1. Introdução. 2. Compiladores 3. A Linguagem C do CCS Bibliografia. Teresina C vs Assembly

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1 Universidade Federal do Piauí Centro de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Linguagem C Prof. Marcos Zurita zurita@ufpi.edu.br Teresina Introdução 1.1. C vs Assembly 2. Compiladores 3. A Linguagem C do CCS Bibliografia 2

2 1. Introdução 3 C vs Assembly Código Assembly Gera um código compilado enxuto Veloz Controle total sobre as operações Códigos fonte extensos Difícil de programar Difícil de entender Difícil manutenção Grande dependência do hardware Baixo reaproveitamento de código Impossibilidade de migração para outros µc s 4

3 Código C Código compilado quase tão enxuto quanto ASM Quase tão veloz quanto ASM Abstração das operações em baixo nível Códigos-fonte enxutos Fácil de programar Fácil de entender Fácil manutenção Baixa dependência do hardware Bom reaproveitamento de código Possibilidade de integração com ASM Menor velocidade em operações críticas 5 Como Projetar Sistemas com Microcontroladores Despeça-se da sua família e de seus pais por alguns dias... Abasteça seu mascote com boas reservas de ração Estude o dispositivo que será controlado pelo microcontrolador. 6

4 Escolha o que melhor atende aos requisitos de funcionamento do sistema desejado. Examine todos os microcontroladores de que você dispõe (n de E/S, conversores, temporizadores, etc.) Projete e, se possível, construa um protótipo do sistema que será controlado pelo uc, incluindo periféricos que serão utilizados na aplicação real. 7 Escreva o programa em uma linguagem de alto nível para programar o uc. Escolha também um simulador para auxiliar o desenvolvimento. Com alguns pucos cliques o programa inteiro se converte em algo compreensível pelo uc. Utilize um gravador para programa-lo. 8

5 Agora o uc já está suficientemente maduro para começar a dar retorno a sociedade! Coloque o chip programado no sistema, respire fundo e ligue-o! Feito! Desfrute o sucesso da empreitada e comece a pensar em novos projetos Compiladores 10

6 Alguns Compiladores para PIC Assembly MPASM (compilador) MPLAB (depuração, emulação e gravação) C PicAnt pico-c PIXIE C2C CC5x Hi-Tech PICC MikroC CCS 11 O Compilador CCS C Suporta toda linha de µc s PIC (PIC12, 14, 16 e 18) Integração com o MPLAB Compatibilidade com ANSI e ISO Gera códigos eficientes Grande diversidade de bibliotecas e funções Grande portabilidade de código Implementação natural de ponto flutuante Assistente de criação de código Geração automática de código ASM e relatórios Grande nível de abstração no uso de: Delays Comunicação serial LCD 12

7 3. A Linguagem C do CCS 13 A Linguagem do CCS C Variáveis e tipos de dados Operadores Estruturas de condição Estruturas de repetição Funções 14

8 Variáveis e Tipos de Dados Tipos nativos da linguagem C char int float void Tipos específicos do compilador CCS C int1 int8 int16 int32 boolean byte 15 Modificadores de Tipo Alteram o tamanho ou a forma com que os tipos são tratados. signed unsigned short long 16

9 Tipos Disponíveis no CCS C 17 Uso de Variáveis int cont; // contador de 8 bits unsigned int ciclo, j; // ciclos de maquina float tensao; // tensao lida cont = 0; ciclo = 1; j = ciclo + 1; tensao = 3.496; 18

10 Matrizes Definem um conjunto de elementos do mesmo tipo (tamanho fixo): int v[10]; // conj. de 10 inteiros Cada elemento deste conjunto pode ser acessado através de seu índice no conjunto (1º elemento = índice 0): b = v[2]; // recebe o 3º elemento v[0] = 34; // atribui 34 ao 1º elemento 19 Matrizes Multidimensionais São associações de matrizes unidimensionais (vetores). int p[16][16]; // matriz bidimensional 16x16 int1 q[2][4]; // matriz bidimensional 2x4 p[0][0] = 200; // atribui 200 ao elemento 0,0 p[0xf][0xf] = 0; // atribui 0 ao elemento 15,15 q = 0,0,1,0 // preenche toda a matriz 1,1,0,0; 20

