摘要：SDCC (小型设备C编译器)是为8位微控制器开发的免费C编译器。本应用笔记演示如何使用SDCC来开发DS89C430/450系列超高速8051兼容微控制器固件。文中还介绍了如何安装免费SDCC C编译器。
简介
SDCC (小型设备C编译器)是为8位微控制器开发的免费C编译器。尽管兼容多种不同体系结构，但SDCC C编译器更适合8051内核。本应用笔记主要介绍采用SDCC来开发Maxim/Dallas Semiconductor的DS89C430/450系列超高速8051兼容微控制器固件。
SDCC是命令行固件开发工具，含预处理器、编译器、汇编器、链接器和优化器。安装文件中还捆绑了SDCDB、类似于gdb (GNU调试器)的源码级调试器。无错的程序采用SDCC编译、链接后，生成一个Intel十六进制格式的加载模块。之后可采用串行加载器将该文件加载至DS89C430/450微控制器闪存。(参见DS89C430/450文档和应用笔记，了解固件下载至器件的详细信息。)
关于SDCC的最新信息，请访问http://sdcc.sourceforge.net，或者阅读SDCC手册sdccman.pdf (在安装过程中复制到您的硬盘上)。也可以将问题提交给SDCC在线消息论坛，或发邮件至SDCC网页“Support”列出的邮件地址。
安装SDCC免费C编译器
如果需要安装SDCC，请从网址http://sdcc.sourceforge.net下载SDCC最新版本。虽然也可使用该软件的日常构建(nightly builds)版，但通常最安全的方式是下载经过完全测试的最新发布版。
在“Download”页为不同的操作系统提供不同的SDCC。如果您使用运行Microsoft Windows的PC，请下载并运行win32自解压SDCC安装文件。
安装程序时会出现一个提示，询问是否将含有程序二进制文件的目录添加到您的路径中。建议同意添加，本应用笔记假设用户路径中已添加该目录。
采用SDCC编译器编译一个简单的C程序
为确保SDCC已在您的硬盘上正确安装，请在命令提示符下键入sdcc --version，然后回车，窗口中应出现图1所示文本(实际文本与您下载的SDCC版本有关)：
图1. 通过版本检查确认SDCC是否正确安装
为测试包含路径，生成名为sdcctest.c的文件，并将以下源代码复制到该文件中。
#include <string.h>
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记事本程序)保存该文件。在命令提示符下，键入sdcc sdcctest.c，然后回车。如像图2那样没有任何反应，则说明程序编译成功。
图2. 编译简单的SDCC程序
当源代码编译成功时，SDCC会生成多个文件。在编译目录中可找到以下文件：
- sdcctest.asm：程序的汇编文件
- sdcctest.lst：程序的列表文件
- sdcctest.rst：被链接器更新的列表文件
- sdcctest.map：被链接器更新的最终存储器映射
- sdcctest.ihx：Intel十六进制格式的加载模块。该文件必须被下载到微控制器中。
同时还生成其它文件(多数用于源码级调试器)。请阅读SDCC文档了解更详细的信息。
SDCC专有数据类型
SDCC支持多数ANSI-C数据类型。此外，SDCC支持多种扩展数据类型(也称为存储类型)，以充分利用8051体系结构的优势，这将在后面以实例说明。
与一些商用8051微控制器开发工具不同，SDCC仅支持声明位和字节可寻址特殊功能寄存器。尽管8051汇编语言支持，但SDCC并不支持共享位和字节可寻址RAM。为证实这一点，请观察以下代码实例和编译完的汇编代码。
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 movr0,#_a
168 ; genPackBits
0036 E6 169 mova,@r0
0037 44 40 170 orla,#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
...
尽管在声明中“a”看起来是位寻址存储器，但汇编列表文件(来自由SDCC生成的.rst文件)表明变量并没有使用位寻址。在列表中不要混淆“a”和“_a”。“a”指累加器，而“_a”指变量。
注意，本应用笔记在“绝对寻址”一节介绍了一种可真正实现存储器位寻址的方法。
near/data
以near或data存储类型声明的变量将被放在8051内核的直接寻址RAM中。DS89C430/450系列微控制器具有128字节直接寻址存储器，这是8051能够访问的速度最快的存储器，生成的汇编代码只需一个MOV指令即可读写该RAM中的数据。
#include "sdcc_reg420.h"
data unsigned char outPort0 = 0x4A;
void main(void)
{
P0 = outPort0;
while (1); // program loop
}
该例中使用的定义文件sdcc_reg420.h见附录A。
far/xdata
以far或xdata存储类型声明的变量将被放在外部RAM中。这样开发人员能够访问更大的RAM空间，但生成的汇编代码需要使用MOVX指令来读写该存储器，这要求将外部存储器地址装入数据指针。
DS89C430/450系列微控制器含有1K字节的内部SRAM，可被用于以far/xdata声明的变量。注意，电源管理寄存器(PMR)中的DME1:0位在该存储器初始化或使用之前，必须先被置为内部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存储类型声明的变量将被放在8051内核的间接寻址存储器中。间接可寻址存储器与直接寻址存储器类似，在8051内核中共有128字节(不包括特殊功能寄存器)。但是，访问idata需要额外的MOV命令将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
存储类型pdata用于访问分页的外部数据存储器。该存储类型超出了本应用笔记范畴，有兴趣的读者可以阅读SDCC文档的pdata部分。
code
