Stru čný úvod do programování v jazyce „C“...

A1B14MIS Mikroprocesory pro výkonové systémy 07 1

České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

MIKROPROCESORY PRO VÝKONOVÉ SYSTÉMY

Ver.1.10 J. Zděnek, 2017

Stručný úvod do programování v jazyce „C“

2.díl


Programovací jazyk „C“ - proměnné

• Proměnné:

• Pro realizaci určitého algoritmu potřebujeme nejen příkazy pro určenícesty výpočtu ale i data, která algoritmus zpracovává. Datům která se mohou měnit během realizace algoritmu se nezívají proměnné.

• Obyčejné proměnné které neovládají žádný hardware leží v paměti dat mikropočítače, programátor těmto proměnným zvolí symbolická jména a linker (na základě linker skriptu) sám zvolí místo kde budou proměnné v paměti dat uloženy.

• Programátor pak proměnné osloví pouze jejich symbolickým jménem

• Pro volbu symbolických jmen platí jednoduchá pravidla:• Jméno proměnné se smí skládat z velkých a malých písmen, číslic a

podtržítka („_“).• Jméno proměnné nesmí začínat číslicí

• Pro každou proměnnou musí programátor udat její typ tj. jaké hodnoty do proměnné budou ukládány

• Proměnnou nutno nejdříve deklarovat (tj. zvolit její jméno a typ), teprve pak ji lze použít pro uložení dat.



• Proměnné:

• Typ proměnné: nejčastěji používané typy proměnných:• int – pro celá čísla se znaménkem

• unsigned int (nebo stačí unsigned) – pro celá čísla kladná

• double – pro čísla racionální (necelá)• Viz příklady deklarace a použití na dalších snímcích

• Doba života je další důležitou vlastností proměnných tj. zda existují po celou dobu běhu programu (jsou statické) nebo existují jen po dobu běhu programu danou funkcí (nebo vnitřním blokem funkce) říká se jim automatické.

• Statické proměnné:

• lze deklarovat tak aby deklarace ležela mimo všechny funkce, např. int prumerKruhu

• Nebo na začátku funkce nebo bloku doplněním typu o slovo static např. static int stavReseni



• Proměnné:

• Doba života (pokračování):• Automatické proměnné: lze deklarovat na začátku funkce nebo bloku

bez slova static. Existují jen po dobu běhu funkce a vždy při dalším běhu se zakládají znovu (leží na zásobníku). Nelze tedy v těchto proměnných uchovat hodnotu mezi jednotlivým volám funkce.

• Formální parametry: stejné pravidlo jako pro automatické proměnné(tj. deklarované na začátku funkce nebo bloku) platí pro formálníparametry funkce (tj. pro parametry v kulatých závorkách hlavičky funkce). Formální parametry se při volání funkce zakládají vždy znovu a kopíruje se do nich skutečná hodnota uvedená v daném volánífunkce.



• Proměnné:

• Viditelnost proměnných: vlastnost proměnné, která říká z jaké části programu jsou dané proměnné známé (viditelné).

• Globální proměnné: jsou viditelné z libovolné části programu. Globálníproměnné se zakládají mimo všechny funkce a jsou zároveň statické. Pokud má být globální proměnná známá v jiném souboru programu (pokud je program členěný do více souborů) než je deklarována, tak v tomto souboru musí být označena slovem extern tedy extern int x

• Lokální proměnné: jsou viditelné pouze v bloku kde jsou deklarovány. Mezi lokální proměnné patří statické deklarované na začátku bloku (např. static int x) a automatické proměnné.

• Všechny dosud uvedené druhy proměnných musí být deklarovány před vlastním překladem kompilátorem. Existují ještě proměnné, které lze vyžádat při běhu programu, těm se říká dynamické. Těmi se zatím nebudeme zabývat.



• Proměnné:

• Volba jmen proměnných:• Pokud programátor dodrží pravidla o povolených znacích ve jménu

proměnných je volba jména na něm.• Dohoda o volbě jmen proměnných - je vhodné dodržovat dohodu

mezi programátory a jméno volit mnemotechnicky (tedy tak, aby se ze jména poznalo jakých dat se obsah proměnné týká – podstatně to zvyšuje čitelnost programu). Jedna často dodržovaná dohoda je shodná s volbou jmen funkcí. Tedy první mnemotechnická část jména začíná malým písmenem a každá další velkým. Např: prumerOsyKola.

