MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)器組織結(jié)構(gòu)
特點(diǎn)：哈佛結(jié)構(gòu)，程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開(kāi)，兩者各有一個(gè)相互獨(dú)立的64K(0x0000 ~ 0xFFFF)的尋址空間(準(zhǔn)確地說(shuō)，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器不是一回事)。
程序存儲(chǔ)器：
① 用于存放程序(可執(zhí)行的二進(jìn)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(chǔ)器。注意，這里的“只讀”，是指單片機(jī)(CPU)在正常工作時(shí)對(duì)其的訪問(wèn)方式是只讀的;而現(xiàn)在大多數(shù)單片機(jī)的程序存儲(chǔ)器(不管是內(nèi)部還是外部)都采用了FLASH ROM，來(lái)取代以前所用的ROM、E2PROM等，可方便地進(jìn)行在線編程(ISP)。
③ 標(biāo)準(zhǔn)8051的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器大小為4KB(0x0000 ~ 0x0FFF);而具體的51核的兼容單片機(jī)的內(nèi)部ROM大小需要參考其Datasheet，例如P89C51RA2xx的內(nèi)部程序存儲(chǔ)器是8K的Flash。
④ 內(nèi)部、外部存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址，在軟件設(shè)計(jì)上(指令系統(tǒng)中)沒(méi)有差別;是否使用外部程序存儲(chǔ)器是通過(guò)引腳EA在硬件電路上控制的：不使用外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，EA=0(接地);如果擴(kuò)展了外部程序存儲(chǔ)器，則使EA=1，當(dāng)尋址到內(nèi)部存儲(chǔ)空間以外時(shí)，會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)向外部程序存儲(chǔ)器空間(與擴(kuò)展外部程序存儲(chǔ)器有關(guān)的還有PSEN和ALE的時(shí)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(chǔ)器滿足代碼大小要求的單片機(jī)型號(hào)，避免擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，造成系統(tǒng)軟硬件設(shè)計(jì)上的復(fù)雜和額外開(kāi)銷。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：
為RAM。首先必須要強(qiáng)調(diào)的是，不管是物理上還是邏輯上，51單片機(jī)的內(nèi)部、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(wèn)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(chǔ)器(內(nèi)部RAM)
相當(dāng)于內(nèi)存，為程序(進(jìn)程)中的變量和常量分配存儲(chǔ)空間，掉電后內(nèi)容消失。
標(biāo)準(zhǔn)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(méi)有定義，因而沒(méi)有意義。
P89C51RA2xx的片內(nèi)RAM是512B(片內(nèi)RAM不等于內(nèi)部RAM，見(jiàn)釋疑2)。
[說(shuō)明] 關(guān)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(gè)特殊功能寄存器的地址實(shí)際上是P口的地址)——這是因?yàn)?1單片機(jī)的I/O口與存儲(chǔ)器是統(tǒng)一編址的*。
2、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(外部RAM)
上面談到“I/O口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址”的問(wèn)題，因此，這里稱作外部RAM空間更為合適。在這個(gè)64KB地址空間中(0x0000 ~ 0xFFFF)，除了可以擴(kuò)展外部RAM外，還可以擴(kuò)展外部I/O設(shè)備。
外部RAM主要用于存儲(chǔ)程序運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的重要數(shù)據(jù)(如數(shù)據(jù)采集結(jié)果、數(shù)據(jù)處理結(jié)果、系統(tǒng)日志等)，這時(shí)一般需要外加電源進(jìn)行掉電保護(hù)，以在系統(tǒng)掉電時(shí)保存其中的數(shù)據(jù)信息;也可用于數(shù)據(jù)的暫時(shí)存儲(chǔ)，供CPU正常讀寫(xiě)操作使用。因此外部RAM主要是使用其“可隨機(jī)訪問(wèn)、讀寫(xiě)方便且高速”的特性。
* 所謂I/O口與存儲(chǔ)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(chǔ)空間中專門(mén)劃出一部分地址空間分配給I/O口使用。這與PC機(jī)的x86處理器不同，x86體系結(jié)構(gòu)為I/O口專門(mén)定義了獨(dú)立于存儲(chǔ)空間之外的地址空間(事實(shí)上，除X86外，其他體系結(jié)構(gòu)的處理器都對(duì)I/O口與存儲(chǔ)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(shí)將程序存儲(chǔ)器和外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都擴(kuò)展到64KB呢?即外部即有ROM，又有RAM，如何知道訪問(wèn)的是哪個(gè)?
在體系結(jié)構(gòu)上，程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是不同的地址空間，兩者的訪問(wèn)是不會(huì)相互干擾的，這主要是通過(guò)在硬件和指令集設(shè)計(jì)上來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
在硬件上，訪問(wèn)外部ROM是通過(guò)EA和PSEN引腳來(lái)控制的;訪問(wèn)外部RAM則是通過(guò)WR和RD信號(hào)來(lái)控制的;
在指令集上，訪問(wèn)外部ROM不需要使用顯示指令，是通過(guò)PC(指令計(jì)數(shù)器)來(lái)控制取指地址的(跳轉(zhuǎn)指令也可能引起PC跳轉(zhuǎn));而訪問(wèn)外部RAM則需要在程序設(shè)計(jì)上使用指令MOVX來(lái)執(zhí)行。另外，訪問(wèn)內(nèi)部RAM則使用了指令MOV，以區(qū)分外部RAM的訪問(wèn)。
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(wèn)，定義與標(biāo)準(zhǔn)51相同);另外的256B為XRAM(片內(nèi)的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器)，屬于外部存儲(chǔ)器的范疇，因此用途也同外部RAM，使用MOVX指令訪問(wèn)，當(dāng)程序中的全局變量或單個(gè)局部變量需占較大存儲(chǔ)空間時(shí)，可以定義為xdata型，保存到XRAM區(qū)。注意這個(gè)片內(nèi)的XRAM掉電后其數(shù)據(jù)也會(huì)丟失;另外，如果要擴(kuò)展外部RAM，則一般是設(shè)置XRAM為禁用態(tài)。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2018-05-18
