美國微芯科技公司的PICmicro單片機和其他單片機相比,在硬件結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)中采用了很多獨有的設(shè)計。

　　PIC系列單片機硬件系統(tǒng)設(shè)計簡潔,指令系統(tǒng)設(shè)計精練;采用哈佛總線結(jié)構(gòu),芯片內(nèi)部數(shù)據(jù)總線和指令總線分離;選址方式簡單。

　　PIC16F87x系列單片機是PIC16系列子系列,是中間檔次產(chǎn)品。PIC系列與其他單片機相比,讓人印象最深的特點可能要屬其內(nèi)存的分頁結(jié)構(gòu),有很多習慣了其他單片機編程的人認為PIC單片機的內(nèi)存分頁帶來很多不便。本文介紹在PIC1687x系列單片機中,根據(jù)數(shù)據(jù)變量的訪問特性安排其在數(shù)據(jù)存儲器中的位置的方法及其中斷編程,從一方面說明內(nèi)存的規(guī)劃對編程的影響。

1 PIC16F87x單片機存儲器特點

　　PIC16F87x單片機采用哈佛總線結(jié)構(gòu),程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器分別有自己的總線。數(shù)據(jù)存儲器被分成4個頁(BANK),每個頁大小為128字節(jié),RP1和RP0位可以用來進行頁選擇。數(shù)據(jù)存儲器分為通用寄存器和特殊功能寄存器。

　　特殊功能寄存器是通過CPU和外圍模塊來控制單片機運行的寄存器。特殊功能寄存器分成兩類：一類是與核心功能有關(guān)的特殊寄存器,如狀態(tài)寄存器(STATUS)、FSR等;另一類是與外圍特性有關(guān)的外設(shè)寄存器。通用寄存器文件可以通過文件寄存器直接訪問,一般給用戶系統(tǒng)用作變量存儲。

　　特殊功能寄存器在每個頁靠前的位置,有部分特殊功能寄存器(如STATUS)在每個頁中都有,但其實共享一個物理存儲,在PIC16F876/877中BANK0～ BANK3的后16個字節(jié)的通用寄存器也共享一個物理存儲。在PIC16F874/873中通用寄存器也有類似的安排。可見廠家在設(shè)計安排這些存儲器時已經(jīng)考慮根據(jù)它們的訪問特性安排其物理存儲位置。

　　PIC16F87x系列單片機所有寄存器有兩種訪問方式,即直接尋址訪問和間接尋址訪問。當通過直接尋址訪問時,先設(shè)置狀態(tài)寄存器的RP1和RP0位進行頁(BANK)選擇,每個頁內(nèi)具體偏移地址則由訪問寄存器的指令給出。匯編代碼可以將頁選擇代碼寫成宏,例如：

　　 BANK0 MACRO ;選擇頁0
bcf STATUS,RP0
bcf STATUS,RP1
BANK1 MACRO ;選擇頁1
bsf STATUS,RP0
bcf STATUS,RP1
ENDM
假如變量tempVar1是在Bank1：
CBLOCK 0xA0
tempVar1
……
ENDC
則訪問tempVar1可以用：
BANK1 ;選擇TempVar1所在的頁
movwf tempVar1 ;將w內(nèi)容復制到tempVar1movwf

　　用上面?zhèn)鹘y(tǒng)的方法經(jīng)常要考慮當前的變量是否與前面訪問的處于同一個頁。如果不是在同一個頁,則要進行頁選擇;如果要進行頁選擇,還要考慮決定調(diào)用BANK0還是BANK1、BANK2等。

　　當然,單片機開發(fā)人員也沒有必要每次訪問變量時都要考慮變量是在那個頁,MPASM 匯編語言提供偽指令BANKSEL可幫助完成頁選擇,如BANKSEL tempVar1。如果在訪問變量時都用這個偽指令進行頁選擇,則可以避免編程時考慮變量頁的問題,但這無疑使程序的效率降低。

