MSP430 單片機(jī)C語言和匯編語言混合編程
MSP430是一款16位的單片機(jī)，它具有超低功耗、豐富的片內(nèi)外圍模塊、多樣的可選型號(hào)、軟件對(duì)硬件的靈活控制能力等優(yōu)點(diǎn)。因此特別適合于以電池為電源的應(yīng)用場合或手持設(shè)備，目前在國內(nèi)主要應(yīng)用于三表系統(tǒng)和消防設(shè)備方面。MSP430單片機(jī)的開發(fā)軟件較常用的是IAR公司的IAR Embedded Workbench集成開發(fā)環(huán)境，它可以編輯、匯編和編譯匯編語言和C語言源文件，并且其C語言和匯編語言具有相同格式的頭文件，給開發(fā)帶來了靈活性。C 語言具有編程簡單，可以移植等優(yōu)點(diǎn)，但是產(chǎn)生代碼較長，對(duì)硬件的直接控制能力相對(duì)較弱；匯編語言產(chǎn)生的代碼較小，控制硬件靈活，但是可讀性差，移植困難，因此為了發(fā)揮各自優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生高速度、高效率的代碼混合編程是最好的選擇。
1 IAR C語言編譯器的參數(shù)傳遞規(guī)則
1.1 寄存器應(yīng)用
C語言編譯器把單片機(jī)的寄存器分成兩組來使用：
（1）高速暫存器（R12－R15），這組寄存器專門用作參數(shù)傳遞，因此調(diào)用時(shí)不需要保護(hù)。
（2）其它普通寄存器（R4－R11），這組寄存器主要用作寄存器變量和保存中間結(jié)果，因此調(diào)用時(shí)必需保護(hù)，這一點(diǎn)C語言編譯器是自動(dòng)處理的。
1.2 堆棧結(jié)構(gòu)和參數(shù)傳遞
每一次函數(shù)調(diào)用會(huì)創(chuàng)建一個(gè)如圖所示的堆棧結(jié)構(gòu)
一個(gè)調(diào)用者函數(shù)傳遞給被調(diào)用函數(shù)的參數(shù)按照從右到左的順序傳遞的，換句話說就是除了最左邊的兩個(gè)參數(shù)用寄存器傳遞外，其余參數(shù)用堆棧傳遞，并按從右到左的順序入棧。若最左邊的兩個(gè)參數(shù)屬于結(jié)構(gòu)或聯(lián)合類型，那么它們也用堆棧傳遞。函數(shù)的返回結(jié)果根據(jù)其類型存放在R12或R13:R12寄存器對(duì)，若返回結(jié)果屬于結(jié)構(gòu)或聯(lián)合類型，那么R12中存放的是指向返回結(jié)果的指針。
1.3 中斷函數(shù)
C語言編譯器編譯中斷函數(shù)時(shí)會(huì)自動(dòng)保護(hù)所有用到的寄存器（包括R12－R15在內(nèi)），狀態(tài)寄存器SR的保護(hù)是中斷處理過程自動(dòng)完成的。中斷函數(shù)中用到的任何寄存器都會(huì)用PUSH Rxx指令保護(hù)，中斷服務(wù)結(jié)束用后POP Rxx指令恢復(fù)；RETI指令會(huì)自動(dòng)恢復(fù)狀態(tài)寄存器SR和從中斷返回。
2 對(duì)匯編語言函數(shù)的約定
一個(gè)能被C語言函數(shù)調(diào)用的匯編語言函數(shù)必須做到以下幾點(diǎn)：
（1）符合C語言編譯器的參數(shù)傳遞規(guī)則。
（2）具有PUBLIC入口標(biāo)號(hào)。
（3）對(duì)C語言調(diào)用者函數(shù)聲明為外部函數(shù)，并且允許參數(shù)類型檢查和提升（可選）。
2.1 局部存儲(chǔ)分配
如果匯編語言函數(shù)需要局部存儲(chǔ)空間，有兩種分配方法：
（1）分配在硬件堆棧
（2）分配在靜態(tài)空間，但是函數(shù)不能重入。
2.2 中斷函數(shù)
因?yàn)橹袛嗫赡馨l(fā)生在程序執(zhí)行的任何期間，所以調(diào)用約定并不適用于中斷函數(shù)。因此必需注意以下幾點(diǎn)：
（1）必須保護(hù)所有用到的寄存器。
（2）必須用RETI返回。
（3）把SR中各標(biāo)志位當(dāng)做未定義來使用。
（4）中斷向量定義在INTVEC段
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3 混合編程
明確了以上約定，混合編程就非常容易?；咀龇ㄊ牵?br />
（1）C語言源文件用‘extren’關(guān)鍵字導(dǎo)入被匯編語言源文件導(dǎo)出的標(biāo)號(hào)。
（2）匯編語言源文件用‘PUBLIC’關(guān)鍵字把標(biāo)號(hào)導(dǎo)出給C語言源文件。
（3）匯編語言源文件用‘EXTREN’關(guān)鍵字導(dǎo)入被C語言源文件導(dǎo)出的標(biāo)號(hào)。
（4）C語言源文件把標(biāo)號(hào)導(dǎo)出給匯編語言文件，則不需要關(guān)鍵字。
（5）把寫好的C語言源文件和匯編語言源文件加入工程，并用各自調(diào)用函數(shù)的指令調(diào)用即可。
4 應(yīng)用實(shí)例
4.1 C 語言函數(shù)和匯編語言函數(shù)相互調(diào)用
在這個(gè)示例中C語言函數(shù)main（）調(diào)用匯編語言函數(shù)get_rand()以得到一個(gè)隨機(jī)數(shù)；匯編語言函數(shù)get_rand()首先調(diào)用C語言的標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)rand（）得到一個(gè)整型隨機(jī)值，然后用調(diào)用C語言函數(shù)mult()的方法把這個(gè)隨機(jī)值乘以main()函數(shù)傳遞給自己的實(shí)參，并把乘積值返回給 main()函數(shù)。
