Lektion 3

1. Lektion 3 C för enchipsdatorer: Programstruktur och Kompileringsprocess

2. Agenda • Laboration 1 • Exempelprogram med flera filer • Kompileringsprocessen (PICC) • Steg • Filer • Interrupt • Funktionsdefinition • Assembler i C-program • Olika metoder

5. Kompilatorns funktion • Kompilatorn • Detekterar syntaktiska and semantiska fel i källfilerna, • Producerar ingen exekverbar kod förrän felen är rättade • PICC kompilatorn skapar en exekverbar fil (*.hex, *.bin) • Av C filer (*.h, *.c) som tillhandahålls

6. Funktioner i kompilatorn (PICC) • När ett program kompileras • Flera olika applikationer involverade • Kontrolleras av ”command-line driver” (CLD) picl.exe • CLD läser programmerarens inställningar för att bestämma vilka av applikationerna som skall exekveras och vad dessa skall ha för inställningar • Termen kompilator (compiler) omfattar alla applikationer som är involverade i kompileringsprocessen (dvs. komplett transformering från indata till utdata från kompilatorn) • Andra definitioner av kompilatorn kan omfatta stegen fram till linker • Kompilatorns applikationer använder olika stöd-filer för att lagra inställningar och information som används under kompileringen (kompileringsprocessen)

7. Projekt och konfigureringsinställningar • CLD integrerad i MPLAB • Kan spara och ändra kommandoradsargument via MPLAB build options • Kompilatorn läser även en chip info fil, .ini, som anger hur minnet är arrangerat i olika chip • Ex: C:\Program Files\HI-TECH Software\PICC-Lite\9.50\datpicc-lite.ini.

8. Indata till kompilatorn • Indata-filer (PICC manual)

9. Indata-filer • C-filer måste ha filändelsen .c (används av kompilatorn för att bestämma filtyp) • En header-fil innehåller programrelaterad information, men skapar normalt inte direkt exekverbar kod. • Innehåller vanligtvis deklarationer (i motsats till definitioner) av funktioner och datatyper • Inkluderas I C filerna av ett preprocessor direktiv #include • Ingen namnrestriktion, men konvention med filändelsen .h • Inkluderade filer förutsätts ha ej exekverbar kod • Skall man inkludera filer med exekverbar kod skall dessa ha en .c filändelse • Undvik att inkludera exekverbara filer I andra (ej vanligt, strukturen med ej exekverbara #include filer förstörs)

10. #include-filer • HI-TECH kompilatorn innefattar flera olika .h filer som sparas I ett speciellt bibliotek I distributionen • Ex pic1684.h • Normalt placeras användarens .h filer I samma bibliotek som källfilerna .c • Alternativt kan de läggas I ett bibliotek där sökvägen specificeras med -I (include path) inställningen under build options

11. Sökväg till #include-filer Ex: utils.h ligger på följande plats

12. Assembler-filer • En assembler-fil innehåller processorspecifika mnemonics för programmet som kompileras • Skapade från C-filer • Handskrivna specialrutiner • Måste vara kompatibla med Hi-Tech assembler som är en del av kompilatorn • ”Bör” undvikas för att öka portabiliteten av programmet • Måste ha .as som filändelse • Kan listas i valfri ordning I kommmandoraden, eller insatta i dialogruta tillsammans med C filerna

13. Objekt-filer och biblioteks-filer • Kompilatorn kan även ta emot förkompilerade objekt-filer • Måste ha .obj extension. • Kan läggas till I valfri ordning I kommandoraden, eller i MPLAB projektfönster • Lägg inte till namn på objekt-filer som kompilerats av källfiler I samma projekt, endast förkompilerade objekt-filer som inte har någon motsvarande källfil • Ofta använda programrutiner kan kompileras till en biblioteks-fil • Lättare och snabbare att hantera för kompilatorn • Kompilatorn accepterar dessa som andra källfiler • Filändelsen .lib

