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(tǒng)的許多先進技術,，有豐富的模擬和數(shù)字資源．是一個完全意義上的SoC產(chǎn)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(shù)應用的需求。使用C8051F12X,，只需外加為數(shù)不多的驅動和接口,，就可構成較大型的完整系統(tǒng)。只是其中128 KB的Flash存儲器不可避免地要處理bank分區(qū)問題,。
幸運的是Keil C51開發(fā)環(huán)境對C8051F系列有良好的支持,，包括一般的跨bank分區(qū)的程序跳轉和調用。作為數(shù)據(jù)存儲器使用時,，F(xiàn)lash的分區(qū)讀寫完全是編程者要考慮的事情,，與開發(fā)環(huán)境無關。本文只針對特殊的強制轉移和μC／OS—II在多bank分區(qū)中的移植問題展開討論,。
1 C8051F12X在Keil C51中的多bank分區(qū)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(tǒng)只提供16根地址線,，需要附加地址線來實現(xiàn)代碼分組切換,，而編譯器產(chǎn)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(jù)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(qū)全部都在CPU內部，所以作為常規(guī)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(xiàn)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(qū)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(xiàn)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(xiàn)任意bank之間函數(shù)的相互調用及嵌套,。下面以bank3區(qū)中的main函數(shù)調用bankl區(qū)的Delay_noOS（）延時函數(shù)為例說明該機制。
void main（void）{
MCUInit（）; ／／初始化CPU
Delay_n00s（10）; ／／延時lO ms
Lcmlnition（）;
?。?/p>
?。?/p>
bank3中被調用的函數(shù)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(xiàn)在進入問題的核心：全部的跨bank區(qū)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(xiàn)，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
?。?）
SWlTCH&N （7）
RET （8）
：
Delay_noOS（10）函數(shù)的返回地址,，即函數(shù)LcmIni-tion（）的入口地址（也在bank3中）,，其高低位字節(jié)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(zhí)行,？B_BANKl和？B_SWITCHl的（1）～（8），執(zhí)行到（5）時的堆棧結構如圖1所示,。
繼續(xù)執(zhí)行,？B_SWITCHl到（7）時，PSBANK變?yōu)橹赶騜ankl,，,？B_CURRENTBANK變?yōu)椋緽_SWITCHl的低8位,。執(zhí)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(shù),，延時功能完成后，函數(shù)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(shù)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(jīng)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(xù)執(zhí)行,？B_SWITCH3，在執(zhí)行,？B_SWITCH3的（6）語句之前,，,？B_CURRENTBANK還是前面執(zhí)行？B_SWITCHl時的值,，即,？B_SWITCHl的低8位。執(zhí)行語句（6）后,，？B_CURRENTBANK恢復為,？B_SWITCH3的低8位,，為返回main函數(shù)做準備。然后PSBANK置為33h,，即指向bank3,，接著執(zhí)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(xù)執(zhí)行,，？B_CURRENTBANK也已恢復,。
這個調用過程中,，用了6個堆棧字節(jié)，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(huán)境代碼的地址低位,。從被調用函數(shù)返回 到這個地址后,，就能恢復調用前的bank環(huán)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(xiàn)跨bank區(qū)的嵌套調用,。例如,，在Delay_noOS（10）函數(shù)中，如果再次跨bank去調用新函數(shù),，會再次重復上述過程,，堆棧從②往上再長6個字節(jié)。Delay_noOS（10）函數(shù)之前執(zhí)行,？B_SWITCHI產(chǎn)生的,？B_CURRENTBANK值（？B_SWITCHI的低8位）也會進棧,，為調用完新函數(shù)后返回到bankl繼續(xù)執(zhí)行Delay_noOS（10）提供保證,。
2 無操作系統(tǒng)bank分區(qū)間的強制跳轉
通過上面的分析得知,，如果要處理跨bank區(qū)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(tǒng)用于任務切換，而又需要強制退出某一函數(shù)進入到另一函數(shù)的某一地址時,，比如說在中斷發(fā)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(zhí)行一段代碼，保存該地址處的環(huán)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(huán)境變量,，執(zhí)行中斷返回指令進入該新地址,。這個思路和C51庫函數(shù)setjump和longjump比較相近，但比它們靈活,，因為環(huán)境變量可以自己處理,。
考慮bank后的情況稍微復雜些，環(huán)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(huán)境變量的程序中加入：
JMPEnv［envl］［3］=PSBANK;
在恢復環(huán)境變量的程序中加入：
PSBANK=JMPEnv［envl］［3］;
這里環(huán)境變量是二維數(shù)組JMPEnv,，envl代表一個環(huán)境變量，即一個返回點,。第二維是變量中的參數(shù)個數(shù),。因此可以保存多個環(huán)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(jīng)被修改，不能和返回點程序的bank區(qū)匹配,，如果再次出現(xiàn)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(huán)境變量程序中加入：
JMPEnv［envl］［3］=PSBANK;
JMPEnv［envl］［4］=B_CURRENTBANK;
恢復環(huán)境變量程序中加入：
PSBANK=JMPEnv［envl］［3］;
B_CURRENTBANK=JMPEnv［envl］［4］;
這樣恢復環(huán)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(qū)處理
μC／OS-II的51版本已經(jīng)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(tǒng)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(tài),，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(chuàng)建時,，任務棧必須初始化成像運行中的任務剛剛發(fā)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(shù)OSTaskStkInit需要加入一個參數(shù)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(shù)是被任務創(chuàng)建函數(shù)OSTaskCreate調用的，所以該函數(shù)一樣需要加入?yún)?shù)INT8U bank,。
在壓棧,，出棧宏中需要加入：
PUSH PSBANK
PUSH？B_CURRENTBANK
?。?/p>
POP ,？B_CURRENTBANK
POP PSBANK
在任務堆棧的初始化函數(shù)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（）;
?。?/p>
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(shù)INT8U CurrentBankl（void），INT8U Current-Bank2（void）和INT8U CurrentBank3（void）是用匯編語言實現(xiàn)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(xiàn)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(tǒng)情況下非正常轉移時bank的處理方法以及μc／os—II操作系統(tǒng)在多bank分區(qū)程序移植中應采取的措施，在開發(fā)實例中均得到了很好的應用,。