При работе с толщиномером приходится обрабатывать дробные числа. В языке Assembler предусмотрена специальная библиотека для работы с числами типа float. Но мы ей пользоваться не будем, а поступим следующим образом.
Подпрограммы для работы ЦАЦ и АЦП напишем на языке C и объявим их как внешние. Для этого воспользуемся директивой
EXTRN CODE (_имя1, имя2, …,имяN).
Затем будем вызывать их из основной программы с помощью команды
Оба файла (основная программа и подпрограмма для ЦАП и АЦП) должны находиться в одной папке.
OBJECT MODULE PLACED IN kurs.OBJ
ASSEMBLER INVOKED BY: c:keilc51binA51.EXE kurs.a51
Источник: studfile.net
На распутье — Ардуино, Cи или Ассемблер?
Сначала короткая предыстория появления этого поста. Относительно давно, помигав светодиодом, захотелось сделать что-то полезное. Так появился Беспроводной программируемый по Wi-Fi комнатный термостат с монитором качества воздуха и другими полезными функциями. Как назло, в это время перестал работать мой промышленный термостат.
Программирование микроконтроллеров: Урок 4. Язык программирования (Assembler)
Меня выручил еще сырой макет, наспех спрятанный в картонную коробочку. За время отопительного сезона напрягал лишь один недостаток прототипа – это необходимость таскать по квартире удлинитель 220В и кабель, который всегда путался под шваброй ногами . Поэтому решил сделать нечто похожее, но автономное, притом, с питанием от батареек, как в серийном образце.
Понятно, что на потреблении устройства в целом сказывается слишком много факторов таких, как энергопотребление подключенных модулей, потребление самого контроллера, который управляет периферией, не последнюю роль тут играет оптимальное построение самого кода и алгоритм работы устройства.
Приступая к задаче, для меня было очевидно одно – вряд ли программы промышленных автономных устройств составлены на платформе Arduino IDE. Где все спрятано в громоздкие тяжеловесные библиотеки, а простые коды (скетчи) занимают в редакторе несколько десятков строк, делая работу в этой среде комфортной и не требующей особых усилий. Уточню сразу – дальше речь о выборе языка программирования между Ардуино, Си или Ассемблером. «Язык Ардуино»- это сленг для краткости. Нет такого языка программирования. Если увидите тут и дальше «язык Ардуино», то — это «Arduino IDE — интегрированная среда разработки для Windows, MacOS и Linux, разработанная на Си и C ++»(Википедия).
В начале пути меня оптимистично настроила статья Почему многие не любят Arduino. Ниже, для наглядности, картинка оттуда с кодом «мигалки».
Пример слева написан в платформе Arduino IDE, а справа — работа непосредственно с регистрами. Скетч выглядит несколько компактней, чем та же «мигалка», но с использованием регистров.
Программа на С с линковкой функций на ASM
На изображении ниже — компиляция кода «мигалки» на Ассемблере. Как видно, былая компактность испарилась – количество строк в 3 раза больше, чем в Ардуино.
Итак, с 2 картинок выше видно – размер памяти, занимаемой в контроллере кодом «мигалки» одним светодиодом, написанным в платформе Ардуино, составляет 1030 байт, на Си – 176 байт, на Ассемблере – 42 байта.
Теперь взглянем на более сложный код. Поскольку в своих проектах использую модуль давления-температуры BMP280, составил код барометра-термометра на Си, чтобы заодно была какая-то польза.
барометр-термометр на Си
/* На распутье — Ардуино, Cи или Ассемблер? https://habr.com/ru/post/547752/ */ #include #include #include #include «bmp180/bmp180.c» #include «uart.c» #include #include #include #include «nokia/nokia5110.h» int main(void) < serial_init(); DDRD |= (1 return 0; >
В проект входят следующие компоненты: контроллер ATMEGA328P, модуль давления-температуры BMP180 и дисплей Nokia 3110. ATMEGA328P принимает инфу с датчика BMP180 и после преобразований отображает ее на дисплее Nokia 3110, затем спит.
