单片机外文原稿1翻译

8051微控制器的字节码解释器

N. Jeenjun S. Khuntaweetep and S. Somkuarnpanit

一 引言

要使用微控制器，用户必须了解其架构和语言。每个家庭的微控制器都有它自己的体系结构和指令集。例如PIC家庭是RISC和8051是CISC。当用户想要使微控制器的变化来支持新的微控制器，可帮助其他用户开发新的方案。

它是废时间，因为用户必须学习新的微控制器的架构和指令集，以及解释另一种方式的微控制器要解决的问题。当用户想要改变新微控制器，用户只安装解释新微控制器，但不写新的程序。

例如，对于字节代码的Java语言，Java作为由Sun Microsystems引入，在1994年已经传遍了整个计算机行业，并已传递到所有域。不过Java是提供“一次编写，运行无处不在“的软件。在图1中，程序员编写的Java项目。 Java编译器将编译Java程序的Java字节码。使用Java程序，用户需要安装Java虚拟机操作目标系统。如果用户要改变到新的操作系统，用户只需安装Java虚拟机和Java程序就可以正常运行。这种情况下的Java虚拟机就是Java系统解释器。

世界上人们最喜欢的玩具是乐高的头脑风暴。乐高积木解释器中有H8微控制器。用户接口是基于图形块。这很容易为初学者即使孩子们，都可以来开发自己的应用。为了解释的其他例子，由麻省理工学院MetaCricket开发的，GoGo电路板，通过BasicStamp视差，picoJava-Ⅰ和picoJava-Ⅱ，由Sun微系统的嵌入式Java虚拟机和字节代码固件设计组成的单片机。

二 系统比较

在图2中所描绘的标准的微控制器（MCU）语言设计，就是用户写入装配程序为目标MCU和编译每个系统的机器代码。在这情况下，用户必须为8051和PIC制定方案2。

在图3中，用户安装字节码解释器，既然后在8051和PIC单片机写入程序字节代码指令集。在这种情况下，用户写程序只有1次。

三 翻译框图

这里解释的MCU有3个部分，他们如图4被加以描述。VM控制器是翻译的核心，它控制读取/执行和状态的命令，IF，ELSE，REPEAT和GOTO。VM EXECUTE是字节码解码器。外围是硬件模块。它包括，并口，串口，I2C端口，定时器，液晶口和算术函数。

在图5 系统流程图描述中MCU后复位后，解释器从内置闪存取出字节码。条件1将被选中，不管它是正常的任务或任务的条件。如果是正常的任务，接下来的字节码会被解码为正常。如果不是，解释器之前会去下一个命令，检查情况。完成该操作之后，程序计数器

（PC）将被提高到下一行地址。

A.数据堆栈

解释器被设计成具有16级数据栈。该优势数据栈是，存储条件的结果指令值IF/ ELSE和WAITUNITL并从结果算术命令。 数据堆栈示例被描绘在图6中。 00,02,09,01,00,06,00,01,40,01,35,1C，0A 00,02：行程序地址 09：SUM

01：条件1（IF语句） 00：没有条件2

06：数字IF语句的奴隶 00：这是主线

01,40：推送数据40H到当前栈 01,35：数据推35至下一个栈 1C：比较均等字节码

0A：在堆栈比较数据和堆栈+1，结果将在堆。

B字节码格式

字节码格式由7份组成，图7中所描绘那样。 AddrH和ADDRL是16位地址线。（最大为65535行）

SUM使用字节中的每一行（ADDRL，AddrH和SUM不包括在内）

1是首要条件。 2是次要条件。

CondListH，在以下情况下，如果条件1不为00H 平等00H：这是从行地址。 不等于00H：这是主线地址。

CondListL，在以下情况下，如果条件1不为00H 平等00H：这是主线地址。 不等于00H：这是从行地址。

8位的命令。

C.Byte代码指令集

该指令集被归类为2个部分： 没有条件的命令

对于没有条件的命令，条件1将是00H，条件2 CondListH和CondListL将不会出现在行中。在图8中格式描绘实施例如对于本命令TX232，RX232，I2CSTART，I2CWRITE， LCD，WAITTIME，OUTPORT和INPORT。