4.1.1 C語言源文件
/**************************************************************/
/* 文件名：c_source.c 2003-01-05 */
/* C語言和匯編語言混合編程，C源程序 */
/* 這段源程序調(diào)用匯編語言函數(shù)get_rand() */
/* 注意工程必需包含匯編語言源文件 "asm_source.s43" */
/**************************************************************/
#include <MSP430x14x.h> /* 頭文件 */
extern unsigned long get_rand(unsigned char seed); /* 匯編語言函數(shù)原型聲明 */
/****************************************************************/
/* 主函數(shù) */
/****************************************************************/
void main( void )
{
unsigned char seed; /* 局部變量定義*/
unsigned long value;
// === 系統(tǒng)初始化 ==========================================
IFG1 = 0; /* 清除中斷標(biāo)志1 */
WDTCTL = WDTPW+WDTHOLD; /* 停止看門狗 */
P1DIR = 0xff;
// === 系統(tǒng)初始化結(jié)束========================================
seed = 0x55;
value = get_rand(seed); /* 調(diào)用匯編語言函數(shù)get_rand()得到一個(gè)隨機(jī)數(shù) */
while(1); /*程序結(jié)束*/
}
// === 主程序結(jié)束 ==================================================
/******************************************************************/
/* 乘法子程序，供匯編語言函數(shù)調(diào)用 */
/******************************************************************/
unsigned long mult(int x , int y)
{
return (x *y); /*x乘y */
}
// === 乘法子程序結(jié)束 ================================================
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4.1.2 匯編語言源程序
; ******************************************************************
; 文件名: asm_source.s43
; C語言和匯編語言混合編程，匯編語言源程序
; 這段源程序調(diào)用兩個(gè)C語言函數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)rand()和用戶自定義函數(shù)mult()
; *******************************************************************
#include "msp430x14x.h" ; 頭文件
NAME asmfile
EXTERN rand ; C語言標(biāo)準(zhǔn)庫函數(shù)rand()
EXTERN mult ; c_source.c中用戶自定義函數(shù)
;====================================================================
; get_rand
;====================================================================
PUBLIC get_rand ; 導(dǎo)出函數(shù)名給C語言函數(shù)
RSEG CODE
get_rand;
push R11 ; 普通寄存器入棧保護(hù)
mov.b R12,R11 ; C 函數(shù)傳遞的實(shí)參在R12中，送入R16暫存
Call #rand ; 調(diào)用 C 函數(shù) rand()
; 函數(shù)值為整型返回在R12中
; rand()函數(shù)值作為mult()函數(shù)的第一實(shí)參
; 送入R12進(jìn)行參數(shù)傳遞
mov R11,R14 ; C 函數(shù)傳遞的實(shí)參作為mult()函數(shù)的第二實(shí)參
; 送入R14進(jìn)行參數(shù)傳遞
Call #mult ; mult()值返回在 R12 / R13寄存器對(duì)
pop R11 ; 出棧恢復(fù)寄存器內(nèi)容
ret
END
4.2 匯編語言編寫中斷服務(wù)程序
