可重入函数和模拟堆栈

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1、作者：xzp21st  邮箱：tyter1223@163.com撰文辛苦，转载请注明作者及出处关键字：keilc51，模拟堆栈，可重入函数调用，参数传递，C?XBP，C?ADDXBP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

2、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：voidTaskA（void*pd）{inta；//其他一些变量定义do{//实际的用户任务处理代码}whil

3、e（1）；}voidTaskB（void*pd）{intb；//其他一些变量定义do{func（）；//其他实际的用户任务处理代码}while（1）；}voidfunc（）{intc；//其他变量的定义//函数的处理代码}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

4、，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

5、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：存储模式栈指针栈区域Small？C_IBP（1字节）间接访问的内部数据存储器（IDATA），栈区最大为256字节Compact？C_PBP（1字节）分页寻址的外部数据存储器（PDATA），栈区最大为256字节Large？C_XB

6、P（2字节）外部数据存储器（XDATA），栈区最大为64K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

7、片机的工作寄存器最多传递3个参数，如表2所示。传递的参数char、1字节指针int、2字节指针long、float一般指针第一个参数R7R6，R7R4~R7R1，R2，R3第二个参数R5R4，R5R4~R7R1，R2，R3第三个参数R3R2，R3无R1，R2，R3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