C8051F12X中多bank的分區跳轉處理

　　在8051核單片機龐大的家族中，C8051F系列作為其中的后起之秀，是目前功能最全、速度最快的8051衍生單片機之一，正得到越來越廣泛的應用。它集成了嵌入式系統的許多先進技術，有豐富的模擬和數字資源.是一個完全意義上的SoC產品。

　　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_BANK&N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_BANK&N：

　　PUSH ?B_CURRENTBANK (1)

　　MOV A，#HIGH?BANK?SWITCH (2)

　　PUSH ACC (3)

　　PUSH DPL (4)

　　PUSH DPH (5)

　　?B_SWITCH&N:

　　MOV ?B_CURRENTBANK，#LOW? B_SWITCH&N

　　(6)

　　SWlTCH&N (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。

　　繼續執行?B_SWITCHl到(7)時，PSBANK變為指向bankl，?B_CURRENTBANK變為?B_SWITCHl的低8位。執行(8)后，從堆棧結構可以看出，堆棧彈出①作為新的PC值，程序進入Delay_noOS(10)函數，延時功能完成后，函數最后一條RET指令開始返回。這是Keil C51處理bank機制的關鍵，此時的返回地址為堆棧中的②，此地址即?B_SWITCH&H代碼的入口，這里對應main()函數所在的bank3分組，也就是?B_SWITCH3的人口。

　　因為所有?B_SWITCH&N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_SWITCH&N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。