应用笔记 3550

用IAR编译器开发DS80C400


摘要 : DS80C400微控制器ROM的功能可由8051汇编语言、C或Java™编写的程序访问。通过使用ROM功能和由Maxim开发的软件库能够构建多种应用程序。本应用笔记阐述了如何使用8051 IAR Embedded Workbench™来建立DS80C400的C语言应用程序。通过一个简单的HTTP服务器示例来演示DS80C400的ROM功能。

另请参考:

引言

DS80C400微控制器的ROM包含多种功能,可通过由8051汇编语言、C或Java编写的程序访问。DS80C400的ROM功能提供成熟的MxTNI™网栈、进程调度和存储器管理,是开始构建C和汇编程序的最佳选择。对于简单程序,可以用汇编语言轻松实现。对于更复杂的程序,C语言可以充分利用Dallas Semiconductor提供的ROM组件和软件库。这些软件库帮助您利用Keil µVision2®、SDCC和IAR 8051编译器构建应用程序。

本应用笔记阐述了如何开始使用8051 IAR Embedded Workbench™来创建DS80C400的C语言应用程序。通过一个简单的HTTP服务器演示如何使用DS80C400的ROM功能。所有开发都采用TINIm400验证模块和包含6.11A版本C编译器的8051 IAR Embedded Workbench。

从8051 IAR Embedded Workbench开始

本节阐述如何使用IAR Embedded Workbench套件创建一个C语言编写的Hello World程序,即您的第一个DS80C400 C应用程序。
  1. 安装IAR Embedded Workbench
  2. 选择File→New→Workspace,在工作空间窗口,输入workspace名称appnote
  3. 选择Project→Create New Project。在出现的对话框中,输入项目名称hellowworld,并确定选择了8051作为工具链
  4. 当左侧的项目窗口打开时,选择Project→Add Files...。在弹出的对话框中,将files of type改为汇编程序文件。添加文件Cstartup.s51,该文件可在Download的zip文件中找到
  5. 双击并打开文件Cstartup.s51。找到程序段声明RSEG CSTART:CODE:ROOT(0)。这是代码段的开始。变量段的起始地址在link51ew_400.xcl中声明。代码的开始在文件中的0x400000h进行声明。另外,应有一个DB 'TINI'行,后跟另一个DB, high(?INIT)',带有注释Target Bank。这样就可以确保应用程序对应于TINIm400 flash的起始地址
  6. 建立新文件main.c。在该文件中写入如下代码:
    #include <stdio.h>
    #include <printf.c>
    void main ()
    {
    	printf("Test program using IAR compiler");
    
    			while (1)
    			{
    }
    		}
    
    保存文件内容。通过选择Project→Add Files,然后在文件对话框中选择main.c,这样就把刚建立的文件加入到项目hellowworld中。确定加入的文件就是您建立的文件main.c;因为在默认目录中很有可能存在另一个具有相同名字的文件
  7. 同样,将文件low_level_init.s51putchar.c加入到项目中。low_level_init.s51文件包含初级DS80C400初始化程序;putchar.c文件包含将字符输出至默认控制台的初级程序
  8. 从ftp://ftp.dalsemi.com/pub/tini/ds80c400/c_libraries/iar/bin/init.zip复制ROM initialization库文件,并将其解压缩到相同目录下。将rominit.r51库文件添加到项目中
  9. 在编译Hello_World应用程序之前,我们需要配置IAR工具链来满足DS80C400的目标要求
    1. 选择Project→Options→General
      • 单击Target标签并浏览,在Derivative中选择DS80C400。将Extended stack at:对应的地址值改为0xFFDC00。这是因为IAR起始代码重新定位DS80C400硬件堆栈至0xFFDC00。对应这些设置请参考图1
      • 单击Data Pointer标签。选择Number of DPTRs = 1。这是因为由Dallas Semiconductor所提供的库文件是在该选项下产生。

      图1. 选择新的IAR 8051项目Target选项。
      图1. 选择新的IAR 8051项目Target选项。

    2. 选择Project-Options→Options→ICC8051
      • 单击Code标签。选择Optimizations下的SizeNone
      • 单击List标签。选择Output List FileOutput assembler File
      • 单击Preprocessor标签。在include路径中放入以下程序:
        $TOOLKIT_DIR$\INC\
        $TOOLKIT_DIR$\INC\CLIB
        $TOOLKIT_DIR$\src\lib
        $TOOLKIT_DIR$\src\lib\clib
        ..\include\
        
