C8051 F12X中多bank的分區(qū)跳轉(zhuǎn)問題處理

　在8051核單片機龐大的家族中，C8051F系列作為其中的后起之秀，是目前功能最全、速度最快的8051衍生單片機之一，正得到越來越廣泛的應(yīng)用。它集成了嵌入式系統(tǒng)的許多先進技術(shù)，有豐富的模擬和數(shù)字資源．是一個完全意義上的SoC產(chǎn)品。

　　C805IFl2X作為該系列中的高端部分，具有最快100MIPS的峰值速度，集成了最多的片上資源。其128 KB的片上Flash和8 KB的片上RAM足以滿足絕大多數(shù)應(yīng)用的需求。使用C8051F12X，只需外加為數(shù)不多的驅(qū)動和接口，就可構(gòu)成較大型的完整系統(tǒng)。只是其中128 KB的Flash存儲器不可避免地要處理bank分區(qū)問題。

　　幸運的是Keil C51開發(fā)環(huán)境對C8051F系列有良好的支持，包括一般的跨bank分區(qū)的程序跳轉(zhuǎn)和調(diào)用。作為數(shù)據(jù)存儲器使用時，F(xiàn)lash的分區(qū)讀寫完全是編程者要考慮的事情，與開發(fā)環(huán)境無關(guān)。本文只針對特殊的強制轉(zhuǎn)移和μC／OS—II在多bank分區(qū)中的移植問題展開討論。

　　1 C8051F12X在Keil C51中的多bank分區(qū)轉(zhuǎn)移機制

　　Keil C51的連接定位器支持分組連接，允許生成代碼長度大于64 KB的8051目標程序_1_。一般的8051系統(tǒng)只提供16根地址線，需要附加地址線來實現(xiàn)代碼分組切換，而編譯器產(chǎn)生bank切換代碼時受到配置文件L51_BANK．A51的支持，所以用戶必須根據(jù)自己的硬件結(jié)構(gòu)來修改這個配置文件。

　　C8051F12X系列不用考慮硬件部分，也不存在地址線的擴展問題，因為128 KB的4個bank區(qū)全部都在CPU內(nèi)部，所以作為常規(guī)跨bank的跳轉(zhuǎn)和調(diào)用，不需要處理1．5l_BANK．A51配置文件。但在特殊情況下就必須考慮該問題，否則程序?qū)o法工作。下面以C8051F120為例先討論代碼的透明分組切換過程。

　　C805IFl20在Keil C51的項目配置中被劃分為4個bank，每個32 KB。公共bank地址從0~0x7fff，其余bank從0x8000h~0xffff。在對應(yīng)的配置文件L51_BANK．A51中，涉及到特殊功能寄存器PSBANK（SFR地址：0B1H）、SWITCHn宏、B_BANKn、？B_SWITCHn分組信息保存和切換代碼，以及？B_CURENTBANK變量。

　　PSBANK為C8051F120內(nèi)的特殊功能寄存器，128KB Flash的分bank訪問就是通過它來實現(xiàn)的。要想轉(zhuǎn)移到新的bank中去，必須賦予PSBANK正確的值，然后再轉(zhuǎn)向bank區(qū)內(nèi)地址即可。

　　SWITCHn宏共有4個，分別是SwITCH0、SWlTCH1、SWITCH2和SWITCH3，對應(yīng)切換到4個bank中。其中SWITCH0對應(yīng)的語句為：

　　MOV PSBANK．#00h ;把00h用1Ih、22h和33h替換，

　　;就是其他三個宏

　　它將插入到？B_SWITCHn代碼中，用來切換新的bank和恢復(fù)到原來的bank。

　　所有4組？B_BANKn和？B_SWlTCHn代碼也都是用宏實現(xiàn)的，對應(yīng)4個bank處理。它們匯集在？BANK？SWITCH代碼段中，整個bank切換及恢復(fù)機制非常巧妙，可以實現(xiàn)任意bank之間函數(shù)的相互調(diào)用及嵌套。下面以bank3區(qū)中的main函數(shù)調(diào)用bankl區(qū)的Delay_noOS（）延時函數(shù)為例說明該機制。

　　void main（void）{

　　MCUInit（）; ／／初始化CPU

　　Delay_n00s（10）; ／／延時lO ms

　　Lcmlnition（）;

