KEIL可从入函数讲解.docx
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KEIL可从入函数讲解
《KEILC51可重入函数及模拟栈浅析》
一文的理解
此片文章主要是关于前辈文章的理解，没有超越前辈的地方，前辈文章链接如下：
一下是我对于这篇文章的理解，如果有错希望大家能够指出并改正，鄙人QQ:
384710930
在进入代码阅读之前，本人想说说我的见解：
本人觉得先读C?
ADDXBP和C?
XBPOFF函数对于理解该文有比较好效果，但是鉴于前辈的顺序不是如此，所以我就不加更改！
关键在于下面两个函数！
文字功底不行，请大家见谅，一下附录原文和前辈文章里没有写全的代码！
附录（原文）：
KEILC51可重入函数及模拟栈浅析（转）
原文：
摘要：
本文较详细的介绍了keilc51可再入函数和模拟堆栈的一些概念和实现原理，通过一个简单的程序来剖析keilc51在大存储模式下可重入函数的调用过程，希望能为keilc51和在51系列单片机上移植嵌入式实时操作系统的初学者提供一些帮助。
1、关于可重入函数（可再入函数）和模拟堆栈（仿真堆栈）
“可重入函数可以被一个以上的任务调用，而不必担心数据被破坏。
可重入函数任何时候都可以被中断，一段时间以后又可以运行，而相应的数据不会丢失。
”（摘自嵌入式实时操作系统uC/OS-II）
在理解上述概念之前，必须先说一下keilc51的“覆盖技术”。
（采用该技术的原因请看附录中一网友的解释）
（1）局部变量存储在全局RAM空间（不考虑扩展外部存储器的情况）；
（2）在编译链接时，即已经完成局部变量的定位；
（3）如果各函数之间没有直接或间接的调用关系，则其局部变量空间便可覆盖。
正是由于以上的原因，在KeilC51环境下，纯粹的函数如果不加处理（如增加一个模拟栈），是无法重入的。
举个例子：
在上面的代码中，TaskA与TaskB并不存在直接或间接的调用关系，因而它们的局部变量a与b便是可以被互相覆盖的，即它们可能都被定位于某一个相同的RAM空间。
这样，当TaskA运行一段时间，改变了a后，TaskB取得CPU控制权并运行时，便可能会改变b。
由于a和b指向相同的RAM空间，导致TaskA重新取得CPU控制权时，a的值已经改变，从而导致程序运行不正确，反过来亦然。
另一方面，func（）与TaskB有直接的调用关系，因而其局部变量b与c不会被互相覆盖，但也不能保证func的局部变量c不会与TaskA或其他任务的局部变量形成可覆盖关系。
根据上述分析我们很容易就能够判断出TaskA和TaskB这两个函数是不可重入的（当然，func也不可重入）。
那么如何让函数成为可重入函数呢？
C51编译器采用了一个扩展关键字reentrant作为定义函数时的选项，需要将一个函数定义为可重入函数时，只要在函数后面加上关键字reentrant即可。
与非可重入函数的参数传递和局部变量的存储分配方法不同，C51编译器为可重入函数生成一个模拟栈（相对于系统堆栈或是硬件堆栈来说），通过这个模拟栈来完成参数传递和存放局部变量。
模拟栈以全局变量?
C_IBP、?
