Keil C51處理可重入函數(shù)問題的探討

　　在程序設計中，變量具體可以分為四種類型：全局變量、靜態(tài)全局變量、局部變量、靜態(tài)局部變量。這幾種變量類型對函數(shù)的可重入產(chǎn)生的重大的影響，因為不同的編譯器采用不同的策略。

　　針對51的存儲區(qū)有限，keil c51因此有了覆蓋和共享的處理方法。

　　共享：共享是針對全局變量或靜態(tài)變量而言的，對全局變量定義后就對其分配了內(nèi)存，其他變量不會覆蓋這一地址，在任何函數(shù)或者程序中都可以共享該變量的內(nèi)存。

　　覆蓋：如果一個程序不再被調(diào)用，也不由其他的程序調(diào)用，在其他的程序運行之前程序也不在運行，那么這個程序的局部變量可以放在與其他的程序完全相同的RAM空間，這就是覆蓋。

　　所以說C51編譯器并不是真正的C編譯器。

　　先說一下keilc51的“覆蓋技術”。

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(jīng)完成局部變量的定位；

3.如果各函數(shù)之間沒有直接或間接的調(diào)用關系，則其局部變量空間便可覆蓋。

　　在單任務編程下，重入似乎不是個問題，因為函數(shù)會一直執(zhí)行下去，就算被中斷打斷，中斷服務程序保存寄存器，中斷執(zhí)行完畢后又恢復環(huán)境（注意到keil c51默認這樣處理：中斷中局部變量會采用靜態(tài)分配內(nèi)存的方式，不會與函數(shù)的局部變量覆蓋），函數(shù)不會存在重不重入的問題。

　　在實時操作系統(tǒng)下，就必須考慮函數(shù)的重不重入了。

先考慮一下可重入函數(shù)與不可重入函數(shù)的具體區(qū)別。在實時操作系統(tǒng)下，二者的區(qū)別并不是執(zhí)行過程中能否被打斷執(zhí)行?？芍厝牒瘮?shù)在執(zhí)行過程中可以被打斷，內(nèi)核啟動另一個任務，該任務再次調(diào)用該函數(shù)。不可重入函數(shù)在執(zhí)行過程中可以被打斷，但在另一個任務中不得在調(diào)用這個函數(shù)，除非再次回到原來的任務將這個函數(shù)執(zhí)行完成。

再來考慮可重入函數(shù)與不可重入函數(shù)的實現(xiàn)：因為全局變量，靜態(tài)全局變量，靜態(tài)局部變量會分配到固定的內(nèi)存地址，這些量在可重入方面只需考慮保護，問題的關鍵在于動態(tài)局部變量的處理，如互相覆蓋和入棧。

　　可重入函數(shù)：首先是據(jù)絕對意義上的可重入函數(shù)，函數(shù)不使用全局變量，只使用存放在寄存器的局部變量。這種函數(shù)任意時刻都可以被打斷，或再次調(diào)用，應為函數(shù)的局部變量在被中斷時全部被入棧了，等到重新啟用時又全部出棧了，例如函數(shù)

unsignecharMin(unsignedcharx1,unsignedcharx2){if(x1>x2){x1=x2;}returnx1;}

　　另一種函數(shù)：不使用全局變量，局部變量部分存放在寄存器，部分存放在固定內(nèi)存地址（哪怕靜態(tài)化，獨享該內(nèi)存），他總是不可重入的，分析如下：靜態(tài)的局部變量a，在第一進入函數(shù)后改變，中斷第二次進入又改變，回到第一調(diào)用時可能就改變了，存在Bug，不可重入。

　　第二種可重入函數(shù)：函數(shù)使用全部變量 ，只使用存放在寄存器的局部變量（keil c51盡量將局部變量保存在寄存器）。 這種函數(shù)常常是系統(tǒng)函數(shù)，使用臨界區(qū)代碼。對起到標志作用的全局變量進行操作時要關中斷，防止中斷打斷破壞，處理完畢后再開中斷。這其實已經(jīng)不是絕對意義上的可重入函數(shù)，但局部變量通過寄存器存放可以避免修改其他函數(shù)的局部變量。