14. C-filer • C-filer kräver mest arbete av kompilatorn • För varje C-fil produceras en listfil av applikationen CLIST • Innehåller C-filerna med radnummer

15. Stöd-filer • Stöd-filer produceras mellan de olika stegen kompileringen

16. Kompileringssteg • Preprocessor • Parser • Kodgenerator • Assembler • Linker

17. Kompilatorn: Filer och applikationer

18. Preprocessor • Steg 1 i kompileringsprocessen, förbereder filerna för kommande uppgifter • Inputs • C och include-filer (.h) • Funktioner • Tar bort kommentarer och multipla tomrum (ex. tabbar ) • Exekverar preprocessor direktiv I källfilerna (#define, #include) • Preprocessor filer • Intermediate output filer • Utdata från preprocessor ses normalt inte om inte –PRE inställningen är vald, i detta fall kan utdata skrivas till en fil • C preprocessade filer (.pre) • Output • Preprocessor output

19. Output Preprocessor • Output från preprocessor är C-kod • Kallas för modul eller översättningsenhet • #1 main.c raden indikerar filnamn och radnummer I källfilen • Kommentarer och makrodefinition är borta men tomma rader är kvar för att hålla radnummer information intakt

20. Parser • Input • Preprocessor output • Funktion • Scannar koden för att upptäcka fel och ovanliga konstruktioner • Skapar inga intermediate filer • returnerar syntax and semantiska fel, samt varningar för ovanlig kod • Output • Parser output

21. Kodgenerator • Inputs • Parser output (godkända filer från preprocessor) • Chip info-fil (.ini) • Funktioner • Konverterar output från parsern till assembler ASCII mnemonics • Kodoptimering (optional) • Intermediate output filer • Assemblerkod ASM-fil (.as) • Symbolic Debug-fil(.sdb) • Output • Kodgenerator output

22. Kodgeneratorns funktion • Detta är första steget som är processorspecifikt • Alla HI-TECH preprocessors och parsers har samma namn och är I stort sätt identiska medan • Kodgeneratorn har ett specifikt processorbaserat namn till exampel CGPIC, eller CG51. • Kodgeneratorn använder en uppsättning regler (productions) för att skapa assembler-koden • Om ingen matchning/subproduction kan hittas kan inte kodgeneratorn producera någon kod och ett felmeddelande skrivs ut • Detta betyder att C koden var giltig men att kodgeneratorn inte hittade några productions som kan matcha uttrycket • Vanligtvis är det ungefär 800 productions I en full kodgeneratoor • Kodgeneratorn utför även optimering I olika stadier • global optimization: Utförs på output från parsern, allokerar bl.a. variabler till register när det är möjligt • Assemblerfilerna är de första som refererar till psects, program sections. Kodgeneratorn genererar psect directiv där kod och data skall läggas

23. Assembler • Input • Kodgenerator output • Funktion • Konverterar assembler ASCII mnemonics till binär maskinkod • Intermediate output filer • List-filer (.lst) • Output • Objekt-filer (.obj)

24. Assemblerns funktion • Assemblern är specifik för varje kompilator och har ett processorspecifikt namn ex. ASPIC or ASXA. • Assemblerkoden innehåller även assembler directiv som kommer att exekveras av assemblern • Vissa av dessa definerar ROM baserade konstanter andra definerar psects medan andra deklarerar globala syimboler • Assemblern kan även föregås av en optimering, kallad peephole optimization. • Peephole optimization görs separat för assemblerkod för varje funktion • Utdata från assembler är en objekt-fil • Formatterad binär-fil som innehåller maskinkod och annan information relaterad till den modul som den genererades ifrån • Objektfiler finns I två grundtyper • Relokerbara • Absoluta • Även om båda innehåller binär maskinkod har inte relokerbara objektfiler adresserna specificerade

25. Output assembler • Objektfiler som produceras av assemblern följer ett format som är standard för alla HI-TECH kompilatorer • Innehållet är dock maskinspecifikt • Om -ASMLIST inställningen var specificerad kommer assemblern att generera en assembler list-fil som innehåller både den ursprungliga C-koden och assembler-koden som genererades för varje rad i C-koden

