嵌入式程序执行完之后去哪儿了呢？

2021-07-11 00:52:22

简介：对于嵌入式系统，如果没有运行RTOS，那么程序开发中的主函数（main()）需要通过某种机制使其永远愉快的运行下去，它没有终点。如果想从main函数中退出，具体干什么是由所使用的C语言编译器决定的。

关键词： C51，main，程序退出

§01 问题提出

今天在CSDN的 单片机led模块定义函数的问题 中看到一个有趣的问题。

一个简单的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);
}

程序执行完之后，可以看到实验板上的有两个LED被点亮，另外六个居然微微发亮。

▲ 图1.1 实验板上的未点亮的LED居然微微发亮

如果在主程序中，增加一个无限循环：while(1); ，则电路板上的就不再会出现“微微点亮”的现象了。

#include <REGX51.H>

void test(num) {
    switch(num) {
        case 1: P2_0=0; P2_1=0; 
            break;
    }
}

void main(void) {
    test(1);
    while(1);
}

▲ 图1.2 实验板上后面六个LED就不再点亮了

上面两种情况的区别，在于第二个程序中主循环 main() 函数始终没有退出，而第一个程序，main() 函数退出了。似乎前面LED 微微点亮 应该与主函数退出之后，单片机都干了些啥有关系。

那么就剩下一个问题： 对于普通的嵌入式系统，C语言编程中 main()函数退出之后，程序去哪儿了？

§02 程序去哪儿了？

从上面提问者书写的代码来看，应该是一位C51的爱好者，使用的是C51的编译器，在一款C51开发板上愉快的进行实验。他一开始没有安装嵌入式程序开发的惯例在主程序void main(void) 中利用无限循环将程序控制在主程序函数中，就出现了前面实验结果中令人迷惑的情况。

注：佩服他是一个胆大心细的人，观察还挺仔细的。

2.1 盘古开天辟地

对于C语言编程来说，所有的用户程序世界是从主程序 main() 开始的。给用户程序开天辟地的任务是由一小段 盘古代码 STARTUP.A51。

关于C51是如何启动的，在如下两篇博文中也被测试说明：

51单片机程序执行流程（STARTUP.A51管理Main函数的执行）

下面截取了 STARTUP.A51 代码的一段，可以看到盘古在单片机 RESET 之后做了点准备工作（初始化全局变量、堆栈指针）之后，就直接跳转至：?C_START

$NOMOD51
;------------------------------------------------------------------------------
;  This file is part of the C51 Compiler package
;  Copyright (c) 1988-2005 Keil Elektronik GmbH and Keil Software, Inc.
;  Version 8.01
;
;  *** <<< Use Configuration Wizard in Context Menu >>> ***
;------------------------------------------------------------------------------
;  STARTUP.A51:  This code is executed after processor reset.
;
;  To translate this file use A51 with the following invocation:
;
;     A51 STARTUP.A51
;
;  To link the modified STARTUP.OBJ file to your application use the following
;  Lx51 invocation:
;
;     Lx51 your object file list, STARTUP.OBJ  controls
;
;------------------------------------------------------------------------------
; Standard SFR Symbols 
ACC     DATA    0E0H
B       DATA    0F0H
SP      DATA    81H
DPL     DATA    82H
DPH     DATA    83H

                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

; This code is required if you use L51_BANK.A51 with Banking Mode 4
;<h> Code Banking
; <q> Select Bank 0 for L51_BANK.A51 Mode 4
#if 0   
;     <i> Initialize bank mechanism to code bank 0 when using L51_BANK.A51 with Banking Mode 4.
EXTRN CODE (?B_SWITCH0)
                CALL    ?B_SWITCH0      ; init bank mechanism to code bank 0
#endif
;</h>
                LJMP    ?C_START

                END

上面的代码也被博文 51单片机程序执行流程（STARTUP.A51） 中进行逐步调试跟踪验证过：

▲ 图2.1.1 显示LJMP C_START 就是进入 main() 程序

2.2 世界尽头

由于进入main() 函数是长跳转，所以main函数是不会正常返回到启动程序 STARTUP.A51，那么程序去哪了？

在博文 单片机C语言while(1)的问题 中作者对于 KEIL编译器和PIC的 MAPLAB编译器对于main函数的最后时光进行了反汇编查看。

2.2.1 Keil编译器

在main函数的最后，程序增加了一下几行代码：

MOV R0, #0x7F
CLR A
MOV @R0, A
DJNZ R0, (3)
MOV SP, #0x0C
LJMP main

这几条语句，前4条，是将我们单片机的内存的前128个地址清零，第5条，是定义堆栈，第6条，是将程序重新跳转到main函数的首行进行执行。

2.2.2 MAPLAB编译器

PIC 单片机语言程序进行跟踪，发现main() 函数最后一条语句为 reset，也就是单片机直接复位，这是 MAPLAB编译器根据 PIC 单片机特点增加的复位语句。

※ 总结 ※

对于嵌入式系统，如果没有运行RTOS，那么程序开发中的主函数（main()）需要通过某种机制使其永远愉快的运行下去，它没有终点。

如果想从main函数中退出，具体干什么是由所使用的C语言编译器决定的。

■ 相关文献链接:

● 相关图表链接:

图1.1 实验板上的未点亮的LED居然微微发亮
图1.2 实验板上后面六个LED就不再点亮了
图2.1.1 显示LJMP C_START 就是进入 main() 程序

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