        上面最后一行是库的头文件(*.h)所处的include路径。确定头文件在上面指定的路径中。$TOOLKIT_DIR$与IAR安装路径有关(例如,c:/program files/iar systems/embedded workbench 3.n/8051)。
    3. 选择Project→Options→A8051
      • 单击List标签。选中Output List File
      • 单击Preprocessor标签,在include路径中放入以下程序:
        $TOOLKIT_DIR$\INC\
        $TOOLKIT_DIR$\src\lib
        ..\include\
        
        上面最后一行是库的头文件(*.h; *.inc)所处的include路径。确定头文件在上面指定的路径中。
    4. 选择Project-→Options→XLINK
      • 单击Output标签
        • Output file中,选择Override default,并将文本文件名改为hello_world.hex
        • Format中,选择Other,并从选项中选择Intel Extended。详情请参考图2
      • 单击List标签。选择Generate Linker Listing
      • 单击include标签,参考图3
        • 选择Ignore CSTARTUP in Library
        • 单击Override default,将文件名改为$TOOLKIT_DIR$\config\lnk51ew_400.xcl
          。 $TOOLKIT_DIR$
          与IAR安装路径有关(例如,c:/program files/iar systems/embedded workbench 3.n/8051)。确定文件lnk51ew_400.xcl和lnk_base_400.xcl在指定的路径中。可在zip文件Download中找到这些文件。
图2. 选择新的IAR 8051项目的XLINK Output选项。
图2. 选择新的IAR 8051项目的XLINK Output选项。

图3. 选择新的IAR 8051项目的XLINK Include选项。
图3. 选择新的IAR 8051项目的XLINK Include选项。

建立Hello_World应用程序。如果正确完成了每一步,建立过程应不会出现错误或警告信息;之后会在<project_dir>/debug/exe目录中产生hello_world.hex。如果你的项目配置为Release,那么hex文件将在<project_dir>/release/exe目录中产生。

现在已经生成了可执行文件,我们需要将应用程序装载到TINIm400模块中并运行。

将示例应用程序装载到TINIm400模块

本节说明如何使用Maxim/Dallas Semiconductor提供的Microcontroller Tool Kit (MTK)工具将IAR编译器生成的hex文件装载到TINIm400验证模块中。目前可用的MTK版本仅支持Windows。如果您的开发环境不是Windows®,需要使用JavaKit应用程序来装载和执行应用程序。要使用JavaKit,您必须具备Java Runtime Environment¹ (版本至少为1.2),并且安装了Java Communications API²。JavaKit工具包含在MxTNI软件开发包中。请下载MxTNI SDK。在撰写本文时,发布的最新固件版本是1.15。运行JavaKit的指导说明可在TINI SDK docs目录下的Running_JavaKit.txt文件中找到。如果您在运行MTKJavaKit时遇到问题,可能其他人已经遇到过类似问题并已在Dallas Semiconductor讨论组公布。您可以在讨论组搜索现有文章(和新发表的文章)。

在此可下载最新版本的应用程序。要安装MTK,请运行安装文件并按照提示操作。成功安装后,将会添加一个新的菜单组:Start→All Programs→Dallas Semiconductor MTK。MTK启动后,会出现图4. 所示的对话框。

图4. 启动时 MTK选项。
图4. 启动时 MTK选项。

选择TINI选项,以操作TINIm400评估板。

选择了TINI之后,会打开MTK主窗口。从Options→Configure Serial Port菜单选项中选择您用来与TINIm400通信的串口。然后,选择Tini→Tini Options 菜单,就会出现下面的对话框。选择DSTINIm400按钮,配置MTK用于和TINIm400板通讯。图5显示了带有DSTINIm400按钮的对话框。

图5. 选择TINIm400配置选项。
图5. 选择TINIm400配置选项。

选择Tini→Open COMxxxx baud菜单选项打开串口。接着选择Tini→Reset 选项复位评估板。会出现DS80C400的装载提示,如下所示:
DS80C400 Silicon Software - Copyright (C) 2002 Maxim Integrated
Detailed product information available at http://www.maximintegrated.com

