请教各位大神一个汇编语言堆栈大小计算的问题

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 06:34

我有一个主程序A(是51单片机的汇编)，在STC 8H上跑，这个主程序A调用了子程序A1，A1又调用了A2,A2又调用了A3，即A->A1->A2->A3。中断用了5个,可以定义成中断B，C，D，E，F。其中中断B，C是高级中断，D，E，F是低级中断。所有中断中都是PUSH ACC，PUSH PSW，没有再PUSH其他寄存器,出中断时POP PSW ,POP ACC。中断B中，调用了子程序B1，B1又调用了B2即B-B1->B2。C中断中没有调用其他子程序。D中断中调用了子程序D1，D1又调用了D2,即D->D1-D2。E中断中调用了子程序E1，E1又调用了E2，E2又调用了E3,即E->E1->E2-E3。所有子程序都是简单的对单片机的端口进行操作，即置高或低，子程序没有用堆栈传递参数。按照我的理解，考虑一个最复杂的情况，主程序在调用A3时，堆栈用了6个字节，这时发生E中断，E中断在调用E3时，堆栈用了8个字节，这是发生B中断，在B中断调用B2时，堆栈用了6个字节，这样堆栈最多用20个字节就可以了，但在实际情况中，单片机不时会死机.这个程序原先不是我写的，我不过做了一点修改，即在中断E中加了一个子程序E3。以前堆栈留的比较小，只有20个字节，后来我又找了几个加上了，但还是不大。现在我怀疑是堆栈溢出了，请问我堆栈大小的计算对吗？衷心感谢

ID:887371 · 发表于 2022-7-12 12:03

1.51的任何子程序都需要通过堆栈传递PC值，最少2字节。
2.51的中断子程序通过堆栈传递PC、ACC、PSW ，最少4字节。
3.中断内部调用子程序算情形1，最少2字节。

你的代码有2级中断调用，情形1调用算6级，所以最少20字节（2*4+6*2）。
但上述是最理想的情况。我们一般按10级情形1算，但情形1算5字节，预留50字节堆栈。

ID:401564 · 发表于 2022-7-12 12:26

8051是软件堆栈,如果不是刻意去填满它,堆栈基本上是不会有问题的
卡死的问题不一定是堆栈的问题,可能是中断太多,而且中断触发间隔时间太短
比如说:
1,ADC中你调用了某个子程序,ADC执行的总时长是5mS,ADC中断你又设定成最高优先等级,而ADC中断间隔是1mS
2,定时器中断是2mS的
那么,这个程序就一直在ADC和定时器之间运行了,主程序基本是不会执行的

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 14:21

datouyuan 发表于 2022-7-12 12:03
1.51的任何子程序都需要通过堆栈传递PC值，最少2字节。
2.51的中断子程序通过堆栈传递PC、ACC、PSW ，最少 ...

谢谢您的回复，我算的是最多需要20字节，您算的最少需要20字节

我是这样理解的同为高级的2个中断B，C，同一时刻只能有一个中断响应，C中断响应，堆栈占用2个字节，B中断响应，最多占用6个字节，所以按B中断记，D，E,F三个低级中断，它们三个同一时刻只有1个被CPU响应，主贴中忘记说了，F中断内没有子程序，按子程序调用最深的E中断算，低级中断最多需要8个字节，主程序中子程序调用最多需要6个字节，这样需要20个字节就可以了。按照您的计算，我肯定是哪里理解错了，错在那里，麻烦您再说一下，我在这方面是半路出家，有些方面理解不透，谢谢。

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 14:28

Y_G_G 发表于 2022-7-12 12:26
8051是软件堆栈,如果不是刻意去填满它,堆栈基本上是不会有问题的
卡死的问题不一定是堆栈的问题,可能是中 ...