Сон задается сторожевым таймером Watchdog. Проект собирается в Atmel Studio 7 и эмулируется в Proteus 8 Pro. Этот проект Atmel Studio был создан для отладки кода в Proteus’e. В библиотеке Proteus 8 Pro модуля BMP280 нет, поэтому пришлось составить код с включением BMP180. Светодиод в коде — для наглядности, чтобы придать динамику статичной картинке.
Ниже — электрическая схема устройства. При монтаже схемы обращайте внимание на функциональное назначение выводов контроллера и модулей. Подключение кварца — XTAL1, XTAL2 (ATMEGA328P). Уточню, схему барометра-термометра на BMP180 я «в железе» не собирал, поэтому тут могут проявиться проблемы, которые не видны при эмуляции в Proteus’e.
Для скачивания zip-файла проекта в Atmel Studio 7 перейдите по ссылке – тут все виртуальные проекты и коды программ из этой публикации.
Файлы прошивок *.hex находятся в папках Debug соответствующего проекта Atmel Studio 7. В архиве есть проект барометра-термометра на BMP280. Его электрическая схема такая же, как и у барометра-термометра на BMP180. Проект успешно собирается в Atmel Studio 7 и работает «в железе». Для работы «в железе» пришлось внести изменения в строке #define BMP280_ADDR 0x77 файла библиотеки bmp280.c, а именно: заменить начальный адрес 0x77 на 0x76. Не забудьте сделать эту корректировку, если будете использовать в своих проектах код барометра-термометра на BMP280, с подключенной библиотекой bmp280.c.
Ниже — код этого же барометра-термометра в платформе Arduino IDE. Естественно, с другими библиотеками.
барометр-термометр в Arduino IDE
/* На распутье — Ардуино, Cи или Ассемблер? https://habr.com/ru/post/547752/ */ #include #include #include #include #include //https:esp8266.ru/forum/threads/esp8266-5110-nokia-lcd.1143/#post-16942 #include //https:esp8266.ru/forum/threads/esp8266-5110-nokia-lcd.1143/#post-16942 Adafruit_BMP280 bmp280; float Press, Tin; //давление, температура Adafruit_PCD8544 display = Adafruit_PCD8544(5, 7, 6); void setup() < Serial.begin(9600); display.begin(); // display.clearDisplay(); display.setContrast(60); // установка контраста while (!bmp280.begin(BMP280_ADDRESS — 1)) < Serial.println(F(«Could not find a valid BMP280 sensor, check wiring!»)); delay(100); >> void loop() < // измерение температуры, давления Tin = bmp280.readTemperature(); Press = bmp280.readPressure() / 133.3; Serial.println(«Temperature: » + String(Tin) + «*C»); Serial.println(«Pressure: » + String(Press) + «mm Hq»); display.clearDisplay(); //давление, мм рт.ст. < display.setTextSize(1); display.setCursor(20, 5); display.println (Press, 0); // нет знаков после запятой display.setCursor(41, 5); display.println(«mmHq»); >//температура, *C < display.setTextSize(2); display.setCursor(15, 20); display.println (Tin, 1); // один знак после запятой display.setCursor(66, 20); display.println(«C»); >display.display(); LowPower.powerDown(SLEEP_8S, ADC_OFF, BOD_OFF); >
Ресурсы, потребляемые программой барометра-термометра на Си и в Arduino IDE наглядно показаны на картинке:
Как видно, эти примеры потребляют 5954 байт (С) и 12956 байт (Arduino IDE) в Flash. Соотношение изменилось с 6-ти раз для «мигалки» до 2-х с небольшим. К сожалению, линейной зависимости нет – чем объемней код, тем меньше соотношение размеров памяти Ардуино к Си. В идеале на этой картинке должен присутствовать 3 столбец с кодом на Ассемблере, но такого кода в Интернете я не нашел, а составить код самому мне пока не под силу.
Попутно замечу, что использование компилируемых в Arduino IDE библиотек и функций на С/С++ особо имеет смысл в тех случаях, когда размер занимаемой памяти превышает или близок к размеру памяти контроллера. Мне, например, часто удается уходить от предупреждения: Недостаточно памяти, программа может работать нестабильно.
Теперь посмотрим еще один вариант – это цифровой термометр-гигрометр на AM2302 (DHT22), ATtiny13 и MAX7219, код которого составлен на Ассемблере.
