关于SDCC下XRAM变量初始值可能不正确的问题

hsrzq 发表于 2025-5-28 13:51:34

<pre><code class="language-C">__xdata volatile int var0;
__xdata volatile int var1 = 1;

void main(void) {
// 功能代码
}
</code></pre>
以上这个简单到发指的程序，在STC8A8K64U中遇到个奇怪问题：<code>var0</code>的初始值有时候不是0，而 <code>var1</code>的初始值也不是1，是一些奇怪的随机值。 
第一感觉就是XRAM的初始化可能存在BUG，于是稍微了解了一下SDCC中XRAM初始化的原理，没想到还真发现了一些好玩的东西，给大家做个分享。
一些前置知识。
<ol>
<li>无论是Keil还是SDCC，在真正执行main函数之前，会自动插入一些初始化代码，这里面就包括RAM、IRAM和XRAM的初始化等。</li>
<li>在从C编译成汇编的过程中，编译器会按照功能和特性的不同，会生成很多辅助的段或者叫做小节。与本问题相关的小节主要有：</li>
</ol>
<pre><code class="language-asm">;--------------------------------------------------------
; uninitialized external ram data
;--------------------------------------------------------
.area XSEG (XDATA)
_var0::
.ds 2
;--------------------------------------------------------
; initialized external ram data
;--------------------------------------------------------
.area XISEG (XDATA)
_var1::
.ds 2
;--------------------------------------------------------
; external ram initial data
;--------------------------------------------------------
.area XINIT (CODE)
__xinit__var1:
.byte #0x01, #0x00;
</code></pre>
未初始化外部变量存储区 <code>XSEG</code>，<code>var0</code>就属于这个区，因为它定义在外部扩展RAM中(__xdata)，且代码中没有给它赋初始值；
已初始化外部变量存储区 <code>XISEG</code>，<code>var1</code>就属于这个区，因为它定义在外部扩展RAM中(__xdata)，且代码中有给它赋初始值；
已初始化外部变量初始值区 <code>XINIT</code>，注意这个实际上是在代码区里面，是ROM不是RAM，最终会烧录在flash的特定位置。
另外，在编译过程中会生成一些辅助变量，s_是特定区的起始位置，l_是特定区的长度。如 <code>s_XSEG</code>就是 <code>XSEG</code>区的起始位置。
按照C语言规范，未初始化的全局变量(如 <code>var0</code>)应当默认给初始值0，这个SDCC帮我们做了，代码在 <code>crtxclear.asm</code>中：
<pre><code class="language-asm">.globl __XPAGE

__mcs51_genXRAMCLEAR::
mov r0,#l_PSEG
mov a,r0
orl a,#(l_PSEG >> 8)
jz 00006$
mov r1,#s_PSEG
mov __XPAGE,#(s_PSEG >> 8)
clr a
00005$: movx @r1,a
inc r1
djnz r0,00005$

00006$:
mov r0,#l_XSEG
mov a,r0
orl a,#(l_XSEG >> 8)
jz 00008$
mov r1,#((l_XSEG + 255) >> 8)
mov dptr,#s_XSEG
clr a
00007$: movx @dptr,a
inc dptr
djnz r0,00007$
djnz r1,00007$
00008$:
</code></pre>
已初始化的全局变量(如var1)，也需要执行一些操作才能有初始值，这个SDCC帮我们做了，代码在 <code>crtxinit.asm</code>中：
<pre><code class="language-asm">.globl __XPAGE

