2021年10月11日 | STM8与汇编语言(1)(2)(3)

STM8与汇编语言（1）

不知是心血来潮，还是其它因素，突然又想起玩汇编语言了。这几年也没少跟单片机打交道，包括51系列，430系列，ARM系列，但都是用C语言来开发。不过由于使用C语言，实际上对这些CPU的了解还是不够深刻，当然除了51之外，因为那是我多年前曾经用汇编开发过的芯片。尽管当今C语言已经在嵌入式产品的开发过程中成为主流，但我个人依然认为，要想真正了解CPU的特点，还得用汇编语言。不知道这种观点是对还是错，也许是因为自己从硬件做起，写过机器码，用汇编语言做过优化，因此对汇编语音有一种特殊的偏爱。

51系列的芯片用多了，感觉有时写起程序来不太方便，因此总想寻找一些其它的8位单片机玩玩，正好手头有一个ST的三合一开发板，那是09年参加ST研讨会上买的，一直躺在那里，与其躺在那里，不如拿出来玩玩。

这几年，ST在国内推广STM32，力度不小，不过我一直没有用过，只是初步地看看资料。原因在于在32位单片机方面，我一直在用Luminary公司的LM3S1138，感觉不错，一直都很顺利。09年ST举办的研讨会上，ST除了介绍STM32外，也介绍了STM8，当时听了以后，觉得还行。尤其是会上的低功耗演示给我留下了很深刻的印象。

基于这些，我决定好好地玩一下STM8芯片，并将玩的结果拿出来与大家共享。

STM8与汇编语言（2）

第一次打开STM8的手册时发现，CPU中的寄存器只有6个，即A、X、Y、SP、PC和CC。这几个寄存器，看上去特象早年苹果机使用的微处理器6502。在眼下都是多寄存器的RISC潮流下，不知ST推出的这种CPU架构有什么意图？这样的芯片能否与Microchip或者Atmel的RISC结构的MCU竞争呢？在此我无意做评论，我只想了解这颗芯片。

通过仔细研究，我发现由于STM8采用了32位宽度的程序存储器结构，使得大部分的指令都能在一个周期内取出，并且采用了哈佛结构和流水线，相当多的指令也都是单周期完成的。这样的话，虽然CPU是CISC架构的，但也基本上达到了单周期指令的效果，就像手册上说的，CPU的性能达到了20MISP◎24MHZ。就这一点来说，我个人感觉STM8还真不错。

举个例子来说，如果我们要完成内存中的2个8位无符号数相加，结果还保存到内存中，用C语言描述成：

unsigned char a,b,c;

c = a + b;

这一段程序，用STM8汇编可以写成如下代码：

LD    A, $1000     

ADD  A, $1001      

LD    $1002, A

这里假设a,b,c这3个变量分别存储在内存中，地址为1000,1001和1002。从STM8的手册上可以查到，这3条指令都是单周期的，完成一个加法，只需要3个时钟周期，可见STM8的CPU执行速度还是相当快的。

在这种传统的所谓CISC架构中，我特别关心累加器A与内存的访问速度，因为如果累加器与内存的访问速度是单周期的话，实际上我们就可以将内存当寄存器来看，这样写程序时就相当于拥有了一个大的寄存器阵列，或者说我们也就没必要再去考虑变量在内存中还是在寄存器中。也正是因为这一点，我对STM8越来越感兴趣了。

STM8与汇编语言（3）

STM8的开发环境用起来还是不错的，可以到ST的网站上下载安装程序ST_Toolset.exe。利用该环境可以开发用汇编语言写的程序，而且与ST的三合一开发板配合起来，确实非常方便。

不过如果要想用C语言来开发，稍微有点麻烦，得去别的公司下载C的编译器（CXSTM8_16K.exe），而且下载完以后，还得去注册，等待许可文件。实际上，我也按照ST介绍的方法做了，但始终都没有收到许可文件，也许本人实在愚笨。但不管怎么说，我觉得ST这一点做得相当不好，实在有点抠门。既然是免费的，为什么不一起打包提供给客户，这么麻烦，多耽误客户使用，得少卖多少STM8的芯片。