Автор статьи задался целью разработать простой термометр-гигрометр выполненном на одном из самых «маленьких» микроконтроллеров — ATtiny13 с весьма скромными характеристиками – 1Кб программной памяти, 64 байтами ОЗУ и 5 интерфейсными выводами. Он решил эту непростую задачку, выбрав Ассемблер, заодно вспомнив те далекие времена, когда код можно было составлять на низкоуровневых языках, используя машины типа ZX-Spectrum.
Ниже скриншот со сборкой данного кода в Atmel Studio 7.
Код устройства на Ассемблере занимает 738 байт памяти в контроллере. Безусловно, программа барометра-термометра, о котором шла речь выше, будь ее код составлен на Ассемблере, заняла бы больше места. По нескольким причинам — в схеме реализовано управление дисплеем Nokia3110 по интерфейсу SPI (это 5 линий связи, тут – 3), связь с датчиком BMP280 осуществляется по протоколу I2C (2 линии, тут – 1) и дополнительные символы, которые позволяют не гадать – температура это или другой параметр.
Из того, что я нашел в Интернете, можно утверждать, Ассемблер даст выигрыш в размере кода для относительно больших проектов процентов 10-20 по сравнению с Си. Но надо учитывать, что в больших проектах Си может уменьшить размер кода за счёт лучшей оптимизации.
Код Ассемблера выполняется практически на машинном уровне: один цикл – одна команда. В качестве аргумента приведу пример из справочника по командам ассемблера AVR. Установка бита в регистре ввода/вывода — SBI A, b. Эта команда устанавливает заданный бит в регистре ввода-вывода. На выполнение этой операции контроллерами megaAVR потребуется 2 цикла и на tinyAVR, XMEGA — 1 цикл. Для схемы с контроллером ATtiny13 и резонатором 9,6 МГц выполнение команды займет один цикл, то есть 1/9600000 Гц = 0,104 мксек.
Выполнение похожей операции на языке Си, например, задать состояние порта — PORTB = 32; займет в этой же схеме не меньше времени. А о Ардуино и говорить нечего – там придется выполнить объемную функцию void digitalWrite(uint8_t pin, uint8_t val);. Подробно о размерах кода в Си и Ардуино читайте тут.
Поэтому разработчики простых в управлении серийных продуктов (холодильник, кофеварка без наворотов, другое — оглянитесь вокруг себя дома), как правило, пишут коды на низкоуровневых языках. С тем, чтобы разместить программу в контроллере с меньшей памятью. Тут работают законы экономики — контроллер с меньшими ресурсами стоит дешевле, следовательно себестоимость изделия становится ниже.
Теперь о энергосбережении немножко издали. Вспомним, что код Ассемблера выполняется на машинном уровне: один цикл – одна или несколько команд. в зависимости от типа контроллера. Это — десятые доли микросекунды. То есть, на выполнение программы с размером несколько десятков байт уйдут единицы-десятки микросекунд.
Дальше контроллер бесконечно будет крутить этот набор «0» и «1», затрачивая энергию на перезаряд емкости затворов сотен полевых транзисторов, на которых построен кристалл контроллера, а также чтение и записи данных в его память. Длительность периода повтора будет зависеть только от размера кода в памяти контроллера, неважно на каком языке он составлен. Просто на Assembler’е он будет наименьшим, а в Arduino IDE – наибольшим. Соответственно, период цикла для кода на Assembler’е – наименьший, в Arduino IDE – наибольший.
Уменьшить эти затраты можно остановив процессор или программно уменьшив частоту его работы. В Ассемблере переход в «спящий» режим сна выполняет функция управления контроллером SLEEP. В других можно использовать функцию WDT (WatchDog Timer), а в Ардуино еще и функцию LowPower.powerDown (SLEEP_1S, ADC_OFF, BOD_OFF), заодно отключив все лишнее, что не используется в конкретной задаче.
