kursC_czesc018.pdf

Programowanie

P r o g r a m o w a n i e p r o c e s o r ó w

w j z y k u C

cz 18 – podsumowanie

Wykonywanie

dalekiego skoku

Do tej pory nauczylimy si wykorzystywa

instrukcje goto. Instrukcja ta ma jednak to do

siebie, e umoliwia skok tylko we wntrzu

funkcji. ANSI C posiada mechanizm, który

pozwala na wykonywanie skoków w obrbie

caego programu. Oferowany mechanizm jest

bardzo wygodny w szczególnych przypad-

kach.

Wyobramy sobie sytuacj, e wywouje-

my funkcj transmisji ramki danych, która

wielokrotnie wywouje funkcj transmisji baj-

tu jako dwóch bajtów ASCII, wywoujc

dwa razy funkcj transmisji jednego znaku.

Teraz pojawia si, problem: z jakiego powo-

du znak nie moe by wysany. W jaki sposób

wykryjemy powstanie bdu? Konieczne b-

dzie sprawdzanie wystpienia bdu w kolej-

nych funkcjach: Funkcja wysyania znaku

zwróci bd, wykryje to funkcja wysyania

bajtu w formacie ASCII i przekae do funkcji

transmisji ramki, która wreszcie zwróci bd

do funkcji wywoujcej.

Troszk to zamotane? Tak wanie powin-

no brzmie. Wszystko wyjani rysunek 72.

Opisana przed chwil droga to przejcie naj-

pierw po czarnych a póniej po czerwonych

strzakach. Zobacz jednak, e zaznaczyem

te du niebiesk strzak. Omija ona

wszystkie porednie sprawdzenia wy-

stpienia bdów. Jest to duo ele-

gantsze rozwizanie. Dodatkowo jest

bardziej efektywne, poniewa omija-

my cige sprawdzanie wartoci

zwracanych przez funkcje poredni-

czce w transmisji.

Moliwo wykonania takiego

skoku daj nam funkcje setjmp oraz

longjmp. Wyjanienie zasady ich

dziaania znajduje si w odpowied-

niej ramce. Jeli zawarte tam wyja-

nienie pozostawia jakie niejasnoci,

zobacz kod na listingu 238. Listing

ten, dla przejrzystoci pozbawiony

jest wielu elementów. Korzystamy

z naszej biblioteki obsugi LCD, któ-

r rozbudowalimy o funkcje pisania.

Funkcja DrawLine_P , przedstawiona

na listingu 239, ma za zadanie wypi-

sa informacj w linii i przesun we-

wntrzny „kursor” na lini nastpn.

Na listingach brakuje funkcji befo-

re_main, której zadaniem jest wcze-

nie pamici zewntrznej.

Spróbujmy razem przeanalizowa dziaa-

nie programu. Funkcja main dokonuje stan-

dardowej inicjacji. Wypisujemy na pierwszej

linii wywietlacza sówko „START” – wiemy

Listing 238 Przykad wykorzystania dalekiego skoku

void funkcja_2( void )

{

DrawLine_P(PSTR( „f2 - start“ ));

longjmp(err_jmp, 33 );

DrawLine_P(PSTR( „f2 - end“ ));

}

void funkcja_1( void )

{

DrawLine_P(PSTR( „f1 - start“ ));

funkcja_2();

DrawLine_P(PSTR( „f1 - end“ ));

}

// START

int main( void )

{

int ret ; // warto zwrócona przez setjmp

// Inicjacja wyprowadze, SPI oraz wywietlacza

(...)

Rys. 72 Propagacja bdów w

kolejnych wywoaniach funkcji

// Czyszczenie wywietlacza

lcd_Cls( 0x03 );

DrawLine_P(PSTR( „START“ ));

// Miejsce gdzie wróc wywoywane funkcje

ret = setjmp(err_jmp);

if (ret != 0 )

{

// Wypisuj informacj o bdzie

lcd_Printf( 0 , g_linia* 8 , PSTR( „Error: %d“ ),

0xfc , 0 ,

LCD_TM_FLASH | LCD_TM_TRANSPARENT , ret );

++g_linia;

lcd_Update();

} else

{

// setjmp wanie ustawio adres powrotu

funkcja_1();

}

ABC... C

setjmp i longjmp – jak to dziaa

DrawLine_P(PSTR( „END“ ));

powrót z funkcji zwizany jest z wykonaniem skoku, zwraca-

na warto równa jest wartoci podanej jako drugi parametr

funkcji longjmp.

