AVR-GCC kompilator C dla mikrokontroler├│w AVR, cz─Ö┼Ť─ç 3.pdf

K U R S

AVR-GCC: kompilator C

mikrokontrolerów AVR, część 3

Kontynuujemy cykl artykułów, których zadaniem jest przedstawienie podstaw

oraz praktycznych zasad programowania mikrokontrolerów AVR w języku C

z użyciem kompilatora avr-gcc. Oczywiście wybór kompilatora AVR-GCC może

się jednym podobać, a innym nie. Postaramy się jednak uzasadnić, że nie

jest to zły wybór.

Zmienne liczbowe i organizacja

pamięci wewnętrznej ATmega

Pisząc oprogramowanie dla mi-

krokontrolera cały czas operujemy

na rozmaitych wielkościach: odczy-

tujemy, uśredniamy i filtrujemy wy-

niki przetwarzania ADC, zliczamy

impulsy na wejściach licznikowych,

odmierzamy czas, wyświetlamy na-

pisy i liczby na różnego rodzaju

wyświetlaczach, wyliczamy wypeł-

nienie cyklu PWM itd. Wszystkie te

wielkości zmieniające swoją wartość

w trakcie działania programu noszą

ogólną nazwę zmiennych. Klasyfika-

cja zmiennych jest bardzo różnorod-

na, na przykład:

– według pełnionej funkcji: zmien-

ne liczbowe, znakowe, logiczne,

tekstowe (łańcuchowe), wskaźniki;

– według złożoności: zmienne pro-

ste (np. pojedyncza liczba) i zło-

żone (tablice, struktury, unie);

– według zakresu, znaku oraz typu

liczby (dotyczy zmiennych liczbo-

wych);

– według sposobu obsługi przez kom-

pilator (inicjalizowane lub nie).

Tutaj zajmiemy się sposoba-

mi używania różnych zmiennych

w avr–gcc. Bardziej sformalizowane

i szczegółowe opisy i klasyfikacje

znajdziemy w każdym uniwersalnym

podręczniku języka C. Ponieważ każ-

da zmienna jest dla mikrokontrolera

po prostu pewną liczbą bajtów ulo-

kowanych pod znanym adresem w

pamięci danych, zobaczmy najpierw

jak avr–gcc zarządza tą pamięcią (a

konkretnie obszarem przeznaczonym

dla użytkownika – powyżej rejestrów

SFR). Na rys. 8 (zaczerpniętym z

podręcznika avr–libc) widzimy do-

myślnie stosowany schemat wykorzy-

stania wewnętrznego SRAMU.

Stos (jak już stwierdziliśmy wcze-

śniej) rozpoczyna się od końcowego

adresu (określanego w avr–libc sym-

bolem RAMEND) – jest wypełniany

„w dół” czyli dekrementowany.

Bezpośrednio za obszarem SFR

rozpoczyna się sekcja .data , w któ-

rej konsolidator umieszcza wszystkie

zmienne inicjalizowane (z przypisaną

wstępnie niezerową wartością).

Dalej jest ulokowana sekcja .bss ,

zawierająca zmienne bez przypisanej

wartości, które zgodnie ze standar-

dem C zostają na początku progra-

mu wyzerowane;

Następnie przewidziano dodat-

kową – specyficzną dla mikrokon-

trolerów – sekcję .noinit . Obejmuje

ona zmienne, które chcemy pozosta-

wić wyłącznie pod własną kontrolą

– kompilator nie wykonuje na nich

żadnych automatycznych operacji.

Ma to na celu głównie zróżnicowanie

sposobu inicjalizowania niektórych

zmiennych w zależności od przyczy-

ny resetu (np. możemy zechcieć aby

licznik czasu pracy urządzenia był

zerowany po włączeniu zasilania, ale

zachowywał swoją wartość podczas

resetu spowodowanego zadziałaniem

watchdoga). Oczywiście wtedy mu-

simy sami zadbać w kodzie o wpi-

sanie odpowiednich wartości (także

zer) – w przeciwnym razie pozosta-

ną one całkowicie przypadkowe.