Welcome to the TINI DS80C400 Auto Boot Loader 1.0.1
>
File菜单中选择Load HEX File。找到并选择我们刚才生成的hello_world.hex文件。加载程序后,有两种方法运行它。因为我们将程序加载到40区,您可以输入:
> B40
> X
要选择40区并运行那里的代码,您也可以输入:
> E
这会使ROM查找可执行代码。它查找一个标识当前区具有可执行代码的特定标签。此标签由文本'TINI'和随后的当前区号码组成,并位于当前区的0x0002地址。应用程序的起始代码采用下面几行声明该标签:
?VECTOR_TABLE:
             sjmp ?INIT
 	DB      'TINI'           ; Tag for TINI Environment 1.02c
                                           ; or later (ignored in 1.02b)
	DB      high(?INIT)      ; Target bank
注意sjmp ?INIT语句位于0x40区的0x0000地址。其后紧跟着可执行标签{ 'T', 'I', 'N', 'I', 0h},由于sjmp语句为两个字节,所以该标签地址位于0x0002处。当您键入E时,ROM从C0h区开始向下搜索可执行代码。如果您键入E时,执行了其它代码,则意味着ROM在一个比您的代码装载位置0x400000更高的地址找到了一个可执行标签。如果出现这种情况,您可能需要找到此标签的位置,并删除那个区的内容。

与ROM以及IAR ROM库接口

高速微控制器用户指南DS80C4003补充资料中说明了在汇编语言中调用ROM函数的过程。但是,在C中调用这些ROM函数会复杂一些。必须将参数从IAR C编译器的规则转换成ROM使用的规则。IAR编译器通过硬件堆栈和寄存器相结合的方式传递参数。ROM函数以多种不同方式接受参数。例如,socket函数接收存储在一个参数缓冲器中的参数。相反,许多功能函数接收由特殊功能寄存器或堆栈存储器传递的参数。为了从IAR调用方式转换为ROM参数方式,Dallas Semiconductor已经编写了访问ROM函数的库。

在您的C程序中使用ROM函数只需包含一个头文件并与相应的库文件连接即可。用于IAR编译器的ROM库包括:
  • ROM初始化程序
  • DHCP客户端
  • 进程调度
  • Sockets (TCP、UDP和Multicast)
  • TFTP客户端
  • 功能函数(CRC16, 随机数)
在撰写本文时,还没有为IAR编译器提供包括文件系统、邮件客户端和HTTP服务器之类的扩展库。请关注IAR库主页上的DS80C4004升级信息,我们会添加更多支持IAR的库。

简单应用: HTTP服务器

这里编写了一个简单的http服务器说明如何使用一些ROM库函数,特别是socket和进程调度库。该示例应用程序由两个模块组成:一个HTTP服务器和一个SNTP客户端。主程序生成一个新的子任务来运行http服务器,用于处理80端口上的客户连接。父任务每60秒会试图通过时间服务器同步当前时间。

SNTP客户端模块

以下代码实现SNTP客户端模块的核心功能。
socket_handle = socket(0, SOCKET_TYPE_DATAGRAM, 0);

for (i=0;i<256;i++)
    buffer[i] = 0;

// set a timeout of about 2 seconds

buffer[0] = 0x0;
buffer[1] = 0x0;
buffer[2] = 0x8;
buffer[3] = 0x0;
setsockopt(socket_handle, 0, SO_TIMEOUT, buffer, 200);

buffer[2] = 0;       //reset since we used this in call to setsockopt
buffer[0] = 0x23;    // No warning/NTP Ver 4/Client

address.sin_addr[12] = TIME_NIST_GOV_IP_MSB;
address.sin_addr[13] = TIME_NIST_GOV_IP_2;
address.sin_addr[14] = TIME_NIST_GOV_IP_3;
address.sin_addr[15] = TIME_NIST_GOV_IP_LSB;
address.sin_port = htons(NTP_PORT) // port number

sendto(socket_handle, buffer, 48, 0, &address, sizeof(struct sockaddr));
recvfrom(socket_handle, buffer, 256, 0, &address, sizeof(struct sockaddr));