　?。?/p>

　?。?/p>

　　bank3中被調(diào)用的函數(shù)Delay_noOS（10）對應(yīng)的匯編語句為：

　　LCALL C：5049

　　公共段（即Common段，對應(yīng)bank0）中C:5049處的

　　匯編語句如下：

　　MOV dptr，#Delay_noOS

　　AJMP B_BANKl

　　這里的B_BANKl就是宏？B_BANKN中N為1的例程?，F(xiàn)在進入問題的核心：全部的跨bank區(qū)程序切換及恢復(fù)過程依靠公共段中？BANK？SWITCH代碼段里的以下匯編代碼實現(xiàn)，對應(yīng)的N為0、1、2和3。？BANK？SWlTCH SEGMENT CODE PAGE

　　;

　?。緽_BANKN：

　　PUSH ？B_CURRENTBANK （1）

　　MOV A，#HIGH？BANK？SWITCH （2）

　　PUSH ACC （3）

　　PUSH DPL （4）

　　PUSH DPH （5）

　??？B_SWITCHN：

　　MOV ？B_CURRENTBANK，#LOW？ B_SWITCHN

　?。?）

　　SWlTCHN （7）

　　RET （8）

　　：

　　Delay_noOS（10）函數(shù)的返回地址，即函數(shù)LcmIni-tion（）的入口地址（也在bank3中），其高低位字節(jié)表示為ADDH和ADDL。程序進入main（）后的？B_CURRENTBANK變量初值是？B_SWITCH3的低8位，其意義稍后敘述。AJMP B_BANKl后程序執(zhí)行？B_BANKl和？B_SWITCHl的（1）～（8），執(zhí)行到（5）時的堆棧結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　繼續(xù)執(zhí)行？B_SWITCHl到（7）時，PSBANK變?yōu)橹赶騜ankl，？B_CURRENTBANK變?yōu)?？B_SWITCHl的低8位。執(zhí)行（8）后，從堆棧結(jié)構(gòu)可以看出，堆棧彈出①作為新的PC值，程序進入Delay_noOS（10）函數(shù)，延時功能完成后，函數(shù)最后一條RET指令開始返回。這是Keil C51處理bank機制的關(guān)鍵，此時的返回地址為堆棧中的②，此地址即？B_SWITCHH代碼的入口，這里對應(yīng)main（）函數(shù)所在的bank3分組，也就是？B_SWITCH3的人口。

　　因為所有？B_SWITCHN的高8位地址，即？BANK？SWITCH代碼段的高8位都一樣，由語句（2）中的操作符HIGH？BANK？SWITCH確定;低8位保存在已經(jīng)壓棧的？B_CURRENTBANK變量中，此時堆棧中的？B_CURRENTBANK壓棧值是？B_SWITCH3的低8位，這樣②的地址就是？B_SWITCH3。

　　程序繼續(xù)執(zhí)行？B_SWITCH3，在執(zhí)行？B_SWITCH3的（6）語句之前，？B_CURRENTBANK還是前面執(zhí)行？B_SWITCHl時的值，即？B_SWITCHl的低8位。執(zhí)行語句（6）后，？B_CURRENTBANK恢復(fù)為？B_SWITCH3的低8位，為返回main函數(shù)做準備。然后PSBANK置為33h，即指向bank3，接著執(zhí)行RET語句，堆棧③成為RET的返回地址，程序回到了main（）中Delay_noOS（10）的下一條語句繼續(xù)執(zhí)行，？B_CURRENTBANK也已恢復(fù)。