Pojawiło się tutaj pojęcie sekcji

– jest to mechanizm wykorzystywa-

ny przez konsolidator do podziału

dostępnych zasobów pamięci na po-

szczególne obszary i odpowiedniego

przydzielenia do nich składników

programu (oprócz wspomnianych po-

wyżej sekcji danych mamy do czy-

nienia z sekcją .text opisującą kod

programu umieszczony w pamięci

Flash oraz sekcją .eeprom przezna-

czoną dla zawartości wewnętrznego

EEPROMu kostki). Adresy startowe

sekcji oraz ich maksymalne rozmiary

dla danego mikrokontrolera znajdzie-

my we wspomnianych już wcześniej

skryptach linkera.

Przypisanie zmiennej do konkret-

nej sekcji jest realizowane albo do-

myślnie przez konsolidator (sekcje

.data oraz .bss są obsługiwane sa-

moczynnie na podstawie deklaracji

zmiennej) albo poprzez dodatkowy

atrybut (dla .noinit lub .eeprom ).

Zobaczmy teraz jak to działa w

praktyce. Załóżmy sobie w AvrSide

– zgodnie z poprzednimi opisami

– nowy projekt Test02 w subfolderze

[ Projects\Kurs\Przyklad–02 ], z jednym

plikiem źródłowym main.c . Zade-

klarujmy kilka zmiennych typu int

(mają one rozmiar 2 bajtów, o czym

dokładniej za chwilę) oraz zdefiniuj-

my uproszczony zapis atrybutu sek-

cji .noinit (ta ostatnia operacja nic

nie zmienia w działaniu kodu, służy

wyłącznie wygodzie pisania):

// główny moduł projektu

#deﬁne _MAIN_MOD_ 1

#deﬁne NOINIT __attribute__ ((section

(„.noinit”)))

// pliki dołączone (include):

// dane:

int data1 = 2; // zmienna inicjalizowa-

Rys. 8. Sekcje pamięci w wewnętrznym SRAM ATmega

Elektronika Praktyczna 5/2005

101

K U R S

na wartością

int bss1; // zmienne zerowane

int bss2;

int noinit1 NOINIT; // zmienna nie ini-

cjalizowana

// funkcje:

//==================

// funkcja main()

int main(void)

{

// inicjalizacja

noinit1 = 0x55; // tutaj samodzielnie

inicjalizujemy zmienną NOINIT

// pętla główna

while (1)

{

}

pokazał nam 116 bajtów. Te dodatko-

we dwa bajty to właśnie początkowa

wartość zmiennej data1 . Nie weź-

mie się ona przecież „z powietrza”

i musi być gdzieś przechowywana –

avr–gcc dopisuje ją na końcu pliku

wynikowego kodu, skąd przy starcie

programu jest przepisywana (spójrz-

my jeszcze raz na omówiony wcze-

śniej kod automatycznej inicjalizacji)

pod odpowiedni adres SRAM. Zajęty

obszar zasobów Flash jest więc w

rzeczywistości równy sumie sekcji

.text i .data – taki też rezultat wy-

świetla AvrSide.

Zobaczmy teraz jak powyższe

zmienne zachowają się w AvrStudio.

Po uruchomieniu nowej sesji ustaw-

my sobie podgląd wszystkich zmien-

nych oraz uaktywnijmy okienko pa-

mięci z obszarem danych ( rys. 9 ).

Widzimy, że data1 przybrała od-

powiednią początkową wartość (2),

zmienne bss1 i bss2 zostały wyzero-

wane, a noinit1 pozostała bez inge-

rencji (symulator AvrStudio jest nie-

co wyidealizowany i nadaje jej war-

tość 0xffff, w rzeczywistości komórki

SRAM mogą po włączeniu zasilania

zawierać całkiem przypadkowe war-

tości). Przejdźmy teraz pracą kroko-

wą ( F11 ) do pętli while . Zmienna

noinit1 przybierze wartość zgodną z

wpisanym przez nas kodem (0x55

czyli 85 dziesiętnie). Jeśli teraz zre-

setujemy program ( Shift + F5 ), to

zobaczymy, że wartość noinit1 pozo-

stanie nienaruszona.

