基于單片機的大程序和數(shù)掘空間的設計和實現(xiàn)

時間：2012-09-03 14:38:59

關鍵字：基于單片機 Flash 數(shù)據(jù)存儲器引腳

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[導讀]單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬

單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅動電路、脈寬調制電路、模擬多路轉換器、A/D轉換器等電路）集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。

MCS51系列單片機是目前應用非常廣泛的8位MCU。MCS5l系列單片機的地址總線為16位，不作擴展的情況下其最大的程序和數(shù)據(jù)地址空間為64 KB。但是隨著控制領域的不斷智能化、復雜化，程序代碼或數(shù)據(jù)空間的大小可能遠遠大于64 KB。結合相應的硬件地址擴展，使用KeilC5l的Blank Switch技術可生成代碼長度和數(shù)據(jù)空間大于64 KB的目標程序。

1 Blank Switch技術介紹

具體實現(xiàn)Blank Switch技術的是KeilC5l中的分組連接定位器BL5l。Keil C5l語言源程序經過C5l編譯器編譯后，生成浮動地址的目標代碼文件。這種浮動地址的目標代碼必須經過連接定位器BL5l的連接和定位，生成具有絕對地址的目標代碼，才能寫入程序存儲器正常運行。

BL51支持分組連接定位，允許生成代碼大于64 KB的目標程序，可以在具有適當硬件擴展邏輯的系統(tǒng)中進行代碼組之間的切換，以達到正常運行的目的。

在Keil C5l開發(fā)工具的快速更新過程中，LX51成為功能更為完善的連接定位器，使用它替代BL51能夠增加更多的連接定位功能。筆者使用LX5l可以更加方便程序的開發(fā)。

2 系統(tǒng)硬件的設計

在采用BL5l對目標程序進行分組連接定位時，要求系統(tǒng)具有相應的硬件分組擴展邏輯。BL5l默認的分組方式是采用MCU的P1端口作硬件擴展地址線。采用l條Pl引腳時，分組數(shù)為2，采用6條P1引腳時，最多可分為64個代碼組，剩余的Pl口線也可做其他用途。

在系統(tǒng)中，以Pl端口作硬件擴展地址線，使用了4條Pl引腳（P1.4~P1.7）。主控部分硬件基本原理圖如圖1所示。在這里，去除了外圍控制接口（如串口）與其他CPU的互聯(lián)等電路，主要突出如何實現(xiàn)使用Pl端口作硬件擴展來增加程序空間和數(shù)據(jù)空間。筆者使用Flash29C040作為程序存儲器，由于程控交換機中有很多參數(shù)和設置數(shù)據(jù)需要斷電保存，所以使用了另一Flash29CO4O作為擴展的外部數(shù)據(jù)存儲器。

在和數(shù)據(jù)存儲器的連接中，增加了P1.O和P2.7組合對數(shù)據(jù)Flash 29C040的片選，主要是考慮可以增加主控芯片對外圍器件的控制。例如，當設置P1.0為0，地址為高32KB時，可以擴展增加訪問串口或其他器件。在本文就不再對該部分內容詳細描述了。同時，需要注意安排好變量的存儲地址，這一點將在下文中詳細描述。

在程序設計過程中，P1擴展地址線對程序員而言是不可見的。由BL5l產生的代碼來控制硬件的擴展引腳和代碼組的切換，這使程序員只需要將精力花費在代碼編寫和代碼組的安排上，大大提高了程序設計效率和穩(wěn)定性。

3 KeilC51的環(huán)境設置

除需要正確設計硬件電路，同時還要對Keil C5l提供的文件和環(huán)境進行正確設置才能真正實現(xiàn)地址的擴展。下面是需要進行相關配置的幾項。

在菜單Project選擇中選擇OpTION for Target“Tar-get”選擇項，按圖2所示進行項目配置。

◆由于使用4個Pl引腳進行硬件的擴展，所以在Banks選擇中使用16個物理頁。

◆使用32KB作為一個分頁的空間大小，所以在Bank Area中寫入地址范圍為0x8000~0xffff。

◆由于使用了擴展的數(shù)據(jù)存儲空間，所以選擇支持使用“far”變量類型，這樣就能方便地使用FARRAY、FVAR等宏和指針來訪問擴展的空間地址。

在菜單Project選擇中選擇Option for Target“Output”選擇項，按圖3所示進行項目配置。

在輸出的文件格式上使用HEX-386的文件格式。這是使用LX51連接定位器時產生的一種擴展型的HEX文件類型。

在工程窗體中，對工程中的每個源程序合理安排分組的位置，有以下幾點需要特別注意：

◆復位和中斷向量、代碼常數(shù)、C51中斷函數(shù)、組切跳轉表、庫函數(shù)這些代碼必須安排在公共代碼區(qū)域。

◆代碼組切換需要大約50個機器周期和2字節(jié)的堆?？臻g。因此應當仔細安排程序結構以盡量減少代碼之間的切換。被整個程序經常調用的函數(shù)應當安排在公共代碼區(qū)域。同時，同一功能模塊的函數(shù)大多相互調用，所以應當安排在同一代碼組，以減少代碼組的切換，提高系統(tǒng)運行效率。