言归正传，还回到正题。用汇编语言开发程序，最简单的就是利用ST开发环境中提供的汇编程序框架自动生成功能。打开开发环境后，在File菜单中选择New Workspace,点击Create workspace and project图标，然后就可以建立项目，在工具链中选ST Assembler Linker，最后选择MCU的型号，点击OK，就完成了一个项目的建立。这个环境与微软的VC6开发环境很象，点开项目文件中的Source Files，能看到系统自动生成好了一个汇编语言的框架，我们编写程序只要在这框架基础上就可以了。其实不用编写任何一条指令，这个框架程序是能够编译通过，并下载运行的。

自动生成的项目中包含3个重要的文件：mapping.inc,mapping.asm和main.asm。

mapping.inc文件中定义的是一些常量，mapping.asm文件中定义的是一些内存的分配，主要的汇编代码都在main.asm。

下面是main.asm中的汇编代码及注释。

stm8/

     #include "mapping.inc"

      segment 'rom'

; 下面是定义一个标号，ST汇编的写法，有点不习惯

; 这里的main标号是复位后的第一条指令，与后面的中断向量表中

; 的名字是对应的

main.l   

      ; initialize SP

      ldw X,#stack_end

      ldw SP,X                          ; 设置堆栈指针

      #ifdef RAM0     

; 如果定义了RAM0，则要汇编以下代码

      ; clear RAM0

ram0_start.b EQU $ram0_segment_start

ram0_end.b EQU $ram0_segment_end

      ldw X,#ram0_start   ;寄存器X指向要清除的内存起始地址   

clear_ram0.l          ;这是一个标号定义，用于后面的跳转指令

      clr (X)            ;对应的内存单元清0

      incw X            ;寄存器X+1,指向下一个单元 

      cpw X,#ram0_end       ;比较寄存器X是否等于内存的最后一个地址

      jrule clear_ram0      ;若不等于，则循环

     #endif

      #ifdef RAM1

; 如果定义了RAM1，则要汇编以下代码，代码含义与上面完全一样

      ; clear RAM1

ram1_start.w EQU $ram1_segment_start

ram1_end.w EQU $ram1_segment_end

      ldw X,#ram1_start

clear_ram1.l

      clr (X)

      incw X

      cpw X,#ram1_end    

      jrule clear_ram1

     #endif

      ; clear stack

; 将堆栈区的内存单元清0，代码含义与上面完全一样

stack_start.w EQU $stack_segment_start

stack_end.w EQU $stack_segment_end

      ldw X,#stack_start

clear_stack.l

      clr (X)

      incw X

      cpw X,#stack_end    

      jrule clear_stack

infinite_loop.l                     ; 定义一个标号

;由于是一个框架，初始化内存后，进入一个死循环

      jra infinite_loop                

;下面代码写的是一段中断服务程序，不过也是空的

     interrupt NonHandledInterrupt

NonHandledInterrupt.l

; 当进入中断服务程序后，无其它动作，直接返回

  iret                            

; 下面这张表很重要，定义了STM8所有的硬件中断对应的中断

; 服务程序的入口地址

  segment 'vectit'

      dc.l {$82000000+main}                          ; reset

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; trap

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq0

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq1

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq2

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq3

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq4

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq5

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq6

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq7

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq8

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq9

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq10

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq11

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq12

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq13

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq14

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq15

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq16

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq17

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq18

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq19

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq20

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq21

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq22

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq23

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq24

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq25

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq26

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq27

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq28

      dc.l {$82000000+NonHandledInterrupt}    ; irq29

      end

把这个项目Build后，点击Debug中的Start Debugging就可以将程序下载到ST的三合一板上了，然后点击Run，程序就运行起来了，不过由于框架程序是一个空程序，初始化内存后就进入死循环了，因此什么效果也看不见。因此我们必须在框架程序的基础上，编写自己的程序。后面的程序例子都是在这个框架程序的基础上编写的。