Zwróćmy uwagę, że debugger C

z AvrStudio całkowicie pomija auto-

matyczną inicjalizację – widzimy od

razu efekty jej działania (możemy

ją prześledzić w oknie disasemblera,

ale niestety bez prawidłowego pod-

glądu zawartości pamięci).

Omówimy teraz dokładniej używa-

ne przed chwilą zmienne liczbowe.

1 – Najprostszą wersją zmiennej

liczbowej jest liczba całkowita bez

znaku, (czyli podzbiór liczb natural-

nych oraz zero). Avr–gcc obsługuje

następujące typy liczby bez znaku,

różniące się tylko wielkością:

unsigned char – zajmuje jeden

bajt, może więc przyjąć wartość od

zera do 0xff czyli 255;

unsigned int – 2 bajty, a więc 0

– 0xffff (65535);

unsigned long – 4 bajty – 0 –

0xffffffff (4294967295);

unsigned long long – 8 bajtów –

do rzeczywiście wielkich wartości (ra-

czej rzadko będzie nam potrzebny w

świecie małych mikrokontrolerów, nie

jest też obsługiwany przez AvrStudio).

Te typy są interpretowane najbar-

dziej bezpośrednio – wartość jest po

prostu równa zawartości odpowied-

niej liczby jednobajtowych komórek

pamięci. Jednak nawet w tym pro-

stym przypadku konieczne jest przy-

jęcie pewnej konwencji – określanej

mianem „ endianess ” – czyli sposo-

bu uporządkowania kolejnych bajtów

liczby w pamięci. W różnych kom-

pilatorach możemy napotkać dwie

przeciwstawne metody:

big endian – bajty liczby są lo-

kowane pod kolejnymi adresami pa-

mięci od najbardziej do najmniej

znaczącego (czyli np. liczba unsigned

long 0x11223344 będzie zapamiętana

w SRAM jako kolejno: 0x11, 0x22,

0x33, 0x44);

little endian – bajty liczby są lo-

kowane od najmniej znaczącego (czy-

li 0x44, 0x33, 0x22, 0x11).

Jeśli spojrzymy na rys. 9 (oraz

obejrzymy generowany kod asemblera)

zauważymy od razu, że avr–gcc po-

sługuje się modelem little–endian . Za-

zwyczaj ta informacja nie będzie nam

specjalnie potrzebna, kompilator sam

dba o odpowiedni porządek, jednak

może być przydatna w momencie wy-

korzystywania zmiennej wielobajtowej

z poziomu wstawki asemblerowej.

Aby sprawy nie wyglądały tak

prosto należy dodać, że niektóre

opcje kompilacji potrafią zmieniać

domyślny rozmiar powyższych typów.

Jeśli więc mamy w planach ich sto-

sowanie (konkretnie chodzi o opcję

–mint8 , która zmniejsza rozmiary ty-

pów liczb, a tym samym pozwala na

zredukowanie w razie konieczności

objętości kodu), to dla zmiennych o

Po kompilacji pasek statusu poka-

że nam zużycie RAM równe 8 baj-

tów – jest to suma zmiennych we

wszystkich sekcjach (4*2). Po bar-

dziej szczegółowe informacje sięgnij-

my do pliku rejestracyjnego Text02.

txt . Znajdziemy tam m.in. tabelę do-

kładnej specyfikacji używanych sek-

cji (utworzoną w wyniku wywołania

narzędzia avr–objdump z opcją –h):

Sections:

Idx Name Size VMA

0 .text 00000072 00000000

1 .data 00000002 00800060

2 .bss 00000004 00800062

3 .noinit 00000002 00800066

4 .eeprom 00000000 00810000

Widzimy, że zmienne powędrowa-

ły do odpowiednich sekcji (jedna ini-

cjalizowana – 2 bajty w .data , dwie

zerowane – 4 bajty w .bss , jedna

„samodzielna” – 2 bajty w .noinit ; w

.eeprom nie deklarowaliśmy nic). W

kolumnie VMA znajdziemy też ad-

res startowy każdej sekcji (początek

.data to 0x60 – zaraz po obszarze

SFR w Atmega 8 ; rolę przesunięcia

0x800000 wyjaśnimy później).