　　間接尋址訪問寄存器是通過INDF和FSR寄存器。INDF不是物理上的寄存器,訪問INDF寄存器導致間接尋址,所要訪問的寄存器地址由FSR內(nèi)容給出。FSR是8位的,可以給出地址空間是256字節(jié),而頁大小是128字節(jié),所以間接尋址一樣存在頁選擇的問題。但與直接訪問的頁選擇機制不同,它是通過IRP一個位來進行頁選擇的。當然,這個時候所指的“頁”,應該是256字節(jié)。

2 數(shù)據(jù)存儲器使用規(guī)劃

　　在用匯編語言開發(fā)的應用系統(tǒng)中,與用高級語言一樣存在變量存儲特性問題,如在c語言中有元素型的變量(如int、char等),也有集合型或結(jié)構(gòu)型的(如數(shù)組和結(jié)構(gòu)等)。類似地,在匯編語言開發(fā)中一樣存在單個變量和塊類型的變量,如運算過程的臨時變量,RS232通信緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)指針、數(shù)據(jù)長度等,這些是元素型變量;也有塊類型的變量,如RS232通信的緩沖區(qū)等。一般元素型變量在代碼中出現(xiàn)頻繁,比較適合用直接尋址訪問方式,而塊類型變量在變量中的出現(xiàn)相對比較集中,比較適合用間接尋址訪問方式。

　　數(shù)據(jù)存儲器使用規(guī)劃的方法就是把變量分成元素類型變量和塊類型變量,將元素變量都定義在頁0(BANK0),而將緩沖區(qū)型的變量都放在其他頁(當然,若BANK0有空間,也可將緩沖區(qū)變量定義在BANK0)。在訪問元素變量時,都用直接尋址,而對于塊類型變量都采用間接尋址訪問。這樣整個程序初始化時就可以將RP1:RP0位設(shè)置為00,即選擇BANK0,以后訪問元素類型變量都
不再進行頁選擇。這樣程序開發(fā)過程基本就不要考慮分頁的問題,可以像MCS-51等其他系列的單片機一樣使用變量了。

　　當然還有一部分特殊寄存器是定義在BANK2～BANK3之間的。對于訪問這些非頁0內(nèi)的特殊寄存器,必須進行頁選擇。訪問完這些特殊寄存器,把頁選擇重新設(shè)置為BANK0,同時要注意在訪問特殊寄存器過程中必須關(guān)閉中斷(這與中斷現(xiàn)場保護代碼實現(xiàn)有關(guān),參見下面中斷處理部分)。在PIC單片機中,一般只是把與設(shè)置相關(guān)或者與外圍相關(guān)的寄存器放在BANK1～BANK3。根據(jù)經(jīng)驗,除了在系統(tǒng)初始化部分代碼中,在其他地方訪問這些特殊寄存器是很少見的。至于訪問這些特殊寄存器時要關(guān)中斷,除了考慮下面保護現(xiàn)場的因素外,還有一個原因：這些特殊寄存器多是與外圍相關(guān)和中斷相關(guān)的,訪問修改它們,從安全可靠角度也是應該要先關(guān)閉中斷的。對于塊類型變量,都統(tǒng)一使用間接選址訪問;對于PIC16F873/874芯片,其通用寄存器都在BANK0和BANK1中,如果使用間接選址,則初始化之后,也不存在設(shè)置IRP進行頁選擇的問題。對于876/877芯片,當在訪問BANK0～BANK1和BANK2～BANK3之間切換時,還須正確設(shè)置IRP位。

3 中斷編程

　　中斷現(xiàn)場的保護是中斷技術(shù)中一個很重要的環(huán)節(jié)。對于PIC16F87x單片機,在進入中斷服務程序期間,只有返回地址,即程序計數(shù)器PC的值被自動壓入硬件堆棧;而在中斷處理程序中,一般必須像使用WReg、STATUS等寄存器一樣,在中斷處理程序開始處,就備份這些寄存器的內(nèi)容,即進行所謂的現(xiàn)場保護。

　　PIC16F87x子系列單片機具備的中斷源多達14種,中斷矢量只有1個,并且各個中斷源之間也沒有優(yōu)先級別之分,不具備非屏