山東航天電子技術(shù)研究所 都曉輝 曹振興

本文介紹了一種以80C32E為核心，具備上注功能的單片機(jī)系統(tǒng)，軟件在編譯生成上注代碼后，上注代碼在EEPROM運(yùn)行異常情況，通過(guò)對(duì)上注代碼運(yùn)行異常進(jìn)行分析研究，最終找出由于編譯器優(yōu)化造成部分功能失效的原因，并進(jìn)行了總結(jié)。

1.概況

某單片機(jī)程序采用固化程序加上注代碼的執(zhí)行模式，若軟件發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可通過(guò)上注代碼對(duì)部分代碼功能進(jìn)行更改，本案例說(shuō)明由于在對(duì)上注代碼的制作過(guò)程中編譯器優(yōu)化造成上注代碼執(zhí)行部分功能失效的問(wèn)題。硬件框圖見(jiàn)圖1；

圖1 硬件框圖

80C32系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括單片機(jī)80C32、ROM、RAM、EEPROM1、EEPROM2和總線接口。ROM、RAM、EEPROM1、EEPROM2和總線接口均與單片機(jī)80C32互連。80C32系統(tǒng)上電后運(yùn)行ROM中的固化程序，根據(jù)需要，可通過(guò)總線接口向80C32系統(tǒng)發(fā)送上注程序，并將上注程序?qū)懭隕EPROM1、EEPROM2和RAM中，當(dāng)系統(tǒng)接收到執(zhí)行上注程序的指令后，執(zhí)行EEPROM中的上注程序。

2.故障現(xiàn)象

某軟件在按照部門(mén)的統(tǒng)一要求將上注代碼做成完全上注模式后確認(rèn)測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)在運(yùn)行上注程序時(shí)，發(fā)現(xiàn)部門(mén)程序功能失效，運(yùn)行結(jié)果和預(yù)期不一致。

注：完全上注模式，將在固化程序中出現(xiàn)的軟件功能在上注代碼中全部實(shí)現(xiàn)。在上注代碼制作過(guò)程中將主程序中MAIN函數(shù)中出現(xiàn)的函數(shù)、變量、標(biāo)志等定位到與固化程序相同的地址上，所出現(xiàn)的函數(shù)只保留函數(shù)皮（函數(shù)中無(wú)內(nèi)容），程序切換到上注執(zhí)行模式后將跳至上注代碼模塊。

3.故障原因

上注代碼中選用主程序中的相應(yīng)功能代碼，注入到上注程序區(qū)。為了進(jìn)一步分析問(wèn)題將上注代碼上注后將EEPROM中的數(shù)據(jù)讀出，與上注的代碼進(jìn)行比對(duì)，通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)兩者一致，排除代碼上注的過(guò)程中某環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題將上注代碼改寫(xiě)的情況。進(jìn)而對(duì)固化程序和上注代碼的C和編譯生成的匯編代碼進(jìn)行檢查比對(duì)如下。

表1 上注代碼C程序及對(duì)應(yīng)匯編

表2 固化程序中C代碼及對(duì)應(yīng)匯編

通過(guò)比對(duì)發(fā)現(xiàn)固化程序比上注程序在退出函數(shù)后將DPTR的值進(jìn)行了重新賦值（恢復(fù)到標(biāo)志位的地址）而上注代碼部分則無(wú)。（粗斜體部分）

在固化程序中對(duì)JMJDataPack()、XJDataPack()、GPSDataPack()三模塊進(jìn)行查看發(fā)現(xiàn)在函數(shù)內(nèi)多次對(duì)DPTR的值進(jìn)行改寫(xiě)，退出后對(duì)DPTR的值進(jìn)重新賦值，而在上注程序運(yùn)行的過(guò)程中調(diào)用固化程序相應(yīng)的模塊，結(jié)果跳出相應(yīng)的模塊后，DPTR的值未重新賦值，將對(duì)應(yīng)的錯(cuò)誤的地址值進(jìn)行改寫(xiě)，未能實(shí)現(xiàn)正確的標(biāo)志位改變功能，致使出現(xiàn)相對(duì)應(yīng)的功能實(shí)現(xiàn)不了，在此過(guò)程中編譯器編譯出了問(wèn)題。

分析和試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)編譯器在編譯固化程序時(shí)由于JMJDataPack()、XJDataPack()、GPSDataPack()函數(shù)中多次將DPTR的值進(jìn)行改寫(xiě)，因此在退出上述函數(shù)后編譯器將標(biāo)志位的地址重新賦值給DPTR，再對(duì)該地址的值進(jìn)行修改，而編譯器在編譯上注程序時(shí)由于上述函數(shù)使用的是空函數(shù)（上注程序中函數(shù)對(duì)應(yīng)的地址與固化程序一一對(duì)應(yīng)，無(wú)函數(shù)內(nèi)容），沒(méi)有對(duì)DPTR進(jìn)行更改，配置環(huán)境在8級(jí)優(yōu)化的情況下編譯器在編譯的過(guò)程中將優(yōu)化處理（“窺孔”優(yōu)化，不必要的從存儲(chǔ)器裝入對(duì)象及裝入常數(shù)的操作）不對(duì)DPTR 的值進(jìn)行重新賦值，造成上述現(xiàn)象的發(fā)生。在“Options選項(xiàng)/C51標(biāo)簽頁(yè)/Code Optimization欄/Leve框”內(nèi)選取優(yōu)化級(jí)別。OPTIMIZE命令設(shè)置優(yōu)化級(jí)別和優(yōu)化重點(diǎn)，共有9個(gè)優(yōu)化級(jí)別，高優(yōu)化級(jí)別中包含了前面所有的底優(yōu)化級(jí)別。

現(xiàn)在的程序編譯過(guò)程中均采用8級(jí)優(yōu)化，由于高優(yōu)化級(jí)別中包含了前面所有的底優(yōu)化級(jí)別，因此編譯器在對(duì)上注代碼模塊編譯時(shí)將重復(fù)的DPTR賦值操作去掉，造成上述現(xiàn)象的發(fā)生。

4.解決措施

針對(duì)該問(wèn)題有目前三種解決方法：

當(dāng)前固化程序和上注代碼KEILC在環(huán)境配置時(shí)選用的8級(jí)優(yōu)化，將上注代碼環(huán)境配置優(yōu)化級(jí)別選為2級(jí)，即不對(duì)代碼進(jìn)行“窺孔”優(yōu)化。

更改上注代碼如下：

將fgYKManage = FALSE; fgGBManage = FALSE;分別放到XJDataPack()和GPSDataPack()函數(shù)內(nèi)。

5.總結(jié)

在使用相應(yīng)的工具進(jìn)行編程時(shí)，尤其是對(duì)具有代碼優(yōu)化功能的編譯軟件的環(huán)境配置應(yīng)特別注意，其某些優(yōu)化功能可能會(huì)造成對(duì)某些代碼的功能出錯(cuò)，在用之前一定要對(duì)相應(yīng)的優(yōu)化內(nèi)容和規(guī)則有深刻了解。在代碼完成后還要加強(qiáng)代碼的各項(xiàng)確認(rèn)測(cè)試工作，認(rèn)真核對(duì)每一項(xiàng)功能是否有偏差，仔細(xì)認(rèn)真的比對(duì)每一項(xiàng)指標(biāo)。