Шаг 2.5. Указательный
Едем дальше: помимо того, что код должен быть понятен, так программист должен ещё предусмотреть, что милый заказчик вдруг - рааааз! - и изменит начальные условия. Вот, например, есть у нас программка, показывающая световую дорожку. А тут приходит Он и - хоп! - «Хочу», - говорит: «чтобы кнопка была на 5 выводе, да и вообще давайте-ка меняйте местами её порт и порт лампочек ваших, хочется мне так!»
И ведь не поспоришь…
С конкретным выводом мы вроде уже разобрались - среда MikroE позволяет обращаться к конкретному биту порта (о том, что делать в классических языках, мы поговорим потом).
Теперь разберемся с портами, а точнее - как же на них ссылаться: сперва рассмотрим, опять же, возможности MikroE.
В MikroE есть ключевое слово at, которое позволяет создать "ссылку" на переменную - так называемый «алиас» - прозвище, синоним (он же лысый, он же горбатый :). Так, например, написав
unsigned char ddrLED_Road at DDRB;
Мы сможем в дальнейшем везде использовать ddrLED_Road вместо "DDRB"! При этом обратите внимание, что ключевое слово at используется только с глобальными переменными. Впрочем, в больших программах практикуется глобальное объявление констант и переменных, связанных с местоположением какой-либо периферии (выводов кнопок, датчиков, дисплеев и т.д.).
Посмотрим, как это будет выглядеть на Си:
typedef unsigned char byte;
//определяем ссылки на регистры ввода-вывода
byte ddrLED_Road at DDRB;
byte portLED_Road at PORTB;
byte ddrButton at DDRD;
byte portButton at PORTD;
byte pinButton at PIND;
//"Бегающая" световая дорожка
void main()
{
//переменные и константы
const byte ddrLED_RoadInit = 0xFF; //настройка порта со светодиодами - на выход и
const byte portLED_RoadInit = 0xFC; //два светодиода включены (на ноль)
const byte ddrButtonInit = 0; //настройка порта с кнопкой - кнопка на вход с подтяжкой
const byte portButtonInit = 0x1;
const byte ButtonOutputNumber = 0; //номер вывода для кнопки
const byte DelayTimeMs = 100; //время задержки дорожки в одном состоянии в мс
//инициализация портов
ddrLED_Road = ddrLED_RoadInit;
portLED_Road = portLED_RoadInit;
ddrButton = ddrButtonInit;
portButton = portButtonInit;
while(1)
{
if(pinButton.ButtonOutputNumber == 0) //если кнопка нажата
{
portLED_Road = (portLED_Road >> 7) | (portLED_Road << 1); //циклический сдвиг на один бит влево
Delay_ms(DelayTimeMs); //задержка
}
}
}
Выглядит неплохо, но представим ситуацию, когда на одном порту у нас, например, кнопка и какой-нибудь датчик. Если мы будем инициализировать порты как сейчас, то получится вот так:
...
byte ddrButton at DDRD;
byte portButton at PORTD;
byte pinButton at PIND;
byte ddrSensor at DDRD;
byte portSensor at PORTD;
byte pinSensor at PIND;
void main()
{
...
const byte ddrButtonInit = 0; //настройка порта с кнопкой - кнопка на вход с подтяжкой
const byte portButtonInit = 0x1;
const byte ddrSensorInit = 0x02; //настройка порта с датчиком -вывод 1 на выход и к единице, вывод 2 на вход с подтяжкой
const byte portSensorInit = 0x06;
...
ddrButton = ddrButtonInit;
portButton = portButtonInit;
ddrSensor = ddrButtonInit;
portSensor = portButtonInit;
...
