摘要：SDCC (小型設備C編譯器)是為8位微控制器開發的免費C編譯器。本應用筆記演示如何使用SDCC來開發DS89C430/450系列超高速8051兼容微控制器固件。文中還介紹了如何安裝免費SDCC C編譯器。

簡介

SDCC (小型設備C編譯器)是為8位微控制器開發的免費C編譯器。盡管兼容多種不同體系結構，但SDCC C編譯器更適合8051內核。本應用筆記主要介紹采用SDCC來開發Maxim/Dallas Semiconductor的DS89C430/450系列超高速8051兼容微控制器固件。

SDCC是命令行固件開發工具，含預處理器、編譯器、匯編器、鏈接器和優化器。安裝文件中還捆綁了SDCDB、類似于gdb (GNU調試器)的源碼級調試器。無錯的程序采用SDCC編譯、鏈接后，生成一個Intel十六進制格式的加載模塊。之后可采用串行加載器將該文件加載至DS89C430/450微控制器閃存。(參見DS89C430/450文檔和應用筆記，了解固件下載至器件的詳細信息。)

關于SDCC的最新信息，請訪問http://sdcc.sourceforge.net，或者閱讀SDCC手冊sdccman.pdf (在安裝過程中復制到您的硬盤上)。也可以將問題提交給SDCC在線消息論壇，或發郵件至SDCC網頁“Support”列出的郵件地址。

安裝SDCC免費C編譯器

如果需要安裝SDCC，請從網址http://sdcc.sourceforge.net下載SDCC最新版本。雖然也可使用該軟件的日常構建(nightly builds)版，但通常最安全的方式是下載經過完全測試的最新發布版。

在“Download”頁為不同的操作系統提供不同的SDCC。如果您使用運行Microsoft Windows的PC，請下載并運行win32自解壓SDCC安裝文件。

安裝程序時會出現一個提示，詢問是否將含有程序二進制文件的目錄添加到您的路徑中。建議同意添加，本應用筆記假設用戶路徑中已添加該目錄。

采用SDCC編譯器編譯一個簡單的C程序

為確保SDCC已在您的硬盤上正確安裝，請在命令提示符下鍵入sdcc --version，然后回車，窗口中應出現圖1所示文本(實際文本與您下載的SDCC版本有關)：


圖1. 通過版本檢查確認SDCC是否正確安裝

為測試包含路徑，生成名為sdcctest.c的文件，并將以下源代碼復制到該文件中。

#include 

char str[6] = "MAXIM";
bit  flag;

void main(void)
{
     if (strcmp(str,"MAXIM") == 0)
          flag = 0;
     else
          flag = 1; 

     while(1); // program loop
}

以普通ASCII格式(如使用Microsoft記事本程序)保存該文件。在命令提示符下，鍵入sdcc sdcctest.c，然后回車。如像圖2那樣沒有任何反應，則說明程序編譯成功。


圖2. 編譯簡單的SDCC程序

當源代碼編譯成功時，SDCC會生成多個文件。在編譯目錄中可找到以下文件：

• sdcctest.asm：程序的匯編文件
• sdcctest.lst：程序的列表文件
• sdcctest.rst：被鏈接器更新的列表文件
• sdcctest.map：被鏈接器更新的最終存儲器映射
• sdcctest.ihx：Intel十六進制格式的加載模塊。該文件必須被下載到微控制器中。

同時還生成其它文件(多數用于源碼級調試器)。請閱讀SDCC文檔了解更詳細的信息。

SDCC專有數據類型

SDCC支持多數ANSI-C數據類型。此外，SDCC支持多種擴展數據類型(也稱為存儲類型)，以充分利用8051體系結構的優勢，這將在后面以實例說明。

與一些商用8051微控制器開發工具不同，SDCC僅支持聲明位和字節可尋址特殊功能寄存器。盡管8051匯編語言支持，但SDCC并不支持共享位和字節可尋址RAM。為證實這一點，請觀察以下代碼實例和編譯完的匯編代碼。

