田邱林

（桂林理工大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

51單片機(jī)指令SJMP $不宜濫用

田邱林

（桂林理工大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530001）

51單片機(jī)的指令SJMP $，是諸如HERE：SJMP HERE的簡(jiǎn)略表示，其目標(biāo)地址即為當(dāng)前地址，相當(dāng)于定義了一個(gè)沒有退出條件的循環(huán)，即所謂“死循環(huán)”，因此，該指令不可濫用。

單片機(jī)；微機(jī)控制；指令SJMP $

（一）引言

51單片機(jī)指令SJMP $，是諸如HERE：SJMP HERE的簡(jiǎn)略表示，其目標(biāo)地址即為當(dāng)前地址，相當(dāng)于定義了一個(gè)沒有退出條件的循環(huán)，即所謂“死循環(huán)”。令人詫異的是，這樣一個(gè)麻煩制造者卻在一些51單片機(jī)教材中屢屢現(xiàn)身，從手頭的教材中隨機(jī)抽取幾本，統(tǒng)計(jì)程序示例中指令SJMP $(含AJMP $)出現(xiàn)的頻度，結(jié)果少則5、6處，多的超過10處，這尚未包括目標(biāo)地址為“$”的條件轉(zhuǎn)移指令。只有厘清指令 SJMP $的作用，才能詮釋使用它的意義。

（二）指令SJMP $的作用

51單片機(jī)的SJMP rel是一條無條件短轉(zhuǎn)移指令，偏移量rel是一個(gè)用補(bǔ)碼表示的8位帶符號(hào)數(shù)，轉(zhuǎn)移范圍為相對(duì)指令當(dāng)前地址-128～+127的256個(gè)單元，所以也被稱作相對(duì)轉(zhuǎn)移指令。當(dāng)rel取值為FEH時(shí)，指令可表示為SJMP $，程序就地轉(zhuǎn)入無條件循環(huán)，終止下行。

51單片機(jī)的AJMP addr11是一條無條件指定頁轉(zhuǎn)移指令，也被稱為絕對(duì)轉(zhuǎn)移指令或短轉(zhuǎn)移指令，addr11提供同一個(gè)2KB頁范圍內(nèi)的轉(zhuǎn)移空間。當(dāng)addr11指向該指令當(dāng)前位置時(shí)，亦可表示為 AJMP $，作用與指令 SJMP $相同，但不如 SJMP $的可讀性強(qiáng)。

相關(guān)教材給出了指令SJMP $的三個(gè)用途，即程序隔離、程序暫停和等中斷。

1.程序隔離

程序隔離的實(shí)質(zhì)，是令程序在即將進(jìn)入非順序模塊前轉(zhuǎn)向，其實(shí)(包括SJMP rel在內(nèi)的)所有轉(zhuǎn)移指令都可以完成程序跳轉(zhuǎn)，不必刻意使用SJMP $。

2.程序暫停

討論程序暫停的意義，不妨看一段引文對(duì)指令SJMP $的描述。

若偏移量rel取值為FEH，則目標(biāo)地址等于源地址，相當(dāng)于動(dòng)態(tài)暫停，程序“終止”在這條指令上。動(dòng)態(tài)暫停指令在調(diào)試程序時(shí)很有用。MCS-51沒有專用的停止指令，若要求動(dòng)態(tài)暫?？梢杂肧JMP指令來實(shí)現(xiàn)：

HERE：SJMP HERE；動(dòng)態(tài)停機(jī)（80H,FEH）

盡管描述有些混亂，仔細(xì)梳理仍可見端倪。

首先，“MCS-51沒有專用的停止指令”，堪稱一語中的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)者壓根沒打算停機(jī)。自創(chuàng)一條停止指令SJMP $，無端耗費(fèi)有限的機(jī)器時(shí)間資源，顯然有悖設(shè)計(jì)初衷。

其次，指令SJMP $在終止程序下行后仍允許中斷響應(yīng)，這就是“動(dòng)態(tài)暫?！钡挠蓙?。

再者，若無中斷可響應(yīng)，程序被迫“終止”(在 SJMP $上)，故而注釋為“動(dòng)態(tài)停機(jī)”，以示有別于“動(dòng)態(tài)暫停”。對(duì)于這種運(yùn)行狀態(tài)，一般PC機(jī)用戶更習(xí)慣直呼為死機(jī)。