• Zcela nevhodná volba jmen proměnných:

• Např. x1, x2, x3, y104, w, a, pokus, něco, nazdar atp.


Programovací jazyk „C“– statické proměnné

Staticképroměnnéznámé v celém programu (globální)

Staticképroměnnéznámé jen uvnitřfunkce (bloku)(lokální), zde v „main“


Programovací jazyk „C“– viditelnost proměnných (visibility)

Viditelné(známé) v celém programu (globální)

Vidilelné(známé) jen ve funkci (bloku), kde jsou deklarovány) (lokální), zde v „main“


Programovací jazyk „C“– automatické proměnné a formální parametry

Automaticképroměnné se zakládají při každém volánífce znovu a na konci fcezanikají

Formálníparametry se zakládají při každém volánífce znovu a na konci fcezanikají


Programovací jazyk „C“– viditelnost proměnných (visibility)

Viditelné(známé) pouze uvnitř funkce (bloku), jsou lokální

Viditelné(známé) pouze uvnitř funkce (bloku), jsou lokální


Programovací jazyk „C“ – proměnné – KRITICKÁ POZNÁMKA

• Proměnné:• Správný programátorský přístup skrývá výpočetní proměnné funkcí před

neautorizovaným přístupem z dalších funkcí (např. chybou programátora), tak aby výpočet nebyl zkreslen (použitím automatických proměnných). Dále pro předáváníparametrů do funkcí používá formální a skutečné parametry.

• Výše řečené však NEPLATÍ pro v laboratoři použitý mikrokontrolér PIC18F87J11.• Proč?• Automatické proměnné (tj.lokální) a formální parametry se zakládají (a ruší) na

zásobníku (stack). Platforma PIC18 má speciální zásobník s rychlým přístupem (tzv. hardware stack), ale zásobník je poměrně málo hluboký (31 položek). Pokud se kompilátor domnívá, že by mohlo dojít k přetečení zásobníku (a havárii programu) vloží automaticky dodatečný kód (ten programátor nevidí), který přesune obsah zásobníku do hlavní paměti a pak teprve zavolá funkci a na konci funkce přesune vše zpět. Program pak z logického pohledu pracuje správně, přesun zásobníku ale trvá nějaký dodatečný čas a velmi zpomalí např. reakci na žádost o přerušení.

• Co z toho plyne pro nás?

• Používejte globální nebo statické proměnné, které se nevytvářejína zásobníku. Nepoužívejte automatické (lokální) proměnné a omezte použití formálních parametrů.


Programovací jazyk „C“ - konstanty

• Konstanty:• Číselné:

• 12 (desítková), 0xF4 (šestnáctková), 345.76 (reálná)• 0b11001001 (binární) – specialita našeho překladače

• Symbolické:• #define UHEL_ALFA 456• Nekončí středníkem, je zvykem jméno psát velkými písmeny a

mnemotechnické části oddělovat podtržítkem• Výčtové:

• enum {FALSE, TRUE};• enum {ALFA, BETA, GAMA, DELTA}Symbolickým jménům se přiřazují celá čísla počínaje nulou. Tedy pozor FALSE

musí být v enum první, aby se přiřadila nula (což v „C“ znamená false) a truepak druhé, tomu se přířadí jedna což v „C“ znamená true (tedy něco jiného než nula)

• Řetězcové (literál):• Těmi se zatím nebudeme zabývat.• Např. „Nazdar“• V „C“ nemají speciální proměnnou, nutno použit pole


Programovací jazyk „C“– konstanty

Symbolickákonstanta

Výčtovákonstanta

Binárníkonstanta


Programovací jazyk „C“ - výraz

• Výraz:

• „Výraz“ je programová konstrukce pro výpočet hodnoty• Může se skládat z:

• Proměnných

• Konstant• Operátorů (aritmetických, logických, bitových)

• Dvojic kulatých závorek (pro označení priority částí výpočtu)

• Dvojic kulatých závorek může být více dle potřeby• Používejte kulaté závorky pro označení priority výpočtu, pak není

třeba znát (a učit se) jakou vzájemnou prioritu mají operátory.• Příklady výrazů:

• (x / y) * 3.14 // deleni a nasobeni

• z || w // logicke OR• r >> 8 // bitovy operator posunu vpravo


Programovací jazyk „C“ – příkaz přiřazení

• Příkaz přiřazení :

• Příkaz přiřazení (přiřazovací příkaz) používá znak „=“• Přiřazuje hodnotu vypočtenou na pravé straně znaku „=“ do proměnné

uvedené na levé straně• Na levé straně musí být proměnná reprezentovaná pozicí v paměti dat. Často se říká, že na levé straně musí být tzv. „lvalue“ neboli „locationvalue“ což značí, že to musí být proměnná.