11 Strings Tratam-se de um conjunto de caracteres. Podem ser declaradas na forma de vetores ou de ponteiros. Quando declaradas sob a forma de vetor, devem ter sempre o tamanho do número máximo de caracteres + 1. char msg[14]; // string de ate 13 caracteres char mes[2][4]; // vetor de strings de 3 caracteres msg = Transmitancia ; // preenche 13 caracteres mes = Jan, Fev ; 21 Casting - Conversão de Tipos Casting é um recurso para forçar o compilador a tratar uma variável (ou expressão) como sendo de um tipo diferente daquele que foi declarado no programa. Seu uso pode ser necessário em operações envolvendo variáveis de tipos diferentes. Sintaxe: (tipo_destino) expressao_a_ser_convertida; Exemplo: int16 adc; // variável tipo int float tensao; // variável tipo float adc = faz_conversao_ad(); // adc está entre 0 e 1023 tensao = (float)adc/1023; // converte adc para float 22

12 O uso de casting requer alguns cuidados que devem ser observados pelo programador: Casting de uma expressão com sinal para uma variável sem sinal: pode gerar resultados inesperados caso o valor seja negativo (ex.: int para unsigned int); Casting de uma variável/expressão cujo número de bits é maior que o da variável de destino: o resultado será truncado, isto é, todos os bits de ordem superior ao de maior ordem da variável de destino serão desprezados (ex.: int16 para int8); Casting de um número para um um caractere não gera o caractere do número (i.e., (char)5 '5'), o invés disto resultará num caractere cujo valor ASCII corresponde ao número dado. 23 Casting de um ponto flutuante (float) para um tipo inteiro (int, int16 ou int32), pode gerar resultados inesperados: Caso o valor contido seja maior do que o aceitável pela variável de destino, mesmo que ela seja um tipo int32 (float pode comportar até 3.4x10 38 enquanto um int32 sem sinal vai até 4.29x10 9 ); Float é um tipo com sinal, logo, sujeito aos mesmos problemas de conversão para tipos sem sinal, caso o valor contido seja negativo. A conversão desejável pode requerer arredondamento, o que não é feito pelo cast. Ex.: int k; // variável tipo int float ganho=5.99; // variável tipo float k = (int)ganho; // k vale 5 e não 6! 24

13 Variáveis Globais e Locais Globais São acessíveis em qualquer ponto do programa. Só são destruídas no encerramento do programa. Locais Só são acessíveis dentro da função onde foram declaradas. São destruídas no encerramento da função. 25 Ex.: Variável global vs local #include <stdio.h> int x = 3; // variável global void main () int y = -10; // variável local x = x + y; printf( Soma = %i, x); 26

14 Modificador Static Obriga o compilador a manter a variável numa posição fixa da memória. Evita que a variável seja destruída no encerramento da função. São inicializadas com 0; 27 Ex.: Modificador Static #include <stdio.h> int x = 3; // variável global byte incrementa() static byte ciclo; // variável local estática return ciclo++; void main() x = x + incrementa(); x = (x + 2) * incrementa(); printf( Coisa = %x, x); 28

15 Ponteiros Ponteiro é uma variável que contém o endereço de outra variável. Podem ser utilizados para alocação dinâmica, podendo substituir matrizes com mais eficiência (por não ter tamanho fixo). Sintaxe: tipo *nome_do_ponteiro; A manipulação de ponteiros requer dois operadores: & - Retorna o endereço apontado pelo ponteiro; * - Retorna o conteúdo armazenado no endereço apontado pelo ponteiro. 29 Ex.: Ponteiros int *ptr; // ptr é um ponteiro para int int x = 10; // x é uma variável tipo int int y = 25; // y é uma variável tipo int ptr = &x; // ptr agora aponta para x printf( x=%i\n, *ptr); // imprime x=10 ptr = &y; // ptr agora aponta para x printf( y=%i\n, *ptr); // imprime y=20 30

16 Constantes Valores mantidos fixos na memória durante toda a execução do programa. Todo valor atribuído explicitamente no código é potencialmente um candidato a ser convertido em constante. Podem assumir qualquer um dos tipos nativos do C, e serem declaradas como hexadecimais, octais, strings e constantes de controle (barra invertida). Devem ser declaradas em caixa alta (por convenção). 31 Ex.: Constantes #include <stdio.h> #define COISA 25 //const. tipo int #define OUTRA_COISA é outra coisa //const. tipo string #define MAIS_COISA 15.32F //const. tipo float void main() float j = 0.0; char msg[15] = OUTRA_COISA ; j = j + COISA + MAIS_COISA; printf( Coisas = %f, j); 32