Spójrzmy jeszcze na sekcję kodu

.text . Ma ona rozmiar 0x72=114 baj-

tów. Wynik kompilacji w AvrSide

Rys. 9. Zmienne inicjalizowane w AvrStudio

102

Elektronika Praktyczna 5/2005

K U R S

Rys. 10. Zapis pojedynczej precyzji liczby rzeczywistej

3 – Liczby rzeczywiste – może-

my je obsługiwać w dwojaki sposób.

Uproszczona forma to tzw. zapis sta-

łoprzecinkowy ( fixed point ). Używamy

tutaj z góry określonej i niezmiennej

liczby cyfr po przecinku, niezależnie

od wartości. Przykładem z codzien-

nego świata liczb dziesiętnych mogą

być ceny. Zauważmy, że stosowanie

liczb stałoprzecinkowych w programie

jest – przy odpowiednim doborze

jednostek – równoznaczne z oblicze-

niami na liczbach całkowitych. Np.

chcemy mierzyć napięcie w woltach

z rozdzielczością 0,001 V. Wystarczy

wtedy zaprojektować tor analogowo

– cyfrowy tak, aby jednemu najmniej

znaczącemu bitowi wyniku konwer-

sji AC odpowiadał 1 mV sygnału

wejściowego. Wszystkie wewnętrzne

pomocnicze obliczenia (filtrowanie,

alarmy itp.) wykonujemy wtedy na

wartościach całkowitych wyrażonych

w miliwoltach. Ostateczna prezenta-

cja wyniku w woltach będzie polegać

wyłącznie na wstawieniu kropki dzie-

siętnej w odpowiednim miejscu.

Zapis stałoprzecinkowy sprawdzi

się dobrze jeśli wartość zmiennej po-

zostaje w ustalonym, znanym zakresie.

Jednak wartości zbyt małe lub zbyt

duże nie będą przedstawiane skutecz-

nie. Np. dla dużych wartości mie-

rzonych z dokładnością 1000 istotne

jest rozróżnienie pomiędzy 1200000

a 1201000 – zapis 1200000,00 nie

wnosi żadnej informacji i może pro-

wadzić tylko do marnowania czasu

programu na zbędne przeliczenia. Z

kolei małe liczby będą całkiem nie-

rozróżnialne: zarówno 0,001 jak i

0,004 zostaną zapisane jako 0,00. Od

razu widać, że istotna jest nie przyję-

ta liczba cyfr po przecinku, ale grupa

cyfr znaczących niosąca rzeczywistą

informację o wartości.

W takich przypadkach stosuje-

my format zmiennoprzecinkowy ( flo-

ating point ). Jest on bardzo podobny

do znanej notacji tzw. inżynierskiej:

liczba jest zapisana jako mantysa

(przedstawiająca grupę cyfr znaczą-

cych) oraz wykładnik potęgi (określa-

jący mnożnik decydujący o wielkości

liczby). Zarówno wartości wielkie

np. 2,78E6 (czyli 2,78*10 6 =2780000),

jak i małe np. 3,55E–3 (czyli

3,55*10 –3 =0,00355) są przedstawione

w jednakowy sposób bez utraty do-

kładności. Zapis samej mantysy jest

również znormalizowany: wartość X

umieszczona przed kropką dziesiętną

zawiera się w zakresie 1=<X<10

(a generalnie < podstawa używanej

wymaganym znanym i stałym roz-

miarze użyjmy raczej typów zdefi-

niowanych w pliku nagłówkowym

stdint.h w subfolderze [ avr\include ]

kompilatora. Jest to metoda bardzo

zalecana przez autorów avr–libc jako

zapewniająca całkowitą jednoznacz-

ność określonego typu przy różnych

warunkach kompilacji (np. int8_t ma

zawsze 1 bajt, int16_t – 2 bajty itd.).