谢谢您的回复，我明白了您的意思，您是说，中断触发间隔的时间短，而中断本身执行的时间长，结果就是CPU在中断之间运行，一个中断执行完，马上又去响应另一个中断，然后又去响应前一个中断，没有时间去执行主程序，我按您的思路拿示波器跟踪下，看看每一个中断需要多少时间。

ID:1006814 · 发表于 2022-7-12 15:00

每次中断，自动入栈一个PC寄存器，具体几个字节我忘了，然后中断返回的时候再自动出栈，楼主没考虑这个，所以可能会乱。

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 15:24

hb_lhw 发表于 2022-7-12 15:00
每次中断，自动入栈一个PC寄存器，具体几个字节我忘了，然后中断返回的时候再自动出栈，楼主没考虑这个，所 ...

您说的应该是程序寄存器，也就是PC寄存器，它是16位的，占用2个字节，按说我已经考虑到了。

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 15:27

datouyuan 发表于 2022-7-12 12:03
1.51的任何子程序都需要通过堆栈传递PC值，最少2字节。
2.51的中断子程序通过堆栈传递PC、ACC、PSW ，最少 ...

我刚才又想到，是不是中断嵌套时，堆栈需要消耗更多的字节？中断嵌套时堆栈消耗的字节是怎样计算的？

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 15:44

本帖最后由 newlined 于 2022-7-12 15:47 编辑

Y_G_G 发表于 2022-7-12 12:26
8051是软件堆栈,如果不是刻意去填满它,堆栈基本上是不会有问题的
卡死的问题不一定是堆栈的问题,可能是中 ...

您好，我刚才拿示波器跟踪了一下，一共5个中断，2个中断是1毫秒一次，一个外部中断是20毫秒到100毫秒一次，这3个1个请问-中断的时间在5微妙到10微妙之间，应该没有问题。还有一个是30毫秒1次，执行时间是10微秒，也没有问题，执行时间比较长的是一个掉电中断，是高级中断，执行时间10毫秒，这个中断执行完就不再执行其他语句了，单片机就等着掉电了。按说也不影响主程序的运行

ID:624769 · 发表于 2022-7-12 16:25

是不是堆栈大小的问题，用KEIL 编译后，仿真一下，看一下 SP_max 就知道了。有什么好算得？

我现在好奇的是，你确定是堆栈问题？你那么多中断你居然都是只 PUSH ACC 和 PSW 的？你不用 R0~R7 的？不用 B 的？不用 DPTR 的？这些只要有一个，你该PUSH 的没有PUSH 都会有可能造成发生过中断后，程序出现错误，最终跑飞。

ID:401564 · 发表于 2022-7-12 16:56

newlined 发表于 2022-7-12 14:28
谢谢您的回复，我明白了您的意思，您是说，中断触发间隔的时间短，而中断本身执行的时间长，结果就是CPU ...

大概就是这么个意思了
也就是说程序是在中断之间来回跑的
主程序几乎没有执行的时间
为什么要在中断中执行那么多功能呢?能不能放在主程序执行呢?

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 17:03

Y_G_G 发表于 2022-7-12 16:56
大概就是这么个意思了
也就是说程序是在中断之间来回跑的
主程序几乎没有执行的时间

这个程序是20年前别人编写的，我现在接手维护，整个程序还没有吃透。

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 17:13

Y_G_G 发表于 2022-7-12 16:56
大概就是这么个意思了
也就是说程序是在中断之间来回跑的
主程序几乎没有执行的时间

大约1小时前回复过，不知道回帖为什么没有了。今天下午我拿示波器跟踪了各个中断的执行时间，有2个是1毫秒1次的中断，执行时间在10微妙左右，1个是30毫秒的中断，执行时间是10微妙多一点，一个外部中断，20毫秒到100毫秒一次，执行时间在8微妙左右，应该都可以，不会引起主程序执行时间的不足，一个掉电中断，是高级中断，执行时间10毫秒，这个按说也不影响主程序的运行，因为这个中断执行完，就等着掉电了，不再执行其他语句了。

ID:227818 · 发表于 2022-7-12 17:18

188610329 发表于 2022-7-12 16:25
是不是堆栈大小的问题，用KEIL 编译后，仿真一下，看一下 SP_max 就知道了。有什么好算得？

我现在好奇 ...

