Inhaltsverzeichnis
Source-Vergleich
Es sollen hier einige Beispiele gebracht werden, wie einige Dinge in verschiedenen Sprachen gelöst werden können. Es sollte nicht als Wettbewerb der Compiler gesehen werden, welcher denn nun der "Bessere" sei. Über Vorzüge und Nachteile der verschiedenen Sprachen gibt es durchaus kontroversielle Ansichten. Daran will ich hier gar nicht rütteln, über Geschmack kann man nicht streiten.
Hello, world
Ein ganz einfaches Programm, oft auch das erste, ist, den Text "Hello, world !" auf dem Terminal erscheinen zu lassen.
Was so trivial klingt, hat den Zweck, mehrere Dinge zu überprüfen:
- Komme ich mit der Entwicklungsoberfläche zurecht
- funktioniert das Kompilieren und das Übertragen eines Programms auf den Microcontroller
- stimmen die Einstellungen Quartz und Baudrate
- funktioniert die RS232-Verbindung mit dem PC
Natürlich ist der Text vollkommen egal, er hat sich ganz einfach eingebürgert und fast jeder weiß, was damit gemeint ist.
BasCom
Die folgenden vier Zeilen lassen ahnen, warum Bascom speziell für Einsteiger geradezu ein Segen ist:
$Crystal=8000000 $Baud=9600 Print "Hello, world !" End
GCC
#include <avr/io.h>
#define F_CPU 8000000
#define USART_BAUD_RATE 9600
#define USART_BAUD_SELECT (F_CPU/(USART_BAUD_RATE*16L)-1)
char cText[] = "Hello, world !\r\n";
//-----------------------------------------------------
void _writeChar (char c)
{
while (!(UCSRA & (1<<UDRE))) {}
UDR = c;
}
//-----------------------------------------------------
void _writeString (unsigned char *string)
{
while (*string)
_writeChar (*string++);
}
//-----------------------------------------------------
void main()
{
UCSRB |= (1<<TXEN);
UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);
UBRRL = (unsigned char) USART_BAUD_SELECT;
_writeString(cText);
// Endlossschleife: nichts mehr tun
while (1)
{}
}
Wenn jemanden der Aufwand bei GCC erschrecken sollte:
GCC hat keine Standard-Annahme darüber, wie und wo eigentlich der Output stattfinden sollte. Es ist für ihn nicht selbstverständlich, die UART zu verwenden. Dadurch muß natürlich mehr definiert werden. Dem BasCom kommt zugute, daß er die ganze Konfiguration mit AVR, RS232 und PC-Terminal erstmal als gegeben nimmt.
AVRStudio (Assembler)
.NOLIST ; List-Output unterdrücken
.INCLUDE <m32def.inc> ; das gibt es für jeden Controllertyp
.LIST ; List-Output wieder aufdrehen
.CSEG ; was nun folgt, gehört in den FLASH-Speicher
#define F_CPU 8000000
#define USART_BAUD_RATE 9600
;------------------------------------------------------
; Start Adresse 0000
;------------------------------------------------------
RESET:
jmp INIT ; springen nach "INIT"
;------------------------------------------------------
; ISR VECTORS
;------------------------------------------------------
; ..... hier kommen dann die Sprungadressen für die Interrupts rein
; brauchen wir aber jetzt nicht
.ORG INT_VECTORS_SIZE ; dadurch haben wir aber trotzdem für die Vektoren Platz gelassen
INIT:
;------------------------------------------------------
; INITIALIZE
;------------------------------------------------------
ldi r24,high(RAMEND) ; Stack Pointer setzen
out SPH,r24 ; "RAMEND" ist in m32def.inc (s.o.) festgelegt
ldi r24,low(RAMEND) ;
out SPL,r24 ;
ldi r24, (F_CPU/(USART_BAUD_RATE * 16)-1)
out UBRRL,r24
ldi r24, (1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0)
out UCSRC,r24
ldi r24,(1<<TXEN) |(1<<RXEN)
out UCSRB,r24
;------------------------------------------------------
; HAUPTSCHLEIFE
;------------------------------------------------------
