PIC micro Pascal

La semaine dernière j'ai découvers l’existence d'un compilateur PASCAL pour les microcontrôleurs PIC 8 bits. Ce compilateur s'appelle PIC micro Pascal ou en abrégé PMP. Lorsque je programme des MCU je le fais en assembleur ou en 'C'. Mais comme j'ai programmé en Turbo Pascal et en Delphi par le passé j'ai décidé de mettre ce compilateur au banc d'essai. Pour ce faire j'ai utilisé la version 2.06 qui est encore en version bêta. J'ai d'ailleurs découvers et rapporté un bug régressif¹ dans cette version. Je reparlerai de ce bug plus loin dans cet article.

Présentation

L'initiateur et auteur principal de PMP est Philippe Paternotte, la contribution des autres membres de l'équipe consiste principalement en des librairies. Il a écris ce compilateur en Delphi, il s'agit d'une application Windows. PMP est disponible gratuitement mais le code source ne l'est cependant pas. Il ne s'agit pas simplement d'un compilateur mais aussi d'un IDE basé sur Scintilla.

PMP est un sous-ensemble de Turbo Pascal, les principales restrictions étant les suivantes.

• Ne supporte pas la programmation par objets.
• Les ARRAY ne peuvent avoir qu'une seule dimension.
• Ne supporte pas les fonctions et procédures imbriquées.
• Ne supporte que les RECORD simple, i.e. sans RECORD imbriqués, ni ARRAY ou CASE.
• Ne supporte qu'un seul niveau d'indirection, i.e. v1^m1^x n'est pas supporté.

PMP ne génère pas de code binaire pour les PIC il génère plutôt un fichier source pour l'assembleur MPASM. Donc MPLAB ou MPLABX doit-être installé avant de procéder à l'installation de PMP. Lors de l'installation PMP recherche mpasm.exe et mplink.exe et doit les trouvés pour fonctionner correctement.

Puisque PMP n'est pas intégré à MPLAB(X), pour flasher le microcontrôleur il faut soit utiliser un outil externe comme Pickit 2 programmer ou ce qui est plus malcommode créer un projet dans MPLAB(X) et y importer le fichier source assembleur généré par PMP. Une autre possibilité est d'utiliser les outils GPUTILS. Dans sa version 2.06 PMP supporte les outils GPUTILS. Pour utiliser GPUTILS sous windows il faut installer mingw32.

En ce qui concerne la documentation qui viens avec PMP elle existe sous forme de fichier PDF et d'un fichier d'aide Windows CHM pour l'aide en ligne.

Installation

L'installation est si simple qu'elle se passe d'explications. Au premier lancement l'IDE demande si on veut associé les fichiers avec l'extension .pmp et .pas avec celle-ci. Sous Windows 7 l'installation se fait dans C:\Program Files (x86)\PMP\V2.0.6. Ce dossier contient un dossier examples.

Premier programme

Mon objectif principal pour ce banc d'essai était de voir si PMP fait une bonne optimisation du code. Dans ce but j'ai réécris le code de mon article intitulé chandelle électronique. J'ai recréé exactement la même structure de programme en Pascal que celle que j'avais en assembleur.