这个程序是20年前别人写的，我接手维护，小改下，不好动架构。

ID:887371 · 发表于 2022-7-12 17:23

newlined 发表于 2022-7-12 14:21
谢谢您的回复，我算的是最多需要20字节，您算的最少需要20字节
我是这样理解的同为高级的2个中断B ...

考虑一个最复杂的情况，主程序在调用A3时，堆栈用了6个字节，这时发生E中断，E中断在调用E3时，堆栈用了8个字节，这是发生B中断，在B中断调用B2时，堆栈用了6个字节，这样堆栈最多用20个字节就可以了

A到A3，是函数调用3级，最少6字节。
E中断，是中断函数调用，最少4字节。
E到E3，是函数调用3级，最少6字节。
B中断，是中断函数调用，最少4字节。
B到B2，是函数调用2级，最少4字节。
最少24字节。

不需要按上述计算，堆栈就是按函数调用深度和中断函数调用深度估算。
函数调用深度8级，最少占用16（2*8）字节。
中断函数调用深度2级，最少占用8（4*2）字节。
我提到的3点原则只考虑了PCH PCL ACC PSW的保存、恢复，是最低要求的情形。有些应用还要考虑DPTR、B、R0~R7的保存、恢复,所以堆栈需求会明显大于24个字节。

ID:887371 · 发表于 2022-7-12 17:35

C51中断中使用函数是很不好的习惯。
你把中断中的函数改成不是函数，以代码空间换时间和RAM。
应该能解决问题。

ID:401564 · 发表于 2022-7-12 18:20

newlined 发表于 2022-7-12 17:13
大约1小时前回复过，不知道回帖为什么没有了。今天下午我拿示波器跟踪了各个中断的执行时间，有2个是1毫 ...

所谓"死机"和中断无法跳出,这不过是推测而已,说不定可能就是其它的小问题而已
汇编是很容易出问题的
如果说是以前的代码是可以量产的,就说明以前的代码是没有问题的
重点看你的代码会影响到哪些
如果不是什么商业机密,就把完整代码上传,大家一看就知道了

ID:227818 · 发表于 2022-7-13 13:32

188610329 发表于 2022-7-12 16:25
是不是堆栈大小的问题，用KEIL 编译后，仿真一下，看一下 SP_max 就知道了。有什么好算得？

我现在好奇 ...

您好，以前的程序就是没有对DPTR保护。看了您的发言后，我看了下程序，里边的确用了DPTR，不知道为什么程序还可以运行。工作寄存器的4个区，有1个区是2个低级中断公用的，这2个中断不会同时响应，只用了R0和R1，每次用之前，都要先赋值，访问间接寻址的空间，所以不会冲突。B寄存器也用了，不知道为什么没有保护。这个程序大几千行,没有文字的介绍资料，注释也很少，估计不止一人维护过.我还远没有吃透.

ID:624769 · 发表于 2022-7-13 13:44

newlined 发表于 2022-7-13 13:32
您好，以前的程序就是没有对DPTR保护。看了您的发言后，我看了下程序，里边的确用了DPTR，不知道为什么程 ...

程序没吃透的前提下, 最不变应万变的做法,就是中断里用了了什么, 进入中断前就 PUSH什么，出中断前 POP什么，这是最笨，但也是最稳妥的办法。等到吃透之后，可以选择性的 PUSH 和 POP

ID:227818 · 发表于 2022-7-13 13:47

datouyuan 发表于 2022-7-12 17:35
C51中断中使用函数是很不好的习惯。
你把中断中的函数改成不是函数，以代码空间换时间和RAM。
应该能解决 ...

您好，您这一说，我意识到一个问题，函数重入，这个程序编译时曾经出过这个警告，后来我把一个函数复制了一份，另起了一个名字，供不同的子程序还是中断调用，现在是不是还有这个问题？在keil c中也不能这么用吗？

ID:887371 · 发表于 2022-7-13 15:12

newlined 发表于 2022-7-13 13:47
您好，您这一说，我意识到一个问题，函数重入，这个程序编译时曾经出过这个警告，后来我把一个函数复制了 ...

