C8051 F12X中多bank的分区跳转处理

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C8051 F12X中多bank的分区跳转处理

在8051核单片机庞大的家族中，C8051F系列作为其中的后起之秀，是目前功能最全、速度最快的8051衍生单片机之一，正得到越来越广泛的应用。它集成了嵌入式系统的许多先进技术，有丰富的模拟和数字资源．是一个完全意义上的SoC产品。

    C805IFl2X作为该系列中的高端部分，具有最快100MIPS的峰值速度，集成了最多的片上资源。其128 KB的片上Flash和8 KB的片上RAM足以满足绝大多数应用的需求。使用C8051F12X，只需外加为数不多的驱动和接口，就可构成较大型的完整系统。只是其中128 KB的Flash存储器不可避免地要处理bank分区问题。

    幸运的是Keil C51开发环境对C8051F系列有良好的支持，包括一般的跨bank分区的程序跳转和调用。作为数据存储器使用时，Flash的分区读写完全是编程者要考虑的事情，与开发环境无关。本文只针对特殊的强制转移和μC／OS—II在多bank分区中的移植问题展开讨论。

1 C8051F12X在Keil C51中的多bank分区转移机制
    Keil C51的连接定位器支持分组连接，允许生成代码长度大于64 KB的8051目标程序_1_。一般的8051系统只提供16根地址线，需要附加地址线来实现代码分组切换，而编译器产生bank切换代码时受到配置文件L51_BANK．A51的支持，所以用户必须根据自己的硬件结构来修改这个配置文件。

    C8051F12X系列不用考虑硬件部分，也不存在地址线的扩展问题，因为128 KB的4个bank区全部都在CPU内部，所以作为常规跨bank的跳转和调用，不需要处理1．5l_BANK．A51配置文件。但在特殊情况下就必须考虑该问题，否则程序将无法工作。下面以C8051F120为例先讨论代码的透明分组切换过程。

    C805IFl20在Keil C51的项目配置中被划分为4个bank，每个32 KB。公共bank地址从0~0x7fff，其余bank从0x8000h~0xffff。在对应的配置文件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分组信息保存和切换代码，以及?B_CURENTBANK变量。

    PSBANK为C8051F120内的特殊功能寄存器，128KB Flash的分bank访问就是通过它来实现的。要想转移到新的bank中去，必须赋予PSBANK正确的值，然后再转向bank区内地址即可。

    SWITCHn宏共有4个，分别是SwITCH0、SWlTCH1、SWITCH2和SWITCH3，对应切换到4个bank中。其中SWITCH0对应的语句为：
MOV PSBANK．#00h ；把00h用1Ih、22h和33h替换，

                 ；就是其他三个宏

    它将插入到?B_SWITCHn代码中，用来切换新的bank和恢复到原来的bank。

    所有4组?B_BANKn和?B_SWlTCHn代码也都是用宏实现的，对应4个bank处理。它们汇集在?BANK?SWITCH代码段中，整个bank切换及恢复机制非常巧妙，可以实现任意bank之间函数的相互调用及嵌套。下面以bank3区中的main函数调用bankl区的Delay_noOS()延时函数为例说明该机制。
void main(void){
MCUInit()； ／／初始化CPU
Delay_n00s(10); ／／延时lO ms
Lcmlnition();
:
:
    bank3中被调用的函数Delay_noOS(10)对应的汇编语句为：
LCALL C：5049
公共段(即Common段，对应bank0)中C:5049处的

汇编语句如下：
MOV dptr，#Delay_noOS
AJMP B_BANKl

    这里的B_BANKl就是宏?B_BANK&N中N为1的例程。现在进入问题的核心：全部的跨bank区程序切换及恢复过程依靠公共段中?BANK?SWITCH代码段里的以下汇编代码实现，对应的N为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)函数的返回地址，即函数LcmIni-tion()的入口地址(也在bank3中)，其高低位字节表示为ADDH和ADDL。程序进入main()后的?B_CURRENTBANK变量初值是?B_SWITCH3的低8位，其意义稍后叙述。AJMP B_BANKl后程序执行?B_BANKl和?B_SWITCHl的(1)～(8)，执行到(5)时的堆栈结构如图1所示。

    继续执行?B_SWITCHl到(7)时，PSBANK变为指向bankl，?B_CURRENTBANK变为?B_SWITCHl的低8位。执行(8)后，从堆栈结构可以看出，堆栈弹出①作为新的PC值，程序进入Delay_noOS(10)函数，延时功能完成后，函数最后一条RET指令开始返回。这是Keil C51处理bank机制的关键，此时的返回地址为堆栈中的②，此地址即?B_SWITCH&H代码的入口，这里对应main()函数所在的bank3分组，也就是?B_SWITCH3的人口。

    因为所有?B_SWITCH&N的高8位地址，即?BANK?SWITCH代码段的高8位都一样，由语句(2)中的操作符HIGH?BANK?SWITCH确定；低8位保存在已经压栈的?B_CURRENTBANK变量中，此时堆栈中的?B_CURRENTBANK压栈值是?B_SWITCH3的低8位，这样②的地址就是?B_SWITCH3。

    程序继续执行?B_SWITCH3，在执行?B_SWITCH3的(6)语句之前，?B_CURRENTBANK还是前面执行?B_SWITCHl时的值，即?B_SWITCHl的低8位。执行语句(6)后，?B_CURRENTBANK恢复为?B_SWITCH3的低8位，为返回main函数做准备。然后PSBANK置为33h，即指向bank3，接着执行RET语句，堆栈③成为RET的返回地址，程序回到了main()中Delay_noOS(10)的下一条语句继续执行，?B_CURRENTBANK也已恢复。

