Рудякова А.Н., Липинский А.Ю., Данилов В.В., Рудяков И.Ю. Аппаратно-программные средства встраиваемых компьютерных систем

Подождите немного. Документ загружается.

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

вместо сообщения это проверка будет выводиться последовательность

символов XYZ.

Если последовательность_символов не помещается в одной строке, то

эту последовательность можно продолжить на следующей строке, поместив в

конце предыдущей, как показано ниже, обратную косую черту:

#define LONG_STRING "это очень длинная \

строка, используемая в качестве примера"

Программисты, пишущие программы на языке С, в именах

определяемых идентификаторов часто используют буквы верхнего регистра.

Если разработчики программ следуют этому правилу, то тот, кто будет

читать их программу, с первого взгляда поймет, что будет происходить

макрозамена. Кроме того, все директивы #define обычно лучше всего

помещать в самом начале файла или в

отдельном заголовочном файле, а не

разбрасывать по всей программе.

Имена макросов часто используются для определения имен так

называемых "магических чисел" (встречающихся в программе). Например,

имеется программа, в которой определяется массив и несколько процедур,

получающих доступ к этому массиву. Вместо того чтобы размер массива

"зашивать в код" в виде константы, этот

размер можно определить с

помощью оператора #define, а затем использовать это имя макроса везде, где

требуется размер массива. Таким образом, если требуется изменить этот

размер, то потребуется изменить только соответствующий оператор #define, a

затем перекомпилировать программу. Рассмотрим, например, фрагмент

программы

#define MAX_SIZE 100

/* ... */

float balance[MAX_SIZE];

/* ... */

Глава 2

for(i=0; i<MAX_SIZE; i++) printf("%f", balance[i]);

/* ... */

for(i=0; i<MAX_SIZE; i++) x =+ balance[i];

Размер массива balance определяется именем макроса MAX_SIZE, и

поэтому если этот размер потребуется в будущем изменить, то надо будет

изменить только определение MAX_SIZE. В результате при перекомпиляции

программы все обращения к этому имени макроса, находящиеся после

измененного определения, будут автоматически изменены.

Определение макросов с формальными параметрами

У директивы #define имеется еще одно большое достоинство:

имя

макроса может определяться с формальными параметрами. Тогда каждый

раз, когда в программе встречается имя макроса, то используемые в его

определении формальные параметры заменяются теми аргументами, которые

встретились в программе. Такого рода макросы называются макросами с

формальными параметрами. Например,

#include <stdio.h>

#define ABS(a) (a) < 0 ? -(a) : (a)

int main(void)

{

printf("модули чисел -1 и 1 равны соответственно %d и %d",

ABS(-1), ABS(1));

return 0;

}

Во время компиляции этой программы вместо формального параметра а

из определения макроса будут подставляться значения -1 и 1. Скобки, в

которых находится а, позволяют в любом случае сделать правильную

замену. Например, если скобки, стоящие вокруг а, удалить, то выражение

ABS(10-20)

после макрозамены будет преобразовано в

10-20 < 0 ? -10-20 : 10-20

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

и может привести к неправильному результату.

Использование вместо настоящих функций макросов с формальными

параметрами дает одно существенное преимущество: увеличивается скорость

выполнения кода, потому что в таких случаях не надо тратить ресурсы на

вызов функций. Однако если у макроса с формальными параметрами очень

большие размеры, то тогда из-за дублирования кода увеличение

скорости

достигается за счет увеличения размеров программы.

В сочетании с #define применяются операторы препроцессора # и ##.

Оператор #, который обычно называют оператором превращения в

строку (stringize), превращает аргумент, перед которым стоит, в строку,

заключенную в кавычки.

Оператор ##, который называют оператором склеивания (pasting), или

конкатенации конкатенирует две лексемы.

2.3. Структура программы на языке C, компиляция

Любая программа на С состоит из одной или нескольких функций.

Обязательно должна быть определена единственная главная функция main(),

именно с нее всегда начинается выполнение программы. В хорошем

исходном тексте программы главная функция всегда содержит операторы,

отражающие сущность решаемой задачи, чаще всего это вызовы функций.

Хотя main() и не является ключевым словом, относиться

к нему следует как к

ключевому. Например, не следует использовать main как имя переменной,

так как это может нарушить работу транслятора.

