淺析嵌入式存儲系統(tǒng)設計方法

嵌入式存儲系統(tǒng)由嵌入式硬件和固化在硬件平臺中的嵌入式存儲系統(tǒng)軟件組成。傳統(tǒng)的小規(guī)模嵌入式存儲系統(tǒng)，軟件多采用前后臺的方法，通常應用于實時性要求不高的簡單場合；對于復雜的應用場合，較為普遍的做法是給系統(tǒng)配上嵌入式存儲系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)（RTOS），這樣不僅能夠使系統(tǒng)具有良好的實時性能，降低軟件編制的工作量，還可以提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。此外，為了簡化用戶程序，系統(tǒng)通常要提供一些必要的庫函數(shù)供用戶調(diào)用。同前后臺系統(tǒng)相比，這種實時嵌入式系統(tǒng)增加了系統(tǒng)存儲空間的開銷。Intel 8051系列及各種兼容的單片機因其極高的性價比、豐富的庫函數(shù)和長期的技術積累等背景而被廣泛應用于各種嵌入式領域中。受傳統(tǒng)單片機尋址空間的限制，嵌入式應用中經(jīng)常需要進行存儲空間擴展。本文借鑒傳統(tǒng)計算機系統(tǒng)設計中的虛擬存儲技術，以8051單片機為例提出一種采用頁面分組和虛擬接口技術擴展存儲空間的方法。本方法與Keil C編譯器具有良好的兼容性。

2 存儲系統(tǒng)的組織

2.1 虛擬存儲系統(tǒng)

計算機系統(tǒng)中常采用虛擬存儲技術來擴展存儲系統(tǒng)容量，頁式虛擬存儲器是常用的一種組織方法。在這種方法下，整個虛擬地址空間和主存空間均被分成容量相等的若干頁，地址變換機構（通常是一個快速地址變換表）建立了虛擬空間到主存空間虛頁到實頁的映射。頁式存儲器組織關系如圖1。

虛擬存儲系統(tǒng)利用計算機CPU中的一組寄存器堆作為頁表基址寄存器，如圖1（b）所示，它與頁表一起給出用戶程序地址。實際計算機系統(tǒng)的頁式虛擬存儲要比這復雜得多，還需考慮未命中時的外部地址變換以及頁面替換算法，然而在嵌入式存儲系統(tǒng)中這些都可以簡化乃至省去。

2.2 單片機嵌入式存儲系統(tǒng)程序存儲區(qū)擴展

受虛擬存儲系統(tǒng)啟發(fā)，我們把上述方法作了一些修改以應用于嵌入式存儲系統(tǒng)中。由于系統(tǒng)設計選用的外部程序存儲器容量為256k，而一般單片機（如 8051系列）的尋址空間為64k，為簡單起見，以64k為一頁，將256k虛擬地址分為4頁映射到單片機的64k空間。嵌入式存儲系統(tǒng)中地址變換機構可被簡化：單片機沒有專用的頁表基址寄存器，可以通過額外的端口線（如P1.0，P1.1，P1.2等）作為基址指定不同的頁面，頁表查詢可用一個跳轉(zhuǎn)表實現(xiàn)。然而頁面切換前后必須保證能夠正確訪問到跳轉(zhuǎn)表，因此所有64k頁面都需要有一個完全相同的代碼段用來存放跳轉(zhuǎn)表和中斷矢量等公共資源。