    这个调用过程中，用了6个堆栈字节，3条RET指令，关键内容就是?B_CURRENTBANK变量，它保存了可以恢复调用前bank环境代码的地址低位。从被调用函数返回 到这个地址后，就能恢复调用前的bank环境，即赋予PSBANK正确的值。

    不采用直接保存PSBANK值然后再恢复，而是用压栈的方式保存了相关地址(语句(1)～(3))，是为了实现跨bank区的嵌套调用。例如，在Delay_noOS(10)函数中，如果再次跨bank去调用新函数，会再次重复上述过程，堆栈从②往上再长6个字节。Delay_noOS(10)函数之前执行?B_SWITCHI产生的?B_CURRENTBANK值(?B_SWITCHI的低8位)也会进栈，为调用完新函数后返回到bankl继续执行Delay_noOS(10)提供保证。

2 无操作系统bank分区间的强制跳转
    通过上面的分析得知，如果要处理跨bank区的跳转、调用和返回，关键是能正确处理好PSBANK中的内容。当程序没有操作系统用于任务切换，而又需要强制退出某一函数进入到另一函数的某一地址时，比如说在中断发生后，结束原来的工作转入到另一工作去，就需要处理好PSBANK。

    如果不考虑bank，可以在转入新地址之前执行一段代码，保存该地址处的环境变量[2]，包括堆栈指针sP和需要的入口地址。然后在中断返回之前，恢复此环境变量，执行中断返回指令进入该新地址。这个思路和C51库函数setjump和longjump比较相近，但比它们灵活，因为环境变量可以自己处理。

    考虑bank后的情况稍微复杂些，环境变量中需增加bank的处理信息，那么只处理PSBANK行不行呢?

    如果仅保存和恢复PSBANK，则很简单，在保存环境变量的程序中加入：
JMPEnv[envl][3]=PSBANK；

    在恢复环境变量的程序中加入：
PSBANK=JMPEnv[envl][3];

    这里环境变量是二维数组JMPEnv，envl代表一个环境变量，即一个返回点。第二维是变量中的参数个数。因此可以保存多个环境变量以供使用。

    初看起来这样处理是没有问题的，可实际上不行。因为进入返回点后，虽然PSBANK正确了，但是?B_CUR-RENTBANK可能已经被修改，不能和返回点程序的bank区匹配，如果再次出现跨bank调用的话将不能正确返回。

    处理方法是有点技巧的，因为C语言不支持汇编变量?B_CURRENTBANK的写法，所以在L51_bank．A51中要加上声明：
PUBLIC BLCURRENTBANK
和伪指令：
B_CURRENTBANK EQU ?B_CURRENTBANK
这样就可以在C程序中使用B_CURRENTBANK
了，先声明B_CURRENTBANK：
extern Uchar data B_CURRENTBANK；
然后在保存环境变量程序中加入：
JMPEnv[envl][3]=PSBANK;
JMPEnv[envl][4]=B_CURRENTBANK；
恢复环境变量程序中加入：
PSBANK=JMPEnv[envl][3];
B_CURRENTBANK=JMPEnv[envl][4]；
    这样恢复环境变量进入到新程序后，也将恢复该程序对应的正确?B_cuRRENTBANK值，问题得到解决。

3 no／0S-ll移植中的bank分区处理
    μC／OS-II的51版本已经很成熟，但是所有移植版本均未处理bank问题，需要增加该内容，否则不能在包括C8051F12X系列及其他多bank程序中使用。

    如前所述，Keil C51提供对跨bank调用的透明切换支持，但在使用操作系统时，这种透明切换机制还需要提供对任务切换的支持。因为任务的切换，程序可能需要到别的代码分组中去运行，而此时PSBANK和?B_CUR-RENTBANK还停留在原来代码分组中的状态，将导致程序崩溃。显然，无论由于什么情况导致的任务切换完成之前，都需要保存和恢复PSBANK和?B_CURRENT-BANK的值。解决的办法是在每次任务切换前将PS-BANK和?B_CURRENTBANK压入用户任务栈。

    按照μC／OS-II的要求，在任务创建时，任务栈必须初始化成像运行中的任务刚刚发生过中断一样嘲。?B_CURRENTBANK的初始值取决于该任务所在分组对应的切换代码段的低8位地址。所以，任务堆栈的初始化函数OSTaskStkInit需要加入一个参数INT8U bank，指明该任务位于哪个代码分组中。又由于任务堆栈的初始化函数是被任务创建函数OSTaskCreate调用的，所以该函数一样需要加入参数INT8U bank。
在压栈，出栈宏中需要加入：
PUSH PSBANK
PUSH?B_CURRENTBANK
：
POP ?B_CURRENTBANK
POP PSBANK
在任务堆栈的初始化函数OSTaskStkInit中需要加入：
*stk++=17; ／／堆栈长度增加2个到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值均没有问题，所以简化了PSBANK取值0x00的情况。

     函数INT8U CurrentBankl(void)，INT8U Current-Bank2(void)和INT8U CurrentBank3(void)是用汇编语言实现的，返回值通过R7传递，目的是获得该任务所在分组对应切换代码段(?SWITCHn)的低8位地址。不用C语言编写的原因同样是?B_SWITCH&N不被C支持。
CurrentBankl(void)代码如下，其他两个类同。
RSEG?PR?CurrentBankl?Os_CPU_A
CurrentBankl：
MOV DPTR，#?B_SWITCHl
MOV R7．DPL
RET

结 语
    本文介绍了Keil C51实现大于64 KB程序的bank分组代码切换机制的原理，提出了没有操作系统情况下非正常转移时bank的处理方法以及μc／os—II操作系统在多bank分区程序移植中应采取的措施，在开发实例中均得到了很好的应用。

李小路

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