命令条件

对于条件命令包括，IF，ELSE，REPEAT和GOTO。在图9中，格式条件1描绘会不会是00H和条件2为00h保留进一步使用。

解释器设计有8级IF和ELSE的命令。在图10中显示了3个级别IF命令和2ELSE命令的水平。对于IF命令，字节码01H-08H被保留，81H-88H是为IF行结束保留。 ELSE命令，字节码09H-0FH保留和ELSE行结束89H-8FH保留。

为重复命令，解释器被设计为8个水平。重复的数量可以是0-255。为重复命保留的令字节码是21H-28H。GOTO命令，它必须有标签。标签或地址可以是0000H-FFFFH。字节代码80H被保留用于GOTO命令。所有命令将在试验结果部分进行说明。

D.Memory分配

存储器分配在图11中进行描述，第一保留16KB用于解释器安装，第二个是用户代码区为16KB闪存或32K字节EEPROM作为配置设置。在本文中，用户代码区是16KB闪存 内存。

E.硬件

硬件测试系统是ETT-JR51USB[12]下面是规范的硬件。 AT89C5131单片机6时钟运行 32K字节闪存和1K字节的sram USB线下载程序

1xUART最大11520个基点 1个I2C端口 5VDC电源 四 测试结果

我们选择了一些字节代码示例来测试翻译。它包括I2C，RS232，LCD和并口与延迟时间。第一示例代码在图12中，该方案将产生I2C开始信号，写数据到I2C与5AH继而产生I2C停止信号。测试结果是在图13中描绘。

第一行00,00,02,00,4E 00,00：行地址 02：SUM

00：条件1（没有条件命令） 4E：写启动I2C信号

第二行00,01,04,00,01,5A，4A 00,01：行地址 04：SUM

00：条件1（没有条件命令） 01,5A：按数据5AH到数据栈 4A：数据堆栈数据发送到I2C 第三行00,02,02,00,4F 00,02：行地址 02：SUM

00：条件1（没有条件命令） 4F：写入停止I2C信号

第二个例子是在图14的程序中描述 从RS232信道接收数据，并发送相同的数据回到主机（个人计算机）。图15显示RS232 信号。

第一行00,00,06,64,00,00,05,00,01

00,00：行地址 06：SUM

64：条件1（标签命令） 00：没有条件2 00,05：标签栈位置 00,01：为去命令行地址 第二行00,01,02,00,14 00,01：行地址 02：SUM

00：条件1（没有条件命令） 14：读取RS232数据 第三行00,02,02,00,04,13 00,02：行地址 02：SUM

00：条件1（没有条件命令） 04：推RS232数据到数据栈 13：写数据从数据堆栈到RS232 第四行00,03,05,65,00,00,05,00 00,03：行地址 05：SUM

65：条件1（转到命令） 00：没有条件2

00,05：在堆栈单元05刷新标签 00：保留进一步用

第三个例子是在图16中，程序中描述将数据发送到并行端口，数据1，2，4，8，10H，20H，40H 80H并用400毫秒的延迟时间。测试结果在图17中描绘。 第一行00,00,06,64,00,00,05,00,01

00,00：行地址 06：SUM

64：条件1（标签命令） 00：没有条件2 00,05：标签栈位置 00,01：为去命令行地址 第二行00,01,04,00,01,01,4C 00,01：行地址 04：SUM

00：条件1（没有条件命令） 01,01：数据推01〜数据堆栈 4C：写入并行端口数据堆栈数据 第三行00,02,04,00,01,04,10 00,02：行地址 04：SUM

