單片機 main 函數結束去哪兒了?
正常的程序,都不會跳出 main,但是,如果跳出了 main 函數,程序到底去哪兒了,你有相關這個問題嗎?
一、問題提出
今天在單片機 led 模塊定義函數中看到一個有趣的問題。提問者在進行基本的 C51 編程實驗,編寫了一個簡單的 C51 程序如下:
#include <REGX51.H>
void test(num) {
switch(num) {
case 1: P2_0=0; P2_1=0;
break;
}
}
void main(void) {
test(1);
}
程序執行完之後,可以看到實驗板上的有兩個 LED 被點亮,另外六個居然微微發亮。
如果在主程序中,增加一個無限循環:while(1); ,則電路板上的就不再會出現 “微微點亮” 的現象了。
#include <REGX51.H>
void test(num) {
switch(num) {
case 1: P2_0=0; P2_1=0;
break;
}
}
void main(void) {
test(1);
while(1);
}
上面兩種情況的區別,在於第二個程序中主循環 main() 函數始終沒有退出,而第一個程序,main() 函數退出了。似乎前面 LED 微微點亮 應該與主函數退出之後,單片機都幹了些啥有關係。
那麼就剩下一個問題:對於普通的嵌入式系統,C 語言編程中 main() 函數退出之後,程序去哪兒了?
二、程序去哪兒了?
從上面提問者書寫的代碼來看,應該是一位 C51 的愛好者,使用的是 C51 的編譯器,在一款 C51 開發板上愉快的進行實驗。他一開始沒有安裝嵌入式程序開發的慣例 在主程序 void main(void) 中利用無限循環將程序控制在主程序函數中,就出現了前面實驗結果中令人迷惑的情況。
注:他是一個膽大心細的人,觀察還挺仔細的。
2.1 盤古開天闢地
對於 C 語言編程來說,所有的用戶程序世界是從主程序 main() 開始的。給用戶程序開天闢地的任務是由一小段盤古代碼 STARTUP.A51。
51 單片機程序執行流程(STARTUP.A51 管理 Main 函數的執行)
下面截取了 STARTUP.A51 代碼的一段,可以看到盤古在單片機 RESET 之後做了點準備工作(初始化全局變量、堆棧指針)之後,就直接跳轉至:?C_START
NAME ?C_STARTUP
?C_C51STARTUP SEGMENT CODE
?STACK SEGMENT IDATA
RSEG ?STACK
DS 1
EXTRN CODE (?C_START)
PUBLIC ?C_STARTUP
CSEG AT 0
?C_STARTUP: LJMP STARTUP1
RSEG ?C_C51STARTUP
STARTUP1:
IF IDATALEN <> 0
MOV R0,#IDATALEN - 1
CLR A
IDATALOOP: MOV @R0,A
DJNZ R0,IDATALOOP
ENDIF
IF XDATALEN <> 0
MOV DPTR,#XDATASTART
MOV R7,#LOW (XDATALEN)
IF (LOW (XDATALEN)) <> 0
MOV R6,#(HIGH (XDATALEN)) +1
ELSE
MOV R6,#HIGH (XDATALEN)
ENDIF
CLR A
XDATALOOP: MOVX @DPTR,A
INC DPTR
DJNZ R7,XDATALOOP
DJNZ R6,XDATALOOP
ENDIF
IF PPAGEENABLE <> 0
MOV PPAGE_SFR,#PPAGE
ENDIF
IF PDATALEN <> 0
MOV R0,#LOW (PDATASTART)
MOV R7,#LOW (PDATALEN)
CLR A
PDATALOOP: MOVX @R0,A
INC R0
DJNZ R7,PDATALOOP
ENDIF
IF IBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_IBP)
MOV ?C_IBP,#LOW IBPSTACKTOP
ENDIF
IF XBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_XBP)
MOV ?C_XBP,#HIGH XBPSTACKTOP
MOV ?C_XBP+1,#LOW XBPSTACKTOP
ENDIF
IF PBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_PBP)
MOV ?C_PBP,#LOW PBPSTACKTOP
ENDIF
MOV SP,#?STACK-1
LJMP ?C_START
END
上面的代碼也被博文 51 單片機程序執行流程(STARTUP.A51)中進行逐步調試跟蹤驗證過:
2.2 世界盡頭
由於進入 main() 函數是長跳轉,所以 main 函數是不會正常返回到啓動程序 STARTUP.A51,那麼程序去哪了?
在博文單片機 C 語言 while(1) 的問題中作者對於 KEIL 編譯器和 PIC 的 MAPLAB 編譯器對於 main 函數的最後時光進行了反彙編查看。
Keil 編譯器
在 main 函數的最後,程序增加了一下幾行代碼:
MOV R0, #0x7F
CLR A
MOV @R0, A
DJNZ R0, (3)
MOV SP, #0x0C
LJMP main
這幾條語句,前 4 條,是將我們單片機的內存的前 128 個地址清零,第 5 條,是定義堆棧,第 6 條,是將程序重新跳轉到 main 函數的首行進行執行。
MAPLAB 編譯器
PIC 單片機語言程序進行跟蹤,發現 main() 函數最後一條語句爲 reset,也就是單片機直接復位,這是 MAPLAB 編譯器根據 PIC 單片機特點增加的復位語句。
總結
對於嵌入式系統,如果沒有運行 RTOS,那麼程序開發中的主函數(main())需要通過某種機制使其永遠愉快的運行下去,它沒有終點。如果想從 main 函數中退出,具體幹什麼是由所使用的 C 語言編譯器決定的。
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