Ce programme utilise un PIC10F202. Ce MCU n'est pas du tout conçu pour supporter la programmation dans un langage de haut niveau comme PASCAL, ce qui rend l'optimisation encore plus difficile. Voici donc le code source créé dans l'IDE de PMP. program flicker; // My first PMP program! const TMR0_CNT = 221; LFSR_MASK = 0x7FFFF159; var LED :boolean @ GPIO.2 ; pwm_cntr, frame_cntr, pwm_val, next_bright, rand_val: byte; rand: DWORD; procedure lfsr_rand; begin if (not shrb(rand)) then begin rand := rand xor LFSR_MASK; end; rand_val := rand and 0xFF; end; {lfsr_rand} procedure pwm_control; begin inc(pwm_cntr); pwm_cntr := pwm_cntr and 15; if (pwm_cntr<pwm_val) then LED:=1 else LED:=0; end;{pwm_control} begin tris(GPIO,H'e'); loop LED := NOT LED; TMR0 := TMR0_CNT; while (TMR0>0) do ; pwm_control; if (not pwm_cntr) then begin inc(frame_cntr); frame_cntr := frame_cntr and 31; if (not (frame_cntr and 7)) then begin lfsr_rand; if (7<rand_val) then rand_val:= rand_val div 2; next_bright := rand_val; end; if (frame_cntr=0) then begin pwm_val := next_bright; end; end; end; end. { flicker } Le compilateur génère le fichier .asm suivant. ;; 1 program flicker; // My first PMP program! ;; 2 ;; 3 const list p=PIC10F202 ; Target processor device list r=dec ; Use decimal radix include "PROCESSOR.ASM" ; Device specifics include file errorlevel -302 ; Disable bank warnings ;; 4 TMR0_CNT = 221; flicker.TMR0_CNT equ h'DD' ; 221 - b'1101.1101' ;; 5 LFSR_MASK = 0x7FFFF159; flicker.LFSR_MASK equ h'7FFFF159' ; 2147479897 ;; 6 ;; 7 var ;; 8 LED :boolean @ GPIO.2 ; ;; 9 pwm_cntr, ;; 10 frame_cntr, ;; 11 pwm_val, ;; 12 next_bright, ;; 13 rand_val: byte; ;; 14 ;; 15 rand: DWORD; ;; 16 ;; 17 procedure lfsr_rand; __config h'FEB' ; CP=OFF, MCLRE=OFF, WDTE=OFF ; ------------------------------------------------------- ; IDLOCS - idlocs has a bug, so generate them directly. ; ------------------------------------------------------- __flicker._200 code h'200' ; Idlocs section errorlevel -220 ; Disable code address warnings data h'0001' ; h'02' data h'0000' ; h'02' data h'0000' ; h'02' data h'0000' ; h'02' ; --------------- ; RESET VECTOR. ; --------------- __flicker._000 code h'000' ; Reset vector goto __flicker ;; 18 begin __flicker.1 code ; Proc / func section real address flicker.__lfsr_rand: global flicker.__lfsr_rand ;; 19 if (not shrb(rand)) then bcf STATUS, C ; Clear carry rrf flicker.rand+3, F ; Shift right from LSB rrf flicker.rand+2, F ; Shift right from LSB rrf flicker.rand+1, F ; Shift right from LSB rrf flicker.rand, F ; Shift right from LSB btfss STATUS, C ; Test bit bcf __BitStack, 0 ; Into bit acc btfsc STATUS, C ; Test bit bsf __BitStack, 0 ; Into bit acc btfsc __BitStack, 0 ; Test bit acc goto __lfsr_rand.0 ; Branch if true ;; 20 begin ;; 21 rand := rand xor LFSR_MASK; movlw h'59' ; constant 1st byte xorwf flicker.rand, F ; XOR to variable 1st byte (LSB) movlw h'F1' ; constant 2nd byte xorwf flicker.rand+1, F ; XOR to variable 2nd byte movlw h'FF' ; constant 3rd byte xorwf flicker.rand+2, F ; XOR to variable 3rd byte movlw h'7F' ; constant 4th byte xorwf flicker.rand+3, F ; XOR to variable 4th byte (MSB) ;; 22 end; __lfsr_rand.0: ;; 23 rand_val := rand and 0xFF; movf flicker.rand, W ; Get variable in acc movwf flicker.rand_val ; Store to byte ;; 24 end; {lfsr_rand} retlw h'00' ; Normal return ;; 25 ;; 26 ;; 27 procedure pwm_control; ;; 28 begin __flicker.2 code ; Proc / func section real address flicker.