Cours - Programmation C pour systèmes embarqués.pdf

7/29/2019 Cours - Programmation C pour systmes embarqus.pdf

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Programmation C poursystmes embarqus

Sylvain [email protected]

Btiment chablais, bureau 1304 79 75 86 86

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Universit de Savoie 2

Prsentation des cours : Sommaire

z Cours : 10.5 h en 7 sancesz 1re partie : Rappel sur le langage C (exercices de base)

z 2me partie : La programmation en langage C avance

z 3me partie : Implmentation de code sur cibleembarque (DSP TMS 320C5416)

z 4me partie : Prsentation du TP : Ralisation dunalgorithme de compression de donnes.


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Prsentation TPzTD : 20 h en 5 sances

Le but de ce projet est d'crire un programme decompression de fichiers textes, sans perte d'information.On demande galement d'crire un dcompresseur quidevra restaurer le fichier original.

Lalgorithme propos ici est l'algorithme de Huffman.


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Examen

z Une note :

z 14 points : Le droulement du TP/Projet jusqu lasoutenance.z 6 points sur la soutenance (prsentation de votre

projet et de lintgration sur le DSP)


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1re partie : Rappel sur le langage C

(exercices de base)z Donner lexcution du code suivant :

#i ncl ude #i ncl ude

int mai n(void){unsigned char i ;unsigned char t ab[ 5] ={1, 2, 4, 8, 16};

for (i =0; i


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(exercices de base)z Donner lexcution du code suivant :

#i ncl ude

i nt mai n() {int i ,j ;

for(i =0; i


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(exercices de base)z crire une fonction C calculant la longueur d'une

chane de caractres, donne en argument. Leprototype de la fonction est le suivant :

int longueur(char *s)


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(exercices de base)z crire une fonction C calculant la longueur d'une

chane de caractres, donne en argument.

#i ncl ude

int l ongueur (char *s) {int n = 0;

while (s[n] ! = ' \ 0' ) {n++;}

return n;}


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(exercices de base)Soit un texte donn par une chane de caractres. Lebut est de compter le nombre d'occurrences dechaque lettre minuscule.

z Question 1 : Raliser les dclarations suivantes :z Le texte (chane de caractre constante) sera dclar dans un

tableau nomm ch . Vous afficherez la chane de caractre lcran.z Un tableau d'entiers statique nomm occ . pour compter

les occurrences de chaque lettre de lalphabet dont la taille

est fixe par une constante (correspondant au nombre delettre de lalphabet).z Un pointeur nomm p pour parcourir le texte.


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(exercices de base)


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(exercices de base)#i ncl ude #def i ne NB_LETTRE 26;

voidmai n(void) {

/* dclaration d'une chane tableau de caractres. */

char ch[]="ceci est une cha ne de t est " ;

/* dclaration d'un pointeur sur une chane de caracteres. */

char *p = ch;

/* dclaration d'un tableau de 26 cases */

int occ[NB_LETTRE];

printf("Cha ne en mmoi r e : %s\ n", ch);}


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(exercices de base)z Question 2 : Initialiser le tableau doccurrence

zro :


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(exercices de base)z Question 2 : Initialiser le tableau doccurrence

zro :

/* initialisation du tableau des occurrences 0. */

int i =0;

for (i =0; i


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(exercices de base)z Question 3 : Compter les occurrences jusqu

la fin de la chane de caractre :


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(exercices de base)z Question 3 : Compter les occurrences jusqu

la fin de la chane de caractre :

/* parcours de la chane jusquau \0 */

while (*p ! = ' \ 0' ){

if ( ( *p >= ' a ) && ( *p


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(exercices de base)z Question 4 : Afficher le contenu du tableau occ


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(exercices de base)z Question 4 : Afficher le contenu du tableau occ

for (i =0; i


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2me partie : La programmation en

langage C avancez Lisibilit du code,z les types de variables,z

les typedef,z occupation mmoire,z port des variables,z les oprateurs,z

manipulation de registre,z les structures,z les pointeurs,z le main(),z

pointeurs,z la pile,z type de fonction,z allocation dynamique,z

les options doptimisations la compilation,z les erreurs classiques du C


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Lisibilit du code C

z Exercice :Raliser un code qui imprime les N premierslments d'un tableau dentier A[] en insrantun espace entre les lments et en

commenant une nouvelle ligne aprs chaquedixime chiffre.


