在MAX-IDE中自動(dòng)初始化數(shù)據(jù)段值

本應(yīng)用筆記討論了MAX-IDE為MAXQ?微控制器上的應(yīng)用編程提供的代碼和數(shù)據(jù)段工具。代碼和數(shù)據(jù)段機(jī)制提供了一種在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中自動(dòng)聲明變量位置并使用起始值初始化這些變量的方法。然后，可以使用應(yīng)用程序代碼將這些變量值緩存在閃存中，并根據(jù)需要還原它們。這種方法允許基于匯編的應(yīng)用利用MAX-IDE提供的數(shù)據(jù)段自動(dòng)加載，同時(shí)無(wú)論微控制器是否連接到JTAG調(diào)試器，都能始終如一地運(yùn)行。MAXQ2000微控制器評(píng)估板用于演示方法，文中提供了代碼示例。

概述

MAXQ匯編應(yīng)用中的變量可以存儲(chǔ)在工作寄存器（如累加器A[0]至A[15]）或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（SRAM）中。將變量存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中為應(yīng)用程序變量提供了更大的工作區(qū)域，但確實(shí)需要額外的訪問(wèn)時(shí)間。

MaxQAsm 匯編器和 MAX-IDE 環(huán)境提供了一種聲明單獨(dú)代碼和數(shù)據(jù)段的機(jī)制，并為每個(gè)段生成單獨(dú)的十六進(jìn)制輸出文件。在運(yùn)行時(shí)，MAX-IDE自動(dòng)將數(shù)據(jù)段文件加載到程序存儲(chǔ)器（通常為閃存）中，將數(shù)據(jù)段文件加載到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（通常為RAM）中。但是，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是易失性的，一旦微控制器斷電，數(shù)據(jù)段內(nèi)容將不會(huì)保持不變。

本應(yīng)用筆記首先使用MAXQ2000評(píng)估（評(píng)估）板演示如何在初始應(yīng)用運(yùn)行期間將這些預(yù)加載的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器值保存在閃存中，然后在微控制器隨后再次上電時(shí)如何刷新閃存中的數(shù)據(jù)段值。這個(gè)兩步過(guò)程允許使用相同的數(shù)據(jù)段機(jī)制來(lái)聲明和初始化變量，無(wú)論應(yīng)用程序是在開(kāi)發(fā)中（連接到JTAG適配器和MAX-IDE）還是在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。

本應(yīng)用筆記的演示代碼為MAXQ2000微控制器和MAXQ2000評(píng)估板編寫(xiě)，但所示代碼和原理適用于任何具有可重寫(xiě)程序閃存的MAXQ20微控制器。

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最大集成開(kāi)發(fā)臺(tái)安裝

MAXQ磁芯組裝指南

開(kāi)發(fā)工具指南

變量和存儲(chǔ)位置

嵌入式應(yīng)用程序通常需要一定的工作空間來(lái)存儲(chǔ)狀態(tài)信息、配置設(shè)置、中間工作值、循環(huán)計(jì)數(shù)器和計(jì)算結(jié)果。存儲(chǔ)在此工作空間中的值通常稱為變量，并具有以下特征。

它們是暫時(shí)的。如果應(yīng)用程序因電源故障或重置而中斷，則不需要保存它們。

它們經(jīng)常被訪問(wèn)和更新。它們必須存儲(chǔ)在可以快速讀取或?qū)懭氲奈恢?位置的寫(xiě)入次數(shù)不得有限制。

它們通常具有定義的初始值。用戶的代碼必須在應(yīng)用程序開(kāi)始時(shí)將它們?cè)O(shè)置為特定值。

在用 C 或其他高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)并編譯為匯編代碼的應(yīng)用程序中，編譯器通常自動(dòng)處理變量的空間分配（以及將變量初始化為預(yù)定義起始值的過(guò)程）。在這種情況下，用戶只需要聲明變量、其類型和（可選）其初始值。編譯器處理其余部分。

unsigned int c = 0x1234;

但是，當(dāng)直接用MAXQ匯編語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用程序時(shí)，必須明確地為變量分配空間并將變量設(shè)置為初始值。這種詳細(xì)的操作允許對(duì)MAXQ微控制器上的可用資源進(jìn)行更嚴(yán)格的控制，但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。

對(duì)于基于程序集的小型應(yīng)用程序或不需要大量工作空間的應(yīng)用程序，可以使用內(nèi)部寄存器來(lái)存儲(chǔ)所有應(yīng)用程序變量。此方法具有兩個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：

