Keil C51总线外设操作问题的深入分析
阅读了《单片机与嵌入式系统应用》2005年第10期杂志《经验交流》栏目的一篇**《Keil C51对同一端口的连续读取方法》(原文)后,笔者认为该文并未就此问题进行深入准确的分析 **中提到的两种解决方法并不直接和简单。笔者认为这并非是Keil C51中不能处理对一个端口进行连续读写的问题,而是对Kei1 C51的使用不够熟悉和设计不够细致的问题,因此特撰写本文。
本文中对原文提到的问题,提出了三种不同于原文的解决方法。每种方法都比原文中提到的方法更直接和简单,设计也更规范。(无意批评,请原文作者见谅)
1 问题回顾和分析
原文中提到：在实际工作中遇到对同一端口反复连续读取,Keil C51编译并未达到预期的结果。原文作者对C编译出来的汇编程序进行分析发现,对同一端口的第二次读取语句并未被编译。但可惜原文作者并未分析没有被编译的原因,而是匆忙地采用一些不太规范的方法试验出了两种解决办法。
对此问题,翻阅Keil C51的手册很容易发现：KeilC51的编译器有一个优化设置,不同的优化设置,会产生不同的编译结果。一般情况缺省编译优化设置被设定为8级优化,实际最高可设定为9级优化：
1. Dead code elimination。
2.Data overlaying。
3.Peephole optimization。
4.Register variables。
5.Common subexpression elimination。
6.Loop rotation。
7.Extended Index Access Optimizing。
8.Reuse Common Entry Code。
9.Common Block Subroutines。
而以上的问题,正是由于Keil C51编译优化产生的。因为在原文程序中将外设地址直接按如下定义：
unsigned char xdata MAX197 _at_ 0x8000
采用_at_将变量MAX197定义到外部扩展RAM 指定地址0x8000。因此,Keil C51优化编译理所当然认为重复读第二次是没有用的,直接用第一次读取的结果就可以了,因此编译器跳过了第二条读取语句。至此,问题就一目了然了。
2 解决方法
由以上分析很容易就能提出很好的解决办法。
2．1 最简单最直接的办法
程序一点都不用修改,将Keil C51的编译优化选择设置为0(不优化)就可以了。选择project窗口的Target,然后打开“Options for Target”设置对话框,选择“C51”选项卡,将“Code Optimiztaion”中的“Level”选择为“0:Costant folding”。再次编译后,大家会发现编译结果为：
CLR MAXHBEN
MOV DPTR,#MAX197
MOVX A,@DPTR
MOV R7,A
MOV down8,R7
SETB MAXHBEN
MOV DPTR,#MAX197
MOVX A,@DPTR
MOV R7,A
MOV up4,R7
两次读取操作都被编译出来了。
2．2 最好的方法
告诉Keil C51,这个地址不是一般的扩展RAM,而是连接的设备,具有“挥发”特性,每次读取都是有意义的。可以修改变量定义,增加“volatile”关键字说明其特征：
unsigned char volatile xdata MAX197 _at_ 0x8000；
也可以在程序中包含系统头文件；“#include<absacc.h>”,然后在程序中修改变量,定义为直接地址：
#define MAX197 XBYTE
这样,Keil C51的设置仍然可以保留高级优化,且编译结果中,同样两次读取并不会被优化跳过。
2 3 硬件解决方法
原文中将MAX197的数据直接连接到数据总线,而对地址总线并未使用,采用一根端口线选择操作高低字节。很简单的修改方法就是使用一根地址线选择操作高低字节即可。比如：将P2．0(A8)连接到原来P1．0连接的HBEN脚(MAX197的5脚)．在程序中分别定义高低字节的操作地址：
unsigned char volatile xdata MAX197_L _at_ 0x8000;
unsigned char volatile xdata MAX197_H _at_ 0x8100;
将原来的程序：
MAXHBEN =0;
down8=MAX197;//读取低8位
MAXHBEN =1;
up4=MAX197;//读取高4位
改为以下两句即可
down8= MAX197_L;//读取低8位
up4=MAX197_H;//读取高4位
3 小结
Keil C51经过长期考验和改进以及大量开发人员的实际使用,已经克服了绝大多数的问题,并且其编译效率也非常高。对于一般的使用．很难再发现什么问题。笔者曾经粗略研究过一下Keil C51优化编洋的结果．非常佩服Keil C51设计者的智慧,一些C程序编译产生的汇编代码．甚至比一般程序员直接用汇编编写的代码还要优秀和简练 通过研读Kell C51编译产生的汇编代码．对提高汇编语言编写程序的水平都是很有帮助的。
由本文中的问题可以看出：在设计中遇到问题时．一定不要被表面现象蒙蔽,不要急于解决，应该认真分析,找出问题的原因．这样才能从根本上彻底解决问题。
附表:Keil C51中的优化级别及优化作用 级别 说明
