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51單片機的存儲組織

作者: 時間:2016-11-10 來源:網(wǎng)絡 收藏
MCS-51單片機的存儲器組織結構

特點:哈佛結構,程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器分開,兩者各有一個相互獨立的64K(0x0000 ~ 0xFFFF)的尋址空間(準確地說,內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器與外部數(shù)據(jù)存儲器不是一回事)。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201611/317157.htm

程序存儲器:

①用于存放程序(可執(zhí)行的二進制代碼映像文件,包括程序中的數(shù)據(jù)信息),還包括初始化代碼等固件。

②為只讀存儲器。注意,這里的“只讀”,是指單片機(CPU)在正常工作時對其的訪問方式是只讀的;而現(xiàn)在大多數(shù)單片機的程序存儲器(不管是內(nèi)部還是外部)都采用了FLASH ROM,來取代以前所用的ROM、E2PROM等,可方便地進行在線編程(ISP)。

③標準8051的內(nèi)部程序存儲器大小為4KB(0x0000 ~ 0x0FFF);而具體的51核的兼容單片機的內(nèi)部ROM大小需要參考其Datasheet,例如P89C51RA2xx的內(nèi)部程序存儲器是8K的Flash。

④內(nèi)部、外部存儲器統(tǒng)一編址,在軟件設計上(指令系統(tǒng)中)沒有差別;是否使用外部程序存儲器是通過引腳EA在硬件電路上控制的:不使用外部程序存儲器時,EA=0(接地);如果擴展了外部程序存儲器,則使EA=1(接電源),當尋址到內(nèi)部存儲空間以外時,會自動轉(zhuǎn)向外部程序存儲器空間(與擴展外部程序存儲器有關的還有PSEN和ALE的時序配合,以及P0和P2口用于地址線)。

[注]一般直接選用內(nèi)部程序存儲器滿足代碼大小要求的單片機型號,避免擴展外部存儲器,造成系統(tǒng)軟硬件設計上的復雜和額外開銷。

數(shù)據(jù)存儲器:

為RAM。首先必須要強調(diào)的是,不管是物理上還是邏輯上,51單片機的內(nèi)部、外部數(shù)據(jù)存儲器都在不同的地址空間。兩者不是一回事,用途也不一樣,訪問的指令也不同(內(nèi)部RAM為MOV指令,外部為MOVX)。

1、內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器(內(nèi)部RAM)

相當于內(nèi)存,為程序(進程)中的變量和常量分配存儲空間,掉電后內(nèi)容消失。

標準8051的內(nèi)部RAM為256B(0x00 ~ 0xFF):其中可供用戶自由使用的是低128B(0x00 ~ 0x7F)區(qū)域,高128B中定義了26B的特殊功能寄存器(SFR),其余沒有定義,因而沒有意義。

P89C51RA2xx的片內(nèi)RAM是512B(片內(nèi)RAM不等于內(nèi)部RAM,見釋疑2)。

[說明]關于內(nèi)部RAM中的SFR,其中不但定義了一些控制字段,還包括累加器(ACC)、程序狀態(tài)字(PSW)、數(shù)據(jù)指針(DPTR)、堆棧指針(SP)等,值得注意的是,片上I/O口P0 ~ P3的地址也在這里定義(即有3個特殊功能寄存器的地址實際上是P口的地址)——這是因為51單片機的I/O口與存儲器是統(tǒng)一編址的。

2、外部數(shù)據(jù)存儲器(外部RAM)

上面談到“I/O口與存儲器統(tǒng)一編址”的問題,因此,這里稱作外部RAM空間更為合適。在這個64KB地址空間中(0x0000 ~ 0xFFFF),除了可以擴展外部RAM外,還可以擴展外部I/O設備。

外部RAM主要用于存儲程序運行時產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)(如數(shù)據(jù)采集結果、數(shù)據(jù)處理結果、系統(tǒng)日志等),這時一般需要外加電源進行掉電保護,以在系統(tǒng)掉電時保存其中的數(shù)據(jù)信息;也可用于數(shù)據(jù)的暫時存儲,供CPU正常讀寫操作使用。因此外部RAM主要是使用其“可隨機訪問、讀寫方便且高速”的特性。

*所謂I/O口與存儲器統(tǒng)一編址,是指I/O口與主存在同一地址空間,將處理器的可尋址存儲空間中專門劃出一部分地址空間分配給I/O口使用。這與PC機的x86處理器不同,x86體系結構為I/O口專門定義了獨立于存儲空間之外的地址空間(事實上,除X86外,其他體系結構的處理器都對I/O口與存儲器統(tǒng)一編址,可參考《Linux Device Drivers》)。

釋疑1:51只有16根地址線,為什么能同時將程序存儲器和外部數(shù)據(jù)存儲器都擴展到64KB呢?即外部即有ROM,又有RAM,如何知道訪問的是哪個?

在體系結構上,程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器是不同的地址空間,兩者的訪問是不會相互干擾的,這主要是通過在硬件和指令集設計上來實現(xiàn)的。

在硬件上,訪問外部ROM是通過EA和PSEN引腳來控制的;訪問外部RAM則是通過WR和RD信號來控制的;

在指令集上,訪問外部ROM不需要使用顯示指令,是通過PC(指令計數(shù)器)來控制取指地址的(跳轉(zhuǎn)指令也可能引起PC跳轉(zhuǎn));而訪問外部RAM則需要在程序設計上使用指令MOVX來執(zhí)行。另外,訪問內(nèi)部RAM則使用了指令MOV,以區(qū)分外部RAM的訪問。

釋疑2:P89C51RA2xx的片內(nèi)RAM是512B,是如何組織的?

P89C51RA2xx的片內(nèi)RAM是512B:其中內(nèi)部RAM為256B(使用MOV指令訪問,定義與標準51相同);另外的256B為XRAM(片內(nèi)的外部數(shù)據(jù)存儲器),屬于外部存儲器的范疇,因此用途也同外部RAM,使用MOVX指令訪問,當程序中的全局變量或單個局部變量需占較大存儲空間時,可以定義為xdata型,保存到XRAM區(qū)。注意這個片內(nèi)的XRAM掉電后其數(shù)據(jù)也會丟失;另外,如果要擴展外部RAM,則一般是設置XRAM為禁用態(tài)。



關鍵詞: 51單片機存儲組

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