单片机main()函数退出之后，程序会跑去哪里？

一路上 · 发表于 2023-4-4 10:07:41

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前言

对于嵌入式系统，如果没有运行RTOS，那么程序开发中的主函数main()需要通过某种机制使其永远愉快的运行下去，它没有终点。如果想从main函数中退出，具体干什么是由所使用的C语言编译器决定的。

一、问题提出

在单片机led模块定义函数中看到一个有趣的问题。提问者在进行基本的C51编程实验，编写了一个简单的C51程序如下：

#include <REGX51.H>
void test(num) {
switch(num) {
case 1: P2_0=0; P2_1=0;
break;
}
}
void main(void) {
test(1);
}

复制代码

程序执行完之后，可以看到实验板上的有两个LED被点亮，另外六个居然微微发亮。

如果在主程序中，增加一个无限循环：while(1); ，则电路板上的就不再会出现“微微点亮”的现象了。

#include <REGX51.H>
void test(num) {
switch(num) {
case 1: P2_0=0; P2_1=0;
break;
}
}
void main(void) {
test(1);
while(1);
}

复制代码

上面两种情况的区别，在于第二个程序中主循环 main()函数始终没有退出，而第一个程序，main()函数退出了。似乎前面LED微微点亮应该与主函数退出之后，单片机都干了些啥有关系。

那么就剩下一个问题：对于普通的嵌入式系统，C语言编程中main()函数退出之后，程序去哪儿了？

二、程序去哪儿了？

从上面提问者书写的代码来看，应该是一位C51的爱好者，使用的是C51的编译器，在一款C51开发板上愉快的进行实验。他一开始没有安装嵌入式程序开发的惯例在主程序void main(void)中利用无限循环将程序控制在主程序函数中，就出现了前面实验结果中令人迷惑的情况。

“注：他是一个胆大心细的人，观察还挺仔细的。”

复制代码

2.1 盘古开天辟地

对于C语言编程来说，所有的用户程序世界是从主程序main()开始的。给用户程序开天辟地的任务是由一小段盘古代码STARTUP.A51。

51单片机程序执行流程（STARTUP.A51管理Main函数的执行）

下面截取了STARTUP.A51 代码的一段，可以看到盘古在单片机RESET之后做了点准备工作（初始化全局变量、堆栈指针）之后，就直接跳转至：?C_START

NAME ?C_STARTUP
?C_C51STARTUP SEGMENT CODE
?STACK SEGMENT IDATA
RSEG ?STACK
DS 1
EXTRN CODE (?C_START)
PUBLIC ?C_STARTUP
CSEG AT 0
?C_STARTUP: LJMP STARTUP1
RSEG ?C_C51STARTUP
STARTUP1:
IF IDATALEN <> 0
MOV R0,#IDATALEN - 1
CLR A
IDATALOOP: MOV @R0,A
DJNZ R0,IDATALOOP
ENDIF
IF XDATALEN <> 0
MOV DPTR,#XDATASTART
MOV R7,#LOW (XDATALEN)
IF (LOW (XDATALEN)) <> 0
MOV R6,#(HIGH (XDATALEN)) +1
ELSE
MOV R6,#HIGH (XDATALEN)
ENDIF
CLR A
XDATALOOP: MOVX @DPTR,A
INC DPTR
DJNZ R7,XDATALOOP
DJNZ R6,XDATALOOP
ENDIF
IF PPAGEENABLE <> 0
MOV PPAGE_SFR,#PPAGE
ENDIF
IF PDATALEN <> 0
MOV R0,#LOW (PDATASTART)
MOV R7,#LOW (PDATALEN)
CLR A
PDATALOOP: MOVX @R0,A
INC R0
DJNZ R7,PDATALOOP
ENDIF
IF IBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_IBP)
MOV ?C_IBP,#LOW IBPSTACKTOP
ENDIF
IF XBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_XBP)
MOV ?C_XBP,#HIGH XBPSTACKTOP
MOV ?C_XBP+1,#LOW XBPSTACKTOP
ENDIF
IF PBPSTACK <> 0
EXTRN DATA (?C_PBP)
MOV ?C_PBP,#LOW PBPSTACKTOP
ENDIF
MOV SP,#?STACK-1
LJMP ?C_START
END

复制代码

上面的代码也被博文51单片机程序执行流程（STARTUP.A51）中进行逐步调试跟踪验证过：

2.2 世界尽头

由于进入main()函数是长跳转，所以main函数是不会正常返回到启动程序STARTUP.A51，那么程序去哪了？

在博文单片机C语言while(1)的问题中作者对于KEIL编译器和PIC的MAPLAB编译器对于main函数的最后时光进行了反汇编查看。

Keil编译器

在main函数的最后，程序增加了一下几行代码：

MOV R0, #0x7F
CLR A
MOV @R0, A
DJNZ R0, (3)
MOV SP, #0x0C
LJMP main

复制代码

这几条语句，前4条，是将我们单片机的内存的前128个地址清零，第5条，是定义堆栈，第6条，是将程序重新跳转到main函数的首行进行执行。

MAPLAB编译器

PIC 单片机语言程序进行跟踪，发现main() 函数最后一条语句为 reset，也就是单片机直接复位，这是 MAPLAB编译器根据 PIC 单片机特点增加的复位语句。

总结

对于嵌入式系统，如果没有运行RTOS，那么程序开发中的主函数（main()）需要通过某种机制使其永远愉快的运行下去，它没有终点。如果想从main函数中退出，具体干什么是由所使用的C语言编译器决定的。

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