編譯器優化造成上注代碼部分功能失效分析

山東航天電子技術研究所 都曉輝 曹振興

本文介紹了一種以80C32E為核心，具備上注功能的單片機系統，軟件在編譯生成上注代碼后，上注代碼在EEPROM運行異常情況，通過對上注代碼運行異常進行分析研究，最終找出由于編譯器優化造成部分功能失效的原因，并進行了總結。

1.概況

某單片機程序采用固化程序加上注代碼的執行模式，若軟件發現問題可通過上注代碼對部分代碼功能進行更改，本案例說明由于在對上注代碼的制作過程中編譯器優化造成上注代碼執行部分功能失效的問題。硬件框圖見圖1；

圖1 硬件框圖

80C32系統的硬件結構如圖1所示，包括單片機80C32、ROM、RAM、EEPROM1、EEPROM2和總線接口。ROM、RAM、EEPROM1、EEPROM2和總線接口均與單片機80C32互連。80C32系統上電后運行ROM中的固化程序，根據需要，可通過總線接口向80C32系統發送上注程序，并將上注程序寫入EEPROM1、EEPROM2和RAM中，當系統接收到執行上注程序的指令后，執行EEPROM中的上注程序。

2.故障現象

某軟件在按照部門的統一要求將上注代碼做成完全上注模式后確認測試時發現在運行上注程序時，發現部門程序功能失效，運行結果和預期不一致。

注：完全上注模式，將在固化程序中出現的軟件功能在上注代碼中全部實現。在上注代碼制作過程中將主程序中MAIN函數中出現的函數、變量、標志等定位到與固化程序相同的地址上，所出現的函數只保留函數皮（函數中無內容），程序切換到上注執行模式后將跳至上注代碼模塊。

3.故障原因

上注代碼中選用主程序中的相應功能代碼，注入到上注程序區。為了進一步分析問題將上注代碼上注后將EEPROM中的數據讀出，與上注的代碼進行比對，通過比對發現兩者一致，排除代碼上注的過程中某環節出現問題將上注代碼改寫的情況。進而對固化程序和上注代碼的C和編譯生成的匯編代碼進行檢查比對如下。

表1 上注代碼C程序及對應匯編

表2 固化程序中C代碼及對應匯編

通過比對發現固化程序比上注程序在退出函數后將DPTR的值進行了重新賦值（恢復到標志位的地址）而上注代碼部分則無。（粗斜體部分）

在固化程序中對JMJDataPack()、XJDataPack()、GPSDataPack()三模塊進行查看發現在函數內多次對DPTR的值進行改寫，退出后對DPTR的值進重新賦值，而在上注程序運行的過程中調用固化程序相應的模塊，結果跳出相應的模塊后，DPTR的值未重新賦值，將對應的錯誤的地址值進行改寫，未能實現正確的標志位改變功能，致使出現相對應的功能實現不了，在此過程中編譯器編譯出了問題。

分析和試驗發現編譯器在編譯固化程序時由于JMJDataPack()、XJDataPack()、GPSDataPack()函數中多次將DPTR的值進行改寫，因此在退出上述函數后編譯器將標志位的地址重新賦值給DPTR，再對該地址的值進行修改，而編譯器在編譯上注程序時由于上述函數使用的是空函數（上注程序中函數對應的地址與固化程序一一對應，無函數內容），沒有對DPTR進行更改，配置環境在8級優化的情況下編譯器在編譯的過程中將優化處理（“窺孔”優化，不必要的從存儲器裝入對象及裝入常數的操作）不對DPTR 的值進行重新賦值，造成上述現象的發生。在“Options選項/C51標簽頁/Code Optimization欄/Leve框”內選取優化級別。OPTIMIZE命令設置優化級別和優化重點，共有9個優化級別，高優化級別中包含了前面所有的底優化級別。

現在的程序編譯過程中均采用8級優化，由于高優化級別中包含了前面所有的底優化級別，因此編譯器在對上注代碼模塊編譯時將重復的DPTR賦值操作去掉，造成上述現象的發生。

4.解決措施

針對該問題有目前三種解決方法：

當前固化程序和上注代碼KEILC在環境配置時選用的8級優化，將上注代碼環境配置優化級別選為2級，即不對代碼進行“窺孔”優化。

更改上注代碼如下：

將fgYKManage = FALSE; fgGBManage = FALSE;分別放到XJDataPack()和GPSDataPack()函數內。

5.總結

在使用相應的工具進行編程時，尤其是對具有代碼優化功能的編譯軟件的環境配置應特別注意，其某些優化功能可能會造成對某些代碼的功能出錯，在用之前一定要對相應的優化內容和規則有深刻了解。在代碼完成后還要加強代碼的各項確認測試工作，認真核對每一項功能是否有偏差，仔細認真的比對每一項指標。