = “全局定义字符串”;int main(void){int I;char *flash_str2=PSTR(“函数内定义字符串”);while(1){scanf(“%d”, printf_P(flash_str1);printf(“\n”);printf_P(flash_str2);printf(“\n”);}}2.5 EEPROM 数据存储器操作#include EEPROM.h 头文件声明了avr-libc 提供的操作EEPROM 存储器的API 函数。这些函数有:EEPROM_is_ready() //EEPROM 忙检测(返回EEWE 位)EEPROM_busy_wait() //查询等待EEPROM 准备就绪uint8_t EEPROM_read_byte (const uint8_t *addr) //从指定地址读一字节uint16_t EEPROM_read_word (const uint16_t *addr) //从指定地址一字void EEPROM_read_block (void *buf, const void *addr, size_t n) //读块void EEPROM_write_byte (uint8_t *addr, uint8_t val) //写一字节至指定地址void EEPROM_write_word (uint16_t *addr, uint16_t val) //写一字到指定地址void EEPROM_write_block (const void *buf, void *addr, size_t n)//写块在程序中对EEPROM 操作有两种方式方式一:直接指定EERPOM 地址示例:/*此程序将0xaa 写入到EEPROM 存储器 0 地址处,再从0 地址处读一字节赋给RAM 变量val */#include #include EEPROM.h int main(void){unsigned char val;EEPROM_busy_wait(); //等待EEPROM 读写就绪EEPROM_write_byte(0,0xaa); //将0xaa 写入到EEPORM 0 地址处EEPROM_busy_wait();val=EEPROM_read_byte(0); //从EEPROM 0 地址处读取一字节赋给RAM 变量valwhile(1);}方式二:先定义EEPROM 区变量法示例:#include #include EEPROM.h unsigned char val1 __attribute__((section(".EEPROM")));//EEPROM 变量定义方式int main(void){unsigned char val2;EEPROM_busy_wait();EEPROM_write_byte ( val1, 0xAA); /* 写 val1 */EEPROM_busy_wait();val2 = EEPROM_read_byte( val1); /* 读 val1 */while(1);}在这种方式下变量在EEPROM 存储器内的具体地址由编译器自动分配。相对方式一,数据在EEPROM 中的具体位置是不透明的。为EEPROM 变量赋的初始值,编译时被分配到.EEPROM 段中,可用avr-objcopy 工具从.elf文件中提取并产生ihex 或binary 等格式的文件。2.6 avr-gcc 段(section)与再定位(relocation)粗略的讲,一个段代表一无缝隙的数据块(地址范围),一个段里存储的数据都为同一性质,如“只读”数据。as (汇编器)在编译局部程序时总假设从0 地址开始,并生成目标文件。最后ld(链接器)在连接多个目标文件时为每一个段分配运行时(run-time)统一地址。这虽然是个简单的解释,却足以说明我门为为什么用段.ld 将这些数据块正确移动到它们运行时的地址。 此过程非常严格,数据的内部顺序与长度均不能发生变化.这样的数据单元叫做段,为段分配运行时地址叫再定位,此任务根据目标文件内的参考地址将段数据调整到运行时地址。Avr-gcc 中汇编器生成的目标文件(object-file)至少包含四个段,分别为: .text 段、.data段 、 .bss 段和.EEPROM 段,它们包括了程序存储器(FLASH)代码,内部RAM 数据,和EEPROM 存储器内的数据。这些段的大小决定了程序存储器(FLASH)、数据存储器(RAM)、EEPROM 存储器的使用量,关系如下:程序存储器(FLASH)使用量 = .text + .data数据存储器(RAM)使用量 = .data + .bss [+ .noinit] + stack [+ heap]EEPROM 存储器使用量 = .EEPROM一..text 段.text 段包含程序实际执行代码。另外,此段还包含.initN 和.finiN 两种段,下面详细讨论。段.initN 和段.finiN 是个程序块,它不会象函数那样返回,所以汇编或C 程序不能调用。.initN、.finN 和绝对段(absolute section 提供中断向量)构成avr-libc 应用程序运行框架,用户编写的应用程序在此框架中运行。.initN 段此类段包含从复位到main()函数开始执行之间的启动(startup)代码。此类段共定义10 个分别是.init0 到.init9。执行顺序是从.init0 到.init9。.init0:此段绑定到函数__init()。