Pozostaje oczywiście kwestia indywi-

dualnych gustów i przyzwyczajeń,

jednak C pozwala za pomocą opera-

tora typedef określić zupełnie dowol-

ne własne nazwy typów (np. często

spotykane s08 , s16 , u08 , u16 ). W

prezentowanych przykładach również

używam nazewnictwa tradycyjnego,

które mi jakoś lepiej pasuje niż stan-

dard proponowany w avr–libc.

2 – Liczby całkowite ze znakiem

są już nieco bardziej skomplikowa-

ne. Znak jest określony stanem naj-

starszego bitu – 0 oznacza plus, a 1

minus. Jednak wbrew oczekiwaniom

pozostałe bity określają bezpośrednio

wartość liczby tylko dla wartości do-

datniej, wartości ujemne są zakodo-

wane w tzw. dopełnieniu do dwóch

(U2). Obejrzyjmy to zaraz w symula-

torze wpisując do naszych zmiennych

(np. data1 ) różne wartości i oglądając

w okienku pamięci ich bajtową repre-

zentację. Na przykład wartość –1 zo-

stanie zapisana jako 0xffff. Taki mało

intuicyjny sposób kodowania wynika

z prostoty zachowania wartości przy

rzutowaniu typów oraz symetrycznej i

niezależnej od liczby bajtów procedu-

ry odwracania znaku. Znak liczby w

kodzie U2 zmieniamy negując wszyst-

kie bity liczby i dodając do wyniku

jeden. Możemy od razu sprawdzić jak

to działa w praktyce poddając odpo-

wiednim operacjom naszą zmienną

– np. data1 . Dopisujemy na początku

main() sekwencję:

// inicjalizacja

data1 = ~data1;

data1 +=1;

data1 = ~data1;

data1 +=1;

Musimy też dodać do deklaracji

data1 słowo kluczowe volatile ( vola-

tile int data1 = –1; ) gdyż w prze-

ciwnym razie optymalizator wytnie

zbędne z jego punktu widzenia po-

średnie operacje na data1 wstawiając

od razu ostateczny wynik.

Oczywiście, ponieważ zajęty zo-

stał najbardziej znaczący bit – zakres

wartości bezwzględnej typu zostanie

zmniejszony o mniej więcej poło-

wę. Ze sposobu kodowania wynika

pewna asymetria: np. dla typu int

wartością maksymalną będzie 0b0111

1111 1111 1111 (czyli 0x7fff)=32767

zaś minimalną 0b1000 0000 0000

0000 (0x8000)=–32768.

Liczby ze znakiem możemy dla

pełnej jasności deklarować ze sło-

wem kluczowym signed , ale ponie-

waż jest to opcja domyślna zazwy-

czaj ją pomijamy.

Należy jeszcze dodać, że typ int

jest domyślny dla kompilatora. Wszę-

dzie gdzie z kodu nie wynika jed-

noznacznie, jakiego „rozmiaru” liczby

użyć w operacji stosowany jest int

(tzw. promocja do int ). Czasem jest to

pożyteczne, ale w pewnych przypad-

kach powoduje zgoła nieprzewidziane

rezultaty (np. „obcinanie” wielkości

liczb na pośrednich etapach bardziej

złożonych przeliczeń). Będziemy do

tej sprawy, jak również powiązanego

z nią rzutowania typów wielokrotnie

przy różnych okazjach powracać.

Jak widać z powyższego staranność

i uwaga przy doborze odpowiednie-

go typu dla zmiennej może w wielu

przypadkach wręcz decydować o po-

prawności działania programu. Prze-

kroczenie zakresu, potraktowanie war-

tości dodatniej jako liczby ze znakiem

(np. ten sam bajt 0xff zadeklarowany

jako unsigned char jest traktowany

przez kompilator jako wartość dodat-

nia +255, natomiast użyty jako signed

char zostanie odczytany jako –1) itp.

mogą powodować trudne do zlokalizo-

wania (i w żaden sposób nie sygnali-

zowane na etapie kompilacji) błędy.

Elektronika Praktyczna 5/2005

103

K U R S

potęgi) – nie piszemy np. 35,5E2

(3550), ale 3,55E3.