為了提高整個(gè)系統(tǒng)響應(yīng)速度，要求中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間較短，執(zhí)行速度較快，因此最好的方法就是用匯編語言編寫中斷服務(wù)程序。但要注意：1、中斷服務(wù)程序不能有參數(shù)傳遞和返回值。2、中斷服務(wù)程序中所有被用到的寄存器都需要保護(hù)。本示例用匯編語言編寫了看門狗定時(shí)器的中斷服務(wù)程序，用C語言編寫了主程序。
4.2.1 C語言主程序
/********************************************************************/
/* 文件名：c_main.c 2003-01-08 */
/* C語言和匯編語言混合編程，C源程序 */
/* 這段源程序被看門狗定時(shí)器中斷后執(zhí)行匯編語言函數(shù)編寫的中斷服務(wù)程序 */
/* 注意工程必需包含匯編語言源文件 "wdt_int.s43" */
/********************************************************************/
#include <MSP430x14x.h> /* 頭文件 */
/********************************************************************/
/*主函數(shù) */
/********************************************************************/
void main( void )
{
// === 系統(tǒng)初始化 =============================================
IFG1=0; /* 清除中斷標(biāo)志1 */
WDTCTL=WDT_MDLY_32; /* 看門狗的定時(shí)間隔為 32ms */
P1DIR = 0x01; /* P1.0 設(shè)置為輸出 */
IFG1 &= ~WDTIFG; /* 清除已掛起的看門狗定時(shí)器中斷 */
IE1 |= WDTIE; /* 允許看門狗定時(shí)器中斷 */
_EINT();
// === 系統(tǒng)初始化結(jié)束===========================================
while(1); /*主程序是一段死循環(huán)
}
// === 主函數(shù)結(jié)束 ==============================================
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4.2.2 匯編語言中斷服務(wù)程序
;**********************************************************************
; 文件名: wdt_int.s43
; C語言和匯編語言混合編程，匯編語言源程序
; 看門狗定時(shí)器中斷服務(wù)程序
;***********************************************************************
NAME WDT_ISR
#include "msp430x14x.h" ; 頭文件
; ==============================================================
; 看門狗定時(shí)器中斷服務(wù)程序
;================================================================
PUBLIC wdt_isr ; 導(dǎo)出函數(shù)名給C語言函數(shù)
RSEG CODE
wdt_isr
xor.b #001h,&P1OUT ; 觸發(fā) P1.0,led 亮滅轉(zhuǎn)換
reti ; 中斷返回
;================================================================
COMMON INTVEC(1) ; 中斷向量段
;================================================================
ORG WDT_VECTOR
DW wdt_isr
END
5 結(jié)束語
以上方法已用于筆者的實(shí)際項(xiàng)目，取得良好效果，但是要注意編譯器的某些選項(xiàng)對(duì)程序生成代碼是有影響的。例如：匯編語言函數(shù)對(duì)標(biāo)號(hào)大小寫敏感與否，影響C語言函數(shù)的變量名、程序名。若使用ROM MONTIOR，則C編譯器要用-ur45選項(xiàng)編譯,并且匯編語言中只要使用R4和R5，都要加以保護(hù)，否則無法返回ROM MONTIOR。
參考文獻(xiàn)
[1] IAR MSP430 C Compiler Programming Guide
[2] IAR MSP430 Assembler, Linker and Librarian Programming Guide
[3] MSP430x3xx Family User’s Guide, literature number SLAU012
[4] MSP430x1xx Family User’s Guide, literature number SLAU049
[5] MSP430x4xx Family User’s Guide, literature number SLAU056
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