　　第三種可重入函數(shù)：函數(shù)使用全局變量，局部變量部分存放在寄存器，部分存放在固定內(nèi)存地址（因為局部變量過多）。這種函數(shù)跟第二種很相似，不是真正意義上的可重入。進入函數(shù)必須關中斷，出去在開中斷。值得注意的是：存放在固定內(nèi)存地址的局部變量需要聲明為靜態(tài)以獨享該內(nèi)存，這樣做的目的并不是怕其他函數(shù)其他破壞其局部變量（關中斷不可能被破壞），而是怕破壞其他函數(shù)的局部變量，因為其他函數(shù)若有局部變量和其共享一個內(nèi)存空間，執(zhí)行其他函數(shù)→該函數(shù)→其他函數(shù)，可能導致其他函數(shù)局部變量被破壞。

　　不可重入函數(shù)（前面已經(jīng)說明這個函數(shù)在執(zhí)行過程中若被打斷，不會再次調(diào)用，即不可重入）

　　第一種函數(shù)：不使用全局變量，局部變量部分存放在寄存器，部分存放在固定內(nèi)存地址（若都存放在寄存器就是可重入函數(shù)了）。 這種函數(shù)不可重入，但存放在固定內(nèi)存地址的局部變量應該防止互相覆蓋，具體原因下面分析。

　　第二種函數(shù)： 不使用全局變量，局部變量都存放在固定內(nèi)存地址，存放在固定內(nèi)存地址的局部變量應該防止互相覆蓋，具體原因下面分析。不過這種函數(shù)很少見，因為keil c51先考慮把局部變量存放在寄存器。

　　第三種函數(shù)： 使用全局變量，局部變量部分存放在寄存器。進入函數(shù)不需要關中斷保護全局變量，因為這種函數(shù)大多是用戶函數(shù)，全局變量大多不是起標志作用的，一邊是傳遞數(shù)據(jù)的，即一般是一個函數(shù)修改，一個函數(shù)讀取。

　　第四種函數(shù)：使用全局變量，局部變量部分存放在寄存器，部分存放在固定內(nèi)存地址，存放在固定內(nèi)存地址的局部變量應該防止互相覆蓋。跟第三種類似。

　　還有一種函數(shù)： 使用全局變量，局部變量都存放在固定內(nèi)存地址。跟第二種一樣少見，都不考慮。

　　分析不可重入函數(shù)存放在固定地址的局部變量不能相互覆蓋的問題：

Keil進行以下處理：如果各函數(shù)之間沒有直接或間接的調(diào)用關系，則其局部變量空間便可覆蓋。

任務的基本結(jié)構(gòu)與模式：

voldTaskA(void*ptr){UINT8vaL_a；//其他一些變量定義do{//實際的用戶任務處理代碼}while(1)；}voidTaskB(void*ptr){UINT8vaL_b；//其他一些變量定義do{Funcl()；//其他實際的用戶任務處理代碼}while(1)；}voidFuncl(){UlNT8val_fa；//其他變量的定義//函數(shù)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(diào)用關系，因而其局部變量val_a與val_b便是可以被互相覆蓋的，即其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val_a后，TaskB取得CPU控制權并運行時，便可能會改變val_b。由于其指向相同的RAM空間，導致TaskA重新取得CPU控制權時，val—a的值已經(jīng)改變，從而導致程序運行不正確，反過來亦然。另一方面，F(xiàn)uncl()與TaskB有直接的調(diào)用關系，因而其局部變量val_fa與val_b不會被互相覆蓋，但也不能保證其局部變量val_fa不會與TaskA或其他任務的局部變量形成可覆蓋關系。

　　所以得到以下結(jié)論：存在直接或間接調(diào)用關系的函數(shù)局部變量不會覆蓋，不存在調(diào)用關系的函數(shù)局部變量又不能覆蓋。

　　怎么辦？

　　第一種解決方案：我們只能將非重入函數(shù)中不是存放在寄存器中的局部變量全部靜態(tài)化存放在固定內(nèi)存地址，這樣內(nèi)存開銷就會很大，但要保證程序運行的正確性，只能這么做。

　　第二種：局部變量覆蓋，通過進入程序就關中斷進行保護，這樣就不會被打斷了，但這樣做系統(tǒng)的實時性就會降低很多。 現(xiàn)實情況是根據(jù)具體的情況進行決定，具體問題具體分析。