Подпрограммы-процедуры и подпрограммы-функции
Подпрограммы предназначены для выполнения определенных действий над находящимися внутри микросхемы периферийными устройствами, внешними устройствами, подключенными к выводам микросхемы микроконтроллера, или числами, хранящимися в его внутренней памяти.
В любом случае, с точки зрения программы, операции производятся над переменными. Переменные могут быть локальными (доступными только из подпрограммы) или глобальными (доступными из любого места программы).
Если подпрограмма осуществляет действия над глобальными переменными или выполняет определенный набор действий, то такая подпрограмма называется процедурой. Эта подпрограмма может осуществлять управление какими-то устройствами или осуществлять какие-либо вычисления. Если производятся вычисления, то результат помещается в глобальную переменную для того, чтобы этим результатом могла воспользоваться другая подпрограмма или основная программа. Пример фрагмента программы управления последовательным портом, написанного на языке высокого уровня С-51, приведен в листинге 7.3.
Часто подпрограмма должна выполнять действия над каким-либо числом, значение которого неизвестно в момент написания программы. Это число можно передать через глобальную переменную, как в приведенном выше примере подпрограммы. Однако намного удобнее использовать подпрограмму с параметрами.
Параметры подпрограммы - это локальные переменные подпрограммы, начальные значения которым присваиваются в вызывающей программе или подпрограмме. В алгоритмическом языке С-51 параметры подпрограммы записываются в скобках после ее имени. Пример вызова такой подпрограммы представлен в листинге 7.4.
Сравните с программой, использующей глобальные переменные (см. листинг 7.3). Как, по-вашему, какая из программ обладает большей наглядностью? В подпрограмму можно передавать и значительные объемы данных, например, строки или массивы данных:
PeredatStroky("Напечатать строку");
Естественно, что в этом случае сама подпрограмма PeredatStroky должна быть написана несколько иначе, чем в примерах на листингах 7.3 или 7.4. Здесь потребуется применение переменных-указателей, которые будут рассмотрены позднее.
Часто требуется передавать результат вычислений из подпрограммы в основную программу. Для этого можно воспользоваться подпрограммой-функцией.
Подпрограмма-функция - это подпрограмма, которая возвращает вычисленное значение. Пример использования подпрограммы-функции:
Y = sin (x);
Использование подпрограмм-функций позволяет приблизить текст программы к математической записи выражений, которые необходимо вычислить, а также увеличивает наглядность программ и, в результате, повышает скорость написания и отладки программного обеспечения.
Подпрограммы-функции обычно возвращают значения простых типов, таких как байт, слово или целое. Однако при помощи указателя можно возвращать и значения более сложных типов, таких как массивы переменных, структуры или строки.
Применение комментариев
В текст программы, наряду с операторами языка программирования можно включать поясняющие комментарии, что служит улучшению наглядности программы и ее документированию. Комментарий может содержать любые печатные символы, а также пробелы и символы табуляции.
Комментарии применяются, например, для того, чтобы поставить в соответствие элементу блок-схемы программы или неформального описания алгоритма группу операторов языка программирования. Так как алгоритм может быть написан с различной степенью детализации, это должно быть отображено при помощи комментариев. Комментарии для частей описания алгоритма с наибольшей степенью детализации обычно пишут справа от операторов, которые реализуют эту часть алгоритма.
Более крупные блоки алгоритма отражаются комментариями, занимающими в тексте программы отдельные строки. Эти комментарии, чтобы их легче было заметить, пишут буквами верхнего регистра. Один из таких блоков в листинге 7.5 выделен комментарием, названным комментарий алгоритма второго уровня. Еще более крупные блоки алгоритма выделяют специальными символами, которые сразу бросаются в глаза.
Пример использования комментариев приведен в листинге 7.5.
В листинге 7.5 показан отрывок программы на языке ассемблера ASM-51, для которого комментарии имеют наибольшее значение, но точно так же можно (и нужно) использовать комментарии и в исходных текстах программы на языке высокого уровня. При этом нужно помнить, что те фрагменты текста программы, которые абсолютно ясны в момент написания, через месяц вызовут затруднения даже у программиста, написавшего этот текст, не говоря уже о человеке, который видит его впервые.
Программа читается, прежде всего, по комментариям и только потом, если она по каким-либо причинам не работает, проверяется на соответствие комментариям конкретных операторов языка программирования. Такой стиль написания программ позволяет значительно экономить время, т. к. не приходится повторно разбираться с уже написанными участками кода при поиске ошибки программы.
Структурное программирование
Программирование для универсальных компьютеров начиналось с использования машинных кодов, затем появились языки высокого уровня. Позже были развиты сначала принципы структурного программирования, а потом - объектно-ориентированное программирование. В настоящее время активно развивается визуальное программирование.
Программирование для микроконтроллеров во многом повторяет тот же путь. Переход от этапа к этапу зависит от доступных внутренних ресурсов микроконтроллеров. Еще несколько лет назад использование языков высокого уровня при написании программ для микроконтроллеров было невозможно из-за малого объема внутренней памяти программ. (В дешевых моделях микроконтроллеров эта ситуация сохраняется до сих пор.)
В настоящее время с появлением микроконтроллеров и сигнальных процессоров с объемом внутренней памяти в несколько десятков килобайт появляется возможность использования методов структурного, а в некоторых случаях и объектно-ориентированного проектирования.
Применение структурного программирования позволяет увеличить скорость написания программ и облегчить их отладку за счет сокращения количества доступных программных конструкций. Поэтому в начале семидесятых годов был разработан ряд языков высокого уровня, ориентированных на структурное программирование. Это такие языки, как С, PASCAL, ADA. Однако не надо думать, что структурное программирование возможно только на этих языках, для этого пригодны и такие языки, как ассемблер или FORTRAN, где не предусмотрено структурных операторов.
В настоящее время существуют два способа написания программ: снизу вверх и сверху вниз. При написании программы снизу вверх приступить к ее отладке невозможно, не завершив полностью разработку текста всей программы. При этом ошибка в написании (или понимании работы) крупных блоков программы приводит к тому, что даже правильно написанные части программы приходится переделывать или выбрасывать полностью! Но наиболее неприятный момент заключается в том, что при таком методе программирования в программе содержится огромное количество ошибок, каждая из которых может привести к неработоспособности разрабатываемого устройства (мы помним, что в микроконтроллерах именно программа во многом определяет работу устройства).
И еще одна особенность написания и отладки программы для микроконтроллеров и сигнальных процессоров. В отличие от универсальных компьютеров никто не гарантирует, что правильно работает аппаратура!
Возможна ситуация, что устройство не работает не из-за ошибки в программе, а из-за ошибки в схеме или ошибки монтажа! В процессе написания и отладки программы для микроконтроллерного устройства производится поиск ошибок не только в программном обеспечении, но и в схеме.
При разработке программы сверху вниз на любом этапе она может быть оттранслирована и выполнена, при этом можно отследить выполнение всех фрагментов алгоритма, написанных к этому времени. Более того, разработку алгоритма можно объединить с его реализацией на языке программирования! Для этого можно воспользоваться подпрограммами.
Выполняемое алгоритмическое действие обычно отображается в названии подпрограммы. Это значительно повышает наглядность программы и тем самым скорость ее написания и отладки. Пример такого подхода показан в листинге 7.6.