使用相同的内存地址，但是代码在程序内存中添加8个字节？

Question

我正在使用Atmel Studio进行Atmega8微控制器。在这里，我有两个访问它的IO端口的选项。

1. 我可以使用DDRB，PortB和PINB宏
   
   
   MCU STD端口宏

     #define _mmio_byte（mem_addr）（ *（volatile uint8_t *）（mem_addr））
   #define _sfr_io8（io_addr）_mmio_byte（（io_addr） + __sfr_offset）
   
   / *端口B */
   #Define PINB _SFR_IO8（0x16）
   #Define DDRB _SFR_IO8（0x17）
   #define portb _sfr_io8（0x18）
    

这是我的简单测试代码

   #include <avr/io.h>

   #define F_CPU 1000000UL

   #include <util/delay.h>

   int main(void)
   {
    DDRB = 0x01;
    while (1)
    {
        PORTB = 0x01;
        _delay_ms(1000);
        PORTB = 0x00;
        _delay_ms(1000);
    }
   }

成功编译后

程序内存使用：108字节1.3％完整
数据存储器使用：0字节0.0％完整

2. ，或者我可以使用自己的版本
   
   gpio.h \

#ifndef gpio_h_
#define gpio_h_

#include <avr/io.h>

typedef union {
    struct  
    {
        uint8_t pin0:1;
        uint8_t pin1:1;
        uint8_t pin2:1;
        uint8_t pin3:1;
        uint8_t pin4:1;
        uint8_t pin5:1;
        uint8_t pin6:1;
        uint8_t pin7:1;
    };
    struct {
        uint8_t lsb4:4;
        uint8_t msb4:4;
        };
        uint8_t pins;
}port_reg_t;

typedef struct  
{
    port_reg_t r;
    port_reg_t d;
    port_reg_t p;
}port_t;

#define bio    (*(volatile port_t *) (0x16 + __SFR_OFFSET))

#endif /* gpio_h_* /

这是示例代码

/*

• led.cpp < /p>

• 创建：12-05-2022 14:59:53

• 作者：HP */

    #include＆lt; avr/io.h＆gt;
   #define f_cpu 1000000ul
   #include＆lt; util/delay.h＆gt;
  
   #include“ gpio.h”
  
   int主（void）
   {
  
       // ddrb = 0x01;
       //
       //
       //（1）
       // {
       // portb = 0x01;
       // _ delay_ms（1000）;
       // portb = 0x00;
       // _ delay_ms（1000）;
       //}
  
   bio.d.pin0 = 1;
  
   而（1） 
   {
       bio.p.pin0 = 1;
       _delay_ms（1000）;
       Bio.P.Pin0 = 0;
      _delay_ms（1000）;
  
   }
  }
   

成功编译后

程序内存使用率：116字节1.4％完整
数据存储器使用：0字节0.0％完整

我的问题，是， 为什么在程序内存中需要8个字节？

Answer 1

从您显示的代码中，我可以演示您的结构多6个字节（在程序空间中）。我不知道为什么您的编译器还需要8个字节而不是6个字节，但是您可以调查生成的汇编程序（也许您必须要求生成它）。

C中的I/O寄存器分配，例如：

PORTB = 0x01;

由AVR MCU以这种方式执行：

LDI   R1, 1      ; 16 bit instruction, 2 bytes
STS   PORTB, R1  ; again 2 bytes

总计4个字节。有时可以使用STS，而是可以使用（请参见稍后），但无论如何都是指令。

在您的第一个程序中，您有3个分配。

在第二个程序中，编译器知道它应该在单个位而不是整个字节上运行。要在I/O寄存器中设置一个位，因为C程序指出：

bio.p.pin0 = 1;

编译器必须生成：

LDS   R1, bio.p
ORI   R1, 1       ; <-- added instruction, 2 bytes
STS   bio.p, R1

该添加的指令是设置一点的指令。需要更多指令。

现在，在两个程序中，都有这样的3个分配，在第二版中，每个程序都需要一个MCU指令，总共有6个字节。

AVR MCU有指示操纵单位 - 在寄存器或I/O空间中。 可以制定同样的效果

SBI   PORTB, 0   ; <-- set bit 0 of PORTB

因此，单个指令与以前的3个LDS/ORI/STS相同， 。值得注意的是，如果使用了这些说明，第二个程序将比前者短，而不是更长。

问题在于这些说明（SBI/CBI）只能应用于其空间中的前32个地址。现在，根据MCU的精确模型，并不是所有的I/O寄存器都位于第一个32个地址中，因此不能始终使用此指令，它取决于目标。

您的编译器可能选择不使用SBI/CBI，因为在这种情况下，它无法理解它们是安全的。也许如果您打开完整的优化，它们将被使用，或者您必须指示编译器在这种特殊情况下使用它们。

关于STS和OUT：STS可以做所有事情，但是它们使用不同的地址。我不明白为什么存在（及其同伴）存在，但肯定是有原因的。

Answer 2

您假设两个程序都做相同，但是它们不是。因此，这就是造成不同内存使用情况的原因。

第一个程序将一个完整的字节写入端口B：

    PORTB = 0x01;

第二个程序集（重置）仅一位，仅留下其他七个位：

    bio.p.pin0 = 1;

这就是“引擎盖下”的情况：

    bio.p.pins = bio.r.pins | 0x01;

这是与您的Header的可比版本：

    bio.p.pins = 0x01;