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(gè)以上的任務(wù)調(diào)用，而不必?fù)?dān)心數(shù)據(jù)被破壞?？芍厝牒瘮?shù)任何時(shí)候都可以被中斷，一段時(shí)間以后又可以運(yùn)行，而相應(yīng)的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。”（摘自嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)uC/OS-II）

在理解上述概念之前，必須先說(shuō)一下keilc51的“覆蓋技術(shù)”。（采用該技術(shù)的原因請(qǐng)看附錄中一網(wǎng)友的解釋?zhuān)?/p>

（1）局部變量存儲(chǔ)在全局RAM空間（不考慮擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的情況）；

（2）在編譯鏈接時(shí)，即已經(jīng)完成局部變量的定位；

（3）如果各函數(shù)之間沒(méi)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(gè)模擬棧），是無(wú)法重入的。舉個(gè)例子：

void TaskA（void* pd）

{

int a；

//其他一些變量定義

do{

//實(shí)際的用戶(hù)任務(wù)處理代碼

}while（1）；

}

void TaskB（void* pd）

{

int b；

//其他一些變量定義

do{

func（）；

//其他實(shí)際的用戶(hù)任務(wù)處理代碼

}while（1）；

}

void func（）

{

int c；

//其他變量的定義

//函數(shù)的處理代碼

}

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(gè)相同的RAM空間。這樣，當(dāng)TaskA運(yùn)行一段時(shí)間，改變了a后，TaskB取得CPU控制權(quán)并運(yùn)行時(shí)，便可能會(huì)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(shí)，a的值已經(jīng)改變，從而導(dǎo)致程序運(yùn)行不正確，反過(guò)來(lái)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(huì)被互相覆蓋，但也不能保證func的局部變量c不會(huì)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(gè)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(gè)擴(kuò)展關(guān)鍵字reentrant作為定義函數(shù)時(shí)的選項(xiàng)，需要將一個(gè)函數(shù)定義為可重入函數(shù)時(shí)，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(chǔ)分配方法不同，C51編譯器為可重入函數(shù)生成一個(gè)模擬棧（相對(duì)于系統(tǒng)堆?；蚴怯布褩?lái)說(shuō)），通過(guò)這個(gè)模擬棧來(lái)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(shí)采用的存儲(chǔ)器模式，模擬棧區(qū)可位于內(nèi)部（IDATA）或外部（PDATA或XDATA）存儲(chǔ)器中。如表1所示：

表1

注意：51系列單片機(jī)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(chǔ)器中（SP為8位寄存器，只能指向內(nèi)部），而且是“向上生長(zhǎng)”型的（從低地址向高地址），而模擬棧是“向下生長(zhǎng)”型的。

2、可重入函數(shù)參數(shù)傳遞過(guò)程剖析

在進(jìn)入剖析之前，先簡(jiǎn)單講講c51函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)是如何傳遞的。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，參數(shù)主要是通過(guò)寄存器R1~R7來(lái)傳遞的，如果在調(diào)用時(shí)，參數(shù)無(wú)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(chǔ)器區(qū)域，該存儲(chǔ)器區(qū)域稱(chēng)為參數(shù)傳遞段，其地址空間取決于編譯時(shí)所選擇的存儲(chǔ)器模式。利用51單片機(jī)的工作寄存器最多傳遞3個(gè)參數(shù)，如表2所示。

表二

舉兩個(gè)例子：

func1（int a）：“a”是第一個(gè)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(guò)哪些寄存器或是什么方法傳遞這里就不說(shuō)了，大家可以看看c51的相關(guān)文檔或是書(shū)籍。

好了，接下來(lái)我們開(kāi)始剖析一個(gè)簡(jiǎn)單的程序，代碼如下：

int fun(char a, char b, char c, char d ) reentrant//為了分析簡(jiǎn)單，參數(shù)都是char型；

{

int j1,j2;

j1 = a + b + c +d;

j2 = j1 + 10;

return j2;

}

main()

{

int i;

i = fun(1,2,3,4);

}

程序很簡(jiǎn)單，廢話(huà)少說(shuō)，下面跟我一起看看c51翻譯成的匯編語(yǔ)言是什么樣子的。

main()

{

int i;

i = fun(1,2,3,4);

MOVDPTR,#0xFFFF;模擬棧指針C？XBP最初指向0xFFFF+1

LCALLC?ADDXBP(C:00A6);調(diào)用C？ADDXBP子程序，調(diào)整模擬棧指針C？XBP

;指向0xFFFF

MOVA,#0x04;無(wú)寄存器可用，第四個(gè)參數(shù)直接壓入模擬棧

MOVX@DPTR,A;

MOVR3,#0x03;參數(shù)3通過(guò)R3傳遞，見(jiàn)表2

MOVR5,#0x02;參數(shù)2過(guò)R5傳遞，見(jiàn)表2

MOVR7,#0x01;參數(shù)1通過(guò)R7傳遞，見(jiàn)表2

LCALLfun(C:0003);調(diào)用fun函數(shù)

MOVDPTR,#C_STARTUP(0x0000) ; fun函數(shù)返回值（int型）通過(guò)R6，R7傳遞回來(lái)

;并存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器0x0000和0x0001處

;（int型為兩個(gè)字節(jié)）

MOVA,R6

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVA,R7

MOVX@DPTR,A

}

RET;main返回

說(shuō)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(lái)看看fun的匯編代碼：（很長(zhǎng)，大家耐心看吧，有些可以跳過(guò)的）

C：0003

MOVDPTR,#0xFFFF

LCALLC?ADDXBP(C:00A6)；調(diào)整模擬棧指針C？XBP=C？XBP-1

MOVA,R3

MOVX@DPTR,A；R3中的值（參數(shù)3）壓入模擬棧

MOVDPTR,#0xFFFF

LCALLC?ADDXBP(C:00A6)；調(diào)整模擬棧指針C？XBP=C？XBP-1

MOVA,R5

MOVX@DPTR,A；R5中的值（參數(shù)2）壓入模擬棧

MOVDPTR,#0xFFFF

LCALLC?ADDXBP(C:00A6)；調(diào)整模擬棧指針C？XBP=C？XBP-1

MOVA,R7

MOVX@DPTR,A；R7中的值（參數(shù)1）壓入模擬棧

MOVDPTR,#0xFFFC

LCALLC?ADDXBP(C:00A6)；繼續(xù)調(diào)整模擬棧指針C？XBP=C？XBP-4，為放兩個(gè)

；局部int變量做準(zhǔn)備

j1 = a + b + c +d;

MOVDPTR,#0x0005

LCALLC?XBPOFF(C:00CA)；通過(guò)C？XBP的值調(diào)整DPTR使其指向模擬棧中第

；一個(gè)參數(shù)，此時(shí)DPTR=0xFFFF

；注意：C?XBPOFF不改變C？XBP的值

MOVXA,@DPTR

MOVR7,A；取出參數(shù)1

MOVA,R7

。。。。。。

。。。。。。；省略，完成取參數(shù)2，取參數(shù)3，取參數(shù)4并相加

。。。。。。