關于keilc51入出臨界區的內嵌匯編
                                     2004/02/20  asdjf@163.com
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背景
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2004/02/18收到陳學章網友來信，報告ucos51的BUG，內容如下：
Wednesday, February 18, 2004 1:43 PM

> 在OS_CPU_A.ASM中的OSStartHighRdy函數中你注釋
> “;上電后51自動關中斷，此處不必用CLR EA指令,因為到此處還未開中斷,本程序退出后,開中斷.”
> 小弟感覺不妥，因為在系統調用OSInit（）時會自動創建一個優先級最低的系統任務，創建過程中會調用OS_EXIT_CRITICAL（）打開EA。

經查情況屬實。當時移植的時候我也隱隱覺得有些不妥，但考慮到要用內嵌匯編等我不熟悉的技術時，感到困難太大（當時還有很多更重要的技術難點需要解決），就沒有深入思考。后來，在調試ucos51shell程序時，發現按鍵不能及時顯示在超級終端上，初步判斷是由于在顯示程序中使用了不合理的臨界區保護代碼，但當時沒有解決。從現在分析來看，這兩個問題都與臨界區保護有關，實踐的結果也確實如此。

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1.ucos51臨界區BUG的保守解決方案
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ucos的作者給出兩種臨界區保護方案：
方法一：
    執行這兩個宏的第一個也是最簡單的方法是在OS_ENTER_CRITICAL()中調用處理器指令來禁止中斷，以及在OS_EXIT_CRITICAL()中調用允許中斷指令。
    缺點：在這個過程中還存在著小小的問題。如果用戶在禁止中斷的情況下調用μC/OS-Ⅱ函數，在從μC/OS-Ⅱ返回的時候，中斷可能會變成是允許的了！如果用戶禁止中斷就表明用戶想在從μC/OS-Ⅱ函數返回的時候中斷還是禁止的。在這種情況下，光靠這種執行方法可能是不夠的。嵌套調用OS_ENTER_CRITICAL()/OS_EXIT_CRITICAL()對時，會引發錯誤。
    優點：(1)速度快；(2)避免關閉中斷后調用PEND阻塞類API函數引起死機。

方法二：
    執行OS_ENTER_CRITICAL()時先將中斷禁止狀態保存到堆棧中，然后禁止中斷。而執行OS_EXIT_CRITICAL()時只是從堆棧中恢復中斷狀態。
    缺點：(1)總指令周期長，速度慢；
          (2)如果用戶在中斷禁止的時候調用μC/OS-Ⅱ服務，其實用戶是在延長應用程序的中斷響應時間。
          (3)用戶的應用程序還可以用OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()來保護代碼的臨界段。但是，用戶在使用這種方法的時候還得十分小心，因為如果用戶在調用象OSTimeDly()之類的服務之前就禁止中斷，很有可能用戶的應用程序會崩潰。發生這種情況的原因是任務被掛起直到時間期滿，而中斷是禁止的，因而用戶不可能獲得節拍中斷！很明顯，所有的PEND調用都會涉及到這個問題，用戶得十分小心。一個通用的辦法是用戶應該在中斷允許的情況下調用μC/OS-Ⅱ的系統服務！
    優點：如果用這個方法的話，不管用戶是在中斷禁止還是允許的情況下調用μC/OS-Ⅱ服務，在整個調用過程中都不會改變中斷狀態。

結論：
    哪種方法更好一點？這就得看用戶想犧牲些什么。如果用戶并不關心在調用μC/OS-Ⅱ服務后用戶的應用程序中中斷是否是允許的，那么用戶應該選擇第一種方法執行。如果用戶想在調用μC/OS-Ⅱ服務過程中保持中斷禁止狀態，那么很明顯用戶應該選擇第二種方法。

    ucos書上給出的例子是基于PC機的，它運行的環境是Windows下的DOS仿真。由于此時CPU工作在保護模式，程序運行在V86模式，中斷被Windows操作系統接管了，ucos無法實際關閉中斷。而且在ucos啟動前（OSStart），就有時鐘中斷存在。作者給出的ucos在DOS環境下的演示方案是：所有例子只提供一個時鐘中斷，沒有其他任何IO中斷存在，開關中斷只影響tickISR，用戶根本不用關心中斷是否是允許的，用方法一或方法二入出臨界區都可以。“用戶必須在開始多任務調度后(即調用OSStart()后)允許時鐘節拍中斷。換句話說，就是用戶應該在OSStart()運行后，μC/OS-Ⅱ啟動運行的第一個任務中初始化節拍中斷。通常所犯的錯誤是在調用OSInit()和OSStart()之間允許時鐘節拍中斷。”對此，作者給出的方案是，創建第一個任務TaskStart ，在這個任務里把ucos的tickISR掛接到硬時鐘中斷上，然后創建需要的各種任務，接下來死循環周期采樣判斷是否有按鍵退出。這樣滿足了允許時鐘節拍中斷的時機要求。
    對于51上的ucos，由于有多個IO中斷，OS_ENTER_CRITICAL()/OS_EXIT_CRITICAL()對有時嵌套調用，所以，我保守地建議使用第二種方法入出臨界區。雖然執行速度慢，但穩定可靠。只要用戶遵循“在中斷允許的情況下調用μC/OS-Ⅱ的系統服務！”原則，就不會死機。
    1。由于#pragma關鍵字不能出現在H頭文件里，所以必須手工修改所有的OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()為“4.入出臨界區標準代碼”所示的樣子。用戶程序使用入出臨界區保護代碼時也需手工粘貼此代碼，然后按“3.KEILC51內嵌匯編的方法”進行編譯。雖然不如宏定義方便，但也不是很麻煩。