Co wane, skok longjmp moe odbywa si tylko

wstecz. To znaczy, e ustawienia zapisane w buforze s wa-

ne tak dugo, jak funkcja, która je ustawia, nie zostanie za-

koczona. Zakoczenie nastpuje przez wykonanie instrukcji

return albo wykonanie skoku przez longjmp . Jest to zwiza-

ne z tym, e jeli wskanik stosu zostanie przesunity poniej

pozycji zapamitanej poprzednio, dane w nim zawarte mog

zosta nadpisane i nie bd prawidowe.

Uwaga: pewien problem dotyczy zmiennych automa-

tycznych (wewntrznych zmiennych funkcji, przechowywa-

nych w rejestrach). Jeli zmienimy zawarto takiej zmiennej

midzy wywoaniem funkcji setjmp a longjmp , jej zawar-

to moe by nieokrelona. Nie sposób okreli, czy zmien-

na ta jest w rejestrze, którego kopia znajduje si w jmp_buf ,

czy na stosie, odoona tam ju po zmianie.

Przykad: listing 238

for (;;) {}

return 0 ;

Dwie tytuowe funkcje, zdeklarowane w pliku <setjmp.h>

umoliwiaj wykonywanie skoków przez cay program. Ska-

kanie to wykonuje si w do specyficzny sposób. Obie funk-

cje korzystaj ze specjalnej zmiennej typu jmp_buf. Wywo-

anie funkcji setjmp zapisuje do niej aktualny stan procesora.

Obejmuje to rejestry, które nie s odtwarzane przez wywoy-

wan funkcj (s to rejestry r2-r17

}

oraz r28 i r29

– patrz

Listing 239 Pomocnicza funkcja wypisania linii

cz 12 ), rejestr SREG

oraz aktualn pozycj wierzchoka

stosu.

Póniejsze wywoanie funkcji longjmp, przy podaniu

jako pierwszy parametr zmiennej, która wczeniej zostaa

ustawiona przez setjmp , spowoduje nie tylko skok pod odpo-

wiedni adres, ale take przywrócenie stanu procesora.

Funkcja setjmp zwraca warto 0, jeli wanie j

wywoano i odpowieni stan zosta zapisany do bufora. Jeli

void DrawLine_P(prog_char *str)

{

lcd_DrawText( 0 , g_linia* 8 , str, 0xfc , 0 ,

LCD_TM_FLASH | LCD_TM_TRANSPARENT);

++g_linia;

lcd_Update();

}

Elektronika dla Wszystkich

Programowanie

teraz, gdzie wszystko si rozpoczo. Nastp-

nie dochodzimy do miejsca oznaczonego

kolorem ótym. Zapisywany jest stan proce-

sora. Poniewa funkcja setjmp zostaa wanie

wywoana – zwraca 0, przechodzimy do cz-

ci, w której wywoujemy funkcj funkcja_1 .

Funkcja ta wypisuje informacj, e rozpocz-

a swoje dziaanie, a nastpnie wywouje dru-

g funkcj. Std, po wypisaniu kolejnej infor-

macji o rozpoczciu dziaania funkcji, wyko-

nujemy daleki skok. Program rozpoczyna

swoje wykonywanie od miejsca, gdzie wywo-

alimy instrukcje setjmp . Teraz jednak zwró-

cona warto to nie zero, lecz liczba 33 – dru-

gi argument funkcji longjmp . Tym razem wy-

konujemy cz kodu odpowiedzialn za wy-

pisanie zwróconej wartoci i funkcja main si

koczy.

Spróbuj uruchomi program tak jak jest

oraz po usuniciu funkcji longjmp . Efekty

przedstawiaj fotografie 15 i 16. Widzisz ju

wygod stosowania mechanizmu dalekiego

skoku? To nie musi by koniecznie metoda na

obsug bdów – wszystko zaley od pomysu.