Hauptschleife:
ldi ZL,low(Hello << 1) ; ZL:ZH ASCIZ String addr
ldi ZH,high(Hello << 1) ; ZL:ZH ASCIZ String addr
call printflash
call PrintCrLf
;------------------------------------------------------
; ENDE
;------------------------------------------------------
Ende:
rjmp Ende
;------------------------------------------------------
; PRINT String from Flash
;------------------------------------------------------
Printflash:
call GetFlash ; get byte to R24
breq PrintXit ; zero (string end) exit
rcall PrintR24 ; send byte
rjmp Printflash ; loop
PrintXit:
ret
; -----------------------------------------------------------------------
; PRINT CRLF
; -----------------------------------------------------------------------
PrintCrLf:
ldi r24,0x0D
rcall PrintR24
ldi r24,0x0A
; -----------------------------------------------------------------------
; PRINT R0
; -----------------------------------------------------------------------
PrintR24:
sbis UCSRA,UDRE
rjmp PrintR24
out UDR,r24
ret
; -----------------------------------------------------------------------
; Get one Flash Char
; -----------------------------------------------------------------------
GetFlash:
lpm
adiw ZL,0x0001
mov r24, r0
and r24, r24
ret
Hello:
.db "Hello, world !", 0x00 , 0x00
Tastatur-Echo
Wenn das vorhergegangene Beispiel funktioniert hat, wird man natürlich auch überprüfen wollen, ob auch die umgekehrte Richtung VOM Terminal klappt. Die einfachste Methode ist es, ganz einfach jedes Zeichen, das eingegeben wird, sofort zurückzusenden.
BasCom
$Crystal=8000000 $Baud=9600 DIM Zeichen as Byte Do inputbin Zeichen Printbin Zeichen Loop End
GCC
#include <avr/io.h>
#define F_CPU 8000000
#define USART_BAUD_RATE 9600
#define USART_BAUD_SELECT (F_CPU/(USART_BAUD_RATE*16L)-1)
char bZeichen;
//-----------------------------------------------------
void main()
{
UCSRB = (1<<RXEN)|(1<<TXEN);
UCSRC = (1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);
UBRRL = (unsigned char) USART_BAUD_SELECT;
while (1)
{
while ( !(UCSRA & (1<<RXC)) ) {}
bZeichen = UDR;
while (!(UCSRA & (1<<UDRE))) {}
UDR = bZeichen;
}
}
AVRStudio (Assembler)
.NOLIST ; List-Output unterdrücken
.INCLUDE <m32def.inc> ; das gibt es für jeden Controllertyp
.LIST ; List-Output wieder aufdrehen
.CSEG ; was nun folgt, gehört in den FLASH-Speicher
#define F_CPU 8000000
#define USART_BAUD_RATE 9600
;------------------------------------------------------
; Start Adresse 0000
;------------------------------------------------------
RESET:
jmp INIT ; springen nach "INIT"
.ORG INT_VECTORS_SIZE ; dadurch haben wir für die Vektoren Platz gelassen
INIT:
;------------------------------------------------------
; INITIALIZE
;------------------------------------------------------
ldi r24,high(RAMEND) ;Stack Pointer setzen
out SPH,r24 ; "RAMEND" ist in m32def.inc (s.o.) festgelegt
ldi r24,low(RAMEND) ;
out SPL,r24 ;
ldi r24, (F_CPU/(USART_BAUD_RATE * 16)-1)
out UBRRL,r24
ldi r24, (1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0)
out UCSRC,r24
ldi r24,(1<<TXEN) |(1<<RXEN)
out UCSRB,r24
;------------------------------------------------------
; HAUPTSCHLEIFE
;------------------------------------------------------
Hauptschleife:
sbis UCSRA,RXC
rjmp Hauptschleife
WaitUDR:
sbis UCSRA,UDRE
rjmp WaitUDR
out UDR,r24
rjmp Hauptschleife ; immer wiederholen
Bemerkungen
Hier ist der Unterschied des Codes nicht mehr so groß. Ganz klar, hier konnte BasCom wegen der Aufgabenstellung nicht auf eine vorgefertigte komplexe Funktion zurückgreifen.