17 Expressões Constantes Formato Descrição 123 Número decimal inteiro 12.3 Número decimal em ponto flutuante 0123 Número octal 0x123 Número hexadecimal 0b0101 Número binário 'T' Caractere '\012' Caractere octal '\x12' Caractere hexadecimal '\c' Caractere especial, onde \c pode ser: \n Nova linha \r Retorno de carro \t Tabulação \b Retrocesso (Backspace) \f Salta Formulário \' Aspas simples \ Aspas duplas \\ Barra invertida 33 Operadores Aritméticos Usados para desenvolver expressões matemáticas. Podem ser binários ou unários. Operador Descrição + Soma (inteira e ponto flutuante) - Subtração ou troca de sinal (inteira e ponto flutuante) * Multiplicação (inteira e ponto flutuante) / Divisão (inteira e ponto flutuante) Resto de divisão (de inteiros) ++ Incremento (inteiro e ponto flutuante) -- Decremento (inteiro e ponto flutuante) 34

18 Ex.: Operadores Aritméticos void main() int x = 10, y = 18, z = 4; float f = 13.0f; x = y + z; // x = 22 y = 23 / 2; // y = 11 f = 23.0 / 2; // f = 11.5 z = 24 % 5; // z = 4 x++; // x = 15 z--; // z = 3 printf( x = %i\n, x); printf( y = %i\n, y); printf( z = %i\n, z); printf( f = %f\n, f); 35 Operadores Relacionais e Lógicos Comparação Entre Valores Operador Descrição > >= < <= ==!= Realizam Operações Lógicas (V ou F) Operador Descrição &&! 36

19 Operadores de Bits Manipulam bits em valores inteiros. Operador Descrição >> << ~ & ^ 37 Ex.: Operadores de Bits byte sm = 0b ; // sm = 140 byte x, y, z, k; // z = ~sm; // y agora vale 0b x = sm >> 3; // x agora vale 0b y = sm << 2; // y agora vale 0b k = x y; // k agora vale 0b k = x & y; // k agora vale 0b k = x ^ y; // k agora vale 0b

20 Registros em C (struct) Um registro é um conjunto de variáveis agrupadas em uma mesma referência. Podem conter variáveis de tipos distintos. As variáveis contidas podem ter seu tamanho em bits alterado através do modificador :. Sintaxe: struct nome_estrutura tipo1 nome_var1 [:bits]; tipo2 nome_var2 [:bits]; (...) tipon nome_varn [:bits]; nome_var; 39 Ex.: Registros em C (struct) struct lcd_pin // cria a estrutura lcd_pin int1 enable; // bit 0: campo enable int1 rs; // bit 1: campo rs int1 rw; // bit 2: campo rw int1 unused; // bit 3: campo unused int data:4; // bits 4-7: campo data (4 bits) lcd; // lcd : variável do tipo lcd_pin char c, ch; struct lcd_bk lcd_pin; // lcd_bk é do tipo lcd_pin lcd.data = 0x9; c = lcd.data; ch = 'a'; lcd_bk.enable = 0; lcd_bk.data = ch; 40

21 Uniões em C (union) Permite a criação de variáveis capazes de suportar diferentes tipos de dados num mesmo espaço de memória. Ocupa na memória apenas o tamanho da maior variável declarada. O tamanho das variáveis pode ser alterado por :. Sintaxe: union nome_uniao tipo1 nome_var1 [:bits]; tipo2 nome_var2 [:bits]; (...) tipon nome_varn [:bits]; nome_var; 41 Ex.: Uniões em C (union) union d_ifc // Cria a união d_ifc de 32 bits int32 i24:24; // -pode conter um inteiro de 24 bits float f; // ou pode conter um float char c[3]; // ou pode conter 3 caracteres dado; // dado : variável do tipo d_ifc dado.i24 = 0x2A5; // dado contém um inteiro de 24 bits dado.f = 3.15; // dado contém agora um float dado.char = 'pi'; // dado contém agora uma string Note que dado ora contém um inteiro de 24 bits, ora contém um float (32b) ora contém uma string, embora a união ocupe 32 bits de memória durante todo tempo. Cabe ao programador o conhecimento de qual tipo de variável foi armazenada mais recentemente na união. 42