一般的C51函数是不支持再入的。

一个函数复制了一份，另起了一个名字

可以这样解决（这个函数内部不能有函数），但你必须确保业务逻辑不会有问题。

中断调用的函数一般只被中断调用，所以没有必要写成函数。

ID:227818 · 发表于 2022-7-13 15:42

datouyuan 发表于 2022-7-12 17:35
C51中断中使用函数是很不好的习惯。
你把中断中的函数改成不是函数，以代码空间换时间和RAM。
应该能解决 ...

您说的对，开始我并没有理解您的意思，刚才看中断中的函数，我想到，假设在中断中，我使用了R0,然后调用函数，在函数中我又使用了R0,从函数返回后，R0的值肯定变了.好在我用R0都是用来访问间接寻址的地址，随用随赋值，要是用R0保存某个数据的话，调用函数前，可不可以PUSH到堆栈，调用函数后再POP?

ID:887371 · 发表于 2022-7-13 15:52

newlined 发表于 2022-7-13 15:42
您说的对，开始我并没有理解您的意思，刚才看中断中的函数，我想到，假设在中断中，我使用了R0,然后调用 ...

当然可以。但这又会增加堆栈需求。
汇编代码要自己考虑如何保护现场，恢复现场。

C51编译器能根据上下文，自动做好保护现场，恢复现场。

好在我用R0都是用来访问间接寻址的地址，随用随赋值

你这种做法没有用。这个操作不是原子操作，中断会发生在操作中间，发生中断后，不能恢复现场。

ID:227818 · 发表于 2022-7-13 16:11

datouyuan 发表于 2022-7-13 15:52
当然可以。但这又会增加堆栈需求。
汇编代码要自己考虑如何保护现场，恢复现场。

您是说中断自己不能恢复现场，需要人为的PUSH,POP来恢复现场？而函数调用，C51的编译器可以调用函数时，用堆栈保存PC的值，调用完，函数执行到RET，PC的值自动恢复，其他寄存器的值也自动恢复？

ID:887371 · 发表于 2022-7-13 17:12

newlined 发表于 2022-7-13 16:11
您是说中断自己不能恢复现场，需要人为的PUSH,POP来恢复现场？而函数调用，C51的编译器可以调用函数时， ...

只有PC值能自动恢复，其它值得恢复要靠软件操作。

ID:227818 · 发表于 2022-7-13 17:22

是这样，明天我仿真下，再仔细领会您的意思。

ID:624769 · 发表于 2022-7-13 18:22

newlined 发表于 2022-7-13 16:11
您是说中断自己不能恢复现场，需要人为的PUSH,POP来恢复现场？而函数调用，C51的编译器可以调用函数时， ...

你是不是理解混了?
你如果写汇编的话，是不用C51 编译器，用A51 编译器的。
C51 的话，函数是可以做成重入函数的，（即便他编译报了有重入风险）。
而 A51 的话，你只要用好了 PUSH POP 函数也可以做成重入的。比如：被调用函数，用到 R0，你只要函数入口 PUSH AR0，出口 POP AR0 那么，这个函数，你中断调用了，一样现场会被保护。

ID:227818 · 发表于 2022-7-14 08:26

Y_G_G 发表于 2022-7-12 18:20
所谓"死机"和中断无法跳出,这不过是推测而已,说不定可能就是其它的小问题而已
汇编是很容易出问题的
如 ...