　　這個調(diào)用過程中，用了6個堆棧字節(jié)，3條RET指令，關(guān)鍵內(nèi)容就是？B_CURRENTBANK變量，它保存了可以恢復(fù)調(diào)用前bank環(huán)境代碼的地址低位。從被調(diào)用函數(shù)返回 到這個地址后，就能恢復(fù)調(diào)用前的bank環(huán)境，即賦予PSBANK正確的值。

　　不采用直接保存PSBANK值然后再恢復(fù)，而是用壓棧的方式保存了相關(guān)地址（語句（1）～（3）），是為了實現(xiàn)跨bank區(qū)的嵌套調(diào)用。例如，在Delay_noOS（10）函數(shù)中，如果再次跨bank去調(diào)用新函數(shù)，會再次重復(fù)上述過程，堆棧從②往上再長6個字節(jié)。Delay_noOS（10）函數(shù)之前執(zhí)行？B_SWITCHI產(chǎn)生的？B_CURRENTBANK值（？B_SWITCHI的低8位）也會進棧，為調(diào)用完新函數(shù)后返回到bankl繼續(xù)執(zhí)行Delay_noOS（10）提供保證。

　　2 無操作系統(tǒng)bank分區(qū)間的強制跳轉(zhuǎn)

　　通過上面的分析得知，如果要處理跨bank區(qū)的跳轉(zhuǎn)、調(diào)用和返回，關(guān)鍵是能正確處理好PSBANK中的內(nèi)容。當程序沒有操作系統(tǒng)用于任務(wù)切換，而又需要強制退出某一函數(shù)進入到另一函數(shù)的某一地址時，比如說在中斷發(fā)生后，結(jié)束原來的工作轉(zhuǎn)入到另一工作去，就需要處理好PSBANK。

　　如果不考慮bank，可以在轉(zhuǎn)入新地址之前執(zhí)行一段代碼，保存該地址處的環(huán)境變量［2］，包括堆棧指針sP和需要的入口地址。然后在中斷返回之前，恢復(fù)此環(huán)境變量，執(zhí)行中斷返回指令進入該新地址。這個思路和C51庫函數(shù)setjump和longjump比較相近，但比它們靈活，因為環(huán)境變量可以自己處理。

　　考慮bank后的情況稍微復(fù)雜些，環(huán)境變量中需增加bank的處理信息，那么只處理PSBANK行不行呢？

　　如果僅保存和恢復(fù)PSBANK，則很簡單，在保存環(huán)境變量的程序中加入：

　　JMPEnv［envl］［3］=PSBANK;

　　在恢復(fù)環(huán)境變量的程序中加入：

　　PSBANK=JMPEnv［envl］［3］;

　　這里環(huán)境變量是二維數(shù)組JMPEnv，envl代表一個環(huán)境變量，即一個返回點。第二維是變量中的參數(shù)個數(shù)。因此可以保存多個環(huán)境變量以供使用。

　　初看起來這樣處理是沒有問題的，可實際上不行。因為進入返回點后，雖然PSBANK正確了，但是？B_CUR-RENTBANK可能已經(jīng)被修改，不能和返回點程序的bank區(qū)匹配，如果再次出現(xiàn)跨bank調(diào)用的話將不能正確返回。

　　處理方法是有點技巧的，因為C語言不支持匯編變量？B_CURRENTBANK的寫法，所以在L51_bank．A51中要加上聲明：

　　PUBLIC BLCURRENTBANK

　　和偽指令：

　　B_CURRENTBANK EQU ？B_CURRENTBANK

　　這樣就可以在C程序中使用B_CURRENTBANK

　　了，先聲明B_CURRENTBANK：

　　extern Uchar data B_CURRENTBANK;

　　然后在保存環(huán)境變量程序中加入：

　　JMPEnv［envl］［3］=PSBANK;

　　JMPEnv［envl］［4］=B_CURRENTBANK;

　　恢復(fù)環(huán)境變量程序中加入：

　　PSBANK=JMPEnv［envl］［3］;