C源程序：

union
{
  unsigned char a_byte;
  struct
  {
    unsigned char bit0 : 1;
    unsigned char bit1 : 1;
    unsigned char bit2 : 1;
    unsigned char bit3 : 1;
    unsigned char bit4 : 1;
    unsigned char bit5 : 1;
    unsigned char bit6 : 1;
    unsigned char bit7 : 1;
  } a_bit;
} a;

bit b;

void main(void)
{
     a.a_byte     = 0x05;
     a.a_bit.bit6 = 1;
     b            = 1;

     while(1); // program loop
}

Assembly listing (.rst file):

                            ...
                            159 ;sdcctest.c:21: a.a_byte = 5;
                            160 ;     genPointerSet
                            161 ;     genNearPointerSet
                            162 ;     genDataPointerSet
   0031 75 21 05            163 	mov	_a,#0x05
                            164 ;sdcctest.c:23: a.a_bit.bit6 = 1;
                            165 ;     genPointerSet
                            166 ;     genNearPointerSet
   0034 78 21               167 	mov	r0,#_a
                            168 ;     genPackBits
   0036 E6                  169 	mov	a,@r0
   0037 44 40               170 	orl	a,#0x40
   0039 F6                  171 	mov	@r0,a
                            172 ;sdcctest.c:25: b = 1;
                            173 ;     genAssign
   003A D2 00               174 	setb	_b
                            175 ;sdcctest.c:27: while(1); // program loop
                            ...

盡管在聲明中“a”看起來是位尋址存儲器，但匯編列表文件(來自由SDCC生成的.rst文件)表明變量并沒有使用位尋址。在列表中不要混淆“a”和“_a”?！癮”指累加器，而“_a”指變量。

注意，本應用筆記在“絕對尋址”一節介紹了一種可真正實現存儲器位尋址的方法。

near/data
以near或data存儲類型聲明的變量將被放在8051內核的直接尋址RAM中。DS89C430/450系列微控制器具有128字節直接尋址存儲器，這是8051能夠訪問的速度最快的存儲器，生成的匯編代碼只需一個MOV指令即可讀寫該RAM中的數據。

#include "sdcc_reg420.h"

data unsigned char outPort0 = 0x4A;

void main(void)
{
     P0 = outPort0;

     while (1); // program loop
}

該例中使用的定義文件sdcc_reg420.h見附錄A。

far/xdata
以far或xdata存儲類型聲明的變量將被放在外部RAM中。這樣開發人員能夠訪問更大的RAM空間，但生成的匯編代碼需要使用MOVX指令來讀寫該存儲器，這要求將外部存儲器地址裝入數據指針。

DS89C430/450系列微控制器含有1K字節的內部SRAM，可被用于以far/xdata聲明的變量。注意，電源管理寄存器(PMR)中的DME1:0位在該存儲器初始化或使用之前，必須先被置為內部SRAM模式。

#include "sdcc_reg420.h"

xdata unsigned char ioPorts[2];

void main(void)
{
     PMR  |= 0x01; // Enable internal 1K SRAM

     ioPorts[0] = 0x4A;
     ioPorts[1] = 0x56;

     P0         = ioPorts[0];
     P1         = ioPorts[1];

     while (1); // program loop
}

idata
以idata存儲類型聲明的變量將被放在8051內核的間接尋址存儲器中。間接可尋址存儲器與直接尋址存儲器類似，在8051內核中共有128字節(不包括特殊功能寄存器)。但是，訪問idata需要額外的MOV命令將RAM地址移至工作寄存器中。

#include "sdcc_reg420.h"

idata unsigned int port0_x2;

void main(void)
{
     while (1) // program loop
     {
          port0_x2 = P0 * 2;
     }
}

pdata
存儲類型pdata用于訪問分頁的外部數據存儲器。該存儲類型超出了本應用筆記范疇，有興趣的讀者可以閱讀SDCC文檔的pdata部分。

code
以code存儲類型聲明的變量將被放在程序存儲器(DS89C430/450微控制器內部的閃存)中。對于SDCC來說，這類變量只讀，因此常使用code來聲明常量(如：查找表)。

