用KeilC51开发大型嵌入式程序

外部程序存储器放置连接器产生的公共区域代码和组代 码 。公共区域中的代码可以在任何时候由所有代码组使用 。 这些代码包括 :复位和中断向量 、常数 、C51 中断函数 、组切换
跳转表和库函数 。其实 ,公共区域与每个组的代码共享 64KB 的寻址空间 ,连接器缺省把公共区域放在 64KB 空间的低端 , 如图 1 所示 。而且公共区域在每个 64KB 中的起始地址和内 容完全一样 ,所以叫做公共区域 。
摘 要 :结合在 8051 系列单片机平台上的实际开发应用的经验 ,介绍用 Keil C 在 8051 单片机上 进行大型嵌入式程序开发的技术 。主要阐述了大型嵌入式开发中在存储器的管理 、动态内存的使用 、 C 语言调用汇编语言和程序调试方面的知识 ,并就所遇到的问题提出相应的解决方法 。
关键词 :8051 ;嵌入式编程 ; Keil C51 中图分类号 : TP368. 21 ;TP311. 52 文献标识码 :A
第 23 卷第 2003 年 11
11 月
期
计算机应用 Computer Applications
Vol . 23 , No. 11 Nov. , 2003
文章编号 :1001 - 9081 (2003) 11 - 0140 - 04
用 Keil C51 开发大型嵌入式程序
陈超华 ,王会进 (暨南大学 计算Байду номын сангаас科学系 , 广东 广州 510632)
# define COMPILER- REENTRANCE reentrance int g = 1 ; int fun1 ( int b ) COMPILER- REENTRANCE {
int a ; static int sa ; ∗ } int fun2 ( int b ) COMPILER- REENTRANCE { int a ; static int sa ; ∗ }
2 8051 的存储器管理
8051 系列单片机有多种存储器类型 : 外部程序存储器 、 内部程序存储器 、外部数据存储器 、内部数据存储器 。在开发 较大型程序的时候 ,因为内部程序存储器和内部数据存储器 容量都比较小 ,通常会被分配给实现底层功能的汇编语言使 用 。C 语言的代码一般使用外部程序存储器和外部数据存储 器 。由于 51 系列单片机 16 位地址寄存器的限制 ,外部程序 存储器和外部数据存储器的寻址范围都是 64KB 。
Key words : 8051 ; embedded programming ; Keil C51
1 引言
Intel 的 8051 单片机系列是大家最为熟悉的 8 位单片机 之一 。近几年 ,随着 8051 系列单片机版权的开放 ,在 8051 系 列上的应用开发不断增加 ,而且应用规模比以往大 ,可执行代 码往往上几百 KB 。这对于现在 32 位的 PC 平台来说只是小 菜一碟 ,而对于 8 位的单片机来说 ,已经算是大规模的开发 了 。这种大型的嵌入式开发不可能完全用汇编语言或 C 语 言来完成 。C 语言便于模块化的编程风格 、优良的可读性 、良 好的可移植性和调试方便性更是这种大型程序开发的项目维 护管理所需要的 。另外 ,C51 经过多年的发展 ,已经具有很多 优秀的集成开发工具 , Keil C 就是其中之一 ,这些集成开发工 具为程序开发调试提供了良好的人机接口 。因此 ,C 语言广 泛应用在这类大型的嵌入式程序中 ,通常占 95 %以上的代码 量 。由于 C51 是 8051 单片机的 C 语言编译器 ,与 ANSI - C 编 译器有不同的地方 ,具有很多 8051 单片机的特点 。
外部数据存储器和外部程序存储器包括公共区域和组区 域就是我们最关心的部分 。
3 C51 程序设计中的存储管理
C51 有 三 种 存 储 器 模 式 , 分 别 是 SMALL 、COMPACT 和 LARGE。存储器模式决定默认情况下给变量分配的存储器的 类型 。本文所讨论的问题都设定在 LARGE 存储器模式下 ,在 这种模式下 ,变量缺省被定义在外部存储器中 。 3. 1 了解存储器使用情况
int a ; static int sa ; ∗ } int fun2 ( int b ) { int a ; static int sa ; ∗ }
为了产生短小和快速的代码 ,C51 缺省把函数看作不可 重入的 ,不使用堆栈来管理函数 。对上面例子中的所有变量 , 包括函数 fun1 里面的 a ,b 和函数 fun2 里面的 a ,b ,C51 都在外 部数据存储器里分配不同的空间 。这是 C51 与 ANSI2C 不同 的地方 ,也是相同的代码在 C51 编译器和 ANSI2C 编译器上有 不同行为的原因 。