Bei Assembler und GCC fallen große Ähnlichkeiten auf, von den Befehlscodes mal abgesehen.
Signallänge messen
Sehr oft ist es bei Controllern nötig, die Länge eines kurzen Impulses zu messen. Zum Beispiel wenn man einen RC-Empfänger (Modellbauempfänger) an ein Controllerboard anschließt. Ein RC-Empfänger sendet alle 20 Millisekunden ein High-Impuls von 1 bis 2 Millisekunden Länge aus. Die Länge dieses Impules bestimmt die Position des Steuerknüppels. Man braucht also nur diese Impulsdauer zu messen, um ein Fernsteuersignal auszuwerten.
BasCom
Bascom vefügt für diesen Zweck über den PULSEIN-Befehl, daher wird ein Programm extrem kurz. Die Messung erfolgt in etwa in 100 Abstufungen, da Pulsein in 10 µSek Schritten die Zeit ermittelt (läßt sich in Libary ändern)
$regfile = "m32def.dat" $framesize = 32 $swstack = 32 $hwstack = 32 $crystal = 16000000 'Quarzfrequenz $baud = 9600 Dim Rckanal As Word Do Pulsein Rckanal , Pind , 2 , 1 'Messung Zeit zwischen 1 und 0 Pegel Print "RC Signal: " ; Rckanal ; "0 uS" Wait 2 Loop End
GCC
Das GCC-Beispiel, das die gleiche Aufgabe erfüllt:
Das ist nun nicht so einfach, da "pulsein" ja eine komplexe Library-Funktion von BasCom ist, die für andere Sprachen normalerweise nicht verfügbar ist. Da BasCom für die Zählung keinen Timer verwendet, sondern die Maschinencycles als Maßstab nimmt, ist es in vergleichbarer Form eigentlich nur mit "inline-assembler" zu lösen, in Abhängigkeit von der Quartz-Frequenz. Trotzdem soll zu Demonstration die Sache mit möglichst C-Style Mitteln durchgezogen werden
Im folgenden Beispiel ist aber nur die "PulseIn" Funktion ausgeführt, das "print" des Ergebnisses hatten wir ja schon.
#define BAUD_RATE 9600
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <avr/io.h>
#define PULS_C_LEV_LOW 0 // Die "LOW" Zeit des Pins soll gemessen werden
#define PULS_C_LEV_HIGH 0xFF // Die "HIGH" Zeit des Pins soll gemessen werden
typedef struct {
volatile unsigned char bPin; // PINx Register
volatile unsigned char bDdr; // DDRx Register
volatile unsigned char bPort; // PORTx Register
} IO_REG;
unsigned short PulseIn(IO_REG* pPort, unsigned char PinNr, unsigned char Level);
int main (void)
{
unsigned short RcKanal;
RcKanal = PulseIn((IO_REG*)&PIND, 2, PULS_C_LEV_HIGH);
return 0;
}
Hier ist ersteinmal die Verwendung der Funktion dargestellt. Es wird
- das Port mit Adresse angegeben (PIND)
- die Pin-Nummer als Zahl 0-7 (2)
- Der Level, der gezählt werden soll (PULS_C_LEV_HIGH)
// -------------------------------------------------------------------------------------
//
// -------------------------------------------------------------------------------------
unsigned short PulseIn(IO_REG* pPort, unsigned char PinNr, unsigned char Level)
{
unsigned char iX; // temporärer Zähler
unsigned short wCounter = 0; // Time Zähler
unsigned short wIdle; // Zusätzliche NOP cycles für 10 µS