И что же мы получим? Да то, что при инициализации датчика "перетрётся" инициализация кнопки! Отсюда делаем вывод - инициализировать устройства также нужно конкретно побитово. И тут может быть два варианта решения: мы используем возможность MikroE обращаться к конкретным битам и и вместо "больших" констант для инициализации инициализируем конкретные биты. При этом, если под одно устройство задействовано несколько ножек, нужно будет инициализировать каждую из них отдельно. Вот так это будет выглядеть:
... const byte ButtonPinNumber = 0; //номер вывода для кнопки const byte SensorOutPinNumber = 1; //номера выводов (выход и вход) для датчика const byte SensorInPinNumber = 2; ... ddrButton.ButtonPinNumber = 0; portButton.ButtonPinNumber = 1; ddrSensor.SensorOutPinNumber = 1; portSensor.SensorOutPinNumber = 1; ddrSensor.SensorInPinNumber = 0; portSensor.SensorInPinNumber = 1;
Что ж, метод имеет право на жизнь. Но можно сделать "по-взрослому" и использовать номера выводов и маски:
... const byte ButtonPinMask = 0x01; //кнопка на выводе 0 const byte SensorOutMask = 0x02; //выход для датчика на выводе 1 const byte SensorInMask = 0x04; //вход для датчика на выводе 2 ... ddrButton &= ~ButtonPinMask; portButton |= ButtonPinMask; ddrSensor = (ddrSensor | SensorOutMask) & (~SensorInMask); portSensor |= SensorOutMask | SensorInMask;
Примерно так и инициализируют порты в проектах на "чистом" Си. Рассмотрим теперь, как будет выглядеть наш проект с использованием масок:
typedef unsigned char byte;
//определяем ссылки на регистры ввода-вывода
byte ddrLED_Road at DDRB;
byte portLED_Road at PORTB;
byte ddrButton at DDRD;
byte portButton at PORTD;
byte pinButton at PIND;
//"Бегающая" световая дорожка
void main()
{
//переменные и константы
const byte ddrLED_RoadInit = 0xFF; //настройка порта со светодиодами - на выход и
const byte portLED_RoadInit = 0xFC; //два светодиода включены (на ноль)
const byte ButtonPinNumber = 0; //номер вывода для кнопки
const byte ButtonPinMask = 0x01; //кнопка на выводе 0
const byte DelayTimeMs = 100; //время задержки дорожки в одном состоянии в мс
//инициализируем все порты ввода-вывода на вход без подтяжки
DDRA = 0;
PORTA = 0;
DDRB = 0;
PORTB = 0;
DDRD = 0;
PORTD = 0;
//инициализация занятых портов
ddrLED_Road = ddrLED_RoadInit;
portLED_Road = portLED_RoadInit;
ddrButton &= ~ButtonPinMask;
portButton |= ButtonPinMask;
while(1)
{
if(pinButton.ButtonPinNumber == 0) //если кнопка нажата
{
portLED_Road = (portLED_Road >> 7) | (portLED_Road << 1); //циклический сдвиг на один бит влево
Delay_ms(DelayTimeMs); //задержка
}
}
}
Как видим, вначале мы ещё инициализируем все-все порты ввода-вывода на вход без подтяжки - именно в таком состоянии отъедается минимальное количество энергии (когда мы делаем какие-либо устройства "на батарейках", нам очень важно сократить потребление).
Также мы почти не изменили работу с портом с дорожкой из светодиодов - потому что занят весь порт.
Вот программа на Паскале:
program Road;
{ "Бегающая" световая дорожка }
const
ddrLED_RoadInit = 0xFF; //настройка порта со светодиодами - на выход и
portLED_RoadInit = 0xFC; //два светодиода включены (на ноль)
ButtonPinNumber = 0; //номер вывода для кнопки
ButtonPinMask = 0x01; //кнопка на выводе 0
DelayTimeMs = 100; //время задержки дорожки в одном состоянии в мс
var
//определяем ссылки на регистры ввода-вывода
ddrLED_Road: byte at DDRB;
portLED_Road: byte at PORTB;
ddrButton: byte at DDRD;
portButton: byte at PORTD;
pinButton: byte at PIND;
begin
//инициализируем все порты ввода-вывода на вход без подтяжки
DDRA := 0;
PORTA := 0;
DDRB := 0;
PORTB := 0;
DDRD := 0;
PORTD := 0;
//инициализация занятых портов
ddrLED_Road := ddrLED_RoadInit;
portLED_Road := portLED_RoadInit;
ddrButton := ddrButton and (not ButtonPinMask);
portButton := portButton or ButtonPinMask;
while(True) do
begin
if(pinButton.ButtonPinNumber = 0) then //если кнопка нажата
begin
portLED_Road := (portLED_Road shr 7) or (portLED_Road shl 1); //циклический сдвиг на один бит влево
Delay_ms(DelayTimeMs); //задержка
end;
end;
end.
