靈活使用PIC16C57单片机的PROGRAM MEMORY

winnie

當您使用Microchip公司的PIC16C57单片机在設計程式時，是否被它的PROGRAM MEMORY需分PAGE使用，而PAGE之設定又影響到goto、call、addwf 2、movwf 2四個指令之執行結果而困擾不已呢？以下是小弟領悟出來的一點心得，在此野人獻曝，與大家分享。
    PIC16C57单片机之PROGRAM MEMORY共有2 K words，分為四個PAGE，每個PAGE有512個words；goto、call、addwf 2、movwf 2四個指令之執行，會改變PROGRAM COUNTER內容，其結果也受STATUS WORD REGISTER f3之bit 6, 5的影響，如圖(一)所示；改變STATUS WORD REGISTER之bit 6, 5以下一律以"PAGE(的)控制"稱呼。
    除此之外，每個PAGE分為前半部及後半部，call、addwf 2、movwf 2三個指令執行結果只會跳到某一PAGE內的前半部，因為這三個指令執行後會使PROGRAM COUNTER的bit 8變為0，而goto指令則不受限制，可跳到一個PAGE之前、後半部。
    PROGRAM MEMORY位址7FF是reset後第一個被執行的指令，正常情況下放入goto指令，而且STATUS WORD REGISTER bit 6, 5在 reset後全變為0，所以這個goto指令會使程式跳到PAGE 0去執行。至於要goto到何處？我們先以main 的label來代表，下文再繼續討論。
    結構化的程式撰寫是由主程式呼叫許多副程式組成的，為了能善用這四個PAGE，又不要讓程式在呼叫副程式時或做goto之前也要同時注意PAGE的設定值，我對PAGE 0做以下安排：PAGE 0的前半部先存放所有的第一階(即主程式直接呼叫的)副程式，接下來才存放主程式，上一段所提及的label—main就是安排在這個地方；整段主程式只能放在PAGE 0內，否則分置於兩個PAGE內的goto指令前需有不同的PAGE控制，此舉不但麻煩又易出錯，尤其是尚在發展更改中的程式，更難掌握。
    當上述的第一階副程式太大或太多，以致無法全部放入PAGE 0的前半部時，或是會造成主程式分跨於PAGE 0與PAGE 1時，就要將部分副程式的"身體"移到別的PAGE中，但"頭"仍需保留在PAGE 0的前半部，"頭"是個重要的媒介，其任務就是要把副程式導引到正確的PAGE上執行；而被移走的副程式其"尾"(retlw之前)需加上指令，把PAGE的控制轉回PAGE 0；如此安排，主程式就不用管它所呼叫的副程式"主體"究竟位於哪個PAGE上了。請參考如下範例：
LIST p=16c57
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ORG 0 ;page 0前半部
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init: ;副程式的"頭
bsf STATUS,5 ;page selector point to page 1
goto sub1_1
;------------------------------------------------------------------------------------------------
tx: ;副程式的"頭
bsf STATUS,6 ;page selector point to page 2
goto sub2_1
;------------------------------------------------------------------------------------------------
rx: ;副程式的"頭
bsf STATUS,6 ;page selector point to page 2
goto sub2_2
;------------------------------------------------------------------------------------------------
rd_eeprom: ;副程式的"頭
bsf STATUS,5 ;page selector point to page 3
bsf STATUS,6
goto sub3_1
;------------------------------------------------------------------------------------------------
………………
;其它的第一階副程的"頭"
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main:
;主程式
………………
call init ;直接呼叫，不必管PAGE問題
………………
call rd_eeprom ;直接呼叫，不必管PAGE問題
………………
call tx ;直接呼叫，不必管PAGE問題
………………
call rx ;直接呼叫，不必管PAGE問題
………………
;****************************************************************
ORG 0x200 ;page 1前半部
;此前半部可用以放置第二階副程式，而且是僅接受PAGE 1程式的呼叫；同樣的，這些副程式進入點也需全部位於PAGE 1的前半部，否則會被呼叫不到；如此規劃，對PAGE的控制才會單純。
;------------------------------------------------------------------------------------------------
