Cx51程序設計的堆棧空間計算方法

引言

　　用C語言進行MCS51系列單片機程序設計是單片機開發和應用的必然趨勢。Keil公司的C51編譯器支持經典8051和8051派生產品的版本，通稱為Cx51。應該說，Cx51是C語言在MCS51單片機上的擴展，既有C語言的共性，又有它自己的特點。本文介紹的是Cx51程序設計時堆棧的計算方法。

　　1堆棧的溢出問題

　　MCS51系列單片機將堆棧設置在片內RAM中，由于片內RAM資源有限，堆棧區的范圍也是有限的。堆棧區留得太大，會減少其他數據的存放空間，留得太少則很容易溢出。所謂堆棧溢出，是指在堆棧區已經滿了的時候還要進行新的壓棧操作，這時只好將壓棧的內容存放到非堆棧區的特殊功能寄存器（SFR）中或者堆棧外的數據區中。特殊功能寄存器的內容影響系統的狀態，數據區的內容又很容易被程序修改，這樣一來，之后進行出棧操作（如子程序返回）時內容已變樣，程序也就亂套了。因此，堆棧區必須留夠，寧可大一些。要在Cx51程序設計中防止堆棧的溢出，要解決兩個問題：第一，精確計算系統分配給用戶的堆棧大小，假設是M；第二，精確計算用戶需要堆棧的大小，假設是N。要求M≥N，下面分別分析這兩個問題。

　　2計算系統

　　分配給用戶的堆棧大小Cx51程序設計中，因為動態局部變量是長駐內存中的，實際上相當于局部靜態變量，即使在函數調用結束時也不釋放空間（這一點不同于標準C語言）。Cx51編譯器按照用戶的設置，將所有的變量存放在片內和片外的RAM中。片內變量分配好空間后，將剩下的空間全部作為堆棧空間，這個空間是最大可能的堆棧空間。當然，因為Cx51是一種可以訪問寄存器的C語言（特殊功能寄存器），因此可在程序中訪問SP，將堆棧空間設置得小一點。不過，一般沒有人這么做。本文只是討論放在片內RAM的變量。我們把變量分為兩種情況：

　　① 用作函數的參數和函數返回值的局部變量。這種變量盡量在寄存器組中存放。為了討論方便，假設統一用寄存器組0，具體的地址為0x00~0x07。最多可以傳遞3個參數，如果參數的個數比較多，就將多余的參數放到內存（0x08以后的地址）中存放。這里，假設每個函數的參數都不大于3個。

　　② 我們在程序中定義的全局變量，以及不是用作函數的參數和函數返回值的局部變量。以上兩種變量在內存中0x08地址以后存放，存放完畢后將堆棧指針SP指向分配了變量的片內RAM的最后一個字節。因為MCS51單片機的堆棧是一種滿遞增堆棧且堆棧的寬度為8位，所以在需要壓棧操作時將堆棧指針先加1，后入棧有效內容。有了以上規則，就可以精確地計算出系統分配給用戶的堆棧空間。以求兩個數的最大公約數和最小公倍數的函數為例，代碼如下：

　　#include REG52.H>

　　unsigned char max(unsigned char a, unsigned char b);

　　unsigned char min(unsigned char a, unsigned char b);

　　unsigned char M;

　　void main (void) {

　　unsigned char n;

　　M = max(12, 9);

　　n = min(12, 9);

　　}

　　unsigned char max(unsigned char a, unsigned char b){

　　while(a != b) {

　　if(a > b)

　　a = a - b;

　　else

　　b = b - a;

　　}

　　return a;

　　}

　　unsigned char min(unsigned char a, unsigned char b){

　　unsigned char k;

　　k = a*b/M;

　　return k;

　　}