#include "sdcc_reg420.h"

code unsigned char out[10] = {0x03,0x45,0xFA,0x43,0xDD,
                              0x1A,0xE0,0x00,0x87,0x91};

void main(void)
{
     data unsigned char i = 0;

     while (1) // program loop
     {
          P0 = out[i++];
          if (i==10)
               i=0;
     }
}

bit
以bit存儲類型聲明的變量被放在8051內核的位尋址存儲器中。8051內核的16字節直接尋址RAM可用作位尋址存儲器(字節0x20至0x2F)，提供128個可尋址位。使用該類變量作為標志位可高效利用存儲空間。

#include "sdcc_reg420.h"

#define ESCAPE 0x1B

bit esc_char_flag = 0;

void main(void)
{
     P1 = 0x00;

     while (!esc_char_flag)
     {
          if (P0 == ESCAPE)
               esc_char_flag = 1;
     }

     P1 = 0xFF;

     while (1); // program loop
}

sfr
存儲類型sfr被用來定義8051內核專有的特殊功能寄存器(SFR)。附錄A定義文件中使用sfr標識符定義了DS89C430/450微控制器中的所有SFR。

注意，下面的實例已定義了SFR，因此沒有必要包含定義文件sdcc_reg420.h。

sfr at 0x80 P0;
sfr at 0x90 P1;

void main(void)
{
     P0 = 0x00;
     P1 = 0xFF;

     while (1); // program loop
}

sbit
存儲類型sbit用于定義可位尋址SFR中的特殊位。在8051內核中，地址以0或者8 (十六進制)結束的所有SFR均可位尋址。附錄A定義文件中使用sbit標識符定義了DS89C430/450微控制器SFR的所有可尋址位。

sfr  at 0x80 P0;   // Port 0

sbit at 0x80 P0_0; // Port 0 bit 0
sbit at 0x81 P0_1; // Port 0 bit 1
sbit at 0x82 P0_2; // Port 0 bit 2
sbit at 0x83 P0_3; // Port 0 bit 3
sbit at 0x84 P0_4; // Port 0 bit 4
sbit at 0x85 P0_5; // Port 0 bit 5
sbit at 0x86 P0_6; // Port 0 bit 6
sbit at 0x87 P0_7; // Port 0 bit 7

void main(void)
{
     P0   = 0x00; // P0 = 0x00

     P0_4 =    1; // P0 = 0x10

     while (1);   // program loop
}

絕對尋址

SDCC支持采用at標識符的絕對尋址。但是，SDCC不跟蹤聲明的絕對尋址變量，而且可能在其地址聲明其它變量，造成相互覆蓋。

以下程序顯示了有趣的潛在錯誤。

#include "sdcc_reg420.h"

unsigned char           a     = 0x4A;
unsigned int            b     = 0x0000;
unsigned char           c[64] = {0x00};

unsigned char at 0x0010 y;
unsigned char at 0x0010 z;

void main(void)
{
     for(b=0; b<64; b++)
          c[b] = 0xAA;

     y = 0xF1;
     z = 0xF2;

     a = c[5];

     while (1); // program loop
}

使用SDCC時，盡管變量"y"和"z"分配同一個位置，也可進行無錯誤或警告的編譯。如果要運行該程序，我們認為程序(a = c[5])中"a"最終將被設置為0xAA。但情況并非如此。"a"最終被分配的值為0xF2。

如果查看SDCC生成的.map文件中以下幾行語句(顯示每個變量的實際地址)，便會明白這種情況的原因。

Area                               Addr   Size   Decimal Bytes (Attributes)
--------------------------------   ----   ----   ------- ----- ------------
.  .ABS.                           0000   0000 =      0. bytes (ABS,OVR)

      Value  Global
   --------  --------------------------------
     ...
     0010    _y
     0010    _z
     ...

Area                               Addr   Size   Decimal Bytes (Attributes)
--------------------------------   ----   ----   ------- ----- ------------
DSEG                               0008   0043 =     67. bytes (REL,CON)

      Value  Global
   --------  --------------------------------
     0008    _a
     0009    _b
     000B    _c

注意，變量名稱前的下劃線是由編譯器添加的。如果"c"位于地址0x000B，長度為64字節，那么它將覆蓋位于地址0x0010處的變量"y"和"z"。

絕對尋址可用于仿真位尋址變量。在下面的例子中，在位尋址存儲器的最后一個字節處定義變量n_byte。然后，在8051內核位尋址存儲器的最后8位定義n_bit0至n_bit7。由于這種重疊，可采用變量n_bit0至n_bit7對變量n_byte進行位尋址。