緊湊、快速的代碼。寄存器變量可以在短短一個(gè)指令周期內(nèi)從另一個(gè)寄存器變量讀取、寫(xiě)入或復(fù)制到另一個(gè)寄存器變量，具體取決于寄存器的位置。在基于MAXQ20的微控制器上，在最壞的情況下，通常不需要超過(guò)兩個(gè)指令周期。

對(duì)變量的直接操作。一些內(nèi)部寄存器位置可以直接操作。例如，可以選擇 16 個(gè)工作累加器 A[0] 到 A[15] 中的任何一個(gè)（使用 AP 寄存器）作為活動(dòng)累加器 Acc。這意味著，如果需要對(duì)存儲(chǔ)在其中一個(gè)寄存器中的變量執(zhí)行操作，則可以直接在該寄存器上執(zhí)行該操作，而無(wú)需復(fù)制值、執(zhí)行操作并重新復(fù)制值。類似地，存儲(chǔ)在 LC[0] 和 LC[1] 寄存器中的變量可以通過(guò)執(zhí)行 djnz 指令直接用作循環(huán)計(jì)數(shù)器。

較大的應(yīng)用或需要大量工作變量的應(yīng)用可以受益于將其部分或全部變量存儲(chǔ)在基于SRAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。此方法允許創(chuàng)建更多數(shù)量的變量，直至達(dá)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器大小的限制。以這種方式存儲(chǔ)的變量可以使用MAXQ20內(nèi)核的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)指針訪問(wèn)，該指針可用于讀寫(xiě)字節(jié)大小或字大小的變量。（注：本應(yīng)用筆記中的所有代碼示例都假定DP[0]配置為在word模式下工作。

  move   DP[0], #0010h      ; Location of variable in data memory
   move   Acc, @DP[0]        ; Read variable
   add    #1                 ; Increment variable value by 1
   move   @DP[0], Acc        ; Store variable back in data memory
   

如果必須對(duì)變量執(zhí)行一長(zhǎng)串計(jì)算，則可以將該變量的值復(fù)制到工作寄存器中，如上面的示例代碼所示。所有中間操作都可以使用該工作寄存器執(zhí)行，并且一旦計(jì)算完成，該值就可以復(fù)制回變量。

MAX-IDE 中的段聲明

一旦決定將應(yīng)用變量存儲(chǔ)在基于SRAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，如何確定變量的存儲(chǔ)位置？

通常，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可供應(yīng)用程序使用，但調(diào)試器使用的存儲(chǔ)器中最高的 32 字節(jié)除外。這意味著聲明變量只是在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中為其定義位置的問(wèn)題。然后，每當(dāng)讀取或?qū)懭胱兞繒r(shí)，代碼都會(huì)使用此位置。#define宏可用于將變量位置與符號(hào)名稱相關(guān)聯(lián)。

#define VarA  #0020h
#define VarB  #0021h
#define VarC  #0022h

   move   DP[0], VarA        ; Point to VarA variable
   move   Acc, @DP[0]        ; Read value of variable
   move   DP[0], VarB        ; Point to VarB variable
   move   @DP[0], Acc        ; Copy VarA to VarB
   move   DP[0], VarC        ; Point to VarC variable
   move   @DP[0], #1234h     ; Set VarC = 1234h

這種方法效果很好，但它有幾個(gè)問(wèn)題。

每個(gè)變量的位置必須提前確定。此任務(wù)可能非常耗時(shí)，特別是如果以后決定將所有變量移動(dòng)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的不同區(qū)域。

必須注意不要意外地對(duì)多個(gè)變量使用相同的位置。如果犯了這個(gè)錯(cuò)誤，可能很難跟蹤錯(cuò)誤。

變量的任何初始（起始）值都必須由應(yīng)用程序代碼顯式加載，如上面最后一行所示。如果有許多變量要以這種方式初始化，則此操作可能會(huì)占用大量代碼空間。

一種更有效的方法利用MAX-IDE的機(jī)制來(lái)聲明單獨(dú)的代碼和數(shù)據(jù)段。此方法允許應(yīng)用程序作者指定程序集代碼文件的哪些部分發(fā)往代碼空間，哪些部分發(fā)往數(shù)據(jù)空間。

segment code

   move  DP[0], #VarA       ; Point to VarA
   move  Acc, @DP[0]        ; Get current value of VarA
   add   #1                 ; Increment it
   move  @DP[0], Acc        ; Store value back in VarA