26. Kompileringstegen före linker • Stegen: • preprocessor, parser, kodgenerering and assembler, utförs fil för fil för varje C-fil som körs • Fel i koden rapporteras när de detekteras • Om en fil inte kan kompileras beroende på ett fel så kommer kompileringen att stoppas för denna, och istället fortsätta med nästa fil som står i tur • Assembler-filer behöver inte lika mycket arbete men de måste assembleras • Kompilatorn kommer att skicka varje fil med .as ändelse direkt till assemblatorn, såvida inte inställningen -P (Pre-process assembler files) är använd. Då tillåts preprocessor direktiv användas I assemblerkod • Utdata från preprocessorn går i detta fall till assemblern • Objekt och biblioteks-filer som skickas till kompilatorn är redan kompilerade och används inte förrän I link-stadiet

27. Linker • Input • Objekt-filer (.obj) • Biblioteks-filer (.lib) • Funktion • Kombinera alla objekt och biblioteksfiler till en fil • Alla objektfliler från kompileringen plus externa och interna objekt och biblioteksfiler • Mappar relokerbara objekt till absoluta adresser • Intermediate output filer • Map-fil (.map), detaljerad information om positionen av psects och addresser till symboler • Symbol-fil (.sym), ASCII baserad fil som innehåller information om hela programmmet. Innehåller absoluta adresser eftersom denna fil genereras efter link stadiet • Debugging-fil (.cod) • Output • Executable • (.hex, .bin)

28. Linker output • Objekt-filen som produceras av HLINK innehåller all information som behövs för att köra programmet • Nu måste det transformeras till ett format som kan skickas till processorn • OBJTOHEX producerar filen med formatet som användaren har specificerat. • Det finns flera standarformat för detta • The Motorola HEX (S record) or Intel HEX • Innehåller även checksumma för kunna verifiera att överföringen skett utan fel . Formaten innehåller address information som möjliggör att de områden som inte används kan utelämnas från filen. • Kan ge ett mindre fomat då endast de använda adresserna behöver anges • I vissa fall kan andra filer produceras • CROMWELL, ”reformatter”, exekveras för att producera andra filer. Ex. med PIC kompilatorn läsa in HEX-fil och SYM-file och producera en COD-fil.

29. OBJTOHEX output

30. Exempel Linker options

31. Interrupthantering i C • Interrupt kan hanteras utan assemblerkod • Funktion kan använda kvalificeraren interrupt som anropas vid hårdvaruinterrupt • Hanteras annorlunda jämfört med andra funktioner • En interrupt funktion måste deklareras av typen interrupt void och kan inte ha parametrar • Kan inte anrropas från c-kod men kan anropa andra funktioner • Exempel på interrupt funktion (funktionsnamnet tc_int är oväsentligt) • long tick_count; • void interrupt tc_int(void) • { • ++tick_count; • } • Endast en interruptfunktion i midrange PIC:ar, interruptvektorn pekar på denna funktion • PICC Lite kompilatorn avgör vilka register och objekt som behöver sparas • In-line assembler i interruptfunktionen kan däremot kräva att register sparas

32. Assembler i C-kod • #asm and #endasm direktiven kan användas för att starta och avsluta ett block av assemblerinstruktioner i C-kod • asm() direktivet kan användas för att lägga in en enstaka assemblerinstruktion • unsigned char var; • void main(void) • { • var = 1; • #asm • rlf _var,f • #endasm • asm("rlf _var,f"); • } • Se upp med att assemblerkoden inte stör kompilatorgenererad kod, använd -S option för att studera kompilatorgenererad kod • Viktigt: #asm and #endasm är syntaktiskt inte del av c-programmet och följer därför inte normala C-flödeskontrollregler • Använd inte detta vid villkorsatser, det kan orsaka oväntade beteenden • Använd i dessa fall endast asm("") formen som tolkas som ett C-statement och följer C-flödeskontrollregler