King MM - 和谐不存的生活的乐趣 - 第一部分, PIC32MM "Hello World!"

为了使用汇编代码，建议参考一些资料，例如 Imagination Technology 网站上提供的 MIPS® 架构程序员手册 - 第二卷-B：microMIPS32™ - 指令集。

4 构建电路

4.1 电路图

电路非常简单（参见下面的图 6）。

根据数据手册的要求（第 2 章：“32 位微控制器入门指南”），使 PIC32 运行所需的最小组件是：

• 一个 10 uF 的钽电容连接 VCAP 到 VSS
• 一个 0.1 uF 的陶瓷电容连接 VDD 到 VSS
• 另一个 0.1 uF 的陶瓷电容连接 AVDD 到 AVSS
• 一个 10 kOhm 的上拉电阻，将 MCLR 引脚连接到 VDD

“Hello World!”特定的附加硬件只是由 1 kOhm 电阻和红色 LED 组成的串联，连接在 VDD 和 RB7 数字输出之间。

备注

• 钽电容是极化的，请注意将其正极正确连接到 VCAP 引脚。
• 红色 LED 也是极化的，将其阳极连接到 VDD。
• 通常，微控制器的时钟由外部晶振提供。此外，还可以使用另一个晶振提供次级（RTCC）晶振。但是，我们两者都不使用：时钟由内部快速电阻电容（FRC）振荡器提供。
• 电路图还显示了与 PICKit 3 工具的连接，这是实际编程器件所必需的。

4.2 板卡，步骤 1：放置元件

4.3 板卡，步骤 2：添加 VDD 和 VSS 跳线

4.4 板卡，步骤 3：添加编程信号跳线

好了，您现在可以看看产生的意大利面条式的混乱，这是每个无焊业余爱好者的骄傲和喜悦。

现在可以将板卡连接到电源和 PICKit 3 编程器。

PICKit 3 的引脚分配在 Microchip 网站上提供的 “PICkit™ 3 - 在线调试器/编程器 - 用户指南”中显示。

1. MCRL（由白箭头标记）-> 连接到橙色线
2. VDD -> 连接到红色线
3. VSS -> 连接到黑色线
4. PGD -> 连接到黄色线（MCU 引脚 14）
5. PGC -> 连接到绿色线（MCU 引脚 15）

5 最终，让我们来编程！

5.1 创建新项目

如果您还没有这样做，现在是时候安装所需的软件工具：MPLAB X IDE 和 XC32 交叉编译器。

现在打开 MPALB X 并

• 在“选择项目”窗口中，启动向导以创建新项目，选择 Microchip Embedded 类别和 Standalone Project。
• 请自豪地选择 PIC32MM0064GPL028 器件。
• 选择 PICKit 3 硬件工具。
• 选择 XC32 编译器工具链。
• 为您的项目起一个有意义的名字，例如“PigsOnTheWing”。

5.2 添加代码

配置位

配置位是标志（存储在 FLASH 内存的特殊位置），提供微控制器的静态配置。

它们控制 PIC32 的许多功能，例如时钟源的选择。

配置位的设置使用 XC32 的专用指令 pragma config 实现。幸运的是，MPLAB X IDE 的配置位窗口提供了一种方便的方式来设置这些标志，只需选择所需选项即可。然后 IDE 将为我们生成相应的代码。

我们的基本选择是：

• 使用 PLL 模块从 FRC（快速 RC，8 mhz）内部振荡器（这样，我们就不需要外部石英）运行，以达到 24 mhz 时钟。
• 禁用所有有用的漂亮功能（例如看门狗），这些功能在最终产品中有用，但在尝试使用板卡进行实验时却很烦人。

向项目中添加一个新的 C++ 文件（称之为confbits.cpp），并将生成的源代码复制到其中。

I/O 引脚配置

微控制器提供了一些寄存器，用于配置 I/O 引脚。通常，我们必须决定一个引脚是：

• 模拟或数字，使用 ANSEL 寄存器
• 输入或输出，使用 TRIS 寄存器

还有其他细节我们暂时跳过。引脚被分组到端口中。PIC32MM 提供三个端口：A、B、C。

有一组相应的 ANSEL 和 TRIS 寄存器。这里，我们将不使用 MCU 的任何模拟功能，因此 ANSELA=ANSELB=ANSELC=0;

我们将只使用一个输出引脚（即 RB7），所有其他引脚保持未使用。Microchip 建议将未使用的引脚配置为输出并将其驱动为低电平（或高电平）。因此，我们设置 TRISA = TRISB = TRISC = 0;（全部为输出）并且 LATA=LATB=LATC=0;（全部驱动为低电平）。

就这样：将以上语句写入（新创建的）config.cpp 源文件。

#include <xc.h> // definitions of ANSELA, ANSELB, ...
// configure all the pin as digital output, drive all of them low
void config()
{
  ANSELA = ANSELB = ANSELC = 0;
  TRISA = TRISB = TRISC = 0;
  LATA = LATB = LATC = 0; 
}