__pwm_control: global flicker.__pwm_control ;; 29 inc(pwm_cntr); incf flicker.pwm_cntr, F ; Increment ;; 30 pwm_cntr := pwm_cntr and 15; movlw h'0F' ; constant andwf flicker.pwm_cntr, F ; AND to variable ;; 31 if (pwm_cntr<pwm_val) then LED:=1 else LED:=0; movf flicker.pwm_cntr, W ; Get variable in acc movwf __STACK__0 ; Push acc byte movf flicker.pwm_val, W ; Get variable in acc bsf __BitStack, 0 ; Prepare bit ACC (true) subwf __STACK__0, W ; Compare to stack byte btfsc STATUS, C ; Skip if less bcf __BitStack, 0 ; Load false btfss __BitStack, 0 ; Test bit acc goto __pwm_control.0 ; Branch if false bsf GPIO, flicker.LED ; Store true goto __pwm_control.1 __pwm_control.0: bcf GPIO, flicker.LED ; Store false __pwm_control.1: ;; 32 end;{pwm_control} retlw h'00' ; Normal return ;; 33 ;; 34 ;; 35 begin ; --------------------------- ; Main program entry point. ; --------------------------- __flicker.3 code ; Main section __flicker: clrf __FLAGS ; Clear general purpose flags flicker.CONTINUE: ; --- Main program loop ;; 36 tris(GPIO,H'e'); movlw h'0E' ; Load constant 14 (h'0E') tris GPIO ; Set i/o direction ;; 37 loop ;; 38 LED := NOT LED; __L0: ; --- Loop target movlw 1<<flicker.LED ; Bit mask xorwf GPIO, F ; Flip bit ;; 39 TMR0 := TMR0_CNT; movlw h'DD' ; load constant 221 (h'DD') movwf TMR0 ;; 40 while (TMR0>0) do ; __L2: movf TMR0, W ; Get variable in acc btfss STATUS, Z ; Skip if zero goto __L2 ; Branch if w is TRUE ;; 41 pwm_control; call flicker.pwm_control ;; 42 if (not pwm_cntr) then movf flicker.pwm_cntr, W ; Get variable in acc btfss STATUS, Z ; Skip if zero goto __L3 ; Branch if w is TRUE ;; 43 begin ;; 44 inc(frame_cntr); incf flicker.frame_cntr, F ; Increment ;; 45 frame_cntr := frame_cntr and 31; movlw h'1F' ; constant andwf flicker.frame_cntr, F ; AND to variable ;; 46 if (not (frame_cntr and 7)) then movf flicker.frame_cntr, W ; Get variable in acc andlw h'07' ; AND btfss STATUS, Z ; Skip if zero goto __L4 ; Branch if w is TRUE ;; 47 begin ;; 48 lfsr_rand; call flicker.lfsr_rand ;; 49 if (7<rand_val) then rand_val:= rand_val div 2; movlw h'07' movwf __STACK__0 ; Push byte movf flicker.rand_val, W ; Get variable in acc bsf __BitStack, 0 ; Prepare bit ACC (true) subwf __STACK__0, W ; Compare to stack byte btfsc STATUS, C ; Skip if less bcf __BitStack, 0 ; Load false btfss __BitStack, 0 ; Test bit acc goto __L5 ; Branch if false bcf STATUS, C ; Clear carry rrf flicker.rand_val, F ; Shift value __L5: ;; 50 next_bright := rand_val; movf flicker.rand_val, W ; Get byte movwf flicker.next_bright ; Store to byte ;; 51 end; __L4: ;; 52 if (frame_cntr=0) then movf flicker.frame_cntr, W ; Get variable in acc btfss STATUS, Z ; Skip if zero goto __L6 ; Branch if w is TRUE ;; 53 begin ;; 54 pwm_val := next_bright; movf flicker.next_bright, W ; Get byte movwf flicker.pwm_val ; Store to byte ;; 55 end; __L6: ;; 56 end; __L3: ;; 57 end; goto __L0 ; Loop ;; 58 end. { flicker } goto flicker.CONTINUE flicker.LED equ 2 ; Bit 2 in GPIO ; ====================== ; Subroutines jump table ; ====================== __flicker._0FE code h'0FE' ; Force absolute section in first 256 instructions flicker.lfsr_rand: global flicker.lfsr_rand goto flicker.__lfsr_rand flicker.pwm_control: global flicker.pwm_control goto flicker.