В эффективности этой функции сможет убедиться каждый, заменив в скетче «мигалки» (скетч — на картинке вначале статьи) функцию отсчета времени delay(1000); этой функцией и включив в разрыв питания контроллера амперметр. Да, не забудьте подключить библиотеку LowPower.h. На Си это сделал автор этой статьи. Ток в цепи питания attiny13a с паузой — 1,5мА, со сном — 240мкА. Потребление в 6(!) раз меньше.
Допустим, вы намерены собрать барометр-термометр и задумываетесь о энергосбережении. Понятно, что давление/температура в заданной разрядности не изменятся за несколько минут, которые для контроллера целая вечность. Ему можно выделить это время для сна.
После сна он снова выполнит свою работу: примет информацию с датчика, преобразует в понятные для человека циферки и выведет все это на дисплей. И в таком режиме «работа-сон» он будет крутиться, пока не сядут батарейки. Объем «работы» контроллера, вернее время, которое контроллер будет занят выполнением работы, зависит от того, на каком языке составлена программа барометра-термометра. Если есть возможность загрузить в контроллер код на выбор – ArduinoIDE, C, Assembler, с одинаковым временем «сна», то в каком из трех предложенных вариантов батарейки сядут раньше (позже)? Мой ответ – ArduinoIDE (Assembler).
Так куда же идти? На мой взгляд, для любителей, как я, – это платформа Arduino IDE с низкоуровневыми вставками. Тем же, кому тесно в Arduino IDE, — в С. Хотя коды на С можно оптимизировать иногда до размеров не намного больше, чем в Assembler’е, все-таки для понимания работы контроллера стоит напрячься и освоить азы Assembler’а. Ведь полезность знаний – это аксиома.
Спасибо за внимание. Всего наилучшего!
Ссылки по теме
- Превращаем Arduino в полноценный AVRISP программатор, HWman
- Почему многие не любят Arduino, HWman
- Atmel Studio (видео)
- PROTEUS 8 для начинающих (видео)
- Код blink в формате *.asm на github
- Простой цифровой термометр/гигрометр на AM2302 (DHT22), ATtiny13 и MAX7219, kdekaluga
- Справочник по командам ассемблера AVR
- AVR — Power management или как правильно спать
- Реальная правда о Программистах ненавидящих Arduino, free_arduino
Источник: habr.com
Что лучше выбрать для программирования микроконтроллеров C или Assembler?
Я создал свою схему работы инвертора, на бумаге все готово, осталось только собрать, однако я столкнулся со следующей проблемой-скоростью работы программы, и тут я понял, что обычное ардуино не подойдет, т.к слишком медленное исполнение написанного кода. Суть программы такова — мне нужно быстро замерять силу тока в цепи и выдавать определенные значения выходного сигнала на транзисторы. Какой ЯП лучше подойдет под эту цель: C, Assembler или какой-то другой?
Отслеживать
13.6k 12 12 золотых знаков 43 43 серебряных знака 72 72 бронзовых знака
задан 20 фев 2021 в 19:46
49 5 5 бронзовых знаков
Какой контроллер?
20 фев 2021 в 20:03
gbg, atmega 328p, armega8 также есть
20 фев 2021 в 20:17
Если есть возможность, то C++.
21 фев 2021 в 7:28
Рассмотрите использование Zephyr Project (это до некоторой степени POSIX-совместимая RTOS), тогда ваши програмки превратятся во что-то более ли менее простое на Си).
1 мар 2021 в 15:33
2 ответа 2
Сортировка: Сброс на вариант по умолчанию
Индустриальный вариант — использование сочетания C/asm в общей связке. Для тех участков кода, где время критично, можно выкатить дизассемблер горячего места и посмотреть, что там наворотил компилятор.
Альтернативно, можно вставить в программу кусок чисто в асм.
Однако, такая эквилибристика между языками потребует отличного знания как стандарта языка C и опций компилятора, так и ассемблера — вместо поиска одной проблемы, у вас будет сразу две — в C и в asm.
Так что если ваше C-кунгфу еще недостаточно сильно, выбросьте его из уравнения и сосредоточьтесь на ассемблере, благо у AVR аритектура прямолинейна и дубова.
