F351（3）：Forth点灯，照亮AI单片机学习之路
据说开始学习单片机最好方法是先点亮一盏灯，星星点灯，照亮以后的路程。本文通过使用Forth语言来点亮STC8H开发板打狗棍上的LED灯这样一个最简单的例子，介绍F51汇编语言编程的基本步骤和方法。一、金湖X51 F51编译器的安装（1）金湖X51 Forth编译器是一个通用的编译器，通过安装不同“编译库”来实现对不同指令集计算机的支持，比如安装“X86编译库”就支持用8086指令集 Forth汇编语言编程，安装“F51编译库”就支持用8051指令集 Forth汇编语言编程。（2）在安装里前文中的金湖X51 Forth编译器后， VB6.0运行是需要的控件就已经安装到现在的Windows系统中了。安装“F51编译库”只需要将压缩包解压，直接双击其中的“金湖x51_V31.exe”可执行文件就可以启动“金湖X51 Forth编译器”了。下图是解压“附件1_金湖x51_V31.rar”后“0010_金湖x51_V31”子目录里的文件：
其中“data”子目录下的文件“金湖X51_F51编译器.LIB”就是Forth 8051编译库。（3）本文的范例程序见“附件2_星星点灯_STC8H.rar”，解压后的子目录下有两个程序：
其中“F351_Demo_01_8051.wdf”是本文的Forth范例程序，“Del_Hex.Bat”批处理文件，执行它可以删除HEX烧录文件。由于通常的编译器编译前不会删除原来的HEX烧录文件，初学者最容易入的坑之一就是不注意看编译信息，有时编译出错并没有生成新的HEX烧录文件，就错把旧的HEX烧录进去，结果以为程序没有修改成功，越改越乱。所以在进行重大的编程或者修改程序前记得将旧的HEX文件删除是一种好的编程习惯。
二、动手进行Forth语言编程前的顶层设计（4）Forth编程的方法是“自上而下的设计，自下而上的实现”。首先要设计项目要实现的功能目标，本范例的功能目标是在STC打狗棍开发板上用一个500毫秒的软件延时器控制连接在P0、P1和P2端口上的LED灯交通闪烁。（5）CODE空间设计。本范例的CODE分配设计如下：
段名称段地址范围段的内容
中断矢量段0000H - 03FFH预留中断矢量空间
子程序段0400H - 07FFH主程序要用到的各种子程序
系统引导段0800H ----设置单片机的运行环境
主程序段---- 0FFFH用户主程序
1）由于范例程序简单，故设计整个CODE空间大小为1000H（4KB）。通常CODE空间按照每个粒度为4KB来分配，比如AI8052U的可执行RAM就是4KB大小。2）对于8051/80251内核，从地址0003H开始的是中断矢量区，每个中断矢量占8个字节。对于STC单片机，通常留1KB（0400H）大小的矢量空间，可以支持127个中断矢量（0～126号中断），可以满足STC单片机未来几年的发展了。3）就像盖房子要先打基础一样，在中断矢量保留区后面通常用于存放各种主程序用到的子程序。对于Forth系统，通常按照1KB（一个Block）来分配存储空间，故本范例也分配了1KB（0400H - 07FFH）大小。4）任何计算机和单片机的程序在进入用户程序之前都有对CPU进行设置，然后才会进入用户主程序（比如C语言的main()函数）。因此系统引导（BOOT）程序从0800H开始，长短根据具体需要而定。5）用户主函数紧跟在引导程序后面，CPU执行完BOOT程序后就可以继续进入主函数开始运行了。（6）DATA/IDATA空间设计。对于8051单片机，一般DATA/IDATA的空间分配设计如下：
段名称段地址范围段的内容
CPU寄存器段00H - 1FH这32个字节是保留给8051寄存器BANK用的
BIT变量区20H - 2FH这16个字节是留给位变量用的，对应的位变量地址为00H～7FH
DATA变量区30H - 7FHDATA空间指用MOV指令可以直接寻找的空间，由于80H - FFH的DATA空间被指定做SFR空间了，所以DATA变量区到7FH为止
SFR区（DATA空间）80H - FFH8051单片机规定的SFR区
系统堆栈段（IDATA空间）80H - FFH供系统堆栈（SP）使用
（7）由于范例程序简单，没有使用XDATA空间，不需要进行分配设计。
三、Forth 8051汇编语言范例程序解读（8）通常Forth 8051汇编语言程序分为4个部分，下面是第1个部分编译器的设置和SFR定义：