__pwm_control ; ================ ; Data definitions ; ================ __DATA.008 udata_ovr h'08' flicker.rand: ; h'08'-h'0B' res 4 __BitStack: ; h'0C' global __BitStack res 1 flicker.rand_val: ; h'0D' res 1 flicker.pwm_cntr: ; h'0E' res 1 __STACK__0: ; h'0F' global __STACK__0 res 1 flicker.pwm_val: ; h'10' res 1 __FLAGS: ; h'11' global __FLAGS res 1 flicker.frame_cntr: ; h'12' res 1 flicker.next_bright: ; h'13' res 1 ; ======================== ; Used symbols information ; ======================== ; flicker.frame_cntr - - - - - - - - byte, @ $12 ; flicker.LED - - - - - - - - - - - - boolean, SFR, @ GPIO.2 ; flicker.LFSR_MASK - - - - - - - - - const longword, (2147479897 = $7FFFF159) ; flicker.lfsr_rand - - - - - - - - - procedure ; flicker.next_bright - - - - - - - - byte, @ $13 ; flicker.pwm_cntr - - - - - - - - - byte, @ $0E ; flicker.pwm_control - - - - - - - - procedure ; flicker.pwm_val - - - - - - - - - - byte, @ $10 ; flicker.rand - - - - - - - - - - - longword, @ $08 ; flicker.rand_val - - - - - - - - - byte, @ $0D ; flicker.TMR0_CNT - - - - - - - - - const byte, (221 = $DD) ; ========= ; RAM usage ; ========= ; (B = bad/unimplemented, R = Reserved, S = SFR, X = used, m = mirrored, . = free) ; 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ; 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F ; ; h'000' S S S S S S S B X X X X X X X X X X X X . . . . . . . . . . . . ; 12 bytes free (50% of GPRs) ; ===================================================================================================================== ; Compiled by PMP_IDE 2.0.6.106 for PIC10F202 on 2015-01-11 12:53:40 ; (PMP_IDE is 2006-2014 PMP team, Philippe Paternotte) ; Compilation time: 176 ms ; Generation time: 66 ms ; ===================================================================================================================== ; Thanks to: ; Jack W. Crenshaw, Albert Graef and Berend de Boer, Thomas LeMense for their good work ; about how to build compilers. ; Mike Gore for his excellent work on PicFloat FP library, ancestor of PMP float library. ; ; Special thanks to: ; Olivier Jauzelon (ResetVector) - first heavy beta tester and library contributor, ; Vasile Guta-Ciucur (Vasi) - heavy beta tester and library contributor, ; Thomas Breth - beta tester and library contributor, ; Cosmin Koteles - for the first installer program / configuration file, ; Fred King, Johan Bakker, Giulio Bottini, ; Flemming Myrup, Calin Raszga, Willem van Pelt, Bernd Koesters - beta testers and donators, ; Michel Burcez - my best friend, who knows nothing about programming PICs, for his wise advices. ; ===================================================================================================================== end ; End of source. version C compilée avec XC8 free. /* * File: xc8_flicker.c * Author: Jacques * * Created on 13 janvier 2015, 08:27 */ #include <pic10f202.h> #define TMR0_CNT 221 #define LFSR_MASK 0x7ffff159 #define LED 2 unsigned char pwm_cntr, frame_cntr, pwm_val, next_bright, rand_val; unsigned long long random; void lfsr_rand(){ random >>= 1; if (! random & 0x10000000u){ random ^= LFSR_MASK; } rand_val = random & 0xFF; } void pwm_control(){ pwm_cntr++; pwm_cntr &= 15; if (pwm_cntr<pwm_val) { GPIO = GPIO | (1<<LED); }else{ GPIO &= ~(GPIO | (1<<LED)); } } // int main(int argc, char** argv) { asm("movlw 0xe\n" "tris GPIO"); while (1){ GPIO ^= (1<<LED); TMR0 = TMR0_CNT; while (TMR0>0) ; pwm_control(); if (!pwm_cntr){ frame_cntr++; frame_cntr &=31; if (!(frame_cntr & 7)){ lfsr_rand(); if (rand_val>7) rand_val >>=1; next_bright = rand_val; } if (frame_cntr==0){ pwm_val = next_bright; } } } return 0; }//main()