C_PBP和？
C_XBP作为栈指针（系统堆栈栈顶指针为SP），这些变量定义在DATA地址空间，并且可在文件startup.a51中进行初始化。
根据编译时采用的存储器模式，模拟栈区可位于内部（IDATA）或外部（PDATA或XDATA）存储器中。
如表1所示：
表1
注意：
51系列单片机的系统堆栈（也叫硬件堆栈或常规栈）总是位于内部数据存储器中（SP为8位寄存器，只能指向内部），而且是“向上生长”型的（从低地址向高地址），而模拟栈是“向下生长”型的。
1、可重入函数参数传递过程剖析
在进入剖析之前，先简单讲讲c51函数调用时参数是如何传递的。
简单来说，参数主要是通过寄存器R1~R7来传递的，如果在调用时，参数无寄存器可用或是采用了编译控制指令“NOREGPARMS”，则参数的传递将发生在固定的存储器区域，该存储器区域称为参数传递段，其地址空间取决于编译时所选择的存储器模式。
利用51单片机的工作寄存器最多传递3个参数，如表2所示。
表二
举两个例子：
func1（inta）：
“a”是第一个参数，在R6，R7中传递；
func2（intb，intc，int*d）：
“b”在R6，R7中传递，“c”在R4，R5中传递，“*d”则在R1，R2，R3中传递。
至于函数的返回值通过哪些寄存器或是什么方法传递这里就不说了，大家可以看看c51的相关文档或是书籍。
好了，接下来我们开始剖析一个简单的程序，代码如下：
程序很简单，废话少说，下面跟我一起看看c51翻译成的汇编语言是什么样子的（大存储模式下largeXDATA）。
说明：
模拟栈指针最初在startup.a51中初始化为0xFFFF+1；由以上汇编代码可以看出参数是从右往左扫描的。
接下来看看fun的汇编代码：
（很长，大家耐心看吧，有些可以跳过的）
说明：
栈结构如下
接下来说明两个重点子函数C_ADDXBP和C_XBPOFF
终于到尾声了，最后重点说明啦~~~
模拟堆栈是向下生长的，C_XBP最初等于0xffff+1，那么请看下面这句
其实是这样：
加0xffff相当与减1，加0xfffe相当与减2，加0xfffd相当于减4。
。
。
。
。
。
为啥，就不用说了吧：
）
结束语：
经过了几天的研究，终于写了个总结报告，算是自己的一点小小成就吧，错误之处在所难免，希望能够同大家一起讨论问题，共同进步。
参考文献：
1、徐爱钧，彭秀华《单片机高级语言C51windows环境编程与应用》电子工业出版社2001
2、彭光红，构造一个51单片机的实时操作系统。
附录：
在其它环境下（比如PC,比如ARM）,函数重入的问题一般不是要特别注意的问题.只要你没有使用static变量,或者指向static变量的指针,一般情况下,函数自然而然地就是可重入的.
但C51不一样,如果你不特别设计你的函数,它就是不可重入的.
引起这个差别的原因在于:
一般的C编译器（或者更确切点地说:
基于一般的处理器上的C编译器）,其函数的局部变量是存放于堆栈中的,而C51是存放于一个可覆盖的（数据）段中的.
至于C51这样做的原因,不是象有些人说的那样,为了节约内存.事实上,这样做根本节约不了内存.理由如下:
1）如果一个函数func1调用另一个函数func2,那么func1,func2的局部变量根本就不能是同一块内存.C51还是要为他们分配不同的RAM.这跟使用堆栈相比,节约不了内存.
2）如果func1,func2不是在一个调用链上,那么C51可以通过覆盖分析,让它们的局部变量共享相同的内存地址.但这样也不会比使用堆栈节约内存.因为既然它们是在不同的调用链上,那么当其中一个函数运行时,那么另外一个函数必然不在其生命期内,它所占用的堆栈也已释放,归还给系统.
真实的原因（C51使用覆盖段作为局部变量的存放地的原因）是:
51的指令系统没有一个有效的相对寻址（变址寻址）的指令,这使得使用堆栈作为变量的代价太过昂贵.
使用堆栈存放变量的一般做法是:
进入函数时,保留一段堆栈空间,作为变量的存放空间,用一个可作为基址寻址的寄存器指向这个空间,通过加上一个偏移量,就可以访问不同的变量了.
例如:
MOVEAX,[EBP+14];X86指令
LDRR0,[R12,#14];ARM指令
都可以很好的解决这个问题.
但51缺少这样的指令.
*其实,51中还是有2个可变址寻址的指令的,但不适合访问堆栈的局部变量这样的场合.
MOVCA,@A+DPTR
MOVCA,@A+PC
所以,C51有个特别的关键字:
reentrant用来解决函数重入的问题.
附录（所有代码）：
Main.c
#include
intfun（chara,charb,charc,chard）reentrant;
voidmain（）
{
inti;
i=fun（1,2,3,4）;
}
intfun（chara,charb,charc,chard）reentrant
{
intj1,j2;
j1=a+b+c+d;
j2=j1+10;
returnj2;
}
STARTUP.A51（启动文件）：
$NOMOD51
;------------------------------------------------------------------------------
;ThisfileispartoftheC51Compilerpackage
;Copyright（c）1988-2005KeilElektronikGmbHandKeilSoftware,Inc.
