C 语言嵌入式系统编程修炼

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C 语言嵌入式系统编程修炼

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一、背景篇..................................................................................................................................................1

二、软件架构篇..........................................................................................................................................2

2.1 模块划分.......................................................................................................................................2

2.2 多任务还是单任务.......................................................................................................................3

3.3 关键字const ................................................................................................................................10

3.4 关键字volatile.............................................................................................................................10

四、屏幕操作............................................................................................................................................13

4.1 汉字处理.....................................................................................................................................13

4.2 系统时间显示.............................................................................................................................15

4.3 动画显示.....................................................................................................................................15

4.4 菜单操作.....................................................................................................................................16

4.5 模拟MessageBox 函数 ..............................................................................................................18

五、键盘操作............................................................................................................................................20

6.3 内嵌汇编.....................................................................................................................................25

6.4 利用硬件特性.............................................................................................................................26

6.5 活用位操作.................................................................................................................................26

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一、背景篇

不同于一般形式的软件编程，嵌入式系统编程建立在特定的硬件平台上，势必要求其

（1） 以通用处理器为中心的协议处理模块，用于网络控制协议的处理；

（2） 以数字信号处理器（DSP）为中心的信号处理模块，用于调制、解调和数/ 模

信号转换。

本文的讨论主要围绕以通用处理器为中心的协议处理模块进行，因为它更多地牵涉到

具体的C 语言编程技巧。而DSP 编程则重点关注具体的数字信号处理算法，主要涉及通信

领域的知识，不是本文的讨论重点。

着眼于讨论普遍的嵌入式系统C 编程技巧，系统的协议处理模块没有选择特别的CPU，

而是选择了众所周知的CPU 芯片--80186，每一位学习过《微机原理》的读者都应该对此芯

片有一个基本的认识，且对其指令集比较熟悉。80186 的字长是16 位，可以寻址到的内存

空间为1MB，只有实地址模式。C 语言编译生成的指针为32 位（双字）， 高16 位为段地

实时钟芯片可以为系统定时，给出当前的年、月、日及具体时间（小时、分、秒及毫

秒），可以设定其经过一段时间即向CPU 提出中断或设定报警时间到来时向CPU 提出中

断（类似闹钟功能）。

信息，譬如网络协议参数等。在系统掉电或重新启动后，仍然可以读取先前的设置信息。其

位宽为8 位，比CPU 字长小。文章特意选择一个与CPU 字长不一致的存储芯片，为后文中

一节的讨论创造条件。

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UART 则完成CPU 并行数据传输与RS-232 串行数据传输的转换，它可以在接收到

字节的最大缓冲区。

嵌入式应用软件的开发方式一般是，在宿主机(Host) 上建立开发环境，进行应用程序编码

和交叉编译，然后宿主机同目标机(Target) 建立连接，将应用程序下载到目标机上进行交叉

调试，经过调试和优化，最后将应用程序固化到目标机中实际运行。

统之上，可生成 x86 处理器的目标代码并通过 PC 机的 COM 口（RS-232 串口）或以太网

口下载到目标机上运行，如图 2。其驻留于目标机 FLASH 存储器中的 monitor 程序可以监

控宿主机 Windows 调试平台上的用户调试指令，获取 CPU 寄存器的值及目标机存储空间、

I/O 空间的内容。

二、软件架构篇

2.1 模块划分

模块划分的"划"是规划的意思，意指怎样合理的将一个很大的软件划分为一系列功能

独立的部分合作完成系统的需求。C 语言作为一种结构化的程序设计语言，在模块的划分

上主要依据功能（依功能进行划分在面向对象设计中成为一个错误，牛顿定律遇到了相对

论），C 语言模块化程序设计需理解如下概念：

（1） 模块即是一个.c 文件和一个.h 文件的结合，头文件(.h)中是对于该模块接口的声明；

（2） 某模块提供给其它模块调用的外部函数及数据需在.h 中文件中冠以extern 关键字声

明；

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找外部函数和变量。如：

的地址单元，这个世界上从来不需要这样的程序。正确的做法是：

这样如果模块1、2、3 操作a 的话，对应的是同一片内存单元。

一个嵌入式系统通常包括两类模块：

（1）硬件驱动模块，一种特定硬件对应一个模块；

（2）软件功能模块，其模块的划分应满足低偶合、高内聚的要求。

2.2 多任务还是单任务

文"（context) 。任务的上下文就是当一个执行中的任务被停止时，所要保存的所有信息。

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通常，上下文就是计算机当前的状态，也即各个寄存器的内容。当发生任务切换时，当前运

行的任务的上下文被存入TCB ，并将要被执行的任务的上下文从它的TCB 中取出，放入各

个寄存器中。

坛之物，我们可以用不到 1000 行代码实现一个针对 80186 处理器的功能最简单的 OS 内

核，作者正准备进行此项工作，希望能将心得贡献给大家。

流调用各个软件模块的处理程序，模拟多任务环境。单任务程序典型架构

（1）从CPU 复位时的指定地址开始执行；

（2）跳转至汇编代码startup 处执行；

（3）跳转至用户主程序main 执行，在main 中完成：

a.初试化各硬件设备；

c.进入死循环（无限循环），调用各模块的处理函数

看不出什么，只有弄明白for(;;) 在C 语言中意味着无条件循环才明白其意。

（3）嵌入式系统软件是死循环；

（4）多线程程序的线程处理函数是死循环。

你可能会辩驳，大声说："凡事都不是绝对的，2、3、4 都可以不是死循环"。Yes， you

are right ，但是你得不到鲜花和掌声。实际上，这是一个没有太大意义的牛角尖，因为这个

世界从来不需要一个处理完几个消息就喊着要OS 杀死它的WIN32 程序，不需要一个刚开

始RUN 就自行了断的嵌入式系统，不需要莫名其妙启动一个做一点事就干掉自己的线程。