    2。使用第二種方法，需要在OSIntCtxSw中調整SP指針去掉在調用OSIntExit(),OS_ENTER_CRITICAL(),OSIntCtxSw()過程中壓入堆棧的多余內容（SP=SP-5，2+1+2），如下所示：
    OS_CORE.C文件：51堆棧由下至上
      OSIntExit  //2字節返回地址
        OS_ENTER_CRITICAL()  //PUSH IE; 1字節
          OSIntCtxSw()  //2字節返回地址

    3。上電后51自動關中斷，在什么地方打開中斷最合適呢？在OSStartHighRdy退出時SETB EA開中斷最合適！
    為了減少代碼量，OSCtxSw、OSIntCtxSw和OSStartHighRdy合用退出代碼段，會不會有問題呢？不會！
    任務切換只會發生在1、復位；2、tick中斷；3、中斷；4、系統API調用四個階段。復位后打開中斷，允許系統正常運行是必然的，在OSStartHighRdy退出時必須打開中斷。如果是2、3情況引發的調度，中斷本來就是打開的，OSIntCtxSw退出時打開中斷毫無影響。按照“在中斷允許的情況下調用μC/OS-Ⅱ的系統服務！”原則，用戶必須在打開中斷的情況下調用系統API，所以OSCtxSw退出時打開中斷也毫無影響。雖然此時打開中斷多此一舉，浪費了代碼空間和執行時間，但強制退出時開中斷，可以稍微起到保護系統不死機的作用（例如：調用系統API前關中斷的錯誤情況）。
    
    通過上面三步，入出臨界區的BUG得以完整解決，我仔細審查了一下，覺得這個思路比較嚴密，應該是比較健壯了，希望網友們繼續提出意見和建議，讓我們一起把它做得更完善。

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2.ucos51shell固化后顯示不正常的解決方法
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    顯示函數（serial.c）在多任務環境下需要臨界保護，因為共享同一個輸出設備，資源是獨占的，否則會出現混亂。比較好的方法是使用信號量互斥，但那樣實在是太慢了，為了提高效率，一個簡單的辦法就是關中斷（前提是關中斷時間不能太長，以免影響中斷響應時間）。
    開關中斷的方法如“4.入出臨界區標準代碼”所示，在需要保護的關鍵段兩頭粘貼此段代碼，然后按照“3.KEILC51內嵌匯編的方法”所示編譯即可。
    詳見ucos51shellv2代碼。

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3.KEILC51內嵌匯編的方法
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有時在C51程序中需要嵌入一些匯編代碼，這時當然可以用通常的作法：按照 C51 與匯編的接口寫一個匯編函數，然后在 C51 程序中調用該函數。（此種方法可在論壇里搜索(www.c51bbs.com)，以前有很多帖子講到，不再重復）
下面介紹直接嵌入匯編代碼的方法：
1、在 C 文件中要嵌入匯編代碼片以如下方式加入匯編代碼：
#pragma ASM
 ; Assembler Code Here
#pragma ENDASM
例如：
#pragma ASM
    PUSH IE;
    CLR EA;
#pragma ENDASM
2、在 Project 窗口中包含匯編代碼的 C 文件上單擊右鍵，選擇“Options for ...”，點擊右邊的“Generate Assembler SRC File”和“Assemble SRC File”，使檢查框由灰色變成黑色（有效）狀態；
3、根據選擇的編譯模式，把相應的庫文件（如 Small 模式時，是 Keil\C51\Lib\C51S.Lib；Large 模式時，是 Keil\C51\Lib\C51L.Lib）加入工程中，該文件必須作為工程的最后文件（切記是放在最后位置）；
4、編譯，即可生成目標代碼。
問題解答：
問：為什么要把庫文件加入工程？是BUG嗎？
答：因為實際已經處于匯編連接，所以要加LIB。C連接是自動加的。 
建議：
把SRC文件也加入項目中，不然連接的OBJ只是前次生成的。

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4.入出臨界區標準代碼
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入臨界區時首先保存EA值，然后令EA=0關中斷，出臨界區時恢復保存的EA值。采用這種方法，在嵌套調用OS_ENTER_CRITICAL()/OS_EXIT_CRITICAL()對時，不會發生錯誤（EA進入臨界區前是什么值，退出后還是什么值）。

//OS_ENTER_CRITICAL()
//入臨界區
#pragma ASM
    PUSH IE;
    CLR EA;
#pragma ENDASM

//OS_EXIT_CRITICAL()
//出臨界區
#pragma ASM
    POP IE;
#pragma ENDASM