//IAR uses little Endian for storing data, so reorganize the data before   //converting it to long
buffer[0]=buffer[43];
buffer[1]=buffer[42];
buffer[2]=buffer[41];
buffer[3]=buffer[40];

timeStamp = *(unsigned long *)(&buffer[0]);

formatTimeString(timeStamp, "London", last_time_reading_1);
formatTimeString(timeStamp - (6 * SECONDS_PER_HOUR), "Dallas",                      last_time_reading_2);

formatTimeString(timeStamp + (5 * SECONDS_PER_HOUR) + (30 * SECONDS_PER_MINUTE), "Bangalore", last_time_reading_3);

formatTimeString(timeStamp - (10 * SECONDS_PER_HOUR), "Honolulu",
last_time_reading_4);

last_reading_seconds = getTimeSeconds();
closesocket(socket_handle);
SNTP客户端模块是通过RFC 1361实现的。SNTP模块通过使用UDP协议和time.nist.gov通信,并请求一个时间标记。需注意撰写本应用笔记时还不能提供DNS查找支持,因此time.nist.gov的IP地址是人工设定的。

首先,创建一个数据包socket并分配一个大约2秒(0x800==2048毫秒)的超时。这样会保证如果和我们选中的服务器通信失败,我们不会无休止地等待响应。

接下来的一行用来设置请求选项。在RFC 1361的第3节对这些位进行了说明。0x23在一个闰秒不产生告警,要求使用版本4 NTP,并声明模式为Client。我们使用普通数据包函数sendtorecvfrom请求发送并接收响应后,将时间标记的秒赋予变量timeStamp,然后调整至参考日期1970年1月1号。用函数formatTimeString将时间标记转换成一个可读字符串,比如说"In London it is 05:33:19 on May 11, 2005"。

用函数getTimeSeconds 确定基于DS80C400内部时钟的最后一次更新时间。由于程序大约每60秒更新一次,HTML网页time.html将会使用该数值来报告上一次时间更新后已经过了多长时间。最后,关闭socket,SNTP客户端进入另一个60秒的休眠期。

简单HTTP服务器

这个时间服务器应用程序的另一个子模块为web服务器。此应用程序中的HTTP服务器实现了一个RFC 2068中描述的HTTP服务器简易版本。在我们的版本中,仅支持GET方法,忽略输入头文件,并且几乎不给出输出包头。在撰写这篇应用笔记时尚未提供文件系统库,因此示例应用程序动态地生成HTML网页。

通过调用Berkley-style socket函数来创建服务器socket。这使得建立一个服务器socket十分容易。以下代码给出我们的简易HTTP服务器的创建、绑定和接受新连接。
struct sockaddr local;
unsigned int socket_handle, new_socket_handle, temp;

socket_handle = socket(0, SOCKET_TYPE_STREAM, 0);
local.sin_port = htons(80);
bind(socket_handle, &local, sizeof(local));
listen(socket_handle, 5);

printf("Ready to accept HTTP connections...\r
");

// here is the main loop of the HTTP server
while (1)
{
    new_socket_handle = accept(socket_handle, &address, sizeof(address));
    handleRequest(new_socket_handle);
    closesocket(new_socket_handle);
}
注意当接收到一个新的socket时,这一简易应用程序不会启动一个新的线程或进程处理该请求,而是在同一进程中处理请求。任何优于该演示的HTTP服务器都会在一个新的线程中处理到来的请求,允许同时发生多个连接并能进行处理。请求处理完毕后我们关闭socket并等待下一个到来的连接。

handleRequest方法从接入的请求中解析出文件名并且验证请求方法为GET。不允许使用其它方法(即使是POSTHEADOPTIONS)。

为IAR编译器编写DS80C400汇编函数的注意事项

IAR文档提供了在8051汇编中编写程序,可从C程序中调用的方法。若8051汇编函数由IAR编译器编写的C程序来调用,在编写这些汇编语言时需切记以下几点。如果没有可用的寄存器传递变量时,会将这些变量以Little Endian顺序压入堆栈。

  1. 函数参变量传递约定
  2. 下表说明了变量的传递方式。
    Arguments Character
    8-bit values R1,R2,R3,R4,R5
    16-bit values R3:R2 or R5:R4
    24-bit (pointer) values R3:R2:R1
    32-bit values R5:R4:R3:R2

