AVR笔记9：AVR的两种位操作的比较

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 bit6 : 1 ;
                unsigned char bit7 : 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。
                ＃i nclude 

                // 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？................