#include "sdcc_reg420.h"

data unsigned char at 0x002F n_byte;

bit                at 0x78   n_bit0;
bit                at 0x79   n_bit1;
bit                at 0x7A   n_bit2;
bit                at 0x7B   n_bit3;
bit                at 0x7C   n_bit4;
bit                at 0x7D   n_bit5;
bit                at 0x7E   n_bit6;
bit                at 0x7F   n_bit7;

void main(void)
{
     n_byte = 0x00;
     n_bit4 = 1;

     P0     = n_byte; // P0 = 0x10

     while (1);       // program loop
}

存儲器模式

SDCC支持兩種存儲器模式：小模式和大模式。使用存儲器小模式時，SDCC在內部RAM中聲明所有不帶存儲類型的變量(如，data、idata、xdata、pdata、bit、code)。使用存儲器大模式時，SDCC在外部RAM中聲明所有不帶存儲類型的變量。

采用SDCC編譯時，默認為小模式。如果要強制SDCC使用特定的存儲器模式，可使用以下命令行參數：

sdcc --model-small sdcctest.c

或者

sdcc --model-large sdcctest.c

不要鏈接使用不同存儲器模式編譯的模塊或目標文件。

SDCC的中斷

定義中斷服務程序(ISR)時，應使用以下格式：

void interrupt_identifier (void) interrupt interrupt_number using bank_number
{
     ...
}

其中interrupt_identifier可以是任意有效的SDCC函數名，interrupt_number代表中斷在中斷向量表中的位置。表1列出了DS89C430/450系列微控制器支持的每個中斷的中斷號?？蛇x參數bank_number用于指示SDCC采用哪個寄存器區存儲ISR中的局部變量。

表1. DS89C430/450中斷服務程序的中斷號

Interrupt Name	Interrupt Vector	Interrupt Number
External Interrupt 0	0x03	0
Timer 0 Overflow	0x0B	1
External Interrupt 1	0x13	2
Timer 1 Overflow	0x1B	3
Serial Port 0	0x23	4
Timer 2 Overflow	0x2B	5
Power Fail	0x33	6
Serial Port 1	0x3B	7
External Interrupt 2	0x43	8
External Interrupt 3	0x4B	9
External Interrupt 4	0x53	10
External Interrupt 5	0x5B	11
Watchdog Interrupt	0x63	12

SDCC處理與ISR編程相關的許多細節，如使用堆棧保存和恢復累加器及數據指針。(實際上所有函數均進行此操作。請參考SDCC手冊中的_naked關鍵字來禁止在堆棧中保存這些變量)。其它細節不由SDCC處理(因為合理的原因)，這對嵌入式編程開發新手帶來一定難度。許多這類問題屬于高級編程范疇，已超出本文討論的范圍，SDCC手冊和嵌入式編程教材可提供更深入的內容。

使用中斷時，應遵循以下原則。

• 可在ISR內部寫、并可在ISR外部訪問的每個全局變量必須被聲明為volatile，以確保優化器不會刪除與該變量相關的指令。
• 以非原子(non-atomic)方式使用數據時(如，訪問16位/32位變量)應禁止中斷。當對變量的訪問為原子方式時，處理器無法中斷(帶有ISR)對存儲器的數據存取。
• 避免在ISR內部調用函數。如果必須這樣做，需要將函數聲明為reentrant (參見SDCC手冊)，這樣函數中的所有局部變量被分配在堆棧中，而不是在RAM中。

注意，如果被SDCC使用的含ISR的源文件不含main()函數，那么含main()函數的源文件應包含每個ISR的函數原型。

下面的例子定義了一個處理串行通信接口1 (SCI_1)的中斷服務程序(ISR)。程序接收來自SCI_1接收器的一個字節，將接收字節加1，通過SCI_1發射器連續發送出去。