至于“動(dòng)態(tài)暫停指令在調(diào)試程序時(shí)很有用”，則屬于套用PC機(jī)的概念，意指借指令JMP $(罕用，常用WAIT和DEBUG專用指令 HLT)將待調(diào)程序分段調(diào)試。須知，替換 PC機(jī) RAM中的指令易如反掌，單片機(jī) EPROM中的程序卻不允許隨機(jī)刪改。對(duì)于單片機(jī)，可自程序分段處跳轉(zhuǎn)至鍵盤模塊，經(jīng)鍵盤饋入調(diào)試引導(dǎo)信息，完成調(diào)試后，調(diào)試引導(dǎo)模塊或作為手動(dòng)模塊保留，需要時(shí)經(jīng)由鍵盤激活。

3.等中斷

下面一段引文描述了借指令SJMP $等中斷的過程。

這是一條死循環(huán)令，如果系統(tǒng)的中斷是開放的，那么SJMP $指令實(shí)際上是在等待中斷，當(dāng)有中斷申請(qǐng)后，CPU轉(zhuǎn)至執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷返回時(shí)，仍然返回到這條死循環(huán)指令，繼續(xù)等待中斷，而不是返回到該指令的下一條指令。這是因?yàn)閳?zhí)行SJMP $后，PC仍指向這條指令，中斷的斷點(diǎn)就是這條指令的首字節(jié)地址。

所謂等中斷也套用了PC機(jī)的概念。PC機(jī)可提供多達(dá)256個(gè)32位的中斷矢量，還能擴(kuò)充中斷鏈等硬件予以支持，除去系統(tǒng)占用和保留的之外，可供用戶靈活使用的依然十分豐富，因此，PC機(jī)的許多功能的確是建立在(包括軟調(diào)用)中斷基礎(chǔ)之上的。相比之下，單片機(jī)區(qū)區(qū)幾個(gè)16位的中斷矢量，即便全部“中斷是開放的”也僅能應(yīng)對(duì)少數(shù)緊急事件，主程序仍要承擔(dān)大量常規(guī)操作。設(shè)計(jì)中斷方式的本意，是在滿足實(shí)時(shí)性要求的前提下，使計(jì)算機(jī)仍有充裕時(shí)間處理各種事務(wù)，因此，空耗機(jī)器時(shí)間等候中斷實(shí)屬不當(dāng)應(yīng)用。換個(gè)角度來看，等中斷實(shí)際上改變了中斷的運(yùn)行方式，稍有不慎可能事與愿違。

上述三個(gè)用途缺少中斷配合均意味著死機(jī)，所以可歸結(jié)為等中斷，而等中斷終歸不當(dāng)應(yīng)用。

（三）例題分析

本節(jié)通過幾個(gè)例子來考察指令SJMP $的作為。例1.

FW：LCALL DELAY；令電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)300次DELAY子程序的時(shí)間

DJNZ TIME,FW

MOV TIME,＃300

SETB IN1

CLR IN2

FAN：LCALL DELAY；令電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)300次DELAY子程序的時(shí)間

DJNZ TIME,FAN

STOP：CLR IN1；令電機(jī)停轉(zhuǎn)

CLR IN2

AJMP $

本例令電機(jī)正反轉(zhuǎn)一次后停轉(zhuǎn)。眾所周知，電機(jī)是反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備，本例需要利用中斷服務(wù)程序修改堆棧中的斷點(diǎn)，重新指向電機(jī)驅(qū)動(dòng)程序，才能再次啟動(dòng)電機(jī)。本例試圖演繹指令A(yù)JMP $的暫停功能卻落入陷阱，與其借由中斷逃脫束縛，不如直接用中斷方式控制電機(jī)更快捷更可靠。

例2.

LOOP：JNB FO,$；等待計(jì)數(shù)5000時(shí)產(chǎn)生中斷

SETB P1.0；繞線機(jī)停止工作

本例用戶標(biāo)志 F0未置位時(shí)，指令 JNB F0,$執(zhí)行結(jié)果與SJMP $相似。例中注釋表明F0由計(jì)數(shù)器中斷置位，意在強(qiáng)調(diào)等中斷，但之后的指令 SETB P1.0可以被任意中斷，致使部分線包匝數(shù)失準(zhǔn)，除非關(guān)閉其余中斷。P1.0和F0都是位名稱，操作雷同，若P1.0由中斷直接置位，且設(shè)該計(jì)數(shù)器中斷為唯一高優(yōu)先級(jí)，則能保證線包匝數(shù)準(zhǔn)確，亦不必等待和限制其他中斷。

例3.

