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关于可重入函数(可再入函数)和模拟堆栈(仿真堆栈)

gecimao 发表于 2019-05-14 14:57 | 查看: | 回复:

  “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)

  (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Keil C51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:

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

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