Keil C51單片機中變量的使用方法解析

8051內(nèi)核單片機是一種通用單片機，在國內(nèi)占有較大的市場份額。在將C語言用于51內(nèi)核單片機的研究方面，Keil公司做得最為成功。由于51內(nèi)核單片機的存儲結(jié)構(gòu)的特殊性，Keil C51中變量的使用與標準C有所不同。正確地使用變量，有利于獲得高效的目標代碼。下面詳細介紹Keil C51中變量的使用方法。

一、CPU存儲結(jié)構(gòu)與變量的關(guān)系

變量都需要有存儲空間，存儲空間的不同使得變量使用時的工作效率也不同。

標準C的典型運行環(huán)境是8086（含IA-32系列）內(nèi)核，其存儲結(jié)構(gòu)是CPU內(nèi)部有寄存器，外部有存儲器，寄存器的訪問速度大大高于存儲器的訪問速度。在標準C中，不加特別定義的變量是放在存儲器中的，使用register可以強制變量存儲在寄存器中，對于使用特別頻繁且數(shù)量不多的變量可以選用這種存儲模式，以獲得更高的工作效率。

相比之下，51內(nèi)核單片機的存儲結(jié)構(gòu)則顯得有些怪異，它的存儲空間有3個：程序存儲器空間（64 KB含片內(nèi)、片外）、片外數(shù)據(jù)存儲器空間（64KB）、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器及特殊功能寄存器空間。它沒有真正意義上的寄存器，它的寄存器其實是片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器（如R0～R7）和特殊功能寄存器（如A、B等）中的一部分。因此，在Keil C51中使用變量就和標準C有很大不同。

二、Keil C51變量分析

Keil C51支持標準C原有的大多數(shù)變量類型，但為這些變量新增了多種存儲類型，也新增了一些標準C沒有的變量。

2.1 Keil C51新增的變量存儲類型

Keil C51中定義變量的格式如下：

［存儲種類］數(shù)據(jù)類型［存儲類型］變量名表;

其中，［存儲類型］是標準C中沒有的，［存儲類型］共有6種，分別介紹如下：

①data。將變量存儲在片內(nèi)可直接尋址的數(shù)據(jù)存儲器中。使用這種存儲模式，目標代碼中對變量的訪問速度最快。

②bdata。將變量存儲在片內(nèi)可位尋址的數(shù)據(jù)存儲器中。在目標代碼中變量可以方便地進行位處理，在不進行位處理時與data相同。

③idata。將變量存儲在片內(nèi)間接尋址的數(shù)據(jù)存儲器中。在52內(nèi)核中，當片內(nèi)直接尋址數(shù)據(jù)存儲器不夠用時，可以使用128字節(jié)間接尋址數(shù)據(jù)存儲器，訪問速度一般較data要慢一些，但具有最大的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器空間;在51內(nèi)核中因無單獨的間接尋址數(shù)據(jù)存儲器區(qū)，idata與data無區(qū)別。

④xdata。將變量存儲在片外數(shù)據(jù)存儲器中。目標代碼中只能使用“MOVX A，@DPTR”和“MOVX@DPTR，A”指令訪問變量，訪問速度最慢，但存儲空間最大（64KB）。

⑤pdata。將變量存儲在片外數(shù)據(jù)存儲器中的第一頁（00H～FFH）中。目標代碼中可以使用“MOVX A，@Ri”和“MOVX@Ri，A”指令訪問變量，訪問速度與xdata相同，存儲空間為256字節(jié)。

⑥code。將變量存儲在程序存儲器中。目標代碼中只能使用MOVC指令訪問變量，因變量存儲在程序存儲器中，具有非易失性且為只讀。

2.2 Keil C51新增的指針變量存儲類型

Keil C51中的指針變量形式如下：

數(shù)據(jù)類型［數(shù)據(jù)存儲類型］*［指針存儲類型］標識符;

其中，［數(shù)據(jù)存儲類型］和［指針存儲類型］都是標準C中沒有的。［數(shù)據(jù)存儲類型］定義數(shù)據(jù)（即尋址對象）存儲的空間，［指針存儲類型］定義指針自身存儲的空間。若不使用［數(shù)據(jù)存儲類型］，則指針為一般指針，占用3個字節(jié);若使用［數(shù)據(jù)存儲類型］則指針為基于存儲器的指針，占用1～2個字節(jié)。