unsigned char mMask = 1; // Die PIN-Maske
unsigned char mLev = Level;
for (iX = 0; iX < PinNr; iX++)
mMask <<= 1; // BitNr --> Bit-maske
pPort->bDdr &= ~mMask; // define PINx as Input
mLev &= mMask; // Level (0 or 1)
while (!((pPort->bPin & mMask) ^ mLev)) // Warten auf PIN != Level
{
wCounter++;
if (!wCounter) return (0); // overflow --> return 0
}
wCounter = 0; // reset
while ( (pPort->bPin & mMask) ^ mLev) // wait for starting edge PIN == Level
{
wCounter++;
if (!wCounter) return (0); // overflow --> return 0
}
wCounter = 0; // reset
Soweit alles klar. Bei dem folgenden Code muß man je nach verwendetem Optimizer die Verzögerung anpassen. Allerdings muß die gesamte Schleife berücksichtigt werden. Ziel war:
(F_CPU / 100000) Anzahl der notwendigen cycles für 10 µS Bei 8 MHZ ergibt das z.B. 80 Cycles
Das Schleifen-Grundmuster wurde erstmal übersetzt (der Optimizer war auf "Standard" gestellt), und die *.LSS-File wurde kontrolliert. Man konnte die Cycles nachzählen, die gesamte Schleife würde 16 Cylcles brauchen, + 6 Cycles für jede zusätzliche innere "Idle" Schleife. Dei erste Rechnung ergab also
16 + (n - 1) * 6 = 80 cycles also 6 * n = 70 --> n = 70 / 6
das wäre eine Dezimalzahl, die man nicht brauchen kann. Kürzer geht die Schleife nicht, aber länger, durch 4 zusätzlich "NOP" (4 * 1 Cycle). Das ergab dann
20 + (n - 1) * 6 = 80 cycles also 6 * n = 66 --> n = 66 / 6 --> 11
Somit das konkrete Endprodukt:
20 + (n - 1) * 6 = F_CPU / 100000
// start counting -------------------------------------------------------
while (!((pPort->bPin & mMask) ^ mLev)) // zählen bis PIN != Level
{
wIdle = 11; // Idle cycles für 10µS 8MHZ
while (wIdle)
{
wIdle--;
__asm__ __volatile ("; placeholder");
}
__asm__ __volatile ("nop");
__asm__ __volatile ("nop");
__asm__ __volatile ("nop");
__asm__ __volatile ("nop");
wCounter++;
if (!wCounter) return (0); // overflow (too long) --> return 0
}
return (wCounter); // ergebnis (1 - 65535)
}
Diese Rechnung läßt sich wahrscheinlich nicht wirklich gut zu einer einfachen Formel für jede CPU-Frequenz verallgemeinern. Aber es sollte gezeigt werden, wie man zum Ziel kommen könnte, ohne gleich ein Assembler-Programm zu schreiben. Die Cycles der Befehle findet man übrigens im Datasheet des Controllers.
Externe Interrupts
Dieses kleine Beispiel demonstriert, wie man in Bascom und GCC Interrupt-Routinen anlegt. Also Programmzeilen, die nur dann ausgeführt werden, wenn ein Low/High Pegel an einem bestimmten PIN eines Controllers wechselt. Bei einem solchen Wechsel wird das Hauptprogramm unterbrochen und die Interrupt-Routine aufgerufen. Anschließend wird das Hauptprogramm wieder weiter ausgeführt als sei nix gewesen. In diesem Beispiel macht das Hauptprogramm garnichts, es ist nur eine Endlosschleife. Die Interruptroutine schalten bei jedem Aufruf den Zustand einer LED um.