0 常数合并：编译器预先计算结果，尽可能用常数代替表达式。包括运行地址计算。
优化简单访问：编译器优化访问8051系统的内部数据和位地址。
跳转优化：编译器总是扩展跳转到最终目标，多级跳转指令被删除。
1 死代码删除：没用的代码段被删除。
拒绝跳转：严密的检查条件跳转，以确定是否可以倒置测试逻辑来改进或删除。
2 数据覆盖：适合静态覆盖的数据和位段被确定，并内部标识。BL51连接/定位器可以通过全局数据流分析，选择可被覆盖的段。
3 窥孔优化：清除多余的MOV指令。这包括不必要的从存储区加载和常数加载操作。当存储空间或执行时间可节省时，用简单操作代替复杂操作。
4 寄存器变量：如有可能，自动变量和函数参数分配到寄存器上。为这些变量保留的存储区就省略了。
优化扩展访问：IDATA、XDATA、PDATA和CODE的变量直接包含在操作中。在多数时间没必要使用中间寄存器。
局部公共子表达式删除：如果用一个表达式重复进行相同的计算，则保存第一次计算结果，后面有可能就用这结果。多余的计算就被删除。
Case/Switch优化：包含SWITCH和CASE的代码优化为跳转表或跳转队列。
5 全局公共子表达式删除：一个函数内相同的子表达式有可能就只计算一次。中间结果保存在寄存器中，在一个新的计算中使用。
简单循环优化：用一个常数填充存储区的循环程序被修改和优化。
6 循环优化：如果结果程序代码更快和有效则程序对循环进行优化。
7 扩展索引访问优化：适当时对寄存器变量用DPTR。对指针和数组访问进行执行速度和代码大小优化。
8 公共尾部合并：当一个函数有多个调用，一些设置代码可以复用，因此减少程序大小。
9 公共块子程序：检测循环指令序列，并转换成子程序。Cx51甚至重排代码以得到更大的循环序列。
优化论
谈到优化,其实很多人都哭笑不得,因为在一个C51软件工程师的生涯中,总要被KEIL的优化耍那么一次到几次。我被耍过,想必看着**的你也被耍过,如果你回答说不,那只能说你写的C51程序不多！
看看KEILC的优化级别选项吧：
0-9共10个级别的优化,0是最低,9最高,一个普通的程序,设置最高级别和最低级别,编译后代码量有时会相差很远,以DX板DEMO程序为例,0级优化后是14K的CODE,9级优化后是10K的CODE,前后相差了4K。可见这个差别是多么的大。
事实上我们不需要知道对应的各个级别KEIL会如何优化你的程序或优化了些什么,我们只需要以一种严谨的态度去编写和对待你的程序就可以了。在我个人的观念中,程序在9级优化后依然能保持完美无误的运行,你才算了解KEIL的脾气。
好了,还是说点正点的:
有些人习惯整体程序都选择同一个优化级,事实上每个C文件都可以有独立的优化级别的：
在工作区右键选择你的模块（.C）然后选取Options for File xxx就会出现如下界面:
在C51选项中就可以选择优化级别和警告级别等东西了,被独立设置过的C文件会有特殊的标记的：
用以提醒你这个文件的编译处理并非默认设置！
如果你觉得模块优化都不够细的话,你可以考虑局部优化,也就是说对某个函数实行某个级别的优化。当你发现9级优化的时候某个函数总是变的不正常,但你又希望其它函数和程序段保持最高的简洁度,那么局部优化可以说是相当有用的了。在KEIL手册中有介绍这个功能：
#pragma OPTIMIZE(x) x就是你希望的优化级别,一般应用如下：
#pragma OPTIMIZE(6)
void FunA()
{
}
......
......
#pragma OPTIMIZE(9)
void FunB()
{
}
上面的意思就是说,在void FunA()到void FunB()之前的所有函数,包括FunA在内,都采用6级的优化,而从FunB开始直到之后,只要没碰上#pragma OPTIMIZE,都采用9级优化了。
OPTIMIZE还可以多一个参数,就是speed和size,
用法： #pragma OPTIMIZE(9,speed)或#pragma OPTIMIZE(5,size）
对应的就是9级优化,以速度为主,或5级优化,以空间最小为主。
4.StartUp.a51
在之前第一节的建立工程中就曾经提到过StartUp.a51这个东西了,就是在工程初建的时候有个对话框用于选择是否为工程添加这个a51文件。
其实这个文件给大家最最深刻的感觉就是：开机清空RAM。事实上它还有其他特别的用途的,例如初始化堆栈（很多人不知道KEILC一开始把堆栈设定为多少,事实上可以通过软件仿真的时候从这个文件找到答案）,然后是再入函数的虚拟堆栈的设置,还有更高级一点的,BANK的初始化。
旧版本KEIL自动为每个工程默认添加相同的StartUp文件,后期的KEIL就有了上图的选择,如果选择添加,则会为每个工程添加一个独立的StartUp。用户可以通过手工改写StartUp.a51实现某些必要的上电初始化。例如最通常的：取消单片机开机清RAM功能！！
关于STARTUP的介绍,我建议大家看看以下的**,它的解释非常详尽。
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在实际使用时发现仿真时有写程序是白色的无法进行断点设置
搜索到的答案是优化等级过高，一些普通的程序被优化。
只得把优化程序等级降低。 |
楼主
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