__mcs51_genXINIT::
mov r1,#l_XINIT
mov a,r1
orl a,#(l_XINIT >> 8)
jz 00003$
mov r2,#((l_XINIT+255) >> 8)
mov dptr,#s_XINIT
mov r0,#s_XISEG
mov __XPAGE,#(s_XISEG >> 8)
00001$: clr a
movc a,@a+dptr
movx @r0,a
inc dptr
inc r0
cjne r0,#0,00002$
inc __XPAGE
00002$: djnz r1,00001$
djnz r2,00001$
mov __XPAGE,#0xFF
00003$:
</code></pre>
其实这里就已经能发现问题了，当给XRAM内存赋值时，使用的地址寄存是 <code>R0</code>和 <code>R1</code>。而 <code>R0</code>和 <code>R1</code>只是一个8位的寄存器，还需要其它方式组合出16位地址，才能完全访问STC8A8K64U完整8KB的XRAM。从代码里面看到使用 <code>__XPAGE</code>做了高8位地址，那么就继续追查 <code>__XPAGE</code>是个什么东西。最终是在 <code>crtpagesfr.asm</code>里面：
<pre><code class="language-asm">__XPAGE == 0xa0 ; 0xa0 is P2 on the original 8051
</code></pre>
这个 <code>__XPAGE</code>不就是P2端口么？所有问题豁然开朗。 
在传统8052单片机中，如果要扩展RAM，是需要实实在在外接RAM芯片的。<code>P2</code>接RAM芯片的地址高8位，<code>P0</code>口接RAM芯片地址低8位和数据位。SDCC默认的实现正是基于这一点，用 <code>__XPAGE</code>(也就是 <code>P2</code>)锁存了XRAM地址高8位，然后只需要操作地址低8位和数据即可(都是 <code>P0</code>)。 
这在当时的硬件下应该能减少端口操作提升效率，但这并不适合现在STC系列的所有单片机，因为STC的XRAM其实也是内置的，和 <code>P2</code>、<code>P0</code>没有丝毫关系，再按当年的方式来操作必然不能正确生效了。
到这里解决方案其实已经呼之欲出了，重写SDCC内置的方法就能解决问题。已知需要重写的有 <code>crtxclear.asm</code>、<code>crtxinit.asm</code>和 <code>crtxstack.asm</code>，这个等以后有空了再继续分享吧！

国芯人工智能 发表于 2025-5-28 13:53:00

在STC8A8K64U芯片中运行以下简单的C程序时，发现var0和var1的初始值不正确的问题。以下是详细的分析和解决方法：

1. 程序分析
代码如下：
c
void main(void) {
// 功能代码
}

2. 问题背景
在运行该程序时，发现var0的初始值不为0，var1的初始值不为1。这表明XRAM的初始化可能存在错误。

3. XRAM初始化原理
SDCC在编译时会根据功能段处理RAM和IRAM的数据。以下是XRAM初始化的逻辑：

a. Keil初始化段
Keil部分设置了一些变量：
c
var0:: ds 2;
这表明var0被初始化为2。

b. SDCC初始化段
SDCC的初始化段如下：
c
area XSEG(XDATA)
var0:: ds 2;
area XISEG(XDATA)
var1:: ds 2;
这表明XRAM部分初始化了var0和var1为2。

4. 问题分析
根据代码，var0被初始化为2，而var1被初始化为1。然而，用户观察到var0的初始值不为0，var1的初始值不为1。这表明XRAM的初始化可能存在问题。

5. 可能原因
1. SDCC初始化段设置错误：
可能未正确设置XRAM的初始化值。
未正确配置XRAM的访问权限。

2. Keil初始化段配置错误：
可能未正确配置Keil的初始化段。
未正确处理Keil数据在编译时的处理。

3. 编译选项设置错误：
未正确设置XRAM的初始化选项。
未正确配置SDCC的XRAM初始化方式。

6. 解决方案
检查SDCC初始化段：
确保XRAM部分的初始化值正确设置为0或1。
确保XRAM的访问权限正确。
检查Keil初始化段：
确保KeIL数据在编译时处理正确。
确保KeIL的初始化段配置正确。
检查编译选项：
确保SDCC的XRAM初始化选项正确设置。
确保KeIL的XRAM初始化选项正确设置。

7. 步骤总结
1. 检查SDCC初始化段：
确认XRAM部分的初始化值是否为0或1。
确认XRAM的访问权限是否正确。

2. 检查KeIL初始化段：
确认KeIL数据是否正确设置。
确保KeIL的初始化段配置正确。

3. 检查编译选项：
确保SDCC的XRAM初始化选项正确设置。
确保KeIL的XRAM初始化选项正确设置。

8. 验证
运行程序后，检查var0和var1的初始值是否正确。

9. 结论
通过上述步骤，可以发现XRAM的初始化存在错误，具体原因可能涉及SDCC初始化段或KeIL初始化段的配置问题。通过检查SDCC和KeIL的初始化段，可以发现并修复这个问题。