Reprezentacja binarna formatu

zmiennoprzecinkowego jest określona

specyfikacją IEEE 754 ( Institute of

Electrical and Electronics Engineers –

zajmuje się m.in. międzynarodowymi

standardami i normami). Stosowane

są dwie odmiany zapisu: pojedynczej

precyzji ( single precision ) zajmujący

4 bajty oraz znacznie dokładniejszy

podwójnej precyzji ( double precision

– 8 bajtów). Avr–gcc obsługuje tylko

pojedynczą precyzję (możemy spraw-

dzić, że niezależnie od użytej w

programie deklaracji zmiennej: float

czy double zajmie ona zawsze tylko

4 bajty). Znaczenie poszczególnych

bitów w 4–bajtowym pakiecie przed-

stawia rys. 10 .

Najstarszy bit (31) określa znak

liczby: 0 odpowiada wartości dodat-

niej, 1 – wartości ujemnej.

Wykładnik potęgi o podstawie 2

jest zakodowany w 8–bitowym polu

(30 – 23) jako wartość binarna tego

pola pomniejszona o stałe przesu-

nięcie 127 (czyli np. 0000 0010=2

oznacza wykładnik –125, 1000

0000=128 oznacza 1 itd.). Wartości

0000 0000 i 1111 1111 są zarezer-

wowane (o czym za chwilę) więc

zakres wykładnika wynosi od –126

(0000 0001=1–127) do 127 (1111

1110=254–127).

Trochę więcej uwagi musimy

poświęcić mantysie. Zgodnie z po-

przednimi informacjami powinna

być ona zapisana jako C.UUUU...

gdzie część całkowita C zawiera się

pomiędzy 1, a podstawą potęgi zaś

U jest częścią ułamkową. W zapisie

binarnym podstawą jest 2, a więc:

1<=C<2 co jak widać jest równo-

znaczne z warunkiem C=1. Dlate-

go w powyższej bitowej reprezenta-

cji C zostało całkowicie pominięte

(jest domyślnie traktowane jako 1) i

wszystkie 23 bity mantysy są uży-

te do określenia części ułamkowej.

Kolejne bity „ułamkowe” odpowiada-

ją potęgom 2 –n gdzie n jest pozycją

bitu za kropką dziesiętną. Pierwszy

bit za kropką, (czyli pierwszy w

opisywanej mantysie, co odpowia-

da bitowi nr 22 w całej 4–bajtowej

paczce) ma, więc wartość (wagę) 2 –1

(½), następny 2 –2 (¼) itd. Dla okre-

ślenia całej wartości należy zsumo-

wać wagi wszystkich bitów mantysy

równych jeden oraz domyślny bit z

wagą 2 0 =1.

Sprawdźmy jak to działa w prak-

tyce. Zadeklarujmy w naszym pro-

jekcie zmienną float i na początku

funkcji main przypiszmy jej wartość

np. –300,0. Po skompilowaniu znaj-

dziemy kod ( F7 – relokowalny):

tst=–300.0;

8: 80 e0 ldi r24, 0x00 ; 0

a: 90 e0 ldi r25, 0x00 ; 0

c: a6 e9 ldi r26, 0x96 ;

150

e: b3 ec ldi r27, 0xC3 ;

195

10: 80 93 00 00 sts 0x0000, r24

14: 90 93 00 00 sts 0x0000, r25

18: a0 93 00 00 sts 0x0000, r26

1c: b0 93 00 00 sts 0x0000, r27

Do rejestrów została załadowana

wartość 0xC3960000, co odpowiada

zapisowi binarnemu:

1100 0011 1001 0110 0000

0000 0000 0000

Zgodnie ze specyfikacją:

znak=1 czyli liczba ujemna,

w y k ł a d n i k = 1 3 5

( 1 0 0 0 0 1 1 1 ) – 1 2 7 = 8 ;

zatem mnożnik wyniesie 2 8 =256,

mantysa=1+1/8+1/32+1/64(2 0 +2 –3

+2 –5 +2 –6 )=75/64 (doliczamy domyśl-

ne 2 0 ).

Ostateczny wynik=–256*75/64=–

–300 – zgodnie z naszą instrukcją

w kodzie.