图 1 公共区域与组代码示意图 这样 , 实 际 上 , 程 序 代 码 可 用 的 最 大 空 间 = 组 数 目 × 64KB - (组数目 - 1) ×公共区域大小 。可见 ,为了获取更多的 代码空间 ,就要尽可能减少公共区域的大小 。分析公共区域 的代码后 ,可以从三个方面减少代码 。 1) 编写精简的 C51 中断函数 。C51 编写的中断函数必需 放在公共区域里 ,但是在中断函数里面可以调用任何组的函 数 。我们可以利用中断函数的这个特性 ,把中断函数写成只 有一个函数调用的外壳函数的形式 ,把实际工作交给组代码 里的函数完成 。这个方法可以减少中断函数的大小 ,但是必 须考虑组切换的时间 (50 个机器周期) 是否满足中断函数处 理时间的要求 。 2) 减少标准函数库的调用 。因为库函数的调用有时需 要采用一些特殊的调用方式 ,这些方式有时会受到组间切换 的影响 ,所以连接程序 BL51 总是库函数段放置在公共区域 , 程序员也无法重新定位库函数段到其他地方 。要减少库函数 段的大小 ,就要减少使用的库函数的数目 。我们需要了解某 个库函数在哪些组里被调用 ,还有被调用的次数 。我们应该 尽量把被多个组调用 ,而且被调用频率最高的库函数保留在 公共区域 ;考虑重写那些只是在单个组里被调用或使用频率 很低的库函数 。通过重写这些库函数 ,我们可以根据自己要 求去裁剪原来库函数的功能 ,使得执行代码更小 。另外 ,我们 还可以自由摆放重写后函数的位置 ,一般是放在发生调用的 那一组里 ,以减少公共区域的大小 。 3) 不把常量放在公共区域 。缺省情况下 ,程序中的所有 字符串常量会被安排在公共区域里 。这种安排的好处是程序 员可以像 ANSI2C 的习惯一样放心地传递字符串常量的指针 来调用函数 ,不需要担心 C51 特殊的跨组调用问题 。因为每 个 64KB 的代码组都有公共区域的代码 ,而且定位地址是一 致的 。 但是在大型开发 ,特别是涉及人机用户界面相关的开发 中 ,程序中会存在大量的字符串常量 ,如果按照以上的缺省配 置方式来存放 ,这些字符串将占用大量的公共区域空间 。 为了减少公共区域中字符串常量的大小 ,我们可以调整 的 BL51 设定 ,把常量放在指定的组 ,而不放在公共区域里面 。 例如 ,我们要把文件 file1. c 中的常量放在组 1 ,在 Keil C 集成 开发环境下 ,选择 Project 菜单下 Options for target ,然后在 BL51 Misc 页下的 Misc controls 中 ,把 file1. c 的常量段 ?CO ?FILE1加 到 BANK1 () 的括号中 。在把常量放在独立的组以后 ,我们就 必须考虑跨组调用的问题 。 3. 4 跨组调用问题和代码组调整 C51 的指针不带有代码组的信息 ,不能辨识是指向哪个
C1 这种缺省的不可重入函数处理方式一方面令那些利 用堆栈的程序设计方法如递归函数出错 ;另一方面它为函数 中的自动变量分配不同的空间也浪费了大量宝贵的外部数据 存储器空间 。对于大型的应用来说 ,我们更趋向使用与 ANSI2 C 一致的堆栈方式 。这时候 ,我们可以使用 C51 的特殊保留 字 reentrance 把函数声明为可再入函数 ,C51 编译器使用堆栈 方式来管理可再入函数的变量 。在上面例子中应用 reentrance 后代码的如下 :
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陈超华等 :用 Keil C51 开发大型嵌入式程序
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计方法和技巧等方面的各种内存受限的开发方法 ,不能一一 尽述 。这里将讲述 C51 在存储管理方式上不同于 ANSI2C 的 特殊的地方 。
首先以下面的例子来了解 C51 是如何给不同类型的变量 分配存储器的 。
int g = 1 ; int fun1 ( int b ) {
现在 ,编译器只为全局变量 g、fun1 里面的静态变量 sa 和 fun1 里面的静态变量 sa 在 XDATA 分配不同的空间 。而对于 fun1 和 fun2 的参数变量 b 和自动变量 a ,则使用在 XDATA 中 的模拟堆栈空间 ,在程序运行时才自动分配 。这样 ,我们就节 省了大量的自动变量的空间 。要注意的是 ,中断函数不可以 使用 reentrance 。另外 ,上面例子不直接使用保留字 reentrance 是为了方便在非 C51 下试调代码 ,在非 C51 的编译环境下 ,我 们只要把例子中的首行改为 # define COMPILER- REENTRANCE 就可以避免非 C51 编译器不认识 C51 的特殊保留字 reentrance 的错误了 。 3. 3 减少公共区域的大小
通常硬件设计时外部数据存储器要比外部程序存储器少 得多 ,一般限制在 64KB 内 ,这是在一般的 PC 平台开发中很 少遇到的 。根据应用的不同 ,我们可以采用包括算法 、程序设
收稿日期 :2003 - 06 - 04 ;修订日期 :2003 - 08 - 29 作者简介 :陈超华 (1978 - ) ,男 ,广东广州人 ,硕士研究生 ,主要研究方向 :计算机网络与应用.
Abstract: Based on the experience in 8051 series single chip system programming , some technologies for writing large embedded program using Keil C development environment are introduced in this paper. It discusses the method of memory management , dynamic memory usage , C2Assemble language cross2programming and the art of debug when developing large embedded program , and it also gives the solutions for these problems in detail.