（9）第9行程序是加载Forth 8051编译库，金湖X51编译器执行了这一行程序后，就变成了一个“8051汇编语言编译器”了，就可以将下面程序中的Forth 8051指令编译为8051指令集的二进制机器码了。（10）本范例是为STC8H和STC8051U系列单片机写的，而“金湖X51_F51编译器”只支持标准的8051单片机，因此还需要对STC8H特有的端口模式寄存器进行定义。上面第24行的“Hex”Forth字指定下面程序的数字按十六进制解释。（11）第27行到第32行是端口模式SFR定义，以第27行为例：1）“DOPR”是关键字，表示这时一个“目的操作数”的定义。2）SFR的名称是“P0M1,”，注意逗号和前面的字母是连在一起的。在8051指令集中，目的操作数是左操作数，在8051汇编语言中其后面跟着个逗号。3）最前面的数字93是十六进制的地址，关键字“DIRECT”表示这是一个位于DATA空间的可直接寻址地址（SFR）。4）第38行程序是从地址0000H开始将编译器内部目标机的4KB的CODE空间预先都填满“00”数据（NOP指令）。5）第41行是在Forth中定义了一个“常数”，常数名称为“Boot_Begin”，常数值是BOOT区域的开始地址。
（12）下面是范例程序的第2个部分，复位和子程序部分：
1）与一般的编译器不同，金水X51编译器是在“用户程序的控制下”进行编译工作的。比如第45行程序，就是要求编译器将代码编译指针-程序计数器（PC）的值设置为“0000H”,这样编译器就将下面的汇编语言指令编译成的机器码从地址0000H开始存放。2）第48行是长跳转指令“LJMP”。按规范，CODE空间的0000H开始的3个字节是一条长跳转指令“LJMPXXXX”，其中XXXX是系统的BOOT地址。这行程序相当于8051汇编语言“LJMP0800H”。3）第54行定义了一个标号“Delay_MS()”，这时软件延时函数的开始地址。在Forth语言中，对定义标号和变量名的标识符的组成并没有什么特别的限制，只要组成名字的字符它们连在一起就行了。这里在名称末尾加了一对括号，是想望而知义，表明这是一个函数的名称。4）第55行程序通常在每一个函数开头都有，它由3个Forth字组成：“Hex”让编译器把后面的数字作为十六进制数解释，“LBL_CLR” 让编译器将“局部标号”清零，“OP-RESET” 让编译器将“操作数”复位。5）Forth 汇编语言中预先定义了10个局部标号“0$”到“9$”，上面程序中的第62、66、68和78行就是局部标号的定义，第68、71、74和75就是对局部标号的引用。有了固定的局部标号，就可以避免通常8051汇编语言中在需要费脑筋定义多个不同的标号，特别适合像“SJMP”、“JZ”和“JNZ”这样的短跳转指令。6）第54行到第79行程序用3重循环完整实现了500毫秒的延时。
（13）下面是范例程序的第3和第4个部分，BOOT、主程序部分以及烧录部分：
其中第85行程序将编译器代码编译指针-程序计数器（PC）的值设置为“0800H”,这样编译器就将下面的BOOT程序从地址0800H开始存放，配合前面复位地址0000H的跳转指令，单片机的Forth程序从这里开始执行。（14）第89行到第91行是系统引导程序，这里只进行了3个最重要的设置。虽然第89和90行是STC单片机加电时的缺席状态，但是单片机系统运行异常也可能导致系统复位，这两行设置程序仍然是必须的。（15）第94到第99行程序是将P0、P1和P2设置为准双向口模式，第102行到第113行是LED灯闪烁的主循环Forth程序。（16）纵观整个主程序部分，对比C语言的LED灯闪烁程序，每行程序对应一个类似“P0=0x55;”的语句，对比8051汇编语言的的LED灯闪烁程序，它们之间一一对应，只是8051汇编语言的“操作符在前面”，比如“MOVP0, # 55H”,而Forth汇编语言的“操作符在后面”，比如“P0, 55 MOV#”。
四、生成HEX烧录文件和退出编译（17）与一般的编译器不同，金湖X51编译器是在Forth语言程序的控制下进行的。第116行程序是让编译器生成HEX烧录文件。其中“OutMap_Hex”是一个编译器命令，其命令格式为：<烧录长度>OutMap_Hex <烧录文件名>这个命令从地址0000H开始，将指定长度的代码转换为HEX的烧录格式文件。（18）第119行程序退出对本文件的编译。
下面是本文范例在STC8H单片机是运行的效果：
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