Nietrudno teraz zauważyć, że

najmniejszą możliwą do zapisania w

ten sposób liczbą będzie 2 –126 (mini-

malny wykładnik –126 i minimalna

mantysa 2 0 ). A co z liczbami mniej-

szymi oraz zerem? Dla nich przewi-

dziano właśnie wartość 0000 0000

w polu wykładnika. Obowiązuje

wtedy oddzielna reguła przeliczania:

wykładnik jest nadal równy –126

natomiast w mantysie uwzględniamy

tylko część ułamkową, zaś 2 0 zostaje

pominięte.

Z kolei druga zarezerwowana

wartość pola wykładnika: 1111 1111

służy nie do przedstawiania konkret-

nej liczby ale stanowi sygnał, że w

procesie obliczeń przekroczone zosta-

ły możliwe do zapisu zakresy. Spró-

bujmy wykonać eksperyment dzieląc

liczbę dodatnią i ujemną przez 0.

Uzyskamy właśnie takie rezultaty,

interpretowane przez AvrStudio jako

1.#INF oraz –1.#INF (czyli + i

– nieskończoność), a więc wartości

nieokreślone. Dla ścisłości: nie jest

to do końca zgodne ze standardem

przewidującym dla takiego przypad-

ku oddzielny sygnał NaN ( Not–a–

–Number – to–nie–jest–liczba), ale w

przeważajacej większości typowych

zastosowań mikrokontrolerów nie ma

to praktycznie żadnego znaczenia.

Dużo istotniejszym praktycznym

aspektem stosowania liczb rzeczy-

wistych jest zdawanie sobie sprawy,

że przedstawiony powyżej zapis bi-

narny jest tylko przybliżony i nie

zawsze dokładnie odzwierciedli war-

tość liczby. Nasz przykład z liczbą

–300 był pod tym względem przy-

jazny, ale np. zwyczajne 0,01 już

się nie da przedstawić dokładnie

(możemy to obejrzeć w podglądzie

zmiennych AvrStudio: otrzymujemy

0,0099999998). Użycie takich przy-

bliżonych liczb w dłuższych pętlach

obliczeniowych może prowadzić do

znaczącego – i niemożliwego do wy-

eliminowania błędu.

Znając już strukturę liczby rze-

czywistej stwierdzimy, że nie jest

żadnym problemem przesyłanie jej

w różny sposób pomiędzy urządze-

niami. Np. w komunikacji szerego-

wej po prostu transmitujemy kolejne

4 bajty, musimy jedynie pamiętać o

ich takiej samej kolejności w bufo-

rze nadajnika i odbiornika oraz o

jednakowej interpretacji (deklaracji)

liczby w obu programach.

Bardzo uniwersalne i wygodne

od strony programowej liczby flo-

at mają jednak w świecie małych

mikrokontrolerów jedną zasadniczą

wadę – pochłaniają dużo ograni-

czonych zasobów pamięci. Zróbmy

znów szybki eksperyment wpisując

do naszego testowego programu de-

klarację:

#ifdef FLOAT

double li1 = 2500;

double li2 = 400;

double wynik;

#else

long li1 = 2500;

long li2 = 400;

long wynik;

#endif

i wykonajmy gdzieś w main()

prostą operację:

wynik=li1*li2;

Po skompilowaniu sprawdźmy

wielkość kodu – nie jest zbyt duża

(w przykładowym teście wynosiła

4% pojemności Flasha Atmega 8). A

teraz przed powyższą deklaracją zde-

finiujmy makro FLOAT:

#define FLOAT

i spróbujmy jeszcze raz. Kod

gwałtownie rozrósł się do 21%!! Tyle

kosztuje dolinkowanie potrzebnych

funkcji obsługujących liczby zmien-

noprzecinkowe (możemy je sobie

przejrzeć w podglądzie CTRL + F7 ).

Wniosek jest prosty: typ float pozo-

stanie zarezerwowany dla większych

kostek, w małych trzeba sobie radzić

za pomocą liczb całkowitych.

Jerzy Szczesiul, EP

jerzy.szczesiul@ep.com.pl

104

Elektronika Praktyczna 5/2005

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: