keilc51可重入函數(shù)及模擬棧淺析

　1、關(guān)于可重入函數(shù)（可再入函數(shù)）和模擬堆棧（仿真堆棧）

　　“可重入函數(shù)可以被一個(gè)以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被破壞?？芍厝牒瘮?shù)任何時(shí)候都可以被中斷，一段時(shí)間以后又可以運(yùn)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。”（摘自嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II）

　　在理解上述概念之前，必須先說一下keilc51的“覆蓋技術(shù)”。（采用該技術(shù)的原因請(qǐng)看附錄中一網(wǎng)友的解釋）

　?。?）局部變量存儲(chǔ)在全局RAM空間（不考慮擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的情況）；

　?。?）在編譯鏈接時(shí)，即已經(jīng)完成局部變量的定位；

　?。?）如果各函數(shù)之間沒有直接或間接的調(diào)用關(guān)系，則其局部變量空間便可覆蓋。

　　正是由于以上的原因，在Keil C51環(huán)境下，純粹的函數(shù)如果不加處理（如增加一個(gè)模擬棧），是無法重入的。舉個(gè)例子：

　　在上面的代碼中，TaskA與TaskB并不存在直接或間接的調(diào)用關(guān)系，因而它們的局部變量a與b便是可以被互相覆蓋的，即它們可能都被定位于某一個(gè)相同的RAM空間。這樣，當(dāng)TaskA運(yùn)行一段時(shí)間，改變了a后，TaskB取得CPU控制權(quán)并運(yùn)行時(shí)，便可能會(huì)改變b。由于a和b指向相同的RAM空間，導(dǎo)致TaskA重新取得CPU控制權(quán)時(shí)，a的值已經(jīng)改變，從而導(dǎo)致程序運(yùn)行不正確，反過來亦然。另一方面，func（）與TaskB有直接的調(diào)用關(guān)系，因而其局部變量b與c不會(huì)被互相覆蓋，但也不能保證func的局部變量c不會(huì)與TaskA或其他任務(wù)的局部變量形成可覆蓋關(guān)系。

　　根據(jù)上述分析我們很容易就能夠判斷出TaskA和TaskB這兩個(gè)函數(shù)是不可重入的（當(dāng)然，func也不可重入）。那么如何讓函數(shù)成為可重入函數(shù)呢？C51編譯器采用了一個(gè)擴(kuò)展關(guān)鍵字reentrant作為定義函數(shù)時(shí)的選項(xiàng)，需要將一個(gè)函數(shù)定義為可重入函數(shù)時(shí)，只要在函數(shù)后面加上關(guān)鍵字reentrant即可。

　　與非可重入函數(shù)的參數(shù)傳遞和局部變量的存儲(chǔ)分配方法不同，C51編譯器為可重入函數(shù)生成一個(gè)模擬棧（相對(duì)于系統(tǒng)堆?；蚴怯布褩碚f），通過這個(gè)模擬棧來完成參數(shù)傳遞和存放局部變量。模擬棧以全局變量?C_IBP、?C_PBP和？C_XBP作為棧指針（系統(tǒng)堆棧棧頂指針為SP），這些變量定義在DATA地址空間，并且可在文件startup.a51中進(jìn)行初始化。根據(jù)編譯時(shí)采用的存儲(chǔ)器模式，模擬棧區(qū)可位于內(nèi)部（IDATA）或外部（PDATA或XDATA）存儲(chǔ)器中。如表1所示：

表1

　　注意：51系列單片機(jī)的系統(tǒng)堆棧（也叫硬件堆棧或常規(guī)棧）總是位于內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中（SP為 8位寄存器，只能指向內(nèi)部），而且是“向上生長”型的（從低地址向高地址），而模擬棧是“向下生長”型的。

　　1、可重入函數(shù)參數(shù)傳遞過程剖析

　　在進(jìn)入剖析之前，先簡(jiǎn)單講講c51函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)是如何傳遞的。簡(jiǎn)單來說，參數(shù)主要是通過寄存器R1~R7來傳遞的，如果在調(diào)用時(shí)，參數(shù)無寄存器可用或是采用了編譯控制指令“NOREGPARMS”，則參數(shù)的傳遞將發(fā)生在固定的存儲(chǔ)器區(qū)域，該存儲(chǔ)器區(qū)域稱為參數(shù)傳遞段，其地址空間取決于編譯時(shí)所選擇的存儲(chǔ)器模式。利用51單片機(jī)的工作寄存器最多傳遞3個(gè)參數(shù)，如表2所示。

表二

　　舉兩個(gè)例子：

　　func1（int a）：“a”是第一個(gè)參數(shù)，在R6，R7中傳遞；

　　func2（int b，int c， int *d）：“b”在R6，R7中傳遞，“c”在R4，R5中傳遞，“*d”則在R1，R2，R3中傳遞。

　　至于函數(shù)的返回值通過哪些寄存器或是什么方法傳遞這里就不說了，大家可以看看c51的相關(guān)文檔或是書籍。

　　好了，接下來我們開始剖析一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，代碼如下：

　　程序很簡(jiǎn)單，廢話少說，下面跟我一起看看c51翻譯成的匯編語言是什么樣子的（大存儲(chǔ)模式下large XDATA）。

　　說明：模擬棧指針最初在startup.a51中初始化為0xFFFF+1；由以上匯編代碼可以看出參數(shù)是從右往左掃描的。

　　接下來看看fun的匯編代碼：（很長，大家耐心看吧，有些可以跳過的）