Следует отметить, что на С в принципе возможно создать программу,

содержащую только имена переменных и ключевые слова. Но обычно так не

поступают, потому что в С нет ключевых слов для выполнения

многих

операций, например, таких как ввод/вывод, вычисление математических

функций, обработка строк и т.п. Поэтому в большинстве программ

Глава 2

присутствуют вызовы различных функций, хранящихся в библиотеке

стандартных функций С.

Все компиляторы С поставляются вместе с библиотекой стандартных

функций, предназначенных для выполнения наиболее общих задач. Стандарт

С определяет минимальный набор функций, которые должны

поддерживаться каждым компилятором. Но обычно библиотеки,

поставляемые с компиляторами, имеют и много других, дополнительных,

функций. Например, в стандартной

библиотеке нет функций для работы с

графикой, зато они есть почти в каждом компиляторе.

Короткая программа на языке С может состоять всего лишь из одного

файла исходного текста. Однако при увеличении длины программы

увеличивается также и время компиляции (при этом чем длиннее

компиляция, тем короче терпение программиста!). Программа на С

может

состоять из двух или более файлов, компилируемых отдельно.

Скомпилированные файлы программы компонуются с процедурами из

библиотеки, формируя таким образом объектный код программы.

Преимущество раздельной компиляции состоит в том, что при изменении

одного файла нет необходимости перекомпилировать заново всю программу.

При работе со сложными проектами это экономит много времени. Раздельная

компиляция

позволяет также нескольким программистам работать над одним

проектом, так как она служит средством организации исходного текста

программы для большого проекта.

Структура программы С (f1() — fN() означают функции, написанные

программистом) выглядит следующим образом:

#директивы компилятора

//Объявление глобальных переменных

int main(список параметров)

{

//последовательность операторов

}

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

тип_возвращаемого_значения f1(список п

{

последовательность операторов

}

тип_возвращаемого_значения f2(список п

{

последовательность операторов

}

тип_возвращаемого_значения fN(список п

{

последовательность операторов

}

Создание выполнимой программы на языке С состоит из следующих

трех шагов: разработка, компиляция и компоновка программы с

библиотечными функциями.

В исходный код программы на языке С можно вставлять различные

инструкции компилятору. Они называются директивами препроцессора и

расширяют возможности среды программирования.

Имеются следующие директивы препроцессора:

#define #endif #ifdef #line

#elif #error #ifndef #pragma

#else #if #include #undef

Все директивы начинаются со знака #, каждая из них при использовании

в исходном коде должна занимать отдельную строку.

Директива #error заставляет компилятор прекратить компиляцию. Эта

директива используется в основном для отладки. В общем виде директива

#error выглядит таким образом:

#еrrоr сообщение_об_ошибке

Глава 2

Когда встречается директива #error, то выводится сообщение об ошибке

– возможно, вместе с другой информацией, определяемой компилятором.

Директива #include дает указание компилятору читать еще один

исходный файл – в дополнение к тому файлу, в котором находится сама эта

директива. Имя исходного файла должно быть заключено в двойные кавычки

или в угловые скобки.

Файлы, имена

которых находятся в директивах #include, могут в свою

очередь содержать другие директивы #include. Они называются вложенными

директивами #include.

Директивы условной компиляции

Имеется несколько директив, которые дают возможность выборочно

компилировать части исходного кода вашей программы. Этот процесс

называется условной компиляцией.

Директивы #if, #else, #endif

Возможно, самыми распространенными директивами условной

компиляции являются #if, #else и #endif. Они дают возможность в

зависимости от

значения константного выражения включать или исключать

те или иные части кода.

В общем виде директива #if выглядит таким образом:

#if константное выражение

последовательность операторов

#endif

Если находящееся за #if константное выражение истинно, то

компилируется код, который находится между этим выражением и #endif. В

противном случае этот промежуточный код пропускается. Директива #endif

обозначает конец блока #if.

Директивы #ifdef и #ifndef

Другой способ условной компиляции — это использование директив

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

#ifdef и #ifndef, которые соответственно означают "if defined" (если

определено) и "if not defined" (если не определено). В общем виде #ifdef

выглядит таким образом:

#ifdef имя_макроса

последовательность операторов

#endif

Блок кода будет компилироваться, если имя макроса было определено

ранее в операторе #define.

В общем виде оператор #ifndef выглядит таким образом:

#ifndef имя_макроса

последовательность операторов

#endif

Блок кода будет компилироваться, если имя макроса еще не определено

в операторе #define.