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Lisibilit du code C

void main(void){

int A[80],N,i;

scanf(%d,&N);

for (i=0; i


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Lisibilit du code C

zVoici une deuxime faon de coder, trspratique mais beaucoup moins lisible.

void main(void){int A[80],N,i;

scanf(%d,&N);

for (i=0; i


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Lisibilit du code C

z Quelques quivalences parfois viter

Op. Fonction Exemple Equivalence+= Addition et

affectation

nombre += 5; nombr e=nombr e+5

-= Soustraction et

affectation

nombr e - = 6;

*= Multiplication

et affection

nombr e *= 3;

/= Division et

affectation

nombr e / = 2;

%= Modulo et

affectation

nombr e %= 4; nombr e = nombr e % 4

++ Incrmentation nombr e++; nombr e = nombr e + 1;

-- Dcrmentation nombre- - ; nombre = nombre - 1;

y = x++ y = xx = x + 1

y = ++x x = x + 1y = x


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Lisibilit du code C#include main(t,_,a)char*a;{return!0


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Lisibilit du code C

z Rgle respecter :z Mettre des commentaires explicitesz Ne pas trop compresser le codez Respecter une homognit dans votre faon de

coder.z Organiser la mise en page de votre code, ou

respecter celle dj existante.


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Les types de variables

z char = 1 octet (signed ou unsigned)

z Int, long, double, float dpendent de la cible processeur utilise.

Afin de connatre la taille (en octet) dune variable, on

utilise la fonction sizeof() :z printf( int=%d octets , sizeof(int));

Note : Il nexiste pas de type Boolen en C


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z Cas dune compilation pour processeur 32 bits

z Voir le cas dun compilateur C pour PIC16F ou PIC18F (microchip)

z Voir le cas dun compilateur C pour DSP TMS320 (TexasInstruments) (page suivante)


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z Donner la reprsentation binaire des nombres suivants :z char a=64;z unsigned char b=64;z char c=128;z unsigned char d=128;

z

Quel est laffichage des fonctions suivantes?z printf(%d , a);z printf(%d , c);z printf(%u , a);z printf(%u , c+a);

Note : Une dclaration est signed par dfaut.Note : %d -> entier signed / %u -> entier unsigned


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z Conversion explicite :La conversion de type consiste transformer un type de valeur enun autre, en respectant la syntaxe suivante()

z Conversion implicite :Lorsque les deux oprandes sont de type diffrent, le compilateurprvoit une conversion implicite suivant l'ordre :{ char -> int -> long -> float -> double } et { signed ->

unsigned }


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Dcrivez le conversion du type, ainsi que lesaffectations du code suivant :

i nt mai n( voi d){i nt n, m, l ;doubl e d;d = 5;

n = ( i nt ) 3. 4;n = 1;m = 5;d = 2;l = ( i nt ) ( m / d) ;d = n / m;d = n / ( ( doubl e) m) ;d = ' A' * 6. 0 m + 0xA2CL;r et ur n 0;

}


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Porte des variables

z static : permet une variable locale dtre persistante et donc deconserver sa valeur pendant les appels successifs de la fonction.

#i ncl ude

voidf(void) {

static int i = 0; /* i ne sera initialis quune fois*/

int j = 0; /* j sera initialis chaque fois */;

i ++;

j ++;printf(" i vaut %d et j vaut %d. \ n" , i , j );

}

int mai n(void) {

f();

f();

f();

return 0;

}


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Porte des variables

z static : Cas des variables globales.