    下表显示了函数返回值的规则。
    Arguments Character
    8-bit values R1
    16-bit values R3:R2
    24-bit (pointer) values R3:R2:R1
    32-bit values R5:R4:R3:R2

    函数int foo(int x, int y,void* ptr);的变量和返回值的传递如下:



  3. 数据类型存储规则
  4. IAR遵循Little Endian存储规则。注意,IAR使用最低有效字节在前的二进制数据存储格式。

    例如,一个4字节长的数值0xDEADBEEF,将会按如下方式存储:



  5. 一个简单的汇编程序与'C'接口
  6. 本节演示如何编写一个汇编程序并用IAR Embedded Workbench与'C'程序接口。应用程序交换16位和32位字节,并将交换后的字节输出到默认的控制台。C的可调用函数原型是int ltob( int *shortptr , long *longptr)
本示例程序由两个文件组成:main.ceswap.s51main.c调用我们用汇编语言编写的示例函数ltob()。创建一个新项目,命名为endian;添加cstartup.s51low_level_init.s51putchar.c文件以及Dallas Semiconductor ROM初始化库rominit.r51。详细资料请参考上述从8051 IAR Embedded Workbench开始

用以下内容来创建一个新的main.c文件,并将该文件添加到项目endian中。在C中,必须声明一个函数,以便让编译器知道如何调用它。ltob()函数在main()之前声明。注意在成功运行后函数ltob()会返回'0',而且,如果任一指针为NULL则返回非零值。程序应向控制台输出以下结果:
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Program output:
         Set values:              int= 0xdead   long = 0x12345678
         Converted values:   int= 0xedde   long = 0x78563412
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
// program main.c
#include <stdio.h>

#include <printf.c>
#include <frmwri.c>

int ltob(unsigned int *intptr,unsigned long *longptr);

void main()
{
  unsigned long i = 0x12345678;
  unsigned int k = 0xdead;
  int err;

  printf("set values:             int=0x%x long=0x%lx
",k,i);

  err = ltob(&k,&i);

  if(err)
       printf("Error: One of the pointers is NULL
");
  else
       printf("converted values:       int=0x%x long=0x%lx
",k,i);

  while(1)
    ;
}
创建一个新文件eswap.s51,输入以下汇编代码,并将它加入到项目endian中。这个汇编程序将我们的函数ltob()声明为PUBLIC,因此它能够由'C'程序调用。ltob()的第一个参数是指针,并通过DS80C400控制器的寄存器r3:r2:r1来传递。第二个参数也是一个指针,由IAR编译器压入偏移3至5堆栈(偏移3含有最低有效字节,偏移5含有最高有效字节)。首先,函数重新找到堆栈中存储的指针(指向一个32位值),交换它所指向的值,将交换后的字节存储在相同位置。同样,16位值也被字节交换并存储在交换前的同一位置。注意,通过汇编函数来保留寄存器r6和r7。这是因为IAR编译器将这些寄存器视为永久寄存器,意味着任何函数调用都不应修改这些寄存器。
#include "reg400.inc"


r0_b0     equ 0                         ; Register bank 0 equates.
r1_b0     equ 1
r2_b0     equ 2
r3_b0     equ 3
r4_b0     equ 4
r5_b0     equ 5
r6_b0     equ 6
r7_b0     equ 7

   PROGRAM ENDIAN_SWAP

   PUBLIC ltob

   RSEG FAR_CODE:CODE:NOROOT(0)

; ********************************************************************
;
; int ltob(unsigned int* shortptr, unsigned long* longptr)
;
; ********************************************************************

ltob:

  // shortptr is in r3:r2:r1
  // longptr is in stack at offset 5

  ; get the longptr stored in the stack
  mov a,SP
  clr c
  subb a,#5
  mov b,a
  mov a,esp
  anl a,#0x3
  orl a,#0xDC       ; extended stack is at 0xff dc00
  subb a,#00        ; subtract 0x0005 to point to MSB of 2 nd argument
  mov DPX,#0xFF
  mov DPH,a
  mov DPL,b

  push r6_b0        ; save r6:r7 for the compiler
  push r7_b0

  movx a,@DPTR
  mov r4,a          ;store least significant byte of 'longptr' in r4
  inc DPTR

  movx a,@DPTR
  mov r5,a          ;store middle byte of 'longptr' in r5
  inc DPTR

  movx a,@DPTR
  mov r6,a          ;store most significant byte of 'longptr' in r6

  mov a,r4_b0
  orl a,r5_b0
  orl a,r6_b0
  jz ltob_err       ; is (longptr == NULL)?

