采用段式管理的大容量外部RAM擴展技術(shù)
MCS96系列單片機是一種16位字長,比MCS51系列單片機功能更全、性能更高的單片機,在儀器儀表、過程控制等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。在采用MCS96系列單片機的應(yīng)用開發(fā)中,我們碰到一個難題:當(dāng)需要大容量的數(shù)據(jù)存儲時,數(shù)據(jù)存儲器的擴展如采用與MCS51系列單片機同樣的方法則無法工作。因為其內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)采用程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器統(tǒng)一編址的普林斯頓結(jié)構(gòu),程序存儲器的地址與數(shù)據(jù)存儲器的地址不能相同;而MCS51系列單片機采用程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開編址的哈佛結(jié)構(gòu),程序存儲器的地址與數(shù)據(jù)存儲器的地址不沖突,可以相同,因而其數(shù)據(jù)存儲器擴展容易,而且整個數(shù)據(jù)存儲器地址空間連續(xù)。MCS96系列單片機的普林斯頓內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)決定了不能簡單采用與MCS51系列單片機相同的數(shù)據(jù)存儲器擴展技術(shù)。本文針對MCS96系列單片機的內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)特點給出一種段式管理的大容量的數(shù)據(jù)存儲器擴展技術(shù)。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/171939.htm1 段式管理的大容量數(shù)據(jù)存儲器擴展技術(shù)
設(shè)計思想概述:針對MCS96系列單片機的存儲結(jié)構(gòu)特點,可看出擴展的數(shù)據(jù)存儲器的低16位地址不能與程序存儲器的地址相同,因此,必須從MCS96系列單片機的內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)中找出一個專門的區(qū)域。本文將此區(qū)域定義為段,對其進(jìn)行擴展,通過各段的高地址來區(qū)分不同段。由于各段的實際物理地址是不相連的,從用戶角度看,直接使用物理地址編程很麻煩,因此設(shè)計一個邏輯段表來管理,并且設(shè)計一個簡單的子程序來完成邏輯地址與物理地址的轉(zhuǎn)換,從而便于用戶編程。具體過程如下。
1.1 段的設(shè)置區(qū)域
根據(jù)圖1所示MCS96系列單片機的內(nèi)存體系結(jié)構(gòu)分配圖可以看出,0100H~1FFDH,4000H~0FFFFH兩個區(qū)域可以給外部存儲器及I/O口使用。0100H~1FFDH的區(qū)域較小,考慮到一般應(yīng)用系統(tǒng)的程序較短,只有同KB,I/O口地址更少,因而可以將此區(qū)域分析給外部程序存儲器與I/O 口。4000H~0FFFFH區(qū)域分配給外部數(shù)據(jù)存儲器。由于一般數(shù)據(jù)存儲順芯片的存儲地址容量為2NKB(N為大于零的整數(shù)),因此,這48KB的區(qū)域可以劃分為32KB與16KB的兩個區(qū)間。如果要求大容量存儲地址空間,則可以把以上48KB的區(qū)域整個看成一個段,或者將區(qū)域的一部分看成一個段,多設(shè)置幾個這樣的段就可以解決。
1.2 段的存儲空間的最佳設(shè)置
由于段的空間的設(shè)置區(qū)域在4000H~0FFFFH的48KB的存儲地址空間,因而有三種段的存儲地址空間大小的設(shè)置方案。
①每段設(shè)為起始地址相同的32KB;
②每段都設(shè)為48KB;
③一些段設(shè)為48KB;一些段設(shè)為32KB。
由于方案2與3采用32KB的存儲區(qū)間與16KB的存儲區(qū)間組成段,因而在硬件設(shè)計方面使地址譯碼器與存儲器的連接復(fù)雜,更不便于對各段存取管理,尤其對于數(shù)據(jù)存儲器采用單個大容量的EEPROM或FLASH RAM時,硬件設(shè)計更是困難;而方案1則只采用32KB的芯片組成段,而且起始地址相同,對于數(shù)據(jù)存儲器采用多個32KB的RAM芯片,或者數(shù)據(jù)存儲器采用單個大容量的EEPROM或FLASH RAM芯片中(可在其內(nèi)部劃分為多個32KB段),在硬件設(shè)計方面非常簡單,也便于用邏輯段表進(jìn)行存取管理。因而要用方案1,即段的存儲空間大小的最佳設(shè)置為32KB。
1.3 段的存取控制
1.3.1 存儲器邏輯段與物理段的關(guān)系
由于段的存儲地址空間大小的最佳設(shè)置為32KB,各段的實際物理地址為物理段號加上物理段內(nèi)地址,因此,可設(shè)物理段號的存儲單元為8bit。這樣,整個擴展數(shù)據(jù)存儲器容量為256×32KB,即8MB,對于一般的單片機應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足了。由于各物理段之間地址不連續(xù),用戶直接使用物理地址編程不方便,因而要采用連續(xù)的邏輯地址供用戶使用,來對各物理段訪問。邏輯地址分為邏輯段號與邏輯偏移地址兩部分,邏輯段號的存儲單元也為8bit,但由于邏輯偏移地址為16bit,因而一個邏輯段的大小為64KB,地址從0000H~0FFFFH,即1個邏輯段與2個物理段相對應(yīng),所以邏輯段的個數(shù)為實際物理段的個數(shù)的一半。對物理段與邏輯段進(jìn)行編號,設(shè)邏輯段的個數(shù)為N個,編號為0,1,2,…,N-1,可以用圖2來表示二者的對應(yīng)關(guān)系。
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