А теперь пару слов о том, как делают "отвязку" от конкретных портов ввода-вывода взрослые ˆˆ программисты в средах типа IAR Embedded Workbench.
В Си наиболее часто выводы микросхемы задаются с помощью директивы препроцессора define:
#define ddrLED_Road DDRB #define portLED_Road PORTB #define ddrButton DDRD #define portButton PORTD #define pinButton PIND
При этом нам достаточно переписать только те места, где мы использовали ссылки с кодовым словом at. Также заметьте, что при использовании define мы не пишем в конце ; - потому, что при компиляции препроцессор заменит первое "слово" после define оставшимся концом строки.
В Паскале же директива define отвечает за видимость константы, то есть здесь таким образом задать назначение выводов микроконтроллера не получится(
Следующий вариант - использование указателей.
Немножечко о памяти: представьте себе книгу – большую такую, толстую, можно с картинками) И есть в ней разделы, главы… Так вот, названия этих самых глав и прочего можно сравнить с названиями наших переменных, констант. Те же массивы – это так большие разделы, разбитые на элементики – подглавки, подраздельчики, у которых, кстати, как раз нет собственного названия, но есть номера: 1, 2, 3, …
И при этой всей красоте в книге есть просто нумерация страниц – этакие адреса, по которым и размещаются конкретные разделы и главы.
Так, тогда вспомним ещё о ссылках в книжках – «ооо, об этом Вы можете узнать на странице …» - примерно так и работают наши указатели. Мы можем сослаться и просто на страницу – адрес, и на конкретную главу или раздел (переменную, массив).
Ну и помимо того, что указатели хранят адрес, через них ещё можно посмотреть, что по этому адресу храниться, нужно только знать, в каком виде (то ли чиселко целое, то ли дробное, а, может, и буковка или символ какой). Когда смотрят значение переменной, адрес которой хранится в нашем указателе, этот самый указатель разыменовывают.
А вот и примеры, заодно и синтаксис посмотреть:
На Си:
int i; int* pointer; //наш указатель на тип int i = 10; pointer = (int*)&i; //положили в pointer адрес нашей переменной *pointer = *pointer + 1; //а вот и разыменование – теперь в i хранится не 10, а 11
А вот пример с безтиповым указателем:
int i; void* pointer; //указатель на «что-то» i = 10; pointer = (int*)&i; (int*)pointer = (int*)pointer + 1;
На Паскале, соответственно:
var i : integer; pointerInt : ˆinteger; begin i := 10; pointerInt := @i; pointerIntˆ := pointerIntˆ + 1; end.
Таким образом, в i будет храниться уже 11.
С безтиповыми указателями именно среда MikroPascal, увы, работать как-то не хочет(
ОЧЕНЬ, ОЧЕНЬ ВАЖНОЕ ЗАМЕЧАНИЕ! При запихивании порта в указатель необходимо при объявлении этого самого указателя написать перед ним ключевое слово volatile. Этот квалификатор сообщает компилятору, что переменная может изменяться вне зависимости от самой программы - то есть, например, будет у нас указатель на PINx, а к выводу порта X будет присоединена кнопка - тогда значение по адресу в указатели будет меняться "само по себе", вне зависимости от кода в программе.
Дело в том, что при собирании программы компилятор может оптимизировать код - например, если у нас в цикле увеличивается на единицу какая-то переменная, а потом значение этой переменной нигде не используется, то компилятор просто возьмёт и "выкинет" строку с увеличением переменной на единицу. То же самое может произойти и с разыменовыванием нашего указателя - по коду вроде переменная не изменяется, значит, можно что-нибудь убрать или сократить! Оптимизация, кстати, настраивается во вкладке "Output settings" окна "Settings" (Tools->Settings).