Comparaison

usage	ASM	PMP	XC8 free
octets RAM	9	12	18
code FLASH	77	90	94

Les octets de RAM supplémentaires utilisés par PMP sont:

• __BitStack, 1 octet, sert à sauvegarder les status bits pour la donnée qui est dans __STACK__0.
• __STACK__0, 1 octet, utilisé comme variable temporaire.
• __FLAGS, 1 octet, est utilisé pour les variables de type boolean définies dans le programme PASCAL.

La variable __FLAGS n'est pas utilisée puisqu'il n'y a pas de variable booléennes dans le programme. LED ne compte pas car cette variable est définie sur le SFR GPIO. Notez qu'on utilise @ pour définir une variable sur une adresse absolue. donc dans le code

var
  LED :boolean @ GPIO.2 ;

Signifie que la LED est sur le BIT 2 du SFR GPIO. Ce qui en assembleur est traduis par:

flicker.LED     equ     2        flicker.LED       ; Bit 2 in GPIO

Puisque __FLAGS n'est pas utilisée dans ce programme le compilateur aurait du optimiser en supprimant cette variable ainsi que l'instruction clrf __FLAGS dans la section d'initialisation.

Bug régressif dans la version 2.06B

A la ligne 49 du code PASCAL on retrouve la ligne:

if (7<rand_val) then rand_val:= rand_val div 2;

Ce n'est pas le code que j'ai écris au départ mais plutôt:

if (rand_val>7) then rand_val:= rand_val div 2;

Mais pour faire la comparaison le compilateur a généré:

        movf    flicker.rand_val, W     ; Get variable in acc
        bsf     __BitStack, 0           ; Prepare bit ACC (true)
        sublw   h'07'                   ; subtract W to constant

Le problème c'est que l'instruction sublw n'existe pas dans le jeux d'instructions des PIC baseline. Mais simplement en inversant la comparaison le code généré deviens:

        movlw   h'07'
        movwf   __STACK__0              ; Push byte
        movf    flicker.rand_val, W     ; Get variable in acc
        bsf     __BitStack, 0           ; Prepare bit ACC (true)
        subwf   __STACK__0, W           ; Compare to stack byte

Lorsqu'on étudie le code assembleur généré par PMP on comprends rapidement pourquoi ça prend 16% de plus d'instructions. Il semble que toutes les comparaisons sur les variables passe par __BitStack et __STACK__0.

Conclusion

Bien sur ce banc d'essai est bref et je vais certainement poursuivre d'autres expérimentations avec PMP mais ça m'a quand même permis de me faire une idée du prix a payer en terme d'utilisation de l'espace de code. Le résultat est meilleur que celui obtenu avec XC8 version gratuite. Donc pour ceux qui préfère le PASCAL au 'C' ça peut-être intéresssant. Personnellement pour un programme PIC qui a moins de 512 instructions je préfèrerai toujours programmer en assembleur. Donc pour tous les PIC10F, PIC12F qui disposent de 256/512 instructions de FLASH.

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NOTES:
1) un bug régressif est un bug qui a été introduit dans la version courante alors que la même fonctionnalité fonctionnait correctement dans une version antérieure.