• Pokud je na pravé i levé straně shodná proměnná, tak se nejprve vypočítá výraz na pravé straně do dočasné proměnné (tu programátor nevidí) s použití původní hodnoty a pak se teprve nová hodnota přiřadí na levou stranu.

• Příklady přiřazení:• x = (x / y) * 3.14 // x je na obou stranách „=“, to je ok

• u = z || w

• m = r >> 8


Programovací jazyk „C“ – operátory

• Operatory (výběr):

• Aritmetické:• +, -, *, /, %

• „/“ – dělení. Pozor pokud jsou obě hodnoty okolo „/” celočíselné jednáse o celočíselné dělení (např. 2 / 3 = 0), pokud je alespoň jednahodnota okolo „/” reálná jedná se o běžné dělení.

• „%“ – zbytek po dělení (např. 5 % 3 = 2).

• Logické:• „!” - logické NOT. (Pozor !0 = 1; !234 = 0, atp.)

• „ ||” - logické OR (např. 0 || 45 = 1)

• „&&” - logické AND (např. 33 && 45 = 1)• “!= „ - logické XOR (např. 33 != 45 = 1)


Programovací jazyk „C“– operátory aritmetické

Celočíselnédělení

Zbytek po dělení

Normální dělení


Programovací jazyk „C“– operátory logické

Program jde sem

Program jde sem

Program jde sem

Program jde sem


Programovací jazyk „C“ – operátory (pokračování)


• Bitové:• „~” (vlnovka) – bitové NOT (Např. ~0xFF00 = 0x00FF atp.)

• „|“ - bitové OR (např. 0xFF00 | 0x00FF = 0xFFFF)

• „&“ – bitové AND (např. 0xFF00 & 0x 0x00FF = 0x0000)• „^“ (stříška) – bitové XOR (např. 0xFF00 ^ 0xFFFF = 0x00FF)

• „>>“ – bitový posun vpravo (logický nikoliv aritmetický) (0x00FF >> 4 = 0x000F)

• „<< “ – bitový posun vlevo (např. 0x00FF << 8 = 0xFF00)


Programovací jazyk „C“– operátory bitové

Bitové NOT

Bitové OR

Bitové AND

Bitové XOR

Bitový posun vpravo

Bitový posun vlevo


Programovací jazyk „C“ – operátory (pokračování)


• Relační (porovnávací):• „== “ – rovná se (např. 75 == 75 = 1)

• „!= “ – nerovná se (např. 21 != 13 = 1)

• „> “ – větší než (např. 27 > 21 = 1)• „>= “ – větší nebo rovno (34 >= 34 = 1)

• „< “ – menšíí než (14 < 23 = 1)

• „<= “ – menší nebo rovno (57 <= 57 = 1)


Programovací jazyk „C“– operátory relační

Program jde sem

Program jde sem

Program jde sem

Program jde sem

Program jde sem


Programovací jazyk „C“ – ovládání hardware PIC18F87J11

• Ovládání (programování) hardware PIC18F87J11 z pohledu „C“ je velmi jednoduché.

• Každý blok hardware má určitý počet ovládacích a stavových registrů• Všechny registry jsou osmibitové• Každý registr má jméno, některé registry lze programovat jednotlivě po bitech,

pak i každý bit má svoje jméno.• Jména registrů i bitů jsou uvedena v dokumentaci „PIC18FJ87J11 Family

Data Sheet“. Číslo dokumentace je DS39778. Dokumentaci najdete na webu předmětu MIS nebo na webové stránce firmy Microchip.

• Aby bylo možné z „C“ adresovat ovládací registry jejich jmény z dokumentace, je nutné dodefinovat do „C“ určité proměnné. To učinil výrobce software (Microchip) a definice uložil do hlavičkového souboru p18f87j11.h, který je třeba do našeho programu zatáhnout příkazem #include (viz příklady v této presentaci). Dodefinované proměnné jsou typu struktura a union.