Важно также понимать, что на процессорах без SIMD, кэшей, конвейеров, и прочих наворотов взрослых Пентиумов и Core, написание на ассемблере дает возможность получить код с предсказуемым и гарантированным временем исполнения — можно просто посчитать машинные инструкции и свериться с табличкой в даташите под названием «Количество тактов, потребное для выполнения инструкций»
Отслеживать
13.6k 12 12 золотых знаков 43 43 серебряных знака 72 72 бронзовых знака
ответ дан 21 фев 2021 в 6:58
22.1k 2 2 золотых знака 32 32 серебряных знака 52 52 бронзовых знака
Некоторые вещи в принципе на Си сделать нельзя (думаю это относится к 90+% современных микроконтроллеров с высокой разрядностью шины).
1 мар 2021 в 15:30
Дело в том что конкретно в вашем случае всё просто вопрос в быстродействии, в идеале С+Ассемблер в критически важных местах. Asm или C — оба довольно близки к железу. К примеру я поступил следующим образом.
Накупил на алиэкспрессе горсть Attiny13a, рассыпуху, раздичных переключателей, мелочевки, светодиодов, макетных плат, несколько AVRASP почему attiny13a? потому что проще некуда, простенькая в освоении, дешевая. И начал буквально с азов, с понимания что такое p-n переход, как устроенны микросхемы, процессоры, начал с железа.
Изучил датащит тини13 от корки до корки, там и англ парралельно подтягивал, что вобщем то нужное в нашем деле. Ну и поскольку я так дотошно начал со всем разбираться, было решено так же поступить и с языком, было решено учить asm. В целом, нужно понимать, что современные языки всё выше и выше, всё дальше от железа, AVR что уж там греха таить, постепенно отходят уступая место STM32.
Поэтому мне хотелось отдать дань уважения 8 битным уходящим в закат AVR и понять суть, философию работы блоков, регистров, портов, интерефейсов на уровне железа, то как это взаимодействует между собой. Это потрясающе, завараживает, в каком то смысле это словно магия, волшебство, потрясающе осознавать что на таком крохотном кристалике столько разных блоков, которые взаиможействуют между собой, а ты будто волшеблик пишешь заклинание(код).
И ASM как нельзя к стати даёт прочувствовать как же всё устроено, как всё работает. На ASM вы буквально за ручку водите микроконтроллер от команды к команде, от порта к регистру, от трегистра к стеку, вы знаете что происходит в каждом такте, полный контроль, люблю контроль. К тому же это не так уж и сложно, даже напротив — ASM довольно таки интересен.
Советую очень хорошую книгу для начинающих, написанную очень доступно и понятно (Мортон Д. — Микроконтроллеры AVR. Вводный курс). Что уж там греха таить, по началу спалил и залочил не правильными фьюзами пару тройку камней, но это attiny13a, при его стоимости не так жалко. Ну а потом начал учить С, к слову в процессе изучения.
В идеале это С код, но в моментах где нужно очень ответственно проследить выполнение того или иного участка, там где нужна 100% контроль, безотказность, надежность, вот там очень камельфо делать ассемблерные вставки. Если говорить о скорости, то она вобщем то одинаковая, с поправкой на ветер в пользу ASM который естественно на чуточку где то там будет и быстрей. ОДНАКО! если говорить о читаемости, скорости разработки, хоть какой то там переносимости, то тут С конечно же впереди. Вы конечно же можете не занудничать как я, к примеру возьмите сразу мегу328, изучите asm хотя бы поверхностно, да бы понять суть, философию, хотя бы светодиодиком поморгайте по крассике, напишите свой delay, как фообще та задержка то формируется разберитесь))), это очень интересно, это вам не delay(1000); В любом случае, на сколько я понял вас не устроила ардуина, это радует, это уже отлично, на верном пути, а C или ASM это уже другой вопрос, и как по мне кодить удобней, читабельней и комфортней на С, но когда нужно пройти ооочень важный момент — делаем ассемблерную вставочку. Удачи!
Отслеживать
ответ дан 21 фев 2021 в 4:32
19 2 2 бронзовых знака
Ответ нормальный, но вы бы отформатировали текст, разбив его на параграфы, да исправили синтаксис с пунктуацией (внизу, под ответом есть «Править» ), а то ведь вконец заминусуют.
Источник: ru.stackoverflow.com