單片機的程序結(jié)束后都干嘛去了？

對于嵌入式系統(tǒng)，如果沒有運行RTOS，那么程序開發(fā)中的主函數(shù)main()需要通過某種機制使其永遠(yuǎn)愉快的運行下去，它沒有終點。如果想從main函數(shù)中退出，具體干什么是由所使用的C語言編譯器決定的。

一、問題提出

今天在單片機led模塊定義函數(shù)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 

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

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

程序執(zhí)行完之后，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(fā)亮。

如果在主程序中，增加一個無限循環(huán)：while(1); ，則電路板上的就不再會出現(xiàn)“微微點亮”的現(xiàn)象了。

#include 

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(qū)別，在于第二個程序中主循環(huán) main()函數(shù)始終沒有退出，而第一個程序，main()函數(shù)退出了。似乎前面LED微微點亮 應(yīng)該與主函數(shù)退出之后，單片機都干了些啥有關(guān)系。

那么就剩下一個問題：對于普通的嵌入式系統(tǒng)，C語言編程中main()函數(shù)退出之后，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(yīng)該是一位C51的愛好者，使用的是C51的編譯器，在一款C51開發(fā)板上愉快的進行實驗。他一開始沒有安裝嵌入式程序開發(fā)的慣例 在主程序void main(void)中利用無限循環(huán)將程序控制在主程序函數(shù)中，就出現(xiàn)了前面實驗結(jié)果中令人迷惑的情況。

“注：他是一個膽大心細(xì)的人，觀察還挺仔細(xì)的?！?/p>

2.1 盤古開天辟地

對于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。給用戶程序開天辟地的任務(wù)是由一小段盤古代碼STARTUP.A51。

51單片機程序執(zhí)行流程（STARTUP.A51管理Main函數(shù)的執(zhí)行）

下面截取了STARTUP.A51 代碼的一段，可以看到盤古在單片機RESET之后做了點準(zhǔn)備工作（初始化全局變量、堆棧指針）之后，就直接跳轉(zhuǎn)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(zhí)行流程（STARTUP.A51）中進行逐步調(diào)試跟蹤驗證過：

2.2 世界盡頭

由于進入main()函數(shù)是長跳轉(zhuǎn)，所以main函數(shù)是不會正常返回到啟動程序STARTUP.A51，那么程序去哪了？

在博文單片機C語言while(1)的問題中作者對于KEIL編譯器和PIC的MAPLAB編譯器對于main函數(shù)的最后時光進行了反匯編查看。

Keil編譯器

在main函數(shù)的最后，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(nèi)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(zhuǎn)到main函數(shù)的首行進行執(zhí)行。

MAPLAB編譯器

PIC 單片機語言程序進行跟蹤，發(fā)現(xiàn)main() 函數(shù)最后一條語句為 reset，也就是單片機直接復(fù)位，這是 MAPLAB編譯器根據(jù) PIC 單片機特點增加的復(fù)位語句。

總結(jié)

對于嵌入式系統(tǒng)，如果沒有運行RTOS，那么程序開發(fā)中的主函數(shù)（main()）需要通過某種機制使其永遠(yuǎn)愉快的運行下去，它沒有終點。如果想從main函數(shù)中退出，具體干什么是由所使用的C語言編譯器決定的。

來源：TsinghuaJoking公眾號
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審核編輯 黃宇