ABC... C

Diagnostyka – makro assert

albo w pliku makefile dopisujc do zmiennej CDEFS

warto -DNDEBUG.

Plik <assert. h> definiuje praktycznie tylko jedno makro:

makro assert . Makro to ma nastpujc posta:

assert (warunek);

Assert pochodzi w tym przypadku z angielskiego „za-

pewni”. I sowo to oddaje jego dziaanie. Jeli warunek

jest speniony, nasze makro nie zmienia przebiegu progra-

mu. Jednak w przypadku, gdy wynikiem sprawdzenia wa-

runku bdzie fasz, makro wypisze, na standardowe wyj-

cie bdu, informacj która moe mie nastpujc for-

Assertion failed: (x < LCD_SX), function main, line 172.

a wykonywanie programu zostanie zatrzymane przez

wywoanie funkcji abort .

Jak widzisz, wypisana informacja daje peen zbiór da-

nych jakich potrzebujemy aby namierzy problem.

Makro assert stosuje si zwykle tylko w fazie urucha-

miania programu. Jzyk C zapewnia moliwo jego wy-

czenia w procesie kompilacji. W tym celu, przed do-

czeniem pliku <assert. h> naley zdefiniowa sta NDE-

BUG. Definicj tak najlepiej umieci w pliku nagów-

kowym który doczamy do wszystkich plików programu,

Znak koca linii

Makro assert jako znak koca linii wysya jedynie symbol

‘\n’ – nowa linia. Naley to uwzgldni w ustawieniach

terminala, albo tak napisa funkcj wysyajca znak, aby

w chwili wykrycia znaku ‘\n’ wysyaa wczeniej symbol

‘\r’ – powrotu karetki.

Specyfika mikrokontrolera

i AVR-GCC

W systemie mikroprocesorowym problemem moe by

potrzeba istnienia standardowego wyjcia bdu. Jednak,

w duym systemie, czsto bdziemy mieli specjalnie wy-

prowadzony port sucy do przeprowadzenia debugowa-

nia – wtedy uycie assert’a stanie si bardzo przyjemne.

AVR-GCC ma to do siebie, e aby informacja o b-

dzie zostaa wypisana, przed doczeniem nagówka

<assert. h> musi pojawi si linia:

#define __ASSERT_USE_STDERR

W innym przypadku jedyne co bdzie wykonane to za-

trzymanie programu, bez wypisania informacji o bdzie.

Przykad: listing 240

Listing 240 Sposób uycia makra assert

Debugowanie

Ostatnim, standardowym elemen-

tem C, jaki chc Ci przedstawi,

jest makro assert. Makro to okazu-

je si niezwykle przydatne w przy-

padku pisania duego kodu, tym

bardziej e zajmuje ono troch pa-

mici programu. Jednak jego za-

stosowanie moe da nieocenione

usugi w przypadku wystpienia

problemów, gdy bdziemy poszu-

kiwa ich róda.

Stosowanie makra assert , na

przykadzie naszego programu ge-

nerujcego symulacj ognia, poka-

zuje listing 240. Program przery-

wamy w chwili, gdy wylosowana

zostanie pozy-

cja x na rod-

ku wywietla-

cza. Nie ma to

wikszego

sensu prak-

tycznego, ale

umoliwia za-

obserwowanie dziaania testowanego makra.

Na czerwono zostay oznaczone linie ko-

nieczne do ustawienia standardowego wyjcia

bdu.

Rysunek 73 pokazuje dane wysane przez

procesor, przechwycone przez program termi-

nala.

Sensowne byoby na przykad spraw-

dzanie, czy parametry x oraz y, przekazy-

wane do funkcji lcd_Pixel, mieszcz si we

waciwym zakresie. Wykonanie tego zada-

nia za pomoc makra assert da nam moli-

wo testowania ich prawidowoci w cza-

sie uruchamiania i szybkie usunicie testo-

wania w programie bdcym ostateczn

wersj.

// Statyczne tworzenie „pliku“. Omawiane w czci 11

static FILE g_rsf_temp =

FDEV_SETUP_STREAM(rs_put, rs_get, _FDEV_SETUP_RW);

#define g_rsf (&g_rsf_temp)

(...)

// START programu

int main( void )

{

// Ustawienie wyjcia bdów

stderr = g_rsf;

// Konfiguracja portu RS

RS_SET_BAUD( 2400 );

UCSR0C = 1 <<URSEL0 | 1 <<UCSZ01 | 1 <<UCSZ00;

UCSR0A = 0 ;

UCSR0B = 1 <<RXEN0 | 1 <<TXEN0;

(...)

// Podsycanie ognia

uint8_t n;

for (n= 0 ; n< 80 ; n++)

{

Fot. 15 Przebieg dziaania programu

bez funkcji longjmp

(...)

assert(x != LCD_SX/ 2 - 1 );

}

(...)

Fot. 16 Przebieg dziaania programu

z funkcj longjmp

Rys. 73 Dziaanie makra assert

Mona spotka si z uyciem instrukcji da-

lekiego skoku w celu nadania programowi

pewnych cech wielowtkowoci. Nie jest to

najelegantsza droga i trzeba wtedy pamita

o problemie bdów stosu przy skoku do przo-

du – wzmianka o tym pojawia si przy okazji

omówienia funkcji. Istniej pewniejsze i bar-

dziej eleganckie metody pisania wielowtko-

wych programów.

Errata

W czasie ponaddwuletniego prowadzenia

kursu ustrzegem si wszystkich wpadek.

Dziki uwagom Czytelników w listach oraz

na forum udao si znale trzy bdy wyma-

gajce naprostowania. Co ciekawe, wszystkie

problemy skumuloway si w czci 5 kursu.

Póniej zwykle byy konsekwentnie kontynu-

owane.

Pojawiy si pewne drobne problemy ze

stosowaniem makra PSTR. Przy wywoywa-

niu naszych funkcji pojawiao si ostrzeenie:

warning: passing arg 1 of `LCDstr_P’

discards qualifiers from pointer target type.

Elektronika dla Wszystkich

Programowanie

Ostrzeenie to informuje nas, e wysanie ar-

gumentu pierwszego do funkcji wymaga po-

zbycia si kwalifikatora przypisanego do

wskanika. W naszym przypadku jest to kwa-

lifikator typu const. Do tej pory radzilimy

sobie z problemem, wykonujc rzutowanie

wyniku dziaania makra PSTR. Znacznie lep-

szym rozwizaniem jest nieco inne deklaro-

wanie i definiowanie funkcji piszcej. Odpo-

wiednie podejcie pokazuje listing 241.

Zmiany zaznaczyem kolorem. W tym przy-

padku rzutowanie nie bdzie potrzebne.

Take w czci 5 pojawio si nasze makro

generujce opónienie. Dla przypomnienia

pokazuj je na listingu 242.

W tym przypadku problem polega na tym,

e kompilator nie otrzymuje informacji, e za-

warto rejestru ticks zostanie utracona.

W efekcie, jeli wywoujemy delayus8 wp-

tli, tylko w pierwszym przebiegu warto

opónienia bdzie prawidowa. Aby temu

zapobiec, mona w ostatniej linii, jako typ pa-

rametru, zamiast „r” poda „+r”, co oznacza

parametr zarówno wejciowy, jak i wyjcio-

wy. W takim przypadku musi znale si on

za pierwszym dwukropkiem. Ponadto moe-

my podstawi tutaj element takiego typu, aby

moliwe byo zapisanie do niego wartoci –

tak wic nie moemy poda w miejscu t war-

toci staej. Problem ten rozwizuj, na dwa

róne sposoby, dwa kolejne listingi. W wik-

szoci przypadków taki zapis nie zwiksza

iloci generowanego kodu – poprzednio kom-

pilator automatycznie przypisywa podawan

warto do rejestru.

I po raz trzeci, i ostatni w czci 5, zajli-

my si interfejsem popularnego wy-

wietlacza alfanumerycznego. Okaza-

o si, e napisana wtedy funkcja ini-

cjacji wywietlacza w tryb czterobito-

wy zawiera bdy, które w niekorzyst-

nych przypadkach uniemoliwiajce

poprawne uruchomienie wywietlacza.