Une variable globale est dj persistante. Lobjectif de la nommer en static est simplement de la privatiser au fichier o elle estdclare. Cest--dire quelle ne pourra pas tre utilise depuis un autre

fichier.


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Porte des variables

z extern : permet de spcifier que la variable a t dclarer dansun autre fichier. Si on omet ce terme, une nouvelle variable estcrer avec une nouvelle allocation mmoire.

/* File : ext.c */

#i ncl ude

voi d next ( voi d) ;voi d next 1( voi d) ;i nt a1=1; / * def i ni t i on of ext er nal ( non st at i c) */

voi d mai n( voi d) {

a1=2;pr i nt f ( "a1=%d\ n" , a1) ; / / a1=2next();next 1( ) ;pr i nt f ( "a1=%d\ n, a1) ;

}


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Porte des variables

/* File file1.c */

i nt b1=0;voi d next ( voi d){

char a1;a1=' a' ;b1=77;

}

/* File file2.c */

ext er n i nt a1;

voi d next 1( voi d){f l oat b1;b1=19. 2;a1=13;

}


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Qualificateur de variables

z Le C dfinit des qualificateurs pouvant influer sur unevariable :

z const : pour dfinir une variable dont la valeur ne devrait jamaischanger ;

z volatile : dsigne une variable pouvant tre modifie notamment

par une source externe indpendante du programme.

Une variable peut avoir plusieurs qualificateurs


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Qualificateur 'const'La classe const indique au compilateur que la valeur de la

variable ne doit pas changer. Il est donc impratif d'assigner unevaleur la dclaration de la variable, sans quoi toute tentative demodification ultrieure entranera une erreur de la part ducompilateur :

tudier les codes suivants :

const int i = 0;i = 1;


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char * const poi nt eur = "Sal ut t out l e monde ! " ;poi nt eur = "Hel l o wor l d ! " ;

voidf onct i on( const char * poi nt eur )

{ poi nt eur [0] = 0;poi nt eur = "Nouvel l e cha ne de car act r es" ;

}

const char * const poi nt eur = "Sal ut t out l e monde ! " ;poi nt eur = "Hel l o wor l d ! " ;

poi nt eur [0] = 0;


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Qualificateur 'volatile'

Ce mot-cl sert spcifier au compilateur que la variable peuttre modifie son insu. Cela annule toute optimisation que lecompilateur pourrait faire, et l'oblige procder chaque lectureou criture dans une telle variable tel que le programmeur l'acrit dans le code.

z On peut combiner const et volatile dans certaines situations. Parexemple :

extern const volatile int horloge_temps_reel;>>dclare une variable entire, qu'on ne peut modifier partir duprogramme, mais dont la valeur peut changer quand mme. Elle pourraitdsigner une valeur incrmente rgulirement par une horloge interne.


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valuation des expressions boolennes (1)

z Le C ne possde pas de type boolen ddi. Dans ce langage,n'importe quelle valeur diffrente de zro est considre vraie,zro tant considr comme faux. Ce qui veut dire que n'importe

quelle expression peut tre utilise l'intrieur des tests (entier,rels, pointeurs, tableaux, etc.). Cela peut conduire desexpressions pas toujours trs claires, comme :

z On prfrera :

z Attention :

int a;a = une_f onct i on();

if (a) { /* ... */}

int a;a = une_f onct i on();if (a ! = 0) { /* ... */}

int a = 0; b = 2;if (a = b) { /* Le code qui suit sera toujours excut ... */}


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valuation des expressions boolennes (2)

z Les oprateurs logiques de comparaisons (&& et ||, similairessmantiquement leur quivalent binaire & et |) ont uneexcution totalement diffrente.

