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AVR的两种位操作的比较（位域方式和移位宏方式）
测试环境如下：
硬件:AT90S2313
软件: WiinAVR gcc3.3 -Os级优化(最小size)。
说明：
由于AVR不支持位操作，所以必须通过软件来实现。下面对我所知道的两种方法进行一个简单的比较。
1、位域方式。先定义一个位域，
typedef struct _bit_struct
{
unsigned char bit0 : 1 ;
unsigned char bit1 : 1 ;
unsigned char bit2 : 1 ;
unsigned char bit3 : 1 ;
unsigned char bit4 : 1 ;
unsigned char bit5 : 1 ;
unsigned char bit7 : 1 ;
unsigned char bit6 : 1 ;
}bit_field;
再用一个宏 ,来指向要操作的位。
#define LED GET_BITFIELD(PORTB).bit0
#define BUTTON GET_BITFIELD(PINB).bit7
使用时只需要直接赋值即可：如LED = 0 ,LED = 1, 或者直接判断 LED==0 , LED ==1.
这种方法类似C51中的位操作。直接。
2、位移宏方式。主要有三个.
#define Set_Bit(val, bitn) (val |=(1<<(bitn)))
#define Clr_Bit(val, bitn) (val&=~(1<<(bitn)))
#define Get_Bit(val, bitn) (val &(1<<(bitn)) )
三个分别用来设置某一位，清除某一位，取某一位的值.
使用方法为.Set_Bit(PORTA,3); Clr_Bit(PORTB,2); Get_Bit(val,5);
3、测试程序.
说明，假设PORTB.7接按纽，PORTB.0 接LED
测试程序完成如下操作。
当BUTTON == 0时 ,LED输出1 否则输出0，
这样的目的是即测试了输入，又测试了输出1和输出0，相对全面一点。 C代码如下.
// testled.c 测试AVR的位操作.
// 这是gcc；如是其它编译器，请修改。
#include <avr/io.h>
// 定义一个寄存器（Register）或端口（Port）的八个位
typedef struct _bit_struct
{
unsigned char bit0 : 1 ;
unsigned char bit1 : 1 ;
unsigned char bit2 : 1 ;
unsigned char bit3 : 1 ;
unsigned char bit4 : 1 ;
unsigned char bit5 : 1 ;
unsigned char bit7 : 1 ;
unsigned char bit6 : 1 ;
}bit_field;
//定义一个宏，用来得到每一位的值
#define GET_BITFIELD(addr) (*((volatile bit_field *) (addr)))
//定义每一个位
#define LED GET_BITFIELD(PORTB).bit0
#define BUTTON GET_BITFIELD(PINB).bit7
#define Set_Bit(val, bitn) (val |=(1<<(bitn)))
#define Clr_Bit(val, bitn) (val&=~(1<<(bitn)))
#define Get_Bit(val, bitn) (val &(1<<(bitn)) )
int main( void )
{
DDRB = 0x41; //配置PB0为输出,PB7为输入
if ( BUTTON==0 ) LED = 1; else LED = 0;
//if(!Get_Bit(PINB,7) ) Set_Bit(PORTB,0); else Clr_Bit(PORTB,0);
while(1);
}
// ---------------------- end -----------------------------
4、测试过程。
a.先使用位域方式。
主程序中使用 if ( BUTTON==0 ) LED = 1; else LED = 0;
结果如下：
int main( void )
{
4a: cf ed ldi r28, 0xDF ; 223
4c: d0 e0 ldi r29, 0x00 ; 0
4e: de bf out 0x3e, r29 ; 62
50: cd bf out 0x3d, r28 ; 61
DDRB = 0x41; //配置PB0为输出,PB7为输入
52: 81 e4 ldi r24, 0x41 ; 65
54: 87 bb out 0x17, r24 ; 23
if ( BUTTON==0 ) LED = 1; else LED = 0;
56: 86 b3 in r24, 0x16 ; 22
58: e8 2f mov r30, r24
5a: ff 27 eor r31, r31
5c: 80 81 ld r24, Z
5e: 86 fd sbrc r24, 6
60: 07 c0 rjmp .+14 ; 0x70
62: 88 b3 in r24, 0x18 ; 24
64: e8 2f mov r30, r24
66: ff 27 eor r31, r31
68: 80 81 ld r24, Z
6a: 81 60 ori r24, 0x01 ; 1
6c: 80 83 st Z, r24
6e: 06 c0 rjmp .+12 ; 0x7c
70: 88 b3 in r24, 0x18 ; 24
72: e8 2f mov r30, r24
74: ff 27 eor r31, r31
76: 80 81 ld r24, Z
78: 8e 7f andi r24, 0xFE ; 254
7a: 80 83 st Z, r24
while(1);
7c: ff cf rjmp .-2 ; 0x7c
main函数共52Bytes.其中，从lst文件看得出:main函数的初始化用了4条指令，8Bytes. 最后一句while(1);用了1条指令2Bytes.( for循环和do-while也是)
DDRB="0x41用了2条指令4Bytes". 计算一下：52-8-4-2=38Bytes,即if ( BUTTON==0 )
LED = 1; else LED = 0; 这句用了19条指令38Bytes.
(居然运用了3个寄存器白r24,r30,r31,和一个Z，代码真是苦涩，，我看不懂，准备以后作代码加密用 . )
b.使用移位宏方式。
将 if ( BUTTON==0 ) LED = 1; else LED = 0; 换为等效的
if(!Get_Bit(PINB,7) ) Set_Bit(PORTB,0); else Clr_Bit(PORTB,0);
结果,main函数仅24Bytes.其它代码一样，略去. 所以，上面这句代码仅用了24-14=10Bytes ,5条指令。生成的代码如下:
56: b7 99 sbic 0x16, 7 ; 22
58: 02 c0 rjmp .+4 ; 0x5e
5a: c0 9a sbi 0x18, 0 ; 24
5c: 01 c0 rjmp .+2 ; 0x60
5e: c0 98 cbi 0x18, 0 ; 24
5. 菜论：鱼和熊掌。
由于AVR可以对I/O脚进行sbic,sbi,cbi,这样的位操作，所以使用I/O脚操作时，移位宏可以产生高效的代码。
例如，要实现上面的几个简单的指令，为了实现LED=1这样的类似C51的sbit的效果，我必须多付出(38-10=28Bytes)的代价。
6......
对于I/O脚，可以产生这样高效的代码，是因为有sbi和cbi这样的指令，那么对于一般的变量，又如何呢？................ | 
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发表于 2011-1-10 18:15:56
发表于 2011-1-10 19:46:32