;Version8.01
;
;***<<>>***
;------------------------------------------------------------------------------
;STARTUP.A51:
Thiscodeisexecutedafterprocessorreset.
;
;TotranslatethisfileuseA51withthefollowinginvocation:
;
;A51STARTUP.A51
;
;TolinkthemodifiedSTARTUP.OBJfiletoyourapplicationusethefollowing
;Lx51invocation:
;
;Lx51yourobjectfilelist,STARTUP.OBJcontrols
;
;------------------------------------------------------------------------------
;
;User-definedPower-OnInitializationofMemory
;
;WiththefollowingEQUstatementstheinitializationofmemory
;atprocessorresetcanbedefined:
;
;IDATALEN:
IDATAmemorysize<0x0-0x100>
;Note:
Theabsolutestart-addressofIDATAmemoryisalways0
;TheIDATAspaceoverlapsphysicallytheDATAandBITareas.
IDATALENEQU80H
;
;XDATASTART:
XDATAmemorystartaddress<0x0-0xFFFF>
;TheabsolutestartaddressofXDATAmemory
XDATASTARTEQU0
;
;XDATALEN:
XDATAmemorysize<0x0-0xFFFF>
;ThelengthofXDATAmemoryinbytes.
XDATALENEQU0
;
;PDATASTART:
PDATAmemorystartaddress<0x0-0xFFFF>
;TheabsolutestartaddressofPDATAmemory
PDATASTARTEQU0H
;
;PDATALEN:
PDATAmemorysize<0x0-0xFF>
;ThelengthofPDATAmemoryinbytes.
PDATALENEQU0H
;
;
;------------------------------------------------------------------------------
;
;ReentrantStackInitialization
;
;ThefollowingEQUstatementsdefinethestackpointerforreentrant
;functionsandinitializedit:
;
;StackSpaceforreentrantfunctionsintheSMALLmodel.
;IBPSTACK:
EnableSMALLmodelreentrantstack
;StackspaceforreentrantfunctionsintheSMALLmodel.
IBPSTACKEQU0;setto1ifsmallreentrantisused.
;IBPSTACKTOP:
EndaddressofSMALLmodelstack<0x0-0xFF>
;Setthetopofthestacktothehighestlocation.
IBPSTACKTOPEQU0xFF+1;default0FFH+1
;
;
;StackSpaceforreentrantfunctionsintheLARGEmodel.
;XBPSTACK:
EnableLARGEmodelreentrantstack
;StackspaceforreentrantfunctionsintheLARGEmodel.
XBPSTACKEQU0;setto1iflargereentrantisused.
;XBPSTACKTOP:
EndaddressofLARGEmodelstack<0x0-0xFFFF>
;Setthetopofthestacktothehighestlocation.
XBPSTACKTOPEQU0xFFFF+1;default0FFFFH+1
;
;
;StackSpaceforreentrantfunctionsintheCOMPACTmodel.
;PBPSTACK:
EnableCOMPACTmodelreentrantstack
;StackspaceforreentrantfunctionsintheCOMPACTmodel.
PBPSTACKEQU0;setto1ifcompactreentrantisused.
;
;PBPSTACKTOP:
EndaddressofCOMPACTmodelstack<0x0-0xFFFF>
;Setthetopofthestacktothehighestlocation.
PBPSTACKTOPEQU0xFF+1;default0FFH+1
;
;
;------------------------------------------------------------------------------
;
;MemoryPageforUsingtheCompactModelwith64KBytexdataRAM
;CompactModelPageDefinition
;
;DefinetheXDATApageusedforPDATAvariables.
;PPAGEmustconformwiththePPAGEsetinthelinkerinvocation.
;
;Enablepdatamemorypageinitalization
PPAGEENABLEEQU0;setto1ifpdataobjectareused.
;
;PPAGEnumber<0x0-0xFF>
;uppermost256-byteaddressofthepageusedforPDATAvariables.
