摘要：本文較詳細(xì)的介紹了keilc51可再入函數(shù)和模擬堆棧的一些概念和實現(xiàn)原理，通過一個簡單的程序來剖析keilc51在大存儲模式下可重入函數(shù)的調(diào)用過程,，希望能為keilc51和在51系列單片機上移植嵌入式實時操作系統(tǒng)的初學(xué)者提供一些幫助,。
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)可以被一個以上的任務(wù)調(diào)用,，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被破壞,。可重入函數(shù)任何時候都可以被中斷,，一段時間以后又可以運行,，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會丟失。”（摘自嵌入式實時操作系統(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)的原因請看附錄中一網(wǎng)友的解釋）
（1）局部變量存儲在全局RAM空間（不考慮擴展外部存儲器的情況）,；
?。?）在編譯鏈接時，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（如增加一個模擬棧）,，是無法重入的,。舉個例子：
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相同的RAM空間。這樣,，當(dāng)TaskA運行一段時間,，改變了a后,，TaskB取得CPU控制權(quán)并運行時，便可能會改變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，a的值已經(jīng)改變,，從而導(dǎo)致程序運行不正確,，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不會被互相覆蓋，但也不能保證func的局部變量c不會與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編譯器采用了一個擴展關(guān)鍵字reentrant作為定義函數(shù)時的選項,，需要將一個函數(shù)定義為可重入函數(shù)時，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分配方法不同,，C51編譯器為可重入函數(shù)生成一個模擬棧（相對于系統(tǒng)堆棧或是硬件堆棧來說）,，通過這個模擬棧來完成參數(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)編譯時采用的存儲器模式,，模擬棧區(qū)可位于內(nèi)部（IDATA）或外部（PDATA或XDATA）存儲器中。如表1所示：
表1
注意：51系列單片機的系統(tǒng)堆棧（也叫硬件堆?；虺Ｒ?guī)棧）總是位于內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器中（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,，先簡單講講c51函數(shù)調(diào)用時參數(shù)是如何傳遞的,。簡單來說，參數(shù)主要是通過寄存器R1~R7來傳遞的，如果在調(diào)用時,，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)生在固定的存儲器區(qū)域，該存儲器區(qū)域稱為參數(shù)傳遞段,，其地址空間取決于編譯時所選擇的存儲器模式,。利用51單片機的工作寄存器最多傳遞3個參數(shù),，如表2所示,。
表二
舉兩個例子：
func1（int a）：“a”是第一個參數(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簡單的程序，代碼如下：
程序很簡單,，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）
說明：模擬棧結(jié)構(gòu)如下
接下來說明兩個重點子函數(shù)C_ADDXBP和C_XBPOFF
終于到尾聲了,，最后重點說明啦~~~
模擬堆棧是向下生長的，C_XBP最初等于0xffff+1,，那么請看下面這句
其實是這樣：加0xffff相當(dāng)與減1,，加0xfffe相當(dāng)與減2，加0xfffd相當(dāng)于減4,。,。。。,。,。為啥，就不用說了吧：）
結(jié)束語：
經(jīng)過了幾天的研究,，終于寫了個總結(jié)報告,，算是自己的一點小小成就吧，錯誤之處在所難免,，希望能夠同大家一起討論問題,，共同進(jìn)步。
參考文獻(xiàn)：
1,、徐愛鈞,，彭秀華 《單片機高級語言C51windows環(huán)境編程與應(yīng)用》電子工業(yè)出版社 2001
2、彭光紅,，構(gòu)造一個51單片機的實時操作系統(tǒng),。
附錄：
在其它環(huán)境下(比如PC,比如ARM),函數(shù)重入的問題一般不是要特別注意的問題.只要你沒有使用static變量,或者指向static變量的指針,一般情況下,函數(shù)自然而然地就是可重入的.
但C51不一樣,如果你不特別設(shè)計你的函數(shù),它就是不可重入的.
引起這個差別的原因在于:一般的C編譯器(或者更確切點地說:基于一般的處理器上的C編譯器),其函數(shù)的局部變量是存放于堆棧中的,而C51是存放于一個可覆蓋的(數(shù)據(jù))段中的.
至于C51這樣做的原因,不是象有些人說的那樣,為了節(jié)約內(nèi)存.事實上,這樣做根本節(jié)約不了內(nèi)存.理由如下:
1) 如果一個函數(shù)func1調(diào)用另一個函數(shù)func2,那么func1,func2的局部變量根本就不能是同一塊內(nèi)存.C51還是要為他們分配不同的RAM.這跟使用堆棧相比,節(jié)約不了內(nèi)存.
2) 如果func1,func2不是在一個調(diào)用鏈上,那么C51可以通過覆蓋分析,讓它們的局部變量共享相同的內(nèi)存地址.但這樣也不會比使用堆棧節(jié)約內(nèi)存.因為既然它們是在不同的調(diào)用鏈上,那么當(dāng)其中一個函數(shù)運行時,那么另外一個函數(shù)必然不在其生命期內(nèi),它所占用的堆棧也已釋放,歸還給系統(tǒng).
真實的原因(C51使用覆蓋段作為局部變量的存放地的原因)是:
51的指令系統(tǒng)沒有一個有效的相對尋址(變址尋址)的指令,這使得使用堆棧作為變量的代價太過昂貴.
使用堆棧存放變量的一般做法是:
進(jìn)入函數(shù)時,保留一段堆棧空間,作為變量的存放空間,用一個可作為基址尋址的寄存器指向這個空間,通過加上一個偏移量,就可以訪問不同的變量了.
例如: MOV EAX, [EBP + 14];X86指令
LDR R0, [R12, #14];ARM指令
都可以很好的解決這個問題.
但51缺少這樣的指令.
*其實,51中還是有2個可變址尋址的指令的,但不適合訪問堆棧的局部變量這樣的場合.
MOVC A, @A+DPTR
MOVC A, @A+PC
所以,C51有個特別的關(guān)鍵字: reentrant 用來解決函數(shù)重入的問題.