Директива #undef удаляет ранее заданное определение имени макроса,

то есть "аннулирует" его определение; само имя макроса должно находиться

после директивы. В общем виде директива #undef выглядит таким образом:

#undef имя_макроса

Глава 2

Практикум 2. Циклы активного ожидания

Краткие справочные сведения

Модули циклов активного ожидания библиотеки AVR-libc. При

программировании для микроконтроллеров часто возникает необходимость

организации определенных временных задержек - например, при работе с

более медленными внешними устройствами, инициализации

жидкокристаллических дисплеев, устранении дребезга механических

контактов, и т.п. Одним из вариантов реализации таких задержек являются

циклы

активного ожидания, которые обычно представляют собой «пустые»

циклы, либо циклы, в которых выполняется какой-либо «бесполезный» для

основной программы набор действий. При этом, зная тактовую частоту

микроконтроллера, а также количество тактов, приходящихся на одну

итерацию цикла, можно рассчитать время задержки.

В библиотеке AVR-libc компилятора WinAVR есть два модуля,

предназначенных для организации циклов активного

ожидания – базовый

модуль

<util/delay_basic.h>, и модуль <util/delay.h>, функции

которого позволяют задать время задержки в явном виде (в микросекундах

или миллисекундах).

В модуль

<util/delay_basic.h> входят две функции, представляющие

собой пустые циклы с обратным отсчетом:

void _delay_loop_1 (uint8_t __count)

void _delay_loop_2 (uint16_t __count)

Первая из них использует 8-битный счетчик

__count, который позволяет

организовать до 256 итераций (при этом значение 256 должно передаваться

как 0 – т.е., при задании 0 при вызове этой функции она выполнит не 0

итераций, а 256). Одна итерация выполняется 3 машинных цикла, таким

Основные понятия языка С

Компилятор GCC

образом, при частоте микроконтроллера 3МГц максимальная задержка

1max

при однократном вызове функции будет составлять:

()

(

)

()

мкс256

Гц103

цикламашинных 3итераций256

max

⋅

=τ

Для реализации более длительных задержек, необходимо либо вызывать

функцию

_delay_loop_1 несколько раз (при каждом вызове возникнет

небольшая неучтенная задержка, обусловленная самим вызовом функции, а

также инициализацией счетчика), либо использовать вторую функцию

модуля

_delay_loop_2.

_delay_loop_2 используется 16-битный счетчик __count, который

позволяет организовать до 65536 итераций. Как и в первой функции, для

реализации задержки в максимальное количество итераций, необходимо

передать 0 в качестве параметра. Поскольку для этой функции одна итерация

выполняется 4 машинных цикла, максимальное время задержки

2max

при

частоте микроконтроллера 4МГц будет составлять:

()

(

)

()

мс536.65

Гц104

цикламашинных 4итераций65536

2max

⋅

=τ

Для удобства использования, на основе функций

_delay_loop_1 и

_delay_loop_2 в модуле <util/delay.h> реализованы функции _delay_us

_delay_ms, позволяющие задавать время сразу в микросекундах, или

миллисекундах, соответственно:

void _delay_us (double __us)

void _delay_ms (double __ms)

Глава 2

Для использования каждой из функций необходимо правильно

выставить тактовую частоту в опциях проекта в AVRStudio.

Функция

_delay_ms выполняет задержку в __ms миллисекунд,

используя функцию

_delay_loop_2. При этом максимально возможное

значение задержки

мс max,

τ равно:

(

)

()

МГц

мс14.262

мс max,

такт

=τ .

Если запрашивается задержка, превышающая значение

ms max,

, функция

_delay_ms переходит в режим пониженного разрешения 0.1мс, с

возможностью обеспечить задержку до 6.5535с (вне зависимости от тактовой

частоты микроконтроллера).

Функция

_delay_us выполняет задержку в __us микросекунд,

используя функцию

_delay_loop_1, максимальное время задержки

мкс max,

равно:

(

)

()

МГц

мкс768

мс max,

такт

=τ .

Если запрашивается большее время задержки, автоматически

вызывается функция

_delay_ms.

Поскольку в функциях

_delay_us и _delay_ms времена задержки

задаются параметрами вещественного типа, при использовании этих

функций нужно соблюдать осторожность, иначе временные задержки могут

быть гораздо больше ожидаемых, причем непредсказуемо, на сколько, а

размер исполняемого кода программы может значительно увеличиться (на

несколько килобайт). Для того, чтобы этого избежать,

необходимо: