與編譯器開發(fā)商密切合作優(yōu)化微控制器開發(fā)
直接尋址
如在指針位移一節(jié)所述, AVR原來有一個頁面直接尋址模式,但是,對于編譯器該模式難于使用,且效率較低。由于我們需要更多的編碼空間來增加位移量,因此取消了頁面直接尋址模式。不過,如果完全沒有直接尋址模式,代碼效率也會降低,因為在有些情況下需要訪問存放在數(shù)據(jù)存儲器中的變量。尤其是處理靜態(tài)字符時,代碼開銷將會很大(達到50%),因為靜態(tài)變量必須保存在數(shù)據(jù)存儲器中,不能自動放置到寄存器中。為了克服代碼效率低下的問題,我們占用一個16位地址來增加一些非頁面直接尋址指令。這樣,就可用一條指令來完成64KB數(shù)據(jù)空間的尋址。要訪問如此大的一個存儲器區(qū)域,訪問指令必須是兩個16位字。
如果訪問的字節(jié)數(shù)少(例如讀取一個字符),使用這種尋址方式的效率高于指針方式。對于較大的區(qū)域,可能仍然是使用間接尋址比較有效(參見下面的示例)。
Loading of a character:
Indirect addressing (6 Bytes): Direct addressing (4 Bytes):
LDI R30,LOW(CHARVAR) LDS R16,CHARVAR
LDI R31,HIGH(CHARVAR)
LD R16, Z
Loading of a long integer:
Indirect addressing (12 Bytes) Direct addressing (16 Bytes)
LDI R30,LOW(LONGVAR) LDS R0,LONGVAR
LDI R31,HIGH(LONGVAR) LDS R1,LONGVAR+1
LDD R0,Z LDS R2,LONGVAR+2
LDD R1,Z+1 LDS R3,LONGVAR+3
LDD R2,Z+2
LDD R3,Z+3
零標志傳播
為實現(xiàn)條件轉(zhuǎn)移,需要使用一些指令來操作由一些標志(flag)構(gòu)成的AVR狀態(tài)寄存器。跟在這類指令之后的條件轉(zhuǎn)移指令(conditional branch instruction)是否執(zhí)行轉(zhuǎn)移,取決于這些標志的設置。使用運算指令操作這些標志,就可檢查一個數(shù)A與另一個數(shù)B之間的大小關(guān)系。當被檢查的數(shù)為8位的數(shù)時,不存在什么問題,因為所有標志都依賴一條指令設置的標志值。當被檢查的數(shù)為16位或32位的數(shù)時(這在C語言中是常有的情況),問題就有點棘手了,例如一個32位減法操作就相當于要連續(xù)進行4個8位減法操作,而每做一次8位減法,就會產(chǎn)生一組新的標志。
為傳播進位標志,大多數(shù)處理器都包含一些能處理進位標志先前設置值的指令。例如,帶進位的減法(SBC)指令;執(zhí)行SBC A,B語句就相當于將A變成進位位。但要正確完成所有的條件轉(zhuǎn)移操作,這里還有另一個標志需要傳播,即零標志。
示例:
A=R3:R2:R1:R0,
B=R7:R6:R5:R4
我們打算從A中減去B,并如果A=B就跳轉(zhuǎn)到一個指定位置。如果這個零標志只依賴于最后的運算指令,那么下面的指令將不會執(zhí)行:
SUB R0,R4
SBC R1,R5
SBC R2,R6
SBC R3,R7 ; R3=R7
=> Zero flag set
BREQ destination
這是因為BREQ指令使用的標志值只取決于最后的SBC指令設置的標志值。如果大多數(shù)高位直接相等,即便32位數(shù)不相等,零標志也將被置位,而轉(zhuǎn)移也會被執(zhí)行。這種問題也會出現(xiàn)在其他的條件轉(zhuǎn)移上。
有兩種辦法可以解決這個問題。一是保存每個指令產(chǎn)生的標志,然后在第四個減法完成后檢查所有的零標志。另一個更精細的方法是在進位指令中傳播零標志(參見下面方式):
Znew =Not(R7) AND
Not(R6) AND
...
Not(R0) AND
Zold
使用這種方式傳播零標志,所有條件轉(zhuǎn)移在最后一個減法操作完成后都會被執(zhí)行,因為參與標志(溢出和正數(shù)標志)所剩部分只取決于最高位字節(jié)。
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