　　B_CURRENTBANK=JMPEnv［envl］［4］;

　　這樣恢復(fù)環(huán)境變量進入到新程序后，也將恢復(fù)該程序?qū)?yīng)的正確？B_cuRRENTBANK值，問題得到解決。

　　3 no／0S-ll移植中的bank分區(qū)處理

　　μC／OS-II的51版本已經(jīng)很成熟，但是所有移植版本均未處理bank問題，需要增加該內(nèi)容，否則不能在包括C8051F12X系列及其他多bank程序中使用。

　　如前所述，Keil C51提供對跨bank調(diào)用的透明切換支持，但在使用操作系統(tǒng)時，這種透明切換機制還需要提供對任務(wù)切換的支持。因為任務(wù)的切換，程序可能需要到別的代碼分組中去運行，而此時PSBANK和？B_CUR-RENTBANK還停留在原來代碼分組中的狀態(tài)，將導致程序崩潰。顯然，無論由于什么情況導致的任務(wù)切換完成之前，都需要保存和恢復(fù)PSBANK和？B_CURRENT-BANK的值。解決的辦法是在每次任務(wù)切換前將PS-BANK和？B_CURRENTBANK壓入用戶任務(wù)棧。

　　按照μC／OS-II的要求，在任務(wù)創(chuàng)建時，任務(wù)棧必須初始化成像運行中的任務(wù)剛剛發(fā)生過中斷一樣嘲。？B_CURRENTBANK的初始值取決于該任務(wù)所在分組對應(yīng)的切換代碼段的低8位地址。所以，任務(wù)堆棧的初始化函數(shù)OSTaskStkInit需要加入一個參數(shù)INT8U bank，指明該任務(wù)位于哪個代碼分組中。又由于任務(wù)堆棧的初始化函數(shù)是被任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate調(diào)用的，所以該函數(shù)一樣需要加入?yún)?shù)INT8U bank。

　　在壓棧，出棧宏中需要加入：

　　PUSH PSBANK

　　PUSH？B_CURRENTBANK

　?。?/p>

　　POP ？B_CURRENTBANK

　　POP PSBANK

　　在任務(wù)堆棧的初始化函數(shù)OSTaskStkInit中需要加入：

　　*stk++=17; ／／堆棧長度增加2個到17

　　;

　　if（bank==0x22：）{ ／／bank2

　　*stk++=bank;

　　*stk++=CurrentBank2（）;

　　else if（bank==0x33）{ ／／bank3

　　*stk++=bank;

　　*stk++=CurrentBank3（）;

　　}

　　else{ ／／bankl和common

　　*stk++=0xll; ／／PSBANK

　　*stk++=CurrentBankl（）;

　?。?/p>

　　其中，bank0用任何的PSBANK值均沒有問題，所以簡化了PSBANK取值0x00的情況。

　　函數(shù)INT8U CurrentBankl（void），INT8U Current-Bank2（void）和INT8U CurrentBank3（void）是用匯編語言實現(xiàn)的，返回值通過R7傳遞，目的是獲得該任務(wù)所在分組對應(yīng)切換代碼段（？SWITCHn）的低8位地址。不用C語言編寫的原因同樣是？B_SWITCHN不被C支持。

　　CurrentBankl（void）代碼如下，其他兩個類同。

　　RSEG？PR？CurrentBankl？Os_CPU_A

　　CurrentBankl：

　　MOV DPTR，#？B_SWITCHl

　　MOV R7．DPL

　　RET

　　結(jié) 語

　　本文介紹了Keil C51實現(xiàn)大于64 KB程序的bank分組代碼切換機制的原理，提出了沒有操作系統(tǒng)情況下非正常轉(zhuǎn)移時bank的處理方法以及μc／os—II操作系統(tǒng)在多bank分區(qū)程序移植中應(yīng)采取的措施，在開發(fā)實例中均得到了很好的應(yīng)用。