实际应用程序代码

在 main 函数中，我们将在无限循环中依次切换 LED 的开和关（毕竟微控制器 main 之后不应该返回，因为外面没有 OS 在等待它）。为了切换引脚值，我们可以使用 LATINV 寄存器：LATBINV = 0x80 可以完成此操作。

由于人眼无法感知过快的开/关切换，因此我们必须在指令后添加延迟。我们可以简单地在空循环中浪费 MCU 周期。由于 PIC32 以 24 mhz 运行，24,000,000 次迭代应该足够了。所以我们尝试以下 main 函数：

#include <cstdint>
#include <xc.h>
#include "cfg.hpp"

void delay()
{
  for (uint32_t n=0; n<24000000;++n){} // waste MCU cycles
}

int main()
{
  config();
  for (;;)
  {
    LATBINV = 0x80; // toggle the RB7 pin state
    delay();
  }
}

您可以使用 MPLAB X 的“制作并编程设备主项目”命令来编译和闪存代码。

然而，代码执行有点令人失望。闪烁非常慢，LED 亮起约 11（十一！）秒，然后熄灭相同的时间。
发生了什么？
我们的空循环真的空吗？
它是否充满了饱和脂肪？

另一个 MPLAB X 窗口有助于获得洞察。在执行内存窗口中搜索delay，我们最终找到

虽然不必深入研究生成的汇编代码，但我们仍然可以欣赏编译器的低效：一个空的 for 循环扩展为 18（十八！）条汇编指令。

这就是您所支付的：免费编译器版本根本不提供优化（恶意人士说，免费编译器版本故意在生成的代码中包含膨胀代码）。

现在，由于我们业余爱好者不愿意支付 Microchip 所需的大约 1000 美元购买编译器的 PRO 许可证，或者，用更理想化的方式说，“我们努力理解事物的内部细节”，让我们将注意力转向 MicroMIPS 汇编语言，看看我们是否能做得更好。

当然，我们可以：将以下代码写入新创建的 util.S 文件，然后将其添加到项目中。

  #include <xc.h>
    
   .section .text, code
   .set noreorder
   
   .global asm_delay_1_sec

asm_delay_1_sec:
   li t0, 12000000      // 12 millions cycles
asm_delay_1_sec_l1:
   bnez t0, asm_delay_1_sec_l1 
   addi t0, t0, -1      // this is the MIPS branch delay slot instruction, 
                        // always executed after the previous one
   jrc ra

代码很简单：执行一个具有两个周期体的 12 百万次迭代。然后修改 main 函数如下：

#include <cstdint>
#include <xc.h>
#include "cfg.hpp"

extern "C" 
{
  void asm_delay_1_sec();
}
int main()
{
  config();
  for (;;)
  {
    LATBINV = 0x80; // toggle the RB7 pin state
    asm_delay_1_sec();
  }
}

再次，使用 PICKit 3 工具将其闪存。

这次，闪烁效果很好：红色 LED 的状态正好保持一秒钟。图 12 下方的示波器跟踪图对此进行了很好的确认。

当然，可以通过修改 C++ 代码的迭代次数来凭经验获得类似的结果，但这并非重点。这里的重点是控制：汇编代码提供了 C++ 代码无法提供的控制。例如，在此项目中，只有 MicroMIPS 汇编代码具有可预测的执行时间。

关注点

无和谐笑话

Harmony 是 Microchip 的一个框架，用 Microchip 的话说（Harmony 网站）：“MPLAB® Harmony 是 PIC32 微控制器的灵活、抽象、完全集成的固件开发平台。它采用了模块化和面向对象设计的关键要素，增加了使用实时操作系统（RTOS）或不使用 RTOS 的灵活性，并提供了一个易于使用、可针对您的特定需求进行配置并能和谐工作的软件模块框架。”

事实上，Harmony 生成的代码非常复杂，充满错误，并且调试起来很麻烦。Microchip 论坛上的许多开发者至少在一件事上达成共识：Harmony 只是处理 USB 等复杂硬件外设时必需的、不可避免的邪恶。幸运的是，PIC32MM 微控制器系列只有简单的外设。所以我们不必处理 Harmony，我们的生活将充满欢乐！

MicroMIPS 的优缺点

原始的 MIPS 是一个简洁的 RISC 架构（您还记得 DLX 吗？）。另一方面，microMIPS 架构（PIC32MM 的架构）致力于减小生成代码的大小，并且在这方面做得相当好：根据 Microchip 的说法，MicroMIPS 的可执行代码大小比标准的 MIPS 小约 35%，而执行速度保持相似。

为了实现这个奇迹，我们付出的代价是指令集混乱：对于业余爱好者来说，MicroMIPS 有点难掌握。

结论

这是关于使用 C++ 和 汇编进行 PIC32MM 微控制器编程的系列文章（正在进行中）的第一篇。

本文概述了硬件和软件要求的根本基础，并强调了汇编语言的有用性。不幸的是，没有为 C++ 代码或使用花哨外设的实验留出空间。所有这些应该在系列的下一篇文章中得到弥补。

历史

• 罗马，2018 年 7 月 7 日：已修复电路图图片，感谢 Francisco。
• 罗马，2017 年 7 月 26 日：首次发布