LOOP：JNB TF1,LOOP；查詢等待

CLR TF1；TF1清零

CPL P1.0；P1.0取反

MOV TH1,＃OEOH；重新裝入時(shí)間常數(shù)初值

MOV TL1,#18H

AJMP LOOP；繼續(xù)生成波形本例的LOOP：JNB TF1,LOOP也可以表示為JNB TF1,$，與例2的區(qū)別在于TF1可由硬件直接置/復(fù)位。置位TF1必須啟動(dòng)定時(shí)器T1，但JNB TF1,$是雙周期指令，T1中斷約有半數(shù)機(jī)會(huì)搶先使 TF1硬復(fù)位，導(dǎo)致波形畸變，所以又必須關(guān)閉T1中斷。鑒于例中TF1采用軟復(fù)位，可認(rèn)為T1中斷已被關(guān)閉，即便如此，仍不能阻止其他中斷干擾定時(shí)器T1重置，波形畸變依舊難免。如果再關(guān)閉其他中斷，則所有中斷均被關(guān)閉，這樣一來，單片機(jī)僅相當(dāng)于一只固定頻率振蕩器。循環(huán)體本質(zhì)屬于子程序，因自動(dòng)就地重復(fù)可免調(diào)用，本例循環(huán)體添一條返回指令即可供T1中斷調(diào)用，若再采用高優(yōu)先級(jí)，不但不會(huì)延誤重置，還可取消 TF1軟復(fù)位，也不影響在低優(yōu)先級(jí)下應(yīng)用其他中斷。

例4.

B.查詢方式

對(duì)于采用查詢方式時(shí)，則需要把EOC與8031一條I/O口線相連。本例中用P1.7邊EOC，因此，8031通過對(duì)P1.7的狀態(tài)進(jìn)行不斷的查詢，來判斷 A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。實(shí)現(xiàn)中斷方式的具體程序如下：

MAIN：MOV R1,#50H；置轉(zhuǎn)換結(jié)果存放數(shù)據(jù)區(qū)首址

MOV DPTR,#7FF8H；DPTR指向ADC0809的通道IN0地址

MOV R7,#08H；置轉(zhuǎn)換通道數(shù)

LOOP：MOVX ＠DPTR,A；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

WAIT：MOV A,P1；未轉(zhuǎn)換完，繼續(xù)查詢

JNB ACC.7,WAIT

MOVX A,＠DPTR；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果

MOV ＠R1,A；轉(zhuǎn)換結(jié)果存入結(jié)果數(shù)據(jù)區(qū)

INC DPTR；指向下一個(gè)通道

INC R1；修改結(jié)果數(shù)據(jù)區(qū)指針

DJNZ R7,LOOP；8路模擬信號(hào)是否都已轉(zhuǎn)換完成？

SJMP $

本例是一段 8通道模擬信號(hào)采樣程序，在順利完成第一次8通道循環(huán)后，遇到SJMP $，難以 “不斷的查詢”，由于程序未按中斷方式編寫，也不能“實(shí)現(xiàn)中斷”取值，沒有后續(xù)檢測(cè)則控制無以為據(jù)?？尚械淖龇ㄊ抢枚〞r(shí)器建立周期指針，為“實(shí)現(xiàn)中斷”測(cè)控方式提供節(jié)律。本例采用集中測(cè)(控)，即使采用中斷也難免“不斷的查詢”，如果采用分散測(cè)控并令測(cè)控節(jié)律略大于A/D轉(zhuǎn)換周期，使A/D轉(zhuǎn)換與測(cè)控程序平行運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)中斷內(nèi)無條件取值，不但節(jié)省查詢等待時(shí)間，還可使測(cè)控時(shí)標(biāo)更精確。

引述以上4例皆因其典型，絕非其他使用SJMP $及其近義指令的程序就沒有問題，至少，耗在一個(gè)點(diǎn)上等待實(shí)際上已造成程序阻塞，許多功能被屏蔽是既成事實(shí)。