以code存储类型声明的变量将被放在程序存储器(DS89C430/450微控制器内部的闪存)中。对于SDCC来说，这类变量只读，因此常使用code来声明常量(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存储类型声明的变量被放在8051内核的位寻址存储器中。8051内核的16字节直接寻址RAM可用作位寻址存储器(字节0x20至0x2F)，提供128个可寻址位。使用该类变量作为标志位可高效利用存储空间。
#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
存储类型sfr被用来定义8051内核专有的特殊功能寄存器(SFR)。附录A定义文件中使用sfr标识符定义了DS89C430/450微控制器中的所有SFR。
注意，下面的实例已定义了SFR，因此没有必要包含定义文件sdcc_reg420.h。
sfr at 0x80 P0;
sfr at 0x90 P1;
void main(void)
{
P0 = 0x00;
P1 = 0xFF;
while (1); // program loop
}
sbit
存储类型sbit用于定义可位寻址SFR中的特殊位。在8051内核中，地址以0或者8 (十六进制)结束的所有SFR均可位寻址。附录A定义文件中使用sbit标识符定义了DS89C430/450微控制器SFR的所有可寻址位。
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
}
绝对寻址
SDCC支持采用at标识符的绝对寻址。但是，SDCC不跟踪声明的绝对寻址变量，而且可能在其地址声明其它变量，造成相互覆盖。
以下程序显示了有趣的潜在错误。
#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时，尽管变量"y"和"z"分配同一个位置，也可进行无错误或警告的编译。如果要运行该程序，我们认为程序(a = c[5])中"a"最终将被设置为0xAA。但情况并非如此。"a"最终被分配的值为0xF2。
如果查看SDCC生成的.map文件中以下几行语句(显示每个变量的实际地址)，便会明白这种情况的原因。
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，变量名称前的下划线是由编译器添加的。如果"c"位于地址0x000B，长度为64字节，那么它将覆盖位于地址0x0010处的变量"y"和"z"。
绝对寻址可用于仿真位寻址变量。在下面的例子中，在位寻址存储器的最后一个字节处定义变量n_byte。然后，在8051内核位寻址存储器的最后8位定义n_bit0至n_bit7。由于这种重叠，可采用变量n_bit0至n_bit7对变量n_byte进行位寻址。
#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
}
存储器模式
SDCC支持两种存储器模式：小模式和大模式。使用存储器小模式时，SDCC在内部RAM中声明所有不带存储类型的变量(如，data、idata、xdata、pdata、bit、code)。使用存储器大模式时，SDCC在外部RAM中声明所有不带存储类型的变量。
采用SDCC编译时，默认为小模式。如果要强制SDCC使用特定的存储器模式，可使用以下命令行参数：
sdcc --model-small sdcctest.c
或者
sdcc --model-large sdcctest.c
不要链接使用不同存储器模式编译的模块或目标文件。
SDCC的中断
定义中断服务程序(ISR)时，应使用以下格式：
void interrupt_identifier (void) interrupt interrupt_number using bank_number
{
...
}
其中interrupt_identifier可以是任意有效的SDCC函数名，interrupt_number代表中断在中断向量表中的位置。表1列出了DS89C430/450系列微控制器支持的每个中断的中断号。可选参数bank_number用于指示SDCC采用哪个寄存器区存储ISR中的局部变量。
表1. DS89C430/450中断服务程序的中断号
| 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处理与ISR编程相关的许多细节，如使用堆栈保存和恢复累加器及数据指针。(实际上所有函数均进行此操作。请参考SDCC手册中的_naked关键字来禁止在堆栈中保存这些变量)。其它细节不由SDCC处理(因为合理的原因)，这对嵌入式编程开发新手带来一定难度。许多这类问题属于高级编程范畴，已超出本文讨论的范围，SDCC手册和嵌入式编程教材可提供更深入的内容。
使用中断时，应遵循以下原则。
- 可在ISR内部写、并可在ISR外部访问的每个全局变量必须被声明为volatile，以确保优化器不会删除与该变量相关的指令。
- 以非原子(non-atomic)方式使用数据时(如，访问16位/32位变量)应禁止中断。当对变量的访问为原子方式时，处理器无法中断(带有ISR)对存储器的数据存取。
- 避免在ISR内部调用函数。如果必须这样做，需要将函数声明为reentrant (参见SDCC手册)，这样函数中的所有局部变量被分配在堆栈中，而不是在RAM中。
注意，如果被SDCC使用的含ISR的源文件不含main()函数，那么含main()函数的源文件应包含每个ISR的函数原型。
下面的例子定义了一个处理串行通信接口1 (SCI_1)的中断服务程序(ISR)。程序接收来自SCI_1接收器的一个字节，将接收字节加1，通过SCI_1发射器连续发送出去。
#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);
}
内嵌汇编
SDCC完全支持内嵌汇编。使用该功能时，汇编代码应嵌在_asm和_endasm标识符之间。注意，通过在变量名前加下划线，内嵌汇编代码也可以访问C变量。以下实例采用内嵌汇编执行nop指令(用于在微控制器内部占用一个时钟周期)，然后将变量"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还可用于C和汇编函数接口，这是较深入的问题；请参考SDCC手册，了解详细信息。
附录A：DS89C430/450的SFR定义文件(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
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