AVR的两种位操作的比较

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AVR的两种位操作的比较位域与C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 <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. 结论：
     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。