segment data

VarA:
   dw    0394h              ; Initial value for VarA

在上述方法中，數(shù)據(jù)段中聲明的變量的地址由匯編程序自動(dòng)確定，因?yàn)樗褂门c代碼空間中的標(biāo)簽分配地址相同的方法解析文件。標(biāo)簽用于為這些變量地址分配符號(hào)名稱，dw 和 db 語(yǔ)句可用于初始化具有起始值的字大小和字節(jié)大小的變量。在這種情況下，假設(shè)在程序集文件中找不到以前的段數(shù)據(jù)指令，匯編程序?qū)牡刂?0000h 開(kāi)始數(shù)據(jù)段。這意味著 VarA 將存儲(chǔ)在字地址 0000h 處。與在代碼空間中一樣，org 語(yǔ)句可以強(qiáng)制變量位于指定地址的開(kāi)頭。

初始化數(shù)據(jù)段

在前面的代碼清單中，變量 VarA 被定義為（使用 dw 語(yǔ)句）具有 0394h 的初始值。但此值永遠(yuǎn)不會(huì)加載到代碼中的 VarA 中。那么，這個(gè)值是如何初始化的呢？答案是，數(shù)據(jù)段的初始化由MAX-IDE在項(xiàng)目編譯和執(zhí)行時(shí)自動(dòng)執(zhí)行。

MaxQAsm 匯編器通過(guò)生成輔助十六進(jìn)制輸出文件來(lái)響應(yīng)段數(shù)據(jù)指令。通常，為包含代碼數(shù)據(jù)的項(xiàng)目生成十六進(jìn)制文件。例如，如果編譯了項(xiàng)目“example.prj”，則將創(chuàng)建一個(gè)名為“example.hex”的十六進(jìn)制文件，其中包含通過(guò)組裝項(xiàng)目文件生成的代碼數(shù)據(jù)。如果定義了數(shù)據(jù)段，則將創(chuàng)建一個(gè)名為“example_d.hex”的附加十六進(jìn)制文件，其中包含在此段中組裝的數(shù)據(jù)。

執(zhí)行項(xiàng)目時(shí)，MAX-IDE 會(huì)檢查在項(xiàng)目編譯期間是否生成了數(shù)據(jù)段文件（以 _d.hex 結(jié)尾）。如果存在數(shù)據(jù)段文件，MAX-IDE使用標(biāo)準(zhǔn)JTAG加載器將來(lái)自該段的數(shù)據(jù)加載到器件的數(shù)據(jù)SRAM中。這是在將標(biāo)準(zhǔn)十六進(jìn)制文件加載到程序內(nèi)存后完成的。

這種方法在開(kāi)發(fā)周期中效果很好，當(dāng)器件連接到JTAG適配器并且MAX-IDE在每個(gè)應(yīng)用程序運(yùn)行之前重新加載代碼和段數(shù)據(jù)時(shí)。但是，一旦器件斷電和通電并允許獨(dú)立運(yùn)行（未連接調(diào)試器），MAX-IDE就無(wú)法再在每次運(yùn)行前加載具有適當(dāng)值的數(shù)據(jù)段。變量將不再設(shè)置為其預(yù)期值，因此應(yīng)用程序可能無(wú)法正確執(zhí)行。這種類型的故障可能很難分析，因?yàn)橐坏┢骷匦逻B接到調(diào)試器，MAX-IDE將在每次運(yùn)行之前再次開(kāi)始加載數(shù)據(jù)段，問(wèn)題將立即消失。

保存和恢復(fù)數(shù)據(jù)段

一個(gè)問(wèn)題仍然存在：如何使應(yīng)用程序始終如一地運(yùn)行，無(wú)論是連接到調(diào)試器（每次運(yùn)行前MAX-IDE重新加載代碼和數(shù)據(jù)）還是自由運(yùn)行（上電后RAM中沒(méi)有特定內(nèi)容保證）。顯而易見(jiàn)的解決方案是一個(gè)兩步過(guò)程：讓?xiě)?yīng)用程序?qū)⒆兞恐担ㄒ坏┏跏蓟┍４嬖陂W存中，并在每次復(fù)位或上電后恢復(fù)這些值。

第一步，應(yīng)用程序必須將值保存到閃存。此操作在每個(gè)主擦除和代碼加載周期之后首次執(zhí)行應(yīng)用程序時(shí)發(fā)生。

應(yīng)用程序檢查“標(biāo)志”位置，以驗(yàn)證變量之前是否未復(fù)制到閃存。此標(biāo)志可以是特殊用途的非變量位置，也可以與變量共享，只要該變量具有非零初始值（以將其與空白 RAM 位置區(qū)分開(kāi)來(lái)）。

應(yīng)用程序?qū)⒚總€(gè)變量值從數(shù)據(jù)RAM復(fù)制到閃存。在大多數(shù)帶有可重寫(xiě)閃存的MAXQ微控制器（如MAXQ2000）上，這是使用UROM_flashWrite功能完成的。

應(yīng)用程序在閃存中寫(xiě)入一個(gè)標(biāo)志，以指示變量已存儲(chǔ)。

作為第二步，在后續(xù)運(yùn)行中，應(yīng)用程序必須將變量值從閃存還原到數(shù)據(jù)RAM中的預(yù)期位置。

應(yīng)用程序檢查閃存中的標(biāo)志位置，以驗(yàn)證變量值是否已存儲(chǔ)。

應(yīng)用程序使用 UROM_copyBuffer 例程將變量值從閃存復(fù)制到數(shù)據(jù) RAM 中的適當(dāng)位置。

下面的代碼表演示了使用MAXQ2000評(píng)估板的保存-恢復(fù)方法。在此代碼中，變量值存儲(chǔ)在地址為 7000h–71FFh 的閃存中。

$include(maxQ2000.inc)

;; Code memory (flash) : 0000h-7FFFh  (word addr)
;; Data memory (RAM)   : 0000h-03FFh  (word addr)

org 0000h

   ljump   start             ; Skip over password area

org 0020h

start:
   move    DPC, #1Ch         ; Set all pointers to word mode
   move    DP[0], #0F000h    ; Check first variable value (flag)
   lcall   UROM_moveDP0      ; 'move GR, @DP[0]' executed by Utility ROM
   move    Acc, GR
   cmp     #1234h
   jump    NE, copyToFlash

;; This is the "free-running" code, executed on subsequent power-ups, that copies
;; values from the flash back into their proper data segment locations.

   move    DP[0], #0F000h    ; Source: Flash location 7000h
   move    BP,    #0         ; Dest:   Start of RAM
   move    Offs,  #0
   move    LC[0], #100h      ; Copy 256 words
   lcall   UROM_copyBuffer

   jump    main

;; This is the first-pass code. A bit of a trick here; because MAX-IDE enters
;; and exits the loader separately when loading the code and data segment files,
;; the application is allowed to execute briefly before the data segment file
;; has been loaded. The first four lines under copyFlash ensure that the 
;; application waits for MAX-IDE to load the data segment file before continuing.

copyToFlash:
   move    DP[0], #0h        ; Wait for flag variable to be loaded by MAX-IDE.
   move    Acc, @DP[0]       ;    Note that this will reset the application; the
   cmp     #1234h            ;    data segment is not loaded while the application
   jump    NE, copyToFlash   ;    is still running.

   move    DP[0], #0         ; Start of RAM variable area
   move    A[4],  #7000h     ; Location in flash to write to
   move    LC[0], #100h      ; Store 256 words in flash 7000h-70FFh

copyToFlash_loop:
   move    DP[0], DP[0]      ; Refresh the data pointer to read values correctly,
                             ;    because calling UROM_flashWrite changes memory
                             ;    contexts and affects the cached @DP[0] value
   move    A[0], A[4]        ; Location to write
   move    A[1], @DP[0]++    ; Value to write (taken from RAM)
   lcall   UROM_flashWrite
   move    Acc, A[4]
   add     #1
   move    A[4], Acc
   djnz    LC[0], copyToFlash_loop

main:
   move    PD0,   #0FFh      ; Set all port 0 pins to output
   move    PO0,   #000h      ; Drive all port 0 pins low (LEDs off)

   move    DPC,   #1Ch       ; Set pointers to word mode
   move    DP[0], #varA
   move    Acc,   @DP[0]
   cmp     #1234h            ; Verify that the variable is set correctly
   jump    NE, fail

pass:
   move    PO0, #55h
   sjump   $

fail:
   sjump   $

segment data

org 0000h

varA:   
   dw  1234h

org 00FFh

varB:
   dw  5678h

end

結(jié)論

MAX-IDE提供的代碼和數(shù)據(jù)段工具提供了一種在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中自動(dòng)聲明變量位置并使用起始值初始化這些變量的方法。然后，可以使用應(yīng)用程序代碼將這些變量值緩存在閃存中，并根據(jù)需要還原它們。這種方法允許基于匯編的應(yīng)用利用MAX-IDE提供的數(shù)據(jù)段自動(dòng)加載，同時(shí)無(wú)論微控制器是否連接到JTAG調(diào)試器，都能始終如一地運(yùn)行。

審核編輯：郭婷