2.3 Keil C51新增的變量類型

bit：位變量。存儲在片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器的可位尋址字節(jié)（20H～2FH）的某個位上，這個變量在實時控制中具有很高的實用價值。

sfr：特殊功能寄存器變量。存儲在片內(nèi)特殊功能寄存器中，用來對特殊功能寄存器進行讀寫操作。

sbit：特殊功能寄存器位變量。存儲在片內(nèi)特殊功能寄存器的可位尋址字節(jié)（地址可以被8整除者）的某個位上，用來對特殊功能寄存器的可位尋址位進行讀寫操作。

sbitl6：16位特殊功能寄存器變量。存儲在片內(nèi)特殊功能寄存器的連續(xù)2個字節(jié)的低地址上，這個變量類型很少使用。

以上這些Keil C51中新增的變量類型，不支持數(shù)組和指針操作。

三、Keil C51中使用變量存儲模式的必要性

在Keil C51中，變量的存儲模式是一個可選項，如果不使用這個選項，則Keil C51在編譯時自動進行優(yōu)選分配。但這種處理方法有以下缺點：

①系統(tǒng)不知道各種變量的使用頻度，有可能對使用頻度高的變量使用了訪問速度慢的片外存儲方式，而對使用頻高的變量使用了片內(nèi)存儲方式，使得程序的運行效率降低;

②在使用指針尋址時，由于不知道尋址對象的存儲方式，只好使用一般指針，在Keil C51中一般指針要多占用1～2個字節(jié)，并且使用時還要對存儲方式進行判斷，增加了尋址操作時間。

如果能夠在定義變量的同時定義其存儲類型，可以高效地使用51內(nèi)核單片機的存儲空間，獲得高質(zhì)量的目標代碼。

四、Keil C51變量的使用方法

4.1 全局變量和靜態(tài)局部變量

全局變量一般會在多個函數(shù)中被使用，并在整個程序運行期間內(nèi)有效，靜態(tài)局部變量雖然只在一個函數(shù)中使用，但也是在整個程序運行期間有效。對于這些變量，應(yīng)盡量選擇data型，這樣在目標代碼中就可以用直接尋址指令訪問，獲得最高的訪問速度，提高程序的工作效率。例如一個保存人數(shù)的全局變量n_g，在多個函數(shù)中都被經(jīng)常用到，可以這樣定義：

unsigned int data n_g;//對n_g賦值時使用“MOV XXH，……”指令

4.2 數(shù)組（包括全局和局部）

定義數(shù)組一般用idata存儲類型，在目標代碼中使用“MOV@Ri”指令進行間接尋址。如果因數(shù)組元素過多而在編譯時報錯，可以改用pdata和xdata存儲類型。

數(shù)組定義為data存儲類型意義不大，因為既然使用數(shù)組，就是希望能夠根據(jù)某一自變量訪問數(shù)組元素。如定義X［100］，一般都是為了能夠使用X（i是一個變量）來訪問，這樣在目標代碼中就必須使用問接尋址，所以數(shù)組沒有必要使用data存儲類型，即便使用了data存儲類型，在目標代碼中也仍然要用間接尋址指令。數(shù)組定義成idata存儲類型，在使用52內(nèi)核且片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器不夠時，會使用只能間接尋址的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲空間。這樣，既不能降低處理速度，又擴大了可使用的存儲空間。

4.3 供查表用的數(shù)據(jù)

這類數(shù)據(jù)的特點是需要始終保持不變，且使用時只讀，因此應(yīng)定義為code型。例如一個字形表：

全局或局部code型變量在存儲時無區(qū)別。

4.4 非靜態(tài)局部變量

非靜態(tài)局部變量僅在某一函數(shù)內(nèi)使用，退出該函數(shù)時變量也被釋放。

若系統(tǒng)使用small存儲模式，對于這些變量可以不加存儲說明，由編譯軟件自行按最優(yōu)原則決定，因為僅在函數(shù)內(nèi)使用的非靜態(tài)局部變量，有可能使用工作寄存器R0～R7，這樣會更快速和更節(jié)省存儲空間。例如：

unsigned char i，j; //系統(tǒng)盡可能會用R0～R7存儲i和j

若系統(tǒng)使用了compact或large存儲模式，則應(yīng)將這些變量定義為data存儲模式，以防系統(tǒng)自行決定時被定義為pdagta或xdata模式而降低工作效率。