z Dans le cas du ET logique (&&), si l'oprande gauche s'value faux (valeur zro), on sait dj que le rsultat du ET sera faux etdonc ce n'est pas la peine d'valuer l'oprande droite. De lamme manire si l'oprande gauche d'un OU logique (||) est

valu vrai, le rsultat sera aussi vrai (valeur !=0) et doncl'valuation de l'oprande droite est inutile.

if (z ! = 0 && a / z < 10){

printf("Tout va bi en\ n");}


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Les manipulations de bits (1)

z Les manipulations de bits sont beaucoup utilises danslembarqu. Pour contrler un priphrique matriel,

on retrouve des registres de 8, 16 ou 32 bits quil fautmodifier.z Mettre 1 le bit 4 de a :

z Mettre zro le bit 3 de a :

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */


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z Les manipulations de bits sont beaucoup utilises danslembarqu. Pour contrler un priphrique matriel,

on retrouve des registres de 8, 16 ou 32 bits quil fautmodifier.z Mettre 1 le bit 4 de a :

z Mettre zro le bit 3 de a :

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */unsigned b = 0x0010; /* 0000 0000 0001 0000 */unsigned c = a | b; /* 0000 0000 0001 1111 soit 0x001F */

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */unsigned b = 0xFFF7; /* 1111 1111 1111 0111 */unsigned c = a & b; /* 0000 0000 0000 0111 soit 0x0007 */


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z Tester si le bit 2 de a est 1 :

z Tester si le bit 3 de a est 1 et si le bit 15 est 0 :

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */


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z Tester si le bit 2 de a est 1 :

z Tester si le bit 3 de a est 1 et si le bit 15 est 0 :

unsigned a = 0x000F; /* 0000 0000 0000 1111 */

if (a & (1u


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Le main()

z Le main() est le point dentre dune application. Dansun systme embarque sans systme dexploitation, le

point dentre du programme sera prcis dans laphase ddition de liens par linitialisation du vecteurdinterruption nomm RESET.


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A quoi sert un pointeur ?

L t bl (1)


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Les tableaux (1)

z Un tableau est un regroupement conscutif dedonne de mme type et de taille fixe.

// Tableau 1 dimension

void main(void){

int tableau[4];int i;

for(i=0i


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Les tableaux (2)

tableau[3]

tableau[2]tableau[1]tableau[0]

tableau[3][2]tableau[3][1]




tableau[3][0]

tableau[2][0]

tableau[1][0]

tableau[0][0]

L t bl (3)


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Les tableaux (3)

z Passage de paramtre des tableaux des fonctions :

z Un tableau nest jamais pass enparamtre, cest son adresse qui est

fournie.

O i ti l i i ll


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Organisation logicielle

0x00000000

0xFFFFFFFF

address space

code segment

(=program)

Data : (static and global)

heap(dynamically allocated)

stack

PC (Program Counter)

SP (Stack Pointer)

data segment

O i ti l i i ll


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Organisation logicielle

z Code segment : Emplacement ou se trouve le codecompil.

z Data segment :z Data : contient toutes les variables static et globales

(initialises ou non)z Heap : Le tas est gr dynamiquement. Cest une zone de

donne qui grossi la rservation de zone mmoire (malloc)et qui se rduit lors de la libration (free).

z Stack : Cest une zone de stockage de type LIFO. Ellecontient les adresses de retour des fonctions et les

variables locales. Cette zone mmoire est beaucoupplus rapide que lutilisation du Heap.

Optimisation du code


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z Dans le contexte de lembarqu, il est important de connatre lesoptions de compilation doptimisation. Il y a en effet un compromis trouver entre la taille de lexcutable produit et le temps dexcution.



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z Option -O0 (niveau 0)z Allocates variables to registersz Performs loop rotationz Eliminates unused codez Simplifies expressions and statements

z Option -O1 (niveau 1)z Performs all -O0 optimizations, and:z Removes unused assignmentsz Eliminates local common expressions

z Option -O2 (niveau 2) (default optimization level)z Performs all -O1 optimizations, and:z Performs loop optimizations

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