22 Enumerações (Enum) Uma enumeração é uma lista de constantes inteiras. Sintaxe: enum nome_enum id1 [=v1], id2 [=v2], idn [=vn]; Por padrão, o primeiro identificador tem valor zero, sendo o valor de cada identificador subsequente, o valor do identificador anterior + 1. enum semaforo VERDE, AMARELO=2, VERMELHO; // VERDE=0, AMARELO=2, VERMELHO=3 enum udcm UNIDADE=1, DEZENA=10, CENTENA=100, MILHAR=1000; // UNIDADE=1, DEZENA=10, CENTENA=100, MILHAR=1000 valor = m*milhar + c*centena + d*dezena + u*unidade; estado = VERDE; 43 Definição de Tipos (typedef) Typedef permite criar um novo tipo de variável, além dos tipos nativos da linguagem (int, char, float, etc). Sintaxe: typedef [tipo_qualificador] [nome_tipo] [declaração]; Exemplo: typedef int8 porta; // cria um novo tipo chamado porta porta pa, pb; // as variáveis pa e pb são do tipo porta pa = pb = 0x00; Neste exemplo, porta é um sinônimo para int8. 44

23 Ex.2: Definição de Tipos (typedef) typedef struct coord // cria um novo tipo chamado coord int32 pos_x:24; int32 pos_y:24; ; float passo_x, passo_y; void main() coord coord_ini, coord_fin; // novo tipo sendo usado! // instruções... passo_x = (coord_fin.x - coord_ini.x)/100; passo_y = (coord_fin.y coord_ini.y)/100; // mais instruções Estrutura de Condição if Executa um comando ou um bloco de comandos caso a condição testada seja verdadeira. void main() int x = 10, y = 18; if (x >= 10) y = 0; x = 0; else y++; x++; 46

24 Estrutura de Condição switch Comparação de diversos valores de uma mesma variável. switch (tecla) case 0: y = 1; break; case 1: y = 10; break; case 2: y = 100; x = 0; break; default: y++; 47 Estrutura de Repetição for Repetição condicional de uma instrução ou bloco for (i = 0; i < 5; i++) y = y * y; for (i = 12; y < 100 < 5; i--) y = y * 2; 48

25 Estrutura de Repetição while Executa teste antes de executar o bloco while (y!= 13) y++; x--; while (1) // loop infinito... // codigo 49 Estrutura de Repetição do-while Executa teste após executar o bloco. do y++; x--; while (y!= 13) 50

26 Funções Conjunto de rotinas agrupadas de modo a realizar uma determinada tarefa. Melhor maneira de abstrair e agrupar trechos de código que se repetem. Definida por um nome, um tipo de retorno, argumentos e corpo. Os argumentos são opcionais, e o retorno, quando não for necessário, deve ser void. 51 E.: Funções void printhelloword() printf( Hello World! ); int16 soma(int8 a, int8 b) return a + b; void main() int16 s = soma(5, 14); printf( soma = %l\n, s); printhelloword(); 52

27 Operador Ternário Também conhecido como operador de expressão condicional. É uma forma compacta da estrutura if-else. Sintaxe: condicao? expressao1 : expressao2; Exemplo: minimo = (x<y)? x : y; //retorna o menor argumento // o código acima equivale a: if (x<y) minimo = x; else minimo = y; 53 Macros De maneira semelhante a declaração de constantes, macros são um recurso de substituição textual de trechos de código, comportando-se de maneira semelhante a pequenas funções. Sintaxe: #define nome_macro(arg1, arg2,..., argn) expressao; Exemplo: #define min(x,y) ((x<y)?x:y) //retorna o menor argumento int a, b, c, d, menor; // instruções... d = min(a,b); // gera o código d=((a<b)?a:b); menor = min(d,c); // gera o código menor=((d<c)?d:c); 54

28 Milan Verle, PIC Microcontrollers - Programming in C, 1a Ed., MikroElektronika, Microchip Tec. Inc., 8-bit PIC Microcontrollers, Data Sheet, Microchip Tec. Inc., PIC16F87XA - 28/40/44-Pin Enhanced Flash Microcontrollers, Data Sheet, Custom Computer Services Inc., C Compiler Reference Manual, Andrew S. Tanenbaum, Organização Estruturada de Computadores, 5a Ed., Pearson,