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Keil C51 reentrancy C 說話 8051 microcontroller embedded system

Keil 的 C51 是以 ANSI C90 為其設計根本翻譯社 即使是如斯, 它和標準 C 說話 (ANSI C90) 之間還是有幾個滿大的差別:

對於運用 8051 CPU 的專案來說翻譯社 需要用到以 C 語言作為開辟工具的, 一般都是中型以上的專案了. 或許對於這樣的專案來講翻譯社 208 Bytes 即要當全域變數區, 又要當堆疊區, 函數的參數傳遞區以及區域變數區真的太難了, 所以一般都會有擴充的外部記憶體可用. 正因為如斯翻譯社 Keil C51 就把這 208 Bytes 儘量留給堆疊區 (如許可以放寬大型專案的副程式呼喚深度). 然後把全域變數, 參數傳遞區和區域變數等等放到另一個區域去. 但是對 C 說話來說, 區域變數和部分參數的傳遞也都需要依托堆疊區, 所以 Keil C51 提出二種方式來因應:

回到主題, 天成翻譯公司們知道 8051 的 SP (Stack Pointer register) 只有 8 Bits 巨細 (只能記實 256 個地址翻譯社 意思是: stack 區最大只能是 256 bytes). 而現實上 8051 CPU 在不擴充外部記憶體的環境下, 內部只有 128 byte 記憶體可用. 假如再扣除 Register Bank0 ~ Bank3 (32Bytes), 還有 Bit Addressable Area (16Bytes)翻譯社 就只剩 80 Bytes 可用 (128-32-16=80). 而 8052 CPU 則略微好一點, 又多了 128 Bytes 可用, 可是 208 (80+128) Bytes 幾近已經是上限了.

In computing, a computer program or subroutine is called reentrant if it can be interrupted in the middle of its execution and then safely called again ("re-entered") before its previous invocations complete execution.

個中第一項是因為這二種資料經過編譯及貫穿連接以後城市佔用在 "固定位址" 上 (相對的主動變數應當要利用堆疊區, 不見得每次履行時都利用一樣的位址), 一旦産生 "間斷-再進入"翻譯社 這些資料將無法被包管和中斷前一致. 是以這也意味著, 不克不及用靜態 (或全域) 變數回傳資料給呼叫者.

在此先來認識一下 reentrant 的定義翻譯社 Wiki 網站上給 reentrancy 下的界說是

void myFunc (long arg1, long arg2翻譯社 long arg3) large reentrant
{
}

不外一旦用了方式一翻譯社 別的還需要在 STARTUP.A51 中針對用到的軟體堆疊區進行計劃

Keil C51 和標準 C 首要的差別

至於若何把本來是 non-reentrant 的函數改為 reentrant 函數呢? 標的目的以下:

  • 加上 keyword reentrant 把共用的函數改回 reentrant, 參看上面的例子.
  • 不要有共用函數 (直接在名稱上區分用處)
    • 這是懶人法: 直接把需要共用的函數再複製一份, 改個名字. 一個給主程式用翻譯社 一個給 ISR用.
    • 必須肯定函數本來真的是 reentrant function.
    • 錯誤謬誤是程式膨脹了, 別的在維護上也需要多一點心力
      • 需要注意命名軌則翻譯社 以及在 ISR 及主程式中各自呼叫正確的副程式 (這是最常出錯的部分).
      • 有 bug 要一起改, 二份 code 要一致
      • 在多工環境中可能需要不只二份
Keil C51 支援三種記憶體模型, 預設使用的記憶體空間
model 函數參數及自動變數 預設全部變數 預設常數 預設指標佔用空間
small data data data 3 Bytes
compact pdata pdata pdata 3 Bytes
large xdata xdata xdata 3 Bytes

接著我們來看一下該如何解決原本 reentrant 函數被 Keil C51 釀成 non-reentrant 的問題呢?