BasCom
$regfile = "m32def.dat" 'z.B. rn-control
$framesize = 32
$swstack = 32
$hwstack = 32
$crystal = 16000000 'Quarzfrequenz
$baud = 9600
Config Pinc.2 = Output 'An dem PIN sollte LED sein
Led3 Alias Portc.2 'Hier geben wir der Definition einen schöneren Namen
Config Int0 = RISING 'Interrupt bei steigender Flanke
On Int0 Irq0 'Festlegen wo bei externem Interrupt hin gesprungen wird
Enable Int0 'Diesen Interrupt aktivieren
Enable Interrupts 'Alle aktivierten Interrupts einschalten
Do 'Endlosschleife
Loop
End
'Interrupt Routine wird immer ausgelöst wenn der Pegel von 0 auf 1 am
'INT0 (Pin 18 PD2) Eingang wechselt
Irq0:
Toggle Led3
Return
GCC
Das GCC-Beispiel, das die gleiche Aufgabe erfüllt:
#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
#define LED3 (1 << PC2)
/* Interrupt Routine wird immer ausgelöst wenn der Pegel von 0 auf 1 am
INT0 (Pin 18 PD2) Eingang wechselt */
SIGNAL (SIG_INTERRUPT0)
{
PORTC ^= LED3; // Pin wechseln
}
//-----------------------------------------------------
int main()
{
/* Ports und Interrupts initialisieren */
DDRC |= LED3; // PC2 als Ausgang
DDRD &= ~(1 << DDD2); // PD2 als Eingang (ext. Interrupt 0)
MCUCR |= ((1 << ISC01) | (1 <<ISC00)); // steigende Flanke an INT0 erzeugt einen Interrupt
GICR |= (1 << INT0); // Diesen Interrupt aktivieren
sei(); // Alle aktivierten Interrupts einschalten
while(1); // Endlosschleife
}
AVRStudio (Assembler)
.NOLIST ; List-Output unterdrücken
.INCLUDE <m32def.inc> ; das gibt es für jeden Controllertyp
.LIST ; List-Output wieder aufdrehen
.CSEG ; was nun folgt, gehört in den FLASH-Speicher
#define LED3 PC2
;------------------------------------------------------
; Start Adresse 0000
;------------------------------------------------------
RESET:
jmp INIT ; springen nach "INIT"
.ORG INT0ADDR ; Vector für INT0
jmp IsrInt0
.ORG INT_VECTORS_SIZE ; dadurch haben wir für die Vektoren Platz gelassen
INIT:
;------------------------------------------------------
; INITIALIZE
;------------------------------------------------------
ldi r24,high(RAMEND) ;Stack Pointer setzen
out SPH,r24 ; "RAMEND" ist in m32def.inc (s.o.) festgelegt
ldi r24,low(RAMEND) ;
out SPL,r24 ;
sbi DDRC, LED3 ; PC2 als Ausgang
cbi DDRD, PD2 ; PD2 als Eingang (ext. Interrupt 0)
in r24, MCUCR ; steigende Flanke an INT0 erzeugt einen Interrupt
ori r24, (1 << ISC01) | (1 << ISC00)
in r24, GICR
ori r24, INT0 ; Diesen Interrupt aktivieren
out GICR, r24
sei // Alle aktivierten Interrupts einschalten
;------------------------------------------------------
; HAUPTSCHLEIFE
;------------------------------------------------------
Hauptschleife:
rjmp Hauptschleife ; immer wiederholen
;------------------------------------------------------
; INTERRUPT
;------------------------------------------------------
IsrInt0:
push r22 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
push r24 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
in r24, SREG ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
push r24 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
ldi r22, (1 << LED3)
in r24, PORTC
eor r24, r22
out PORTC, r24
pop r24 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
out SREG, r24 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
pop r24 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
pop r22 ; In diesem Beispiel eigentlich nicht notwendig
reti
Bemerkung: die PUSH / POP Befehle sind in diesem Sonderfall, daß in der Hauptschleife nichts geschieht, überflüssig. Aber man sollte sich angewöhnen, in eine ISR-Routine den Status und die verwendeten Register zu sichern.
Siehe auch