#include "sdcc_reg420.h"

volatile unsigned char n = 0x4A;

void sci1ISR (void) interrupt 7
{
    if (RI_1)
    {
        n     = SBUF1+1;     // Save Rx byte
        RI_1  = 0;           // Reset SCI_1 Rx interrupt flag
    }
    else if (TI_1)
    {
        SBUF1 = n;           // Load byte to Tx
        TI_1  = 0;           // Reset SCI_1 Tx interrupt flag
    }
}

void main(void)
{
    // 1. Init Serial Port
    EA    = 0;              // Enable global interrupt mask
    SCON1 = 0x50;           // Set SCI_1 to 8N1, Rx enabled
    TMOD |= 0x20;           // Set Timer 1 as Mode 2
    TH1   = 0xDD;           // Set SCI_1 for 2400 baud
    TR1   = 1;              // Enable Timer 1
    ES1   = 1;              // Enable interrupts for SCI_1
    EA    = 1;              // Disable global interrupt mask

    // 2. Initiate SCI_1 Tx
    SBUF1 = n;

    // 3. Program loop...
    while (1);
}

內嵌匯編

SDCC完全支持內嵌匯編。使用該功能時，匯編代碼應嵌在_asm和_endasm標識符之間。注意，通過在變量名前加下劃線，內嵌匯編代碼也可以訪問C變量。以下實例采用內嵌匯編執行nop指令(用于在微控制器內部占用一個時鐘周期)，然后將變量"a"加1。

#include "sdcc_reg420.h"

unsigned char a;

void main(void)
{
    // program loop...
    while (1)
    {

          a = P0;

          _asm
               nop
               nop
               nop
               inc _a
          _endasm;

          P1 = a;
    }
}

SDCC還可用于C和匯編函數接口，這是較深入的問題；請參考SDCC手冊，了解詳細信息。

附錄A：DS89C430/450的SFR定義文件(sdcc_reg420.h)

/*
 * sdcc_reg420.h
 *
 * MAXIM INTEGRATED PRODUCTS
 *
 * Special Function Register definitions file
 * DS89C430/450 Ultra-High Speed 8051-compatible uCs
 *
 */

#ifndef __REG420_H__
#define __REG420_H__

/*  BYTE Registers  */
sfr at 0x80 P0;
sfr at 0x81 SP;
sfr at 0x82 DPL;
sfr at 0x83 DPH;
sfr at 0x84 DPL1;
sfr at 0x85 DPH1;
sfr at 0x86 DPS;
sfr at 0x87 PCON;
sfr at 0x88 TCON;
sfr at 0x89 TMOD;
sfr at 0x8A TL0;
sfr at 0x8B TL1;
sfr at 0x8C TH0;
sfr at 0x8D TH1;
sfr at 0x8E CKCON;
sfr at 0x90 P1;
sfr at 0x91 EXIF;
sfr at 0x96 CKMOD;
sfr at 0x98 SCON0;
sfr at 0x99 SBUF0;
sfr at 0x9D ACON;
sfr at 0xA0 P2;
sfr at 0xA8 IE;
sfr at 0xA9 SADDR0;
sfr at 0xAA SADDR1;
sfr at 0xB0 P3;
sfr at 0xB1 IP1;
sfr at 0xB8 IP0;
sfr at 0xB9 SADEN0;
sfr at 0xBA SADEN1;
sfr at 0xC0 SCON1;
sfr at 0xC1 SBUF1;
sfr at 0xC2 ROMSIZE;
sfr at 0xC4 PMR;
sfr at 0xC5 STATUS;
sfr at 0xC7 TA;
sfr at 0xC8 T2CON;
sfr at 0xC9 T2MOD;
sfr at 0xCA RCAP2L;
sfr at 0xCB RCAP2H;
sfr at 0xCC TL2;
sfr at 0xCD TH2;
sfr at 0xD0 PSW;
sfr at 0xD5 FCNTL;
sfr at 0xD6 FDATA;
sfr at 0xD8 WDCON;
sfr at 0xE0 ACC;
sfr at 0xE8 EIE;
sfr at 0xF0 B;
sfr at 0xF1 EIP1;
sfr at 0xF8 EIP0;

/* BIT Registers  */

/* P0 */
sbit at 0x80 P0_0;
sbit at 0x81 P0_1;
sbit at 0x82 P0_2;
sbit at 0x83 P0_3;
sbit at 0x84 P0_4;
sbit at 0x85 P0_5;
sbit at 0x86 P0_6;
sbit at 0x87 P0_7;