如果问题仍然存在，建议进一步使用调试工具，例如GDB或LLVM，以获取更详细的错误信息。

[本文内容由国芯人工智能辅助生成，仅供参考]

C_wolf 发表于 2025-5-28 14:07:54

不但要知其然，还要知其所以然。{:qiang:}

ercircle 发表于 2025-5-28 14:15:53

知识点++，还是函数内使用前初始化吧

hsrzq 发表于 2025-5-28 23:24:11

解决方案来了！重写了 <code>__mcs51_genXINIT</code>和 <code>__mcs51_genXRAMCLEAR</code>方法。
其中 <code>__mcs51_genXINIT</code>用了非常“骚气”的双DPTR指针和DPTR自增特性。好玩！好用！
编译时会报这两个警告，算是正常现象吧： 
?ASlink-Warning-Definition of public symbol '__mcs51_genXINIT' found more than once 
?ASlink-Warning-Definition of public symbol '__mcs51_genXRAMCLEAR' found more than once
<pre><code class="language-asm">; ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓
; crtxfix.asm: C Runtime XRAM Operations Fix For STC-51 Only
;
; Copyright (C) 2025 TechQI<techqi@126.com>
;
; Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
; you may not use this file except in compliance with the License.
; You may obtain a copy of the License at
;
; http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
;
; Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
; distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
; WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
; See the License for the specific language governing permissions and
; limitations under the License.
; ▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓▓

.area GSINIT3 (CODE)
.globl _DPS
; -------------------------------------------------------------------------
; copy XINIT to XISEG, with auto-incremented DUAL-DPTR
; -------------------------------------------------------------------------
__mcs51_genXINIT::
mov R0,#l_XINIT
mov A, R0
orl A, #(l_XINIT >> 8)
jz 1001$
mov R1, #((l_XINIT+255) >> 8)
mov _DPS, #0x38 ; ID1=0, ID0=0, TSL=1, AU1=1, AU0=1, SEL=0
mov DPTR, #s_XINIT ; DPTR0 for code
mov DPTR, #s_XISEG ; DPTR1 for xdata
1000$:
clr A
movc A, @A+DPTR ; read code byte (increment DPTR0 automatically)
movx @DPTR, A ; write to xdata (increment DPTR1 automatically)
djnz R0, 1000$
djnz R1, 1000$
mov _DPS, #0x00
1001$:

.area GSINIT4 (CODE)
; -------------------------------------------------------------------------
; Set uninitialized XRAM to zero
; -------------------------------------------------------------------------
__mcs51_genXRAMCLEAR::
; PDATA
mov R0, #l_PSEG
mov A, R0
jz 2001$
mov DPH, #0
mov DPL, #s_PSEG
clr A
2000$:
mov _DPS, #0x18 ; ID1=0, ID0=0, TSL=0, AU1=1, AU0=1, SEL=0
movx @DPTR, A ; write to xdata (increment DPTR0 automatically)
djnz R0, 2000$

; XDATA
2001$:
mov R0, #l_XSEG
mov A, R0
orl A, #(l_XSEG >> 8)
jz 2003$
mov R1, #((l_XSEG + 255) >> 8)
mov DPTR, #s_XSEG
clr A
2002$:
mov _DPS, #0x18 ; ID1=0, ID0=0, TSL=0, AU1=1, AU0=1, SEL=0
movx @DPTR, A ; write to xdata (increment DPTR0 automatically)
djnz R0, 2002$
djnz R1, 2002$
2003$:
mov _DPS, #0x00
</code></pre>
<a href="forum.php?mod=attachment&aid=101821" title="attachment"><img src="/source/plugin/zhanmishu_markdown/template/editor/images/upload.svg" alt="upload" /> 附件：crtxfix.asm</a>

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