用户可重载__init(),复位后立即跳到该函数。.init1:未用,用户可定义.init2:初始化堆栈的代码分配到此段.init3:未用,用户可定义.init4:初始化.data 段(从FLASH 复制全局或静态变量初始值到.data),清零.bss 段。像UNIX 一样.data 段直接从可执行文件中装入。Avr-gcc 将.data 段的初始值存储到flashrom 里.text 段后,.init4 代码则负责将这些数据复制SRAM 内.data 段。.init5:未用,用户可定义.init6:C 代码未用,C++程序的构造代码.init7:未用,用户可定义.init8:未用,用户可定义.init9:跳到main()avr-libc 包含一个启动模块(startup module),用于应用程序执行前的环境设置,链接时它被分配到init2 和init4 中,负责提供缺省中断程序和向量、初始化堆栈、初始化.data 段和清零.bss 段等任务,最后startup 跳转到main 函数执行用户程序。.finiN 段此类段包含main()函数退出后执行的代码。此类段可有0 到9 个, 执行次序是从fini9 到 fini1。.fini9此段绑定到函数exit()。用户可重载exit(),main 函数一旦退出exit 就会被执行。.fini8:未用,用户可定义.fini7:未用,用户可定义.fini6:C 代码未用, C++程序的析构代码.fini5:未用,用户可定义.fini4:未用,用户可定义.fini3:未用,用户可定义.fini2:未用,用户可定义.fini1:未用,用户可定义.fini0:进入一个无限循环。用户代码插入到.initN 或.finiN示例如下:void my_init_portb (void) __attribute__ ((naked)) \__attribute__ ((section (".init1")));void my_init_portb (void){outb (PORTB, 0xff);outb (DDRB, 0xff);}由于属性section(“.init1”)的指定,编译后函数my_init_portb 生成的代码自动插入到.init1段中,在main 函数前就得到执行。naked 属性确保编译后该函数不生成返回指令,使下一个初始化段得以顺序的执行。二..data 段.data 段包含程序中被初始化的RAM 区全局或静态变量。而对于FLASH 存储器此段包含在程序中定义变量的初始化数据。类似如下的代码将生成.data 段数据。char err_str[]=”Your program has died a horrible death!”;struct point pt={1,1};可以将.data 在SRAM 内的开始地址指定给连接器,这是通过给avr-gcc 命令行添加-Wl,-Tdata,addr 选项来实现的,其中addr 必须是0X800000 加SRAM 实际地址。例如 要将.data 段从0x1100 开始,则addr 要给出0X801100。三..bss 段没有被初始化的RAM 区全局或静态变量被分配到此段,在应用程序被执行前的startup过程中这些变量被清零。另外,.bss 段有一个子段 .noinit , 若变量被指定到.noinit 段中则在startup 过程中不会被清零。将变量指定到.noinit 段的方法如下:int foo __attribute__ ((section (“.noinit”)));由于指定到了.noinit 段中,所以不能赋初值,如同以下代码在编译时产生错误:int fol __attribute__((section(“.noinit”)))=0x00ff;四..EEPROM 段此段存储EEPROM 变量。Static unsigned char eep_buffer[3] __attribute__((section(“.EEPROM”)))={1,2,3};在链接选项中可指定段的开始地址,如下的选项将.noinit 段指定位到RAM 存储器0X2000 地址处。avr-gcc ... -Wl,--section-start=.noinit=0x802000要注意的是,在编译时Avr-gcc 将FLASH、RAM 和EEPROM 内的段在一个统一的地址空间内处理,flash 存储器被定位到0 地址开始处,RAM 存储器被定位到0x800000 开始处,EEPROM 存储器被定位到0X810000 处。所以在指定段开始地址时若是RAM 内的段或EEPROM 内的段时要在实际存储器地址前分别加上0x800000 和0X810000。除上述四个段外,自定义段因需要而可被定义。由于编译器不知道这类段的开始地址,又称它们为未定义段。必需在链接选项中指定自定义段的开始地址。如下例:void MySection(void) __attribute__((section(".mysection")));void MySection(void){printf("hello avr!");}链接选项:avr-gcc ... -Wl,--section-start=.mysection=0x001c00这样函数MySection 被定位到了FLASH 存储器0X1C00 处。

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