4.5 指針

如前所述，定義指針變量時有2個存儲類型：數(shù)據(jù)存儲類型，說明被尋址對象的存儲類型;指針存儲類型，說明指針自身的存儲類型。當數(shù)據(jù)存儲類型為xdata時，指針自身占用2個字節(jié);當數(shù)據(jù)存儲類型為pdata以及idata等片內(nèi)存儲類型時，指針自身占用1個字節(jié);若不說明數(shù)據(jù)存儲類型，指針自身就要占用3個字節(jié)。因此，在KeilC51中使用指針時，應(yīng)盡量定義數(shù)據(jù)存儲類型，但要特別注意指針中的數(shù)據(jù)存儲類型與被尋址對象的存儲類型必須一致。指針都是頻繁使用的，它要不斷被設(shè)置、修改和使用，因此它自身的存儲類型應(yīng)選擇data型。例如定義一個數(shù)組時就同時定義其存儲類型，以后用指針對其尋址時就將數(shù)組的存儲類型添加到指針的數(shù)據(jù)類型中。方法如下：

4.6 二義性變量

在標準C中如果要使用一個二義性變量，只能用枚舉類型。如：

以上程序在Keil C51中使用時，變量t雖然僅有0和1兩種狀態(tài)，但在目標代碼中仍占用一個字節(jié)。此處理方法既浪費存儲資源，又延長了處理時間，這對于8086內(nèi)核算不上多大問題，但在資源有限、運行速度不高的51內(nèi)核中就不能不考慮了。在Keil C51中可使用以下方法：

這兩種方式效果是完全相同的，但在目標代碼中變量t僅占用1位（即1/8字節(jié)），而且因為51內(nèi)核單片機指令系統(tǒng)中有位處理指令，生成的目標代碼占用內(nèi)存少、運行速度快。

4.7 特殊功能寄存器變量（包括位變量）

特殊功能寄存器中，累加器A、寄存器B、堆棧指針SP和數(shù)據(jù)指針DPTR是歸系統(tǒng)使用的，在C51中不提供給用戶。其他的特殊功能寄存器都可以用sfr定義成變量，其中地址可以被8整除者的各位，還可以用bsfr定義成位變量。訪問這些變量，就可以對特殊功能寄存器及其可以位尋址的各位進行讀寫，達到操作單片機內(nèi)部各硬件的目的。對于標準的51內(nèi)核單片機，頭文件reg51.h、reg52.h或其他頭文件中已對這些特殊功能寄存器變量作了定義，用戶可以用#include將此頭文件包含進來，然后就可以使用了?，F(xiàn)在很多51內(nèi)核兼容型單片機擴展了更多的特殊功能寄存器，這些就需要用戶自行定義，具體方法可參考器件的使用說明。

4.8 外部數(shù)據(jù)存儲器變量

若設(shè)置成pdata和xdata存儲類型，將把變量存儲在片外數(shù)據(jù)存儲器中。這兩種存儲類型的訪問速度最慢，非迫不得已不要使用。在使用這兩種存儲類型時，注意盡量只用它保存原始數(shù)據(jù)或最終結(jié)果，盡量減少對其訪問的次數(shù)，需要頻繁訪問的中間結(jié)果不要用它。

4.9 用外部數(shù)據(jù)存儲器地址擴展的其他硬件

在單片機外部擴展的其他硬件，一般都借用外部數(shù)據(jù)存儲器地址，表現(xiàn)為外部數(shù)據(jù)存儲器單元形式。對于這些硬件，可以用指針進行讀寫操作。例如：

五、結(jié)語

Keil C51中的變量增加了存儲類型，在使用時而顯得比標準C稍微復雜。在Keil C51中，變量的存儲類型不同，訪問變量所需要的時間也不同，由于C51內(nèi)核單片機資源少、速度慢，變量存儲類型對系統(tǒng)工作速度的影響不可忽視。在了解變量與單片機存儲結(jié)構(gòu)關(guān)系的基礎(chǔ)上，根據(jù)程序?qū)ψ兞康氖褂靡螅侠淼剡x擇變量的存儲類型，可以在相同的硬件上獲得更高的工作效率。
責任編輯；zl