PPAGEEQU0
;
;SFRaddresswhichsuppliesuppermostaddressbyte<0x0-0xFF>
;most8051variantsuseP2asuppermostaddressbyte
PPAGE_SFRDATA0A0H
;
;
;------------------------------------------------------------------------------
;StandardSFRSymbols
ACCDATA0E0H
BDATA0F0H
SPDATA81H
DPLDATA82H
DPHDATA83H
NAME?
C_STARTUP
?
C_C51STARTUPSEGMENTCODE
?
STACKSEGMENTIDATA
RSEG?
STACK
DS1
EXTRNCODE（?
C_START）
PUBLIC?
C_STARTUP
CSEGAT0
?
C_STARTUP:
LJMPSTARTUP1
RSEG?
C_C51STARTUP
STARTUP1:
IFIDATALEN<>0
MOVR0,#IDATALEN-1
CLRA
IDATALOOP:
MOV@R0,A
DJNZR0,IDATALOOP
ENDIF
IFXDATALEN<>0
MOVDPTR,#XDATASTART
MOVR7,#LOW（XDATALEN）
IF（LOW（XDATALEN））<>0
MOVR6,#（HIGH（XDATALEN））+1
ELSE
MOVR6,#HIGH（XDATALEN）
ENDIF
CLRA
XDATALOOP:
MOVX@DPTR,A
INCDPTR
DJNZR7,XDATALOOP
DJNZR6,XDATALOOP
ENDIF
IFPPAGEENABLE<>0
MOVPPAGE_SFR,#PPAGE
ENDIF
IFPDATALEN<>0
MOVR0,#LOW（PDATASTART）
MOVR7,#LOW（PDATALEN）
CLRA
PDATALOOP:
MOVX@R0,A
INCR0
DJNZR7,PDATALOOP
ENDIF
IFIBPSTACK<>0
EXTRNDATA（?
C_IBP）
MOV?
C_IBP,#LOWIBPSTACKTOP
ENDIF
IFXBPSTACK<>0
EXTRNDATA（?
C_XBP）
MOV?
C_XBP,#HIGHXBPSTACKTOP
MOV?
C_XBP+1,#LOWXBPSTACKTOP
ENDIF
IFPBPSTACK<>0
EXTRNDATA（?
C_PBP）
MOV?
C_PBP,#LOWPBPSTACKTOP
ENDIF
MOVSP,#?
STACK-1
;ThiscodeisrequiredifyouuseL51_BANK.A51withBankingMode4
;CodeBanking
;SelectBank0forL51_BANK.A51Mode4
#if0
;Initializebankmechanismtocodebank0whenusingL51_BANK.A51withBankingMode4.
EXTRNCODE（?
B_SWITCH0）
CALL?
B_SWITCH0;initbankmechanismtocodebank0
#endif
;
LJMP?
C_START
END
编译结果：
126:
?
C_STARTUP:
LJMPSTARTUP1
127:
128:
RSEG?
C_C51STARTUP
129:
130:
STARTUP1:
131:
132:
IFIDATALEN<>0
C:
0x000002009ALJMPSTARTUP1（C:
009A）
9:
{
10:
intj1,j2;
11:
j1=a+b+c+d;
C:
0x000390FFFFMOVDPTR,#0xFFFF
C:
0x0006120126LCALLC?
ADDXBP（C:
0126）
C:
0x0009EBMOVA,R3
C:
0x000AF0MOVX@DPTR,A
C:
0x000B90FFFFMOVDPTR,#0xFFFF
C:
0x000E120126LCALLC?
ADDXBP（C:
0126）
C:
0x0011EDMOVA,R5
C:
0x0012F0MOVX@DPTR,A
C:
0x001390FFFFMOVDPTR,#0xFFFF
C:
0x0016120126LCALLC?
ADDXBP（C:
0126）
C:
0x0019EFMOVA,R7
C:
0x001AF0MOVX@DPTR,A
C:
0x001B90FFFCMOVDPTR,#0xFFFC
C:
0x001E120126LCALLC?
ADDXBP（C:
0126）
12:
j2=j1+10;
C:
0x0021900005MOVDPTR,#0x0005
C:
0x002412014ALCALLC?
XBPOFF（C:
014A）
C:
0x0027E0MOVXA,@DPTR
C:
0x0028FFMOVR7,A
C:
0x002933RLCA
C:
0x002A95E0SUBBA,ACC（0xE0）
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