C8051 F12X中多bank的分区跳转问题处理

　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。