您好，这个可能不方便贴出，随说是20年的程序，但老板交代过。
经 188610329大神提醒，我DPTR没有保护造成的，但这个寄存器以前就没有保护，可能是我修改了程序，不保护不行了。汇编是很麻烦，要面面俱到。、z*cx您好，这个可能不方便贴出，随说是20年的程序，但老板交代过。

ID:227818 · 发表于 2022-7-14 08:39

您好，是这样，程序是汇编的，扩展名是ASM，但是在KEIL C下编译的，我注意到一个问题，在KEIL C下新建一个汇编工程,它的扩展名是A51,我怀疑这个程序最开始不是在KEIL C下编译的，后来转到KEIL C下，KEIL C内部是不是有A51的编译器？

ID:227818 · 发表于 2022-7-14 08:45

Y_G_G 发表于 2022-7-12 18:20
所谓"死机"和中断无法跳出,这不过是推测而已,说不定可能就是其它的小问题而已
汇编是很容易出问题的
如 ...

您好，刚才回复过，提交时不小心按错了键，出现了乱码，可能审核不通过。
这个程序，虽说是20年前的了，但老板有交代，不方便贴出。
经188610329 大神提醒，我怀疑是DPTR没有保护造成的，我补充了一些代码，可能是不保护不行了。

ID:227818 · 发表于 2022-7-14 09:57

datouyuan 发表于 2022-7-13 17:12
只有PC值能自动恢复，其它值得恢复要靠软件操作。

刚才仿真了下，只看的R0，在中断下，给它赋一个值，比如说5，然后调用一个函数，在函数中对R0修改为8，函数执行完后，再返回调用它的那个中断，发现R0的值还是8，看来在中断中使用函数真不是一个好的习惯。

ID:883242 · 发表于 2022-7-14 19:44

你的软件用到了idata了吗？

ID:624769 · 发表于 2022-7-14 19:55

newlined 发表于 2022-7-14 08:39
您好，是这样，程序是汇编的，扩展名是ASM，但是在KEIL C下编译的，我注意到一个问题，在KEIL C下新建一个 ...

KEIL 就是编译器,
KEIL C51 是在KEIL 下的 51单片机用的C语言
KEIL A51 是在KEIL 下的 51单片机用的A语言
你既然是用的汇编，后缀还是 ASM 就肯定是用的 A51 编译，怎么可能用 C51编译？
两者编译方式完全不一样， KEIL中的提示也不一样，一个是： compiling xxxxxxx.C... 一个是：assembling xxxxxxx.ASM...

ID:624769 · 发表于 2022-7-14 20:06

newlined 发表于 2022-7-14 09:57
刚才仿真了下，只看的R0，在中断下，给它赋一个值，比如说5，然后调用一个函数，在函数中对R0修改为8，函 ...

如果，你进入中断，用的是不同的寄存器组，那么，你对 R0 的操作，是不会影响主程序的 R0的，因为，此 R0 不是彼R0, 相对于这个问题，我反而觉得，你应该是对某些寄存器的现场保护没有做好。你新加的内容才是关键。
而且，你说的部分内容，我觉得非常困惑，“以前堆栈留的比较小，只有20个字节，后来我又找了几个加上了，但还是不大。” 你这个只有20字节是什么来的？又找了几个加上是怎么加的？正常情况下，一般分配完内存地址后，我们就在内存末尾打上 Stack，作为堆栈的起点，赋值给SP, 假定SP 为 80H, 那么从80H 往后到 0FFH 相当于都是堆栈用的。所以不存在原来堆栈只有多少，然后你还“找了几个”的情况存在。所以，你描述的这个情况，到底是什么情况？

ID:401564 · 发表于 2022-7-14 20:43

newlined 发表于 2022-7-14 08:26
您好，这个可能不方便贴出，随说是20年的程序，但老板交代过。
经 188610329大神提醒，我DPTR没有保护造 ...