/* TCON */
sbit at 0x88 IT0;
sbit at 0x89 IE0;
sbit at 0x8A IT1;
sbit at 0x8B IE1;
sbit at 0x8C TR0;
sbit at 0x8D TF0;
sbit at 0x8E TR1;
sbit at 0x8F TF1;

/* P1 */
sbit at 0x90 P1_0;
sbit at 0x91 P1_1;
sbit at 0x92 P1_2;
sbit at 0x93 P1_3;
sbit at 0x94 P1_4;
sbit at 0x95 P1_5;
sbit at 0x96 P1_6;
sbit at 0x97 P1_7;

/* SCON0 */ 
sbit at 0x98 RI_0;
sbit at 0x99 TI_0;
sbit at 0x9A RB8_0;
sbit at 0x9B TB8_0;
sbit at 0x9C REN_0;
sbit at 0x9D SM2_0;
sbit at 0x9E SM1_0;
sbit at 0x9F SM0_0;
sbit at 0x9F FE_0;

/* P2 */
sbit at 0xA0 P2_0;
sbit at 0xA1 P2_1;
sbit at 0xA2 P2_2;
sbit at 0xA3 P2_3;
sbit at 0xA4 P2_4;
sbit at 0xA5 P2_5;
sbit at 0xA6 P2_6;
sbit at 0xA7 P2_7;

/* IE */
sbit at 0xA8 EX0;
sbit at 0xA9 ET0;
sbit at 0xAA EX1;
sbit at 0xAB ET1;
sbit at 0xAC ES0;
sbit at 0xAD ET2;
sbit at 0xAE ES1;
sbit at 0xAF EA;

/* P3 */
sbit at 0xB0 P3_0;
sbit at 0xB1 P3_1;
sbit at 0xB2 P3_2;
sbit at 0xB3 P3_3;
sbit at 0xB4 P3_4;
sbit at 0xB5 P3_5;
sbit at 0xB6 P3_6;
sbit at 0xB7 P3_7;

/* IP0 */
sbit at 0xB8 LPX0;
sbit at 0xB9 LPT0;
sbit at 0xBA LPX1;
sbit at 0xBB LPT1;
sbit at 0xBC LPS0;
sbit at 0xBD LPT2;
sbit at 0xBE LPS1;

/* SCON1 */
sbit at 0xC0 RI_1;
sbit at 0xC1 TI_1;
sbit at 0xC2 RB8_1;
sbit at 0xC3 TB8_1;
sbit at 0xC4 REN_1;
sbit at 0xC5 SM2_1;
sbit at 0xC6 SM1_1;
sbit at 0xC7 SM0_1;

/* T2CON */
sbit at 0xC8 CP_RL_2;
sbit at 0xC9 C_T_2;
sbit at 0xCA TR_2;
sbit at 0xCB EXEN_2;
sbit at 0xCC TCLK;
sbit at 0xCD RCLK;
sbit at 0xCE EXF_2;
sbit at 0xCF TF_2;

/* PSW */
sbit at 0xD0 PARITY;
sbit at 0xD0 P;
sbit at 0xD1 F1;
sbit at 0xD2 OV;
sbit at 0xD3 RS0;
sbit at 0xD4 RS1;
sbit at 0xD5 F0;
sbit at 0xD6 AC;
sbit at 0xD7 CY;

/* WDCON */
sbit at 0xD8 RWT;
sbit at 0xD9 EWT;
sbit at 0xDA WTRF;
sbit at 0xDB WDIF;
sbit at 0xDC PFI;
sbit at 0xDD EPFI;
sbit at 0xDE POR;
sbit at 0xDF SMOD_1;

/* EIE */
sbit at 0xE8 EX2;
sbit at 0xE9 EX3;
sbit at 0xEA EX4;
sbit at 0xEB EX5;
sbit at 0xEC EWDI;

/* EIP0 */
sbit at 0xF8 LPX2;
sbit at 0xF9 LPX3;
sbit at 0xFA LPX4;
sbit at 0xFB LPX5;
sbit at 0xFC LPWDI;

#endif