Prawidow funkcj pokazuje li-

sting 245. Bdy byy dwa. Powany,

polegajcy na pominiciu faktu, e

funkcja sendHalf przesya na wyjcie

modsz, a nie starsz poówk poda-

nego parametru. W tym przypadku

wystarczy odpowiednie przesunicie

podawanych komend. Reszta funkcji

korzysta z niej prawidowo. Drugim

bdem byo wywoanie konfiguracji

w trybie omiobitowym tylko dwa razy – we-

dug dokumentacji konieczne jest przesanie

jej trzykrotnie w czasie inicjacji.

Jak wielu Czytelników miao okazj si

przekona, dotychczasowe kody zazwyczaj

dziaay dobrze. Po poprawkach powinny

dziaa zgodnie z oczekiwaniami.

W tym miejscu dzikuj wszystkim za

cenne uwagi.

Podsumowanie

Dzisiejsza cz, bdca skadank kilku

drobniejszych, ale uytecznych informacji,

zamyka ostatecznie materia zaplanowany na

cykl kursu. W czasie trwania kursu zebrao si

troch informacji, wci przekadanych na na-

stpny miesic, ze wzgldu na brak miejsca.

Teraz materia zosta zamknity.

Kurs z krótkiego, w zamierzeniu, cyklu

przerodzi si w spore kompendium wiedzy.

Zabierajc si do pisania pierwszej czci, nie

spodziewaem si przedstawienia takiej iloci

materiau. Du przyjemno sprawia mi tym

bardziej zainteresowanie Czytelników i fakt,

e wród mikroprocesorowych projektów, po-

jawiajcych si na amach EdW, widz take

projekty pisanie w C.

Sympatyków cyklu ucieszy zapewne wia-

domo, e o ile jest to nasze ostatnie spotka-

nie w ramach regularnego kursu C, nie jest

ostatnim ogólnie.

Listing 241 Prawidowa funkcja piszca

void LCDstr_P(

const

prog_char* str)

{ (...)

}

Listing 242 Nie do koca prawidowa funkcja opónienia

#define delayus8(t)\

{ asm volatile( \

„delayus8_loop%=: \n\t”\

„nop \n\t“\

„dec %[ticks] \n\t”\

„brne delayus8_loop%= \n\t”\

: :[ticks]“r“(t) );}

Listing 243 Poprawione makro opónienia

Radosaw Koppel

radoslaw.koppel@elportal.pl

#define delayus8(t)\

{ \

uint8_t t_ = t; \

asm volatile( \

„delayus8_loop%=: \n\t”\

„nop \n\t”\

„dec %[ticks] \n\t”\

„brne delayus8_loop%= \n\t”\

: [ticks]”+r”(t_): );}

R E K L A M A

Listing 244 Realizacja opónienia jako funkcji rozwijalnej

static inline void delayus8 ( uint8_t t )

{

}

asm volatile (

„delayus8_loop%=: \n\t”

„nop \n\t”

„dec %[ticks] \n\t”

„brne delayus8_loop%= \n\t”

: [ ticks ] ”+r” ( t ): );

Listing 245 Poprawiona inicjacja wywietlacza

void lcd_init( void )

{

delay100us8( 150 );

PORT(LCD_RSPORT) &= ~( 1 <<LCD_RS);

lcd_sendHalf( (LCDC_FUNC|LCDC_FUNC8b)

>> 4

);

delay100us8( 41 );

lcd_sendHalf( (LCDC_FUNC|LCDC_FUNC8b)

>> 4

);

delay100us8( 2 );

lcd_sendHalf( (LCDC_FUNC|LCDC_FUNC8b) >> 4 );

delay100us8( 2 );

lcd_sendHalf( (LCDC_FUNC|LCDC_FUNC4b)

>> 4

);

delay100us8( 2 );

// Teraz jest ju 4b, koniec sendHalf

lcd_command(LCDC_FUNC|LCDC_FUNC4b|

LCDC_FUNC2L|LCDC_FUNC5x7);

lcd_command(LCDC_ON);

lcd_cls();

lcd_command(LCDC_MODE|LCDC_MODER);

lcd_command(LCDC_ON|LCDC_ONDISPLAY);

}

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: