匯編語言的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)及其在俄羅斯方塊中的應(yīng)用

　　引言

　　匯編語言是一種用助記符表示的面向機(jī)器的程序設(shè)計(jì)語言。助記符使得原來的機(jī)器語言變得相對(duì)較為直觀、易懂、易用，并且匯編語言與機(jī)器語言具有一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，因此它繼承了機(jī)器語言直接、快速、高效的特點(diǎn)，是一種底層語言。但是匯編語言的劣勢(shì)也十分明顯，如對(duì)于編寫較大的程序需要考慮諸多硬件存儲(chǔ)器的分配以及中斷程序的處理等非常細(xì)節(jié)的問題，否則容易出現(xiàn)寄存器沖突，從而導(dǎo)致程序***。為了簡化匯編語言的編寫過程，本文提出了一種結(jié)構(gòu)化的匯編編程思路，并以基于AT89C51芯片（以下對(duì)匯編語言的討論針對(duì)51單片機(jī)系統(tǒng)）的俄羅斯方塊游戲?yàn)槔?，來展現(xiàn)在51單片機(jī)中匯編語言結(jié)構(gòu)化編寫的優(yōu)勢(shì)。

　　1　匯編語言的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)思想

　　1.1　變量定義

　　匯編語言中無需變量的聲明，因?yàn)閰R編語言是直接對(duì)具體的內(nèi)存單元操作，而每個(gè)單元有16進(jìn)制的地址碼，因此所有變量都可人為地由該地址碼表示。但是匯編語言提供了EQU偽指令，可以將特定的內(nèi)存空間標(biāo)記為特定的名稱，這就為變量定義提供了可能。而使用EQU偽指令的好處就是將抽象的物理內(nèi)存分化為具體的變量名，避免了內(nèi)存沖突，同時(shí)又增加了程序可讀性。

　　1.2　子函數(shù)設(shè)計(jì)

　　子函數(shù)對(duì)程序結(jié)構(gòu)化的作用是其可簡化主函數(shù)的編寫，使得程序主干的編寫思路清晰化，而一些復(fù)雜的算法與功能則放在一層層的子函數(shù)中實(shí)現(xiàn)。但是，匯編語言在調(diào)用子函數(shù)的過程中如果處理不當(dāng)，極其容易造成堆棧錯(cuò)誤、內(nèi)存沖突等問題。本文提出了一種優(yōu)化的子函數(shù)設(shè)計(jì)方案。

　　圖1　工作寄存器區(qū)臨時(shí)變量存放層次結(jié)構(gòu)

　　首先，把51單片機(jī)內(nèi)存的4組工作寄存器區(qū)（00H~1FH），用作子函數(shù)的臨時(shí)變量存放區(qū)，如圖1所示；另一部分是用戶區(qū)（20H~7FH），用作主函數(shù)變量與堆棧區(qū)域。其次，4組工作寄存器區(qū)的每一組用作同一層次的子函數(shù)的臨時(shí)變量，低層次的子函數(shù)只能被高層次的子函數(shù)調(diào)用，同一層次的子函數(shù)不允許相互嵌套調(diào)用。所有的子函數(shù)在編寫時(shí)需要聲明其使用的工作寄存器組編號(hào)，以防止沖突。在函數(shù)嵌套時(shí)，用RS1、RS0兩個(gè)標(biāo)志位的切換來實(shí)現(xiàn)工作寄存器組的切換，如此就可以方便可靠地實(shí)現(xiàn)子函數(shù)的調(diào)用和嵌套。

　　1.3　中斷函數(shù)設(shè)計(jì)

　　與順序設(shè)計(jì)的程序不同，51系列單片機(jī)還需考慮中斷函數(shù)的設(shè)計(jì)。51單片機(jī)的中斷有外部中斷、定時(shí)器中斷、串口中斷等。中斷程序在中斷源觸發(fā)后即起作用，換句話說，中斷程序可能隨時(shí)中止主程序的運(yùn)行。如果在這個(gè)時(shí)候，中斷函數(shù)與主程序中的主函數(shù)或子函數(shù)享用相同的臨時(shí)變量，那么在中斷發(fā)生時(shí)，這些臨時(shí)變量就會(huì)被改寫，從而導(dǎo)致內(nèi)存沖突。因此，中斷函數(shù)的臨時(shí)變量體系應(yīng)與主程序有別，以下是三種可選方案：

　　第一種方案是將工作寄存器區(qū)分為兩類，一類用作主程序函數(shù)的臨時(shí)變量，另一類用作中斷函數(shù)的臨時(shí)變量。這種方案中，單片機(jī)工作寄存器的組數(shù)對(duì)函數(shù)設(shè)計(jì)起限制作用。

　　第二種方案允許中斷函數(shù)與主程序的子函數(shù)共用工作寄存器區(qū)，但是代價(jià)是在調(diào)用中斷時(shí)必須保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場，即在中斷函數(shù)的開始、結(jié)尾必須將中斷函數(shù)及其子函數(shù)使用的工作寄存器的數(shù)據(jù)壓入、彈出堆棧，從而保證中斷前后主程序函數(shù)臨時(shí)變量的一致。

　　第三種方法是通過設(shè)置標(biāo)志變量，避免在中斷函數(shù)中插入子函數(shù)。在中斷程序中，根據(jù)狀態(tài)修改標(biāo)志變量后即返回主函數(shù)。在主函數(shù)中，判斷相應(yīng)的中斷標(biāo)志執(zhí)行相應(yīng)的子程序。這種編程方法的優(yōu)點(diǎn)是中斷程序十分簡單，能在很短的時(shí)間內(nèi)完成，減少了中斷出錯(cuò)的可能性；其缺點(diǎn)是中斷執(zhí)行的反應(yīng)速度會(huì)有所降低，因?yàn)橹骱瘮?shù)對(duì)中斷標(biāo)志位一定是滯后于中斷發(fā)生的，且如果主函數(shù)的結(jié)構(gòu)是大循環(huán)型的，那么一次循環(huán)中只能處理若干次中斷（大多數(shù)情況往往只為一次），這種編程方法對(duì)需要高頻中斷的功能是不合適的。