00：条件1（没有条件命令） 01,04：数据推01〜数据堆栈

10：延迟时间与数据数据乘以堆栈100毫秒 第四行00,03,04,00,01,02,4C 00,03：行地址 04：SUM

00：条件1（没有条件命令） 01,02：按数据02数据堆栈

4C：写入并行端口数据堆栈数据

其余程序将重复相同行1和2号线，但只有改变的数据出来。

最后一个例子是LCD命令，图18是程序，图19是测试结果。 第一线00,00,02,00，A2 00,00：行地址 02：SUM

00：条件1（没有条件命令） A2：初始液晶字节码指令 第二行

00,01,19,00,01,31，A0,01,32，A0,01,33，A0,01,34，A0,01,35，A0,01,36，A0,01,37，A0,01,38 A0，

00,01：行地址 19：SUM

00：条件1（没有条件命令） 01,31：推送数据31（字符“1”），以数据堆栈 A0：数据堆栈液晶写数据

01,32：推送数据32（字符“2”），以数据堆栈 A0：数据堆栈液晶写数据

01,33：推送数据33（字符“3”），以数据堆栈 A0：数据堆栈液晶写数据

01,34：推送数据34（字符“4”），以数据堆栈 A0：数据堆栈液晶写数据

其余的程序将数据写入LCD液晶屏“5678abcdefgh”。

A.结果分析：内存使用率

本文中，我们已经安装了字节码解释成8051（CISC）微控制器。翻译是用C语言与KEIL编译。表4.1是针对比较内存使用情况。

B.结果分析：提高速度

从前面的文章中，字节码固件单片机，用户程序存储与I2C协议inexternal内存

EEPROM。它是该系统的颈部，因为它从数据EEPROM1字节花了10个时钟周期来。在本文中，我们通过使用内置的问题改进了微控制器的闪存，只用了2个时钟周期来获取1个字节数据。

五 结论

根据测试的结果，即使我们改变从系统到PIC8051微控制器，解释器仍然可以执行正确命令的字节代码。事实证明独立硬件的概念就是执行字节码指令通过改变外部存储器，内部闪存提高内存。进一步的就是减少解释器代码大小和速度的提高，我们可以用汇编语言，而不是C语言。最后：检查字节代码的语法，编译的应制定为好。

六 参考

[1] S. Wilson and J. Kesselman, “Java platform perform ance strategies and tactics”, Addison-Wesley, Boston, 2000.

[2] T. Lindholm and F. Yellin, “The Java virtual machine specification”,Addison-Wesley, Reading, Mass., 1997.

[3] Jin Sato, “LEGO MINDSTORMS: The Master's Tech nique”,O'Reilly Media, Inc.,2008.

[4] F.Matin, B.Mikhak, B.Silverman, “MetaCricket: A de signner’s kit for making computational devices”, IBM Systems Journal, Vol. 39, NOS3&4, 2000.

[5] Arnan (Roger) Sipitakiat, “GOGO BOARD”, Available from: http://www.gogoboard.org [6] Al Williams, “Microcontroller Projects Using the Basic Stamp”, CMP Books, 2002. [7] Sun Microsystems, “picoJava-I: picoJava-I Core Micro processorArchitecture”, Sun Microsystems white paper, October 1996.

[8] Sun Microsystems, “picoJava-II: Java Processor Core”, SunMicrosystems data sheet, April 1998.

[9] Graham Mathias, Kenneth B. Kent “An Embedded Java Virtual Machine Using Network-on-Chip Design”, IEEE Int. Workshop on Rapid System Prototyping, 2006.

[10] Kenneth B. Kent, Micaela Serra, “Hardware/Software Co-Design of a Java Virtual Machine”, IEEE, 2000.

[11] Narakorn Jeenjun, “The Byte code Firmware Design for Microcontroller Device”, KKU Journal, Vol 34, Page 535-546, 2007.

[12] ETT-JR51USB Board Available from: www.ett.co.th