  mov dpx,r6_b0     ; point to the memory where 'longptr' is pointing to
  mov dph,r5_b0
  mov dpl,r4_b0

  pop r6_b0         ; restore r6:r7 for the compiler
  pop r7_b0

  push dpx
  push dph
  push dpl

  movx a,@dptr      ; get the long value (in r4:r3:r2:r1) from the memory
  mov r4,a
  inc dptr
  movx a,@dptr
  mov r5,a
  inc dptr
  movx a,@dptr
  mov r6,a
  inc dptr
  movx a,@dptr
  mov r7,a
  inc dptr

  pop dpl
  pop dph
  pop dpx

  mov a,r7_b0         ; swap the long value bytes and store it in memory
  movx @dptr,a
  inc dptr
  mov a,r6_b0
  movx @dptr,a
  inc dptr
  mov a,r5_b0
  movx @dptr,a
  inc dptr
  mov a,r4_b0
  movx @dptr,a

  mov a,r1_b0        ; is (shortptr == NULL)?
  orl a,r2_b0
  orl a,r3_b0
  jz ltob_err

  mov dpx,r3_b0      ; point to a memory where the 'shortptr' is pointing to
  mov dph,r2_b0
  mov dpl,r1_b0

  push dpx
  push dph
  push dpl

  movx a,@DPTR        ; get the integer value from memory
  mov r2,a
  inc dptr
  movx a,@dptr
  mov r1,a
  inc dptr

  pop dpl
  pop dph
  pop dpx

  mov a,r1_b0         ; swap the integer bytes
  movx @dptr,a
  inc dptr
  mov a,r2_b0
  movx @dptr,a        ; bytes of an integer are swapped and stored in memory

  mov r3,#00          ; return 'success'
  mov r2,#00
  sjmp ltob_exit

ltob_err:
  mov r3,#00          ; return 'error'
  mov r2,#01

ltob_exit:

  ret

  END                 ; end of assembly program
下载:以上应用程序的源代码。

局限性以及开发问题

以下是使用6.11A版的IAR编译器时发现的局限性:
  1. IAR编译器用堆栈存储本地变量。在DS80C400中,堆栈限制为1024字节。DS80C400库的默认堆栈交换为384字节(ROM_SAVESIZE) 。如果您的程序声明了多个堆栈变量,确保该限制也适当地变化。要改变默认任务的交换大小,使用Dallas Semiconductor的task_genesis(unsigned int savesize)库或rom400_task.h中定义的task_fork(unsigned char priority, unsigned int savesize),并给savesize参数提供正确的值。
  2. printfsprintf等函数存在一些问题:只有选择了'lowest optimization level'函数才能正常工作。要选择优化等级,找到project→options→ICC8051,并选择Code标签中的'None'
  3. IAR printf, sprintf的默认库不能正常工作。要使它们正常工作,您的C程序应包含IAR提供的C文件(如#include <printf.c>)。

结论

Dallas Semiconductor为IAR编译器提供支持C程序访问DS80C400 ROM软件的函数。用C程序能够访问网栈、存储管理器、进程调度器以及DS80C400的其它许多函数。使用C语言的DS80C400微控制器开发者能够编写出更精简的应用程序,赋予系统足够的速度、能力和代码空间。Dallas Semiconductor正致力于将所有目前工作与Keil编译器的DS80C400库移植到IAR。请经常访问DS80C400 IAR库主页获得升级。

相关连接

IAR ROM库文件主页
IAR主页
Java开发套件下载
Java通信API
应用笔记609: "Internet Speaker with the DS80C400 Silicon Software"
1-Wire公共开发套件
DS80C400用户指南

¹ Java远行环境
² Java通信API
³ 高速微控制器用户指南DS80C400补充资料(English only)
4 http://files.dalsemi.com/tini/ds80c400/c_libraries/iar/index.html