DPTR,R0,R1什么的,你在多个地方用到了,就进行保护,如果用不到就不用管
汇编子程序的原则是你在调用的时候,如果在其它地方你也用到某个地址的RAM.那就进行保护,每个子程序都要保护
常用的就是R0R1之类,比如DELAY:
PUSH R0 PUSH R1
MOV R0,#100
MOV R1,#100
NEXT:
DJNZ R1,NEXT
DJNZ R0,NEXT
POP R1
POP R0
RET

这就是一个延时程序,这样的话,你在其它的程序中包括中断,再使用R0R1,也同样的PUSH,POP,那么这个程序就不会出问题
假设你整个完整的程序中,只有这一个地方用到R0R1,那么,这个PUSH,POP就是多余的
还有R0-R7这几个地址,默认的情况下,在整个程序地址是固定的,你在任何一个地方修改了R0-R7其中一个的值,它在其它地方的也是会改变的
假设你延时中用到了R0,中断中也用到R0,那么当延时程序被中断打断之后,如果不用PUSH,POP保护R0的话,等到中断中修改了R0之后
RETI返回之后,R0的值就是中断中最后操作的值,那么,你这个延时程序就出错了
你不要都是想着堆栈满不满的,基本不会的,完全可以先不管堆栈的大小问题
专注找你自己代码的问题

ID:624769 · 发表于 2022-7-14 21:07

Y_G_G 发表于 2022-7-14 20:43
DPTR,R0,R1什么的,你在多个地方用到了,就进行保护,如果用不到就不用管
汇编子程序的原则是你在调用的时 ...

R0~R7 属于通用寄存器，是不能PUSH的。
如果是完全自己写的代码，配合USING 可以用 PUSH AR0~AR7 方式来PUSH 但是，如果不是自己的代码，而4组寄存器一直轮换在用的话，非常不好处理。
所以，还是比较建议楼主多注重一下，改了部分的代码，到底涉及到哪些东西，针对性的处理一下，而不是去动那些既存的，由来已久的代码。
简易楼主，全程序查找一下， "MOV PSW,#" 看看具体用了几组通用寄存器，为了影响最小化，假定，之前只用了 3组寄存器，建议楼主加的部分代码全都用第四组通用寄存器，这样，可以把影响降到最低。

ID:883242 · 发表于 2022-7-14 21:41

函数的好处是可以复用，一处定义多处调用，节约程序空间。

但是对于大多数8位单片机编译器，包括C51，没有按照标准c语言的做法——在进入函数的时候在堆栈上临时分配局部变量（具体做法可以看《数据结构》关于递归的那一部分），因为8位机间接寻址指令和空间非常有限，按标准c语言的做法，最后生成的机器码会非常庞大，占用的RAM空间也非常多，对本来就很少的资源造成巨大浪费。

C51的做法是对函数调用关系进行分析，然后静态分配变量，以楼主的问题为例A->A1->A2->A3，那么A的局部变量可能是27H~29H，A1的局部变量占用2AH~2FH，A2的局部变量占用30H~35H，A3的局部变量占用36H以后空间。这种做法导致中断调用的函数是无法复用的！比如中断B调用了函数B1，B1的局部变量占用33H这个空间，那么如果主程序调用B1，局部变量在运算过程中发生了中断，中断B1修改了局部变量，那么中断结束后，回到主程序，局部变量33H的内容被修改了，那么主程序显然就会执行错误。同样的原因，不仅主程序不能调用B1，其他中断C、D也不能调用B1！！！这个函数B1是中断B专用的。

综上所述，使用函数，可以复用的优点在中断这里不存在！在中断中调用函数只有各种各样的缺点，一点好处都没有，楼主为什么要这么做？

ID:401564 · 发表于 2022-7-14 22:01

188610329 发表于 2022-7-14 21:07
R0~R7 属于通用寄存器，是不能PUSH的。
如果是完全自己写的代码，配合USING 可以用 PUSH AR0~AR7 方式 ...

好久不用汇编了,忘记了

ID:227818 · 发表于 2022-7-15 10:58

Hephaestus 发表于 2022-7-14 19:44
你的软件用到了idata了吗？

您好,用到了

ID:227818 · 发表于 2022-7-15 11:08

Hephaestus 发表于 2022-7-14 21:41
函数的好处是可以复用，一处定义多处调用，节约程序空间。

但是对于大多数8位单片机编译器，包括C51，没 ...

您好,在中断中有十几行语句,用了几次,早先我不知道函数调用会产生一些列的问题,就把它们写成了函数.前边datouyuan大神也已经指出了.

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