• Adresování ovládacích registrů používá metodu „Namapování registrů do paměti dat“ (Memory Mapped Input/Output), pak se registry osloví (jejich jménem z dokumentace) jako každá jiná obyčejná proměnná (která neovládážádný hardware)



• Ukázka dodefinování jmen ovládacích registrů dle dokumentace. Programátor nic v souboru p18f87j11 nemění, pouze ho zatáhne do svého programu příkazem #include. Ukázka níže zahrnuje dodefinování jmen ovládacího registru časovače 0 a jeho bitů..




Programovací jazyk „C“– ovládání hardware PIC18F87J11

Nastavení všech bitů ovládacího registru najednou

Nastaveníovládacího bitu odděleně (za jméno registru se přidá „bits“ a tečka)


Programovací jazyk „C“ – oživení systému přerušení

• U mikrokontroleru PIC18F87J11 lze použít buď jednoúrovňový (neprioritní) systém přerušení nebo dvouúrovňový systém (nižší a vyšší priorita).

• V laboratoři budeme používat dvouúrovňový systém (viz následující snímek)• Tento mikrokontroler má mnoho zdrojů přerušení, ale jen dvě hladiny priority.

Libovolný zdroj přerušení (např. časovač) lze připojit do libovolné z těchto dvou hladin priority. Pokud je do jedné hladiny připojeno více zdrojů přerušenív obsluze přerušení (ISR – Interrupt Service Routine) je nutné programovětestovat, který z připojených zdrojů žádá o obsluhu.

• IPEN - Dvouhladinový systém přerušení se zvolí nastavením bitu IPEN = 1 (viz. též následující snímek).

• xIF - Každý zdroj přerušení má (v některém ovládacím registru) bit žádosti o přerušení. Jméno tohoto bitu končí na IF (Interrupt flag), bit se nastavuje harwareově, ale nulovat v ISR ho musí program.

• xIP – Tímto bitem se voli připojení do jedné ze dvou hladin priority• xIE – (Interrupt Enable) – povoluje přerušení od určitého zdroje• GIEL, GIEH – připojují povolené zdroje přerušení do prioritního kodéru. Oba

bity musí být aktivní (tj. = 1)


Programovací jazyk „C“– oživení systému přerušení

Interrupt Enable

Interrupt Flag (Request)

Interrupt Priority

Low Priority Enable

Priority System On

High Priority Enable


Programovací jazyk „C“ – příklad – přerušení od TIMER0

• Příklad na následujících snímcích demonstruje:

• Přerušení od TIMER0• Aktivní vyšší priorita

• Způsob vyplnění tabulky vektorů přerušení (1), (2). Vyplnění nelze použít přímo v „C“, provede se použitím tzv „Inline assembleru“ kterému kompilátor „C“ rozumí viz _asm…_endasm

• Způsob deklarace ISR tj funkcí, které jsou volány pomocí přerušení (3) (4)

• Naprogramování zvoleného módu TIMER0• Připojení TIMER0 do vyšší hladiny přerušení

• Aktivace systému přerušení (GIEL, GIEH). Nastavení t ěchto dvou bit ůmusí být vždy poslední po nastavení všech ostatních parametrů

• Program na pozadí (background loop) je v tomto případě prázdný (main) a procesor čeká na žádost o přerušení od TIMER0 a v čase mezi tím nedělá nic (točí se v prázdné smyčce)

• Příznaky žádosti o přerušení se nastaví v hardware, nulovat se musíprogramově (viz ISR)


Programovací jazyk „C“– příklad – přerušení od TIMER0

Příklad – 1 část



Příklad – 2 částPříklad – 2 část



Příklad – 3 část

Tabulka vektorůpřerušení

ISR pro vyšší a nižší prioritu přerušení

ISR pro vyšší a nižší prioritu přerušení


České vysoké učení technické Fakulta elektrotechnická

Stručný úvod do programování v jazyce „C“2.díl

KONEC

MIKROPROCESORY PRO VÝKONOVÉ SYSTÉMY

Date post:	27-Aug-2018
Category:	Documents
Upload:	vokiet
View:	214 times
Download:	0 times

Stru čný úvod do programování v jazyce „C“...

Documents