（四）程序參考框架與建議

下面是一個(gè)概略的程序參考框架。

… ;初始化模塊MOV PTER,#00H;啟動(dòng)自行待機(jī)

KEY: … ;鍵盤解碼模塊

JNB F0,SEQU ;運(yùn)行/調(diào)試選擇

TEST: … ;鍵盤二次解碼

MOV PTER,A ;保存散轉(zhuǎn)指針

DISP1: ACALL DISP ;調(diào)用顯示模塊MOV A,PTER ;提取散轉(zhuǎn)指針

RL A

SELECT: JMP @A+DPTR ;選擇運(yùn)行模式

SJMP KEY ;目標(biāo)地址很近AJMP SEQU ;目標(biāo)地址較近AJMP SELE1…

LJMP SEELN ;目標(biāo)地址較遠(yuǎn)… ;被隔離區(qū)

SEQU: SETB EA ;主模塊開中斷CLR F0 ;關(guān)閉手動(dòng)調(diào)試…

ACALL DISP ;進(jìn)行人機(jī)對(duì)話AJMP KEY

TABLE: … ;數(shù)據(jù)表隔離區(qū)

SELE1: CLR EA ;暫停輸出模塊SETB F0 ;激活手動(dòng)調(diào)試AJMP KEY ;保持人機(jī)對(duì)話… ;被隔離區(qū)

… ;其他功能模塊

SEELN: … ;模塊N

LJMP KEY

… ;被隔離區(qū)

DISP： … ;顯示模塊

RET

… ;被隔離區(qū)

TIMER0: … ;定時(shí)中斷0

RETI

… ;被隔離區(qū)

… ;其他中斷

INTT1: … ;外部中斷1

RETI

… ;被隔離區(qū)

從例舉的程序框架可以看出，賦予指令SJMP $的三種功能，其實(shí)都是誤解。

其一，程序中能自然產(chǎn)生許多被隔離區(qū)，根據(jù)需要靈活分配即可。

其二，所謂暫?？煞殖绦驎和：蛦纹瑱C(jī)暫停兩層含義。程序暫停因無嚴(yán)格定義而無從討論，但并不妨礙質(zhì)疑其意義何在及爾后如何喚醒。單片機(jī)僅需臨時(shí)關(guān)閉其控制(信號(hào)輸出)功能，其中也包括阻止具有輸出功能的中斷服務(wù)程序，此時(shí)外在表現(xiàn)即為暫停，并不需要關(guān)閉其監(jiān)視(信號(hào)輸入)功能，也就是說，程序無需暫停。

單片機(jī)不能完全避免(有別于暫停的)待機(jī)，程序框架例舉了一種解決方案。系統(tǒng)啟動(dòng)后處于無中斷待機(jī)狀態(tài)，可隨時(shí)借助鍵盤修改散轉(zhuǎn)指針PTER，選擇程序各項(xiàng)功能。選擇運(yùn)行主模塊時(shí)開中斷，隨即取消調(diào)試/手動(dòng)功能，當(dāng)然機(jī)器時(shí)間充裕時(shí)不取消也無妨，但始終保留人機(jī)對(duì)話功能，以便于狀態(tài)轉(zhuǎn)換。如果確實(shí)需要待機(jī)，通過選擇可選模塊 SELE1關(guān)閉中斷的同時(shí)激活調(diào)試/手動(dòng)功能，將待機(jī)視為啟用調(diào)試/手動(dòng)功能的前奏，要比單純待機(jī)更安全。

其三，中斷是一種滿足響應(yīng)條件即可隨機(jī)插入子程序的運(yùn)行方式，空等專侯就枉費(fèi)了。

通過檢討可知，指令SJMP $的表現(xiàn)乏善可陳，亦無獨(dú)到專長(zhǎng)，故類似指令切勿濫用。

[1]王用倫.微機(jī)控制技術(shù)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2004.

[2]李全利.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2001.

[3]張曄.王玉民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2006.

[4]王效華.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M].北京:北京交通大學(xué)出版社,2007.

TP368.1

A

1008-1151(2011)04-0046-02

2011-01-12

田邱林（1952－），男，河北完縣人，桂林理工大學(xué)高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院（南寧校區(qū)）高級(jí)工程師，副教授，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)組成原理、單片機(jī)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)等。