修正 Keil C51 釀成的 non-reentrant 問題

;==============================================================
; Reentrant Stack Initilization
; The following EQU statements define the stack pointer for
; reentrant functions and initialized it:
;
IBPSTACK    EQU 0        ; set to 1 if SMALL model is used.
IBPSTACKTOP EQU 0FFH+1   ; set to highest location+1.
;
XBPSTACK    EQU 0        ; set to 1 if LARGE model is used.
XBPSTACKTOP EQU 0FFFFH+1 ; set to highest location+1.
;
PBPSTACK    EQU 0        ; set to 1 if COMPACT model is used.
PBPSTACKTOP EQU 0FFFFH+1 ; set to highest location+1.
;==============================================================

具體資料可以參考 Keil C51 Application Notes 129: Function Pointers in C51

若何將 non-reentrant function 改為 reentrant

  1. 將靜態 (或全域) 變數, 改為利用區域變數.
  2. 需要將暫存的資料回傳給呼喚者時,
    • 應改成由呼喚者提供回傳所需的暫存區 (所以函數的原型介面會有所更動, 可以對比標準函數庫 strtok()翻譯社 strtok_r() 的差異).
    • 假如呼叫者用 malloc() 動態取得暫存區, 也要記得 free().
    • 如果函數的原型介面不可以被更動翻譯社 也能夠將 malloc() 改由函數本身來呼叫, 但如許子程式會變得不容易保護. 首要是因為呼喚 malloc() 和 free() 在分歧一個函數內, 輕易出錯而造成 memory leak, 故非不得已不建議採用.
  3. 真的有困難時 (只有 library, 沒有 source code)翻譯社 請改用雷同 thread-safe wrapper 的方法來避免發生 reentrancy: 重寫另外一個函數來取代它, 內容為禁止中斷 (是中止不是 mutex); 呼叫該函數; 取出回傳資料; 復原間斷的本來設定. (要注意:是復原中斷的本來設定而不是啟用中斷; 可能會有其他負作用)

Keil C51 把方式二是當作預設值, 並且允許混用方法一. 需要使用方法一時, 只需在函數界說後面加上 keyword reentrant, 例如:

  • Keil C51 因應 8051 的特性多了 bit, sbit, sfr, sfr16 等四種資料型態. 一般天成翻譯公司們只會用到 bit, 其他三個是界說 CPU 的特別功能暫存器用的.
  • Keil C51 在界說變數時多了貯存空間潤飾字翻譯社 用來點竄變數利用記憶體空間. 具體可參考這一篇
  • 多了界說間斷服務常式 ISR 的方式及進入 ISR 時切換暫存器區段 (register bank) 的語法, 例如: static void UART0_ISR(void) interrupt 4 using 2
  • 標準函數庫沒有依標準來實作翻譯社 如: printf()
  • 在 Keil C51 中, 函數預設是 non-reentrant, 這點是最嚴重的差異. 我們在利用時要有所警覺才好, 才不致於掉到圈套裡而不自知.

為什麼 Keil C51 預設是 non-reentrant

別的要注意不要把 reentrant 和 thread-safe 搞混了. 二者狀態近似, 但講的是分歧的概念. 請參考: 可重入與履行緒平安 (reentrant vs thread-safe) Part1

什麼是 reentrant

reentrant function 一般具有以下前提:

  • 方式一: 實作一個軟體堆疊區來因應參數傳遞及區域變數的需求. 但究竟結果軟體堆疊沒法像硬體堆疊的操作一樣快速簡練翻譯社 假如每個函數都使用軟體堆疊就會拖慢系統的履行速度.
  • 方法二: 把無法用暫存器傳遞的函數參數和區域變數都配置在固定位置上翻譯社 並且履行呼叫樹分析 (call tree analysis, 這個是 Keil C51 獨有的) 來決議可堆疊區域的巨細, 用以下降記憶體的需求. 所以長處是速度較快翻譯社 弱點是記憶體需求大, 而負感化就是函數變成 non-reentrant.
void myFunc (long arg1翻譯社 long arg2, long arg3) reentrant
{
}