C8051F12X系列單片機中多bank的分區跳轉處理
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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足以滿足絕大多數應用的需求。使用C8051F12X，只需外加為數不多的驅動和接口，就可構成較大型的完整系統。只是其中128 KB的Flash存儲器不可避免地要處理bank分區問題。
幸運的是Keil C51開發環境對C8051F系列有良好的支持，包括一般的跨bank分區的程序跳轉和調用。作為數據存儲器使用時，Flash的分區讀寫完全是編程者要考慮的事情，與開發環境無關。本文只針對特殊的強制轉移和μC／OS—II在多bank分區中的移植問題展開討論。
1 C8051F12X在Keil C51中的多bank分區轉移機制
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系統只提供16根地址線，需要附加地址線來實現代碼分組切換，而編譯器產生bank切換代碼時受到配置文件 L51_BANK．A51的支持，所以用戶必須根據自己的硬件結構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區全部都在CPU內部，所以作為常規跨bank的跳轉和調用，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，否則程序將無法工作。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內的特殊功能寄存器，128KB Flash的分bank訪問就是通過它來實現的。要想轉移到新的bank中去，必須賦予PSBANK正確的值，然后再轉向bank區內地址即可。
SWITCHn宏共有4個，分別是SwITCH0、SWlTCH1、SWITCH2和SWITCH3，對應切換到4個bank中。其中SWITCH0對應的語句為：
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和恢復到原來的bank。
所有4組B_BANKn和B_SWlTCHn代碼也都是用宏實現的，對應4個bank處理。它們匯集在BANK SWITCH代碼段中，整個bank切換及恢復機制非常巧妙，可以實現任意bank之間函數的相互調用及嵌套。下面以bank3區中的main函數調用bankl區的Delay_noOS() 延時函數為例說明該機制。
void main(void){
MCUInit()； ／／初始化CPU
Delay_n00s(10); ／／延時lO ms
Lcmlnition();
bank3中被調用的函數Delay_noOS(10)對應的匯編語句為：
LCALL C：5049
公共段(即Common段，對應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。現在進入問題的核心：全部的跨bank區程序切換及恢復過程依靠公共段中BANK SWITCH代碼段里的以下匯編代碼實現，對應的N為0、1、2和3。BANK SWlTCH SEGMENT CODE PAGE
;
B_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
(6)
SWlTCHN (7)
RET (8)
：
Delay_noOS(10)函數的返回地址，即函數LcmIni-tion()的入口地址(也在bank3中)，其高低位字節表示為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后程序執行?B_BANKl和?B_SWITCHl的(1)～(8)，執行到(5)時的堆棧結構如圖1所示。
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。
程序繼續執行B_SWITCH3，在執行? B_SWITCH3的(6)語句之前，B_CURRENTBANK還是前面執行?B_SWITCHl時的值，即B_SWITCHl的低8位。執行語句 (6)后，B_CURRENTBANK恢復為B_SWITCH3的低8位，為返回main函數做準備。然后PSBANK置為33h，即指向bank3，接著執行RET語句，堆棧③成為RET的返回地址，程序回到了main()中Delay_noOS(10)的下一條語句繼續執行， B_CURRENTBANK也已恢復。
這個調用過程中，用了6個堆棧字節，3條RET指令，關鍵內容就是B_CURRENTBANK變量，它保存了可以恢復調用前bank環境代碼的地址低位。從被調用函數返回 到這個地址后，就能恢復調用前的bank環境，即賦予PSBANK正確的值。
不采用直接保存PSBANK值然后再恢復，而是用壓棧的方式保存了相關地址(語句(1)～(3))，是為了實現跨bank區的嵌套調用。例如，在 Delay_noOS(10)函數中，如果再次跨bank去調用新函數，會再次重復上述過程，堆棧從②往上再長6個字節。Delay_noOS(10)函數之前執行B_SWITCHI產生的B_CURRENTBANK值(B_SWITCHI的低8位)也會進棧，為調用完新函數后返回到bankl繼續執行 Delay_noOS(10)提供保證。
2 無操作系統bank分區間的強制跳轉
通過上面的分析得知，如果要處理跨bank區的跳轉、調用和返回，關鍵是能正確處理好PSBANK中的內容。當程序沒有操作系統用于任務切換，而又需要強制退出某一函數進入到另一函數的某一地址時，比如說在中斷發生后，結束原來的工作轉入到另一工作去，就需要處理好PSBANK。
如果不考慮bank，可以在轉入新地址之前執行一段代碼，保存該地址處的環境變量[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，恢復此環境變量，執行中斷返回指令進入該新地址。這個思路和C51庫函數setjump和longjump比較相近，但比它們靈活，因為環境變量可以自己處理。
考慮bank后的情況稍微復雜些，環境變量中需增加bank的處理信息，那么只處理PSBANK行不行呢?
如果僅保存和恢復PSBANK，則很簡單，在保存環境變量的程序中加入：
JMPEnv[envl][3]=PSBANK；
在恢復環境變量的程序中加入：
PSBANK=JMPEnv[envl][3];
這里環境變量是二維數組JMPEnv，envl代表一個環境變量，即一個返回點。第二維是變量中的參數個數。因此可以保存多個環境變量以供使用。
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可能已經被修改，不能和返回點程序的bank區匹配，如果再次出現跨bank調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；
然后在保存環境變量程序中加入：
JMPEnv[envl][3]=PSBANK;
JMPEnv[envl][4]=B_CURRENTBANK；
恢復環境變量程序中加入：
PSBANK=JMPEnv[envl][3];
B_CURRENTBANK=JMPEnv[envl][4]；
這樣恢復環境變量進入到新程序后，也將恢復該程序對應的正確?B_cuRRENTBANK值，問題得到解決。
3 no／0S-ll移植中的bank分區處理
μC／OS-II的51版本已經很成熟，但是所有移植版本均未處理bank問題，需要增加該內容，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調用的透明切換支持，但在使用操作系統時，這種透明切換機制還需要提供對任務切換的支持。因為任務的切換，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，將導致程序崩潰。顯然，無論由于什么情況導致的任務切換完成之前，都需要保存和恢復PSBANK和B_CURRENT-BANK的值。解決的辦法是在每次任務切換前將PS-BANK和 B_CURRENTBANK壓入用戶任務棧。
按照μC／OS-II的要求，在任務創建時，任務棧必須初始化成像運行中的任務剛剛發生過中斷一樣嘲。B_CURRENTBANK的初始值取決于該任務所在分組對應的切換代碼段的低8位地址。所以，任務堆棧的初始化函數 OSTaskStkInit需要加入一個參數INT8U bank，指明該任務位于哪個代碼分組中。又由于任務堆棧的初始化函數是被任務創建函數OSTaskCreate調用的，所以該函數一樣需要加入參數 INT8U bank。
在壓棧，出棧宏中需要加入：
PUSH PSBANK
PUSH B_CURRENTBANK
：
POP B_CURRENTBANK
POP PSBANK
在任務堆棧的初始化函數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()；
)
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INT8U CurrentBankl(void)，INT8U Current-Bank2(void)和INT8U CurrentBank3(void)是用匯編語言實現的，返回值通過R7傳遞，目的是獲得該任務所在分組對應切換代碼段(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 語
本文介紹了Keil C51實現大于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情況下非正常轉移時bank的處理方法以及μc／os—II操作系統在多bank分區程序移植中應采取的措施，在開發實例中均得到了很好的應用。
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