關于可重入函數（可再入函數）和模擬堆棧（仿真堆棧）

“可重入函數可以被一個以上的任務調用，而不必擔心數據被破壞。可重入函數任何時候都可以被中斷，一段時間以后又可以運行，而相應的數據不會丟失。”（摘自嵌入式實時操作系統uC/OS-II）

在理解上述概念之前，必須先說一下keilc51的“覆蓋技術”。（采用該技術的原因請看附錄中一網友的解釋）

（1）局部變量存儲在全局RAM空間（不考慮擴展外部存儲器的情況）；

（2）在編譯鏈接時，即已經完成局部變量的定位；

（3）如果各函數之間沒有直接或間接的調用關系，則其局部變量空間便可覆蓋。

正是由于以上的原因，在Keil C51環境下，純粹的函數如果不加處理（如增加一個模擬棧），是無法重入的。舉個例子：

void TaskA（void* pd）

{

int a；

//其他一些變量定義

do{

//實際的用戶任務處理代碼

}while（1）；

}

void TaskB（void* pd）

{

int b；

//其他一些變量定義

do{

func（）；

//其他實際的用戶任務處理代碼

}while（1）；

}

void func（）

{

int c；

//其他變量的定義

//函數的處理代碼

}

在上面的代碼中，TaskA與TaskB并不存在直接或間接的調用關系，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相同的RAM空間。這樣，當TaskA運行一段時間，改變了a后，TaskB取得CPU控制權并運行時，便可能會改變b。由于a和b指向相同的RAM空間，導致TaskA重新取得CPU控制權時，a的值已經改變，從而導致程序運行不正確，反過來亦然。另一方面，func（）與TaskB有直接的調用關系，因而其局部變量b與c不會被互相覆蓋，但也不能保證func的局部變量c不會與TaskA或其他任務的局部變量形成可覆蓋關系。

根據上述分析我們很容易就能夠判斷出TaskA和TaskB這兩個函數是不可重入的（當然，func也不可重入）。那么如何讓函數成為可重入函數呢？C51編譯器采用了一個擴展關鍵字reentrant作為定義函數時的選項，需要將一個函數定義為可重入函數時，只要在函數后面加上關鍵字reentrant即可。

與非可重入函數的參數傳遞和局部變量的存儲分配方法不同，C51編譯器為可重入函數生成一個模擬棧（相對于系統堆棧或是硬件堆棧來說），通過這個模擬棧來完成參數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中進行初始化。根據編譯時采用的存儲器模式，模擬棧區可位于內部（IDATA）或外部（PDATA或XDATA）存儲器中。如表1所示：

表1

注意：51系列單片機的系統堆棧（也叫硬件堆棧或常規棧）總是位于內部數據存儲器中（SP為8位寄存器，只能指向內部），而且是“向上生長”型的（從低地址向高地址），而模擬棧是“向下生長”型的。

2、可重入函數參數傳遞過程剖析

在進入剖析之前，先簡單講講c51函數調用時參數是如何傳遞的。簡單來說，參數主要是通過寄存器R1~R7來傳遞的，如果在調用時，參數無寄存器可用或是采用了編譯控制指令“NOREGPARMS”，則參數的傳遞將發生在固定的存儲器區域，該存儲器區域稱為參數傳遞段，其地址空間取決于編譯時所選擇的存儲器模式。利用51單片機的工作寄存器最多傳遞3個參數，如表2所示。

表二

舉兩個例子：

func1（int a）：“a”是第一個參數，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。

至于函數的返回值通過哪些寄存器或是什么方法傳遞這里就不說了，大家可以看看c51的相關文檔或是書籍。

好了，接下來我們開始剖析一個簡單的程序，代碼如下：

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

{

int j1,j2;

j1 = a + b + c +d;

j2 = j1 + 10;

return j2;

}

main()

{

int i;

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

}

程序很簡單，廢話少說，下面跟我一起看看c51翻譯成的匯編語言是什么樣子的。

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);調用C？ADDXBP子程序，調整模擬棧指針C？XBP

;指向0xFFFF

MOVA,#0x04;無寄存器可用，第四個參數直接壓入模擬棧

MOVX@DPTR,A;

MOVR3,#0x03;參數3通過R3傳遞，見表2

MOVR5,#0x02;參數2過R5傳遞，見表2

MOVR7,#0x01;參數1通過R7傳遞，見表2

LCALLfun(C:0003);調用fun函數

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

;并存儲在外部數據存儲器0x0000和0x0001處

;（int型為兩個字節）

MOVA,R6

MOVX@DPTR,A

INCDPTR

MOVA,R7

MOVX@DPTR,A

}

RET;main返回

說明：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是從右往左掃描的。

接下來看看fun的匯編代碼：（很長，大家耐心看吧，有些可以跳過的）

C：0003

MOVDPTR,#0xFFFF

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

MOVA,R3

MOVX@DPTR,A；R3中的值（參數3）壓入模擬棧

MOVDPTR,#0xFFFF

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

MOVA,R5

MOVX@DPTR,A；R5中的值（參數2）壓入模擬棧

MOVDPTR,#0xFFFF

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

MOVA,R7

MOVX@DPTR,A；R7中的值（參數1）壓入模擬棧

MOVDPTR,#0xFFFC

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

；局部int變量做準備

j1 = a + b + c +d;

MOVDPTR,#0x0005

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

；一個參數，此時DPTR=0xFFFF

；注意：C?XBPOFF不改變C？XBP的值

MOVXA,@DPTR

MOVR7,A；取出參數1

MOVA,R7

。。。。。。

。。。。。。；省略，完成取參數2，取參數3，取參數4并相加

。。。。。。