rout1_1:
………………
retlw 0 ;如此規劃不必更改PAGE控制
;------------------------------------------------------------------------------------------------
rout1_2:
………………
retlw 0 ;如此規劃不必更改PAGE控制
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sub1_1: ;副程式的"身體"
………………
call rout1_1
………………
call rout1_2
………………
bcf STATUS,5 ;page selector point to page 0
retlw 0
;****************************************************************
ORG 0x400 ;page 2前半部
;此前半部的規劃與PAGE 1同
;------------------------------------------------------------------------------------------------
sub2_1: ;副程式的"身體"
………………
bcf STATUS,6 ;page selector point to page 0
retlw 0
;------------------------------------------------------------------------------------------------
sub2_2: ;副程式的"身體"
………………
bcf STATUS,6 ;page selector point to page 0
retlw 0
;****************************************************************
ORG 0x600 ;page 3前半部
;此前半部的規劃與PAGE 1同
;------------------------------------------------------------------------------------------------
sub3_1: ;副程式的"身體"
………………
bcf STATUS,5 ;page selector point to page 0
bcf STATUS,6
retlw 0
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ORG 0x7FF ;reset vector
goto main
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END     上例中將PAGE 1、2、3的前半部優先放置第二階副程式，而且此副程式只由同一PAGE中的第一階副程式所呼叫使用；若其它PAGE也有第一階副程式需用到此第二階副程式，那就把有此需要的第一階副程式搬來同一PAGE吧。如此用心良苦有以下幾個好處：1、第一階副程式可直接call第二階副程式，不用改變PAGE的控制，2、第二階副程式執行結束時只需retlw，也不用改變PAGE的控制，3、PAGE的管理單純，不易出錯，4、整個程式碼可減少bcf SATUS,5、bcf STATUS,6、bsf STATUS,5、bsf STATUS,6的數量；當主程式也有必要直接呼叫此第二階副程式時，可以有兩種做法，第一種做法可以保持程式PAGE管理的一致性，就是為主程式另外設計一個第一階副程式，來間接呼叫這個第二階副程式，這會增加5個(若這個第二階副程式在PAGE 3則需再加2個)指令及其執行時間，第二個做法就是破壞原則，由主程式直接呼叫，但在call指令的前後需加上PAGE控制，這種做法有其缺點，就是當此第二階副程式被移到別的PAGE時，主程式內所有為呼叫該第二階副程式所做之PAGE控制，全需因應修改，而且呼叫的次數愈多，PAGE控制也跟著多，修改起來也更費事且易出錯；兩種做法各有其利弊，何者適用則全由閣下視情況自行判斷選擇了。
     程式組譯(assemble)完一定要開啟listing檔(副檔名.lst)，看看有無跨PAGE的現象，有的話就要調整該PAGE內一部分的副程式到別的PAGE，同時被搬動過的副程式的"頭"及"尾"也需因應修改，同時要注意的是，是否把相對應的第二階副程式也一齊搬動；另外要看看副程式(第一階或第二階)之進入點，有沒有落於每個PAGE的前半部(即Address的bit 8為0的區域)，沒有的話也要調整以消除此現象，不然會造成呼叫不到的bug。
現在將以上程式PAGE安排原則總結如下：
一、PAGE 0的前半部先放第一階副程式的"頭"(若空間足夠也可放整個副程式)，"頭"負責把PAGE控制轉到該副程式的"身體"所座落之PAGE。
二、接下來放置主程式，主程式需全部置於PAGE 0內。
三、第一階副程式的"身體"可置於任一PAGE內，該副程式的"尾"負責把PAGE控制轉回PAGE 0。
四、第二階副程式與呼叫它的第一階副程式放在同一PAGE內。
五、呼叫第二階副程式不用改變PAGE控制(例外：主程式的呼叫)；第二階副程式的"尾"也不用改變PAGE控制。
六、所有的副程式，不管是第一階或第二階，其進入點皆需位於每一PAGE的前半部。
如此安排後，對副程式的呼叫均不需處理PAGE控制，此控制是由副程式的"頭"及"尾"處理掉了；而主、副程式當中的goto指令就可安心使用，不虞會GOTO到錯誤的PAGE上。