Таким образом, используя ключевое слово volatile, мы сообщаем компилятору, что переменная может измениться в любой момент, поэтому он не может оптимизировать её.
Если использовать указатели, то получим следующие варианты наших программ:
typedef unsigned char byte;
//"Бегающая" световая дорожка
void main()
{
//указатели на порты ввода-вывода
volatile byte* ddrLED_Road = &DDRB;
volatile byte* portLED_Road = &PORTB;
volatile byte* ddrButton = &DDRD;
volatile byte* portButton = &PORTD;
volatile byte* pinButton = &PIND;
//переменные и константы
const byte ddrLED_RoadInit = 0xFF; //настройка порта со светодиодами - на выход и
const byte portLED_RoadInit = 0xFC; //два светодиода включены (на ноль)
const byte ButtonPinNumber = 0; //номер вывода для кнопки
const byte ButtonPinMask = 0x01; //кнопка на выводе 0
const byte DelayTimeMs = 100; //время задержки дорожки в одном состоянии в мс
//инициализируем все порты ввода-вывода на вход без подтяжки
DDRA = 0;
PORTA = 0;
DDRB = 0;
PORTB = 0;
DDRD = 0;
PORTD = 0;
//инициализация занятых портов
*ddrLED_Road = ddrLED_RoadInit;
*portLED_Road = portLED_RoadInit;
*ddrButton &= ~ButtonPinMask;
*portButton |= ButtonPinMask;
while(1)
{
if((*pinButton).ButtonPinNumber == 0) //если кнопка нажата
{
*portLED_Road = ((*portLED_Road) >> 7) | ((*portLED_Road) << 1); //циклический сдвиг на один бит влево
Delay_ms(DelayTimeMs); //задержка
}
}
}
И на Паскале:
program Road;
{ "Бегающая" световая дорожка }
const
ddrLED_RoadInit = 0xFF; //настройка порта со светодиодами - на выход и
portLED_RoadInit = 0xFC; //два светодиода включены (на ноль)
ButtonPinNumber = 0; //номер вывода для кнопки
ButtonPinMask = 0x01; //кнопка на выводе 0
DelayTimeMs = 100; //время задержки дорожки в одном состоянии в мс
var
//определяем ссылки на регистры ввода-вывода
ddrLED_Road: ˆbyte; volatile;
portLED_Road: ˆbyte; volatile;
ddrButton: ˆbyte; volatile;
portButton: ˆbyte; volatile;
pinButton: ˆbyte; volatile;
begin
//инициализируем все порты ввода-вывода на вход без подтяжки
DDRA := 0;
PORTA := 0;
DDRB := 0;
PORTB := 0;
DDRD := 0;
PORTD := 0;
//инициализируем указатели
ddrLED_Road := @DDRB;
portLED_Road := @PORTB;
ddrButton := @DDRD;
portButton := @PORTB;
pinButton := @PINB;
//инициализация занятых портов
ddrLED_Roadˆ := ddrLED_RoadInit;
portLED_Roadˆ := portLED_RoadInit;
ddrButtonˆ := ddrButtonˆ and (not ButtonPinMask);
portButtonˆ := portButtonˆ or ButtonPinMask;
while(True) do
begin
if(pinButtonˆ.ButtonPinNumber = 0) then //если кнопка нажата
begin
portLED_Roadˆ := ((portLED_Roadˆ) shr 7) or ((portLED_Roadˆ) shl 1); //циклический сдвиг на один бит влево
Delay_ms(DelayTimeMs); //задержка
end;
end;
end.
У нас есть различие в использовании обращения к конкретному биту вместе с разыменовыванием указателя: в MikroC компилятор требует скобочки: "(*pinButton).ButtonPinNumber", а в MikroPascal наоборот, при установке скобочек компилятор ругается, и требует, чтобы было вот так: "pinButtonˆ.ButtonPinNumber".
Скажем сразу - работа с регистрами порта через указатель очень "тяжела" как с точки зрения быстродействия, так и с точки зрения размера кода; так что предпочтительней всё же использовать define-ы.
Автор - Moriam
Обсудить на форуме