◆L5l_BANK.A51必須安排在公共代碼區(qū)域。令Common代碼組和BankO代碼組在物理上實際是同一個代碼組，所以不要使用Bank0代碼組來給源程序分配空間。在L51_BANK.A5l文件中需根據(jù)硬件的具體情況配置修改以下代碼。

◆？B_NBAbIKS EQU 16 ／／定義最大分組（o~64），可為2、4、8、16、32、64。

◆？B_MoDE EQU 0 ／／O：通過8051單片機的I／0口進行分組切換，l：通過XDATA存儲器單元進行分組切換。

◆？B_RTX EQU O ／／0；不使用Keil的實時操作系統(tǒng)

◆？B_VAR_BANKINGEQU l ／／l；支持變量分頁（數(shù)據(jù)空間擴展）

◆？B_FIRSTBIT EQU 4 ／／對應最低位的Pl位

在這里需要注意的是，要根據(jù)自己系統(tǒng)的實際情況來安排硬件設計和軟件配置。例如，如果系統(tǒng)中使用了RTX-5l實時操作系統(tǒng)，那么在L51_BANK.A5l文件中B_RTX應當改寫為l。

在keil中printf 默認是向串口中發(fā)送數(shù)據(jù)的，所以，如果應用該函數(shù)，必須先初始化串口，否則可能引起死機的情況，并且在printf之前應該先將TI置位，摘抄原因如下：

1.printf函數(shù)是調用putchar函數(shù)輸入的，而putchar應該是先判斷ti是否為1，不為1則等待為1。如果為1則清0，然后送出一個字符。因此你如果直接使用printf函數(shù)，你的程序就會在putchar函數(shù)中等待ti為1。這時你的程序就相當于直接死掉了。你可以通過改寫putchar函數(shù)實現(xiàn)自己的目的。TI相當于是初始化~不給賦初值就不干活

2.Keil的串口處理比較巧妙的，我的分析如下：

putchar.c里面，是先檢測TI再發(fā)送。這樣做的目的是把盡可能多的時間留給2次串口操作之間的程序，而不是把等待字節(jié)發(fā)送的時間白白空等待浪費掉。所以，在系統(tǒng)初始化的時候，一定要令TI=1; 就可以順暢的使用printf函數(shù)了。摟主sbuf=" "的辦法，其實就是令TI=1. 另外要特別注意，printf函數(shù)執(zhí)行完畢后，最后一個字節(jié)并未發(fā)送完畢，例如在485通訊中，此時如果切換為收模式，會丟失最后一字節(jié)。

3.一般串口發(fā)送都是等TI（字節(jié)發(fā)送完標志）為1就馬上發(fā)送下一字節(jié)，由于不管是中斷還是查詢TI標志的方法，都會檢測TI，因此首次發(fā)送必須置位TI標志，使串口開始發(fā)送你的“在程序的初始化部分往串口數(shù)據(jù)寄存器SBUF里放一個字符來起用終端顯示；”方法最終作用也就是把TI置1，改成TI＝1;來啟動發(fā)送也是一樣的（當然，不會發(fā)出那個' '字符了）。

4.<stdio.h>中定義，調用底層的putchar（）來實現(xiàn)。底層發(fā)送數(shù)據(jù)到串口時，先查TI=1是否成立，死等直到TI=1時將新數(shù)據(jù)寫入SBUF,函數(shù)返回，所以要先將TI置1,啟動第一次傳輸操作?？刹榭捶磪R編相關代碼理解其工作機理！

5.自己理解：在多機通訊中，應該也要形成像 putchar（）函數(shù)的機理，要有串口中斷服務程序，并且是在該程序中判斷TI,根據(jù)TI是不是該發(fā)送下一組數(shù)據(jù)~同樣對于接收的一方

4 程序設計的相關問題

源程序通過對上文中環(huán)境和L5l_BAl7K.A5l文件的設置后，連接定位器，自行安排目標代碼的程序空間和控制代碼組程序切換。一般情況下，不需要程序員作更細微的安排，但是變量空間的安排需要根據(jù)實際系統(tǒng)作出合理分配。

從硬件設計中可知，當CPU的地址線最高位P2.7為0時，不論P1擴展地址是多少，訪問的數(shù)據(jù)空間是62256。在P2.7為l時，并且P1.0為1時，訪問的數(shù)據(jù)空間是數(shù)據(jù)Flash 29C040。在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)存儲器訪問地址對應的Flash 29C020實際地址如表l所列。

在實踐過程中，使用FARRAY、FVAR等宏設置絕對地址來訪問擴展的數(shù)據(jù)存儲器Flash 29C040取得很理想的效果。FARRAV宏實現(xiàn)對擴展空間以數(shù)組方式的訪問，F(xiàn)VAR宏實現(xiàn)對擴展空間以單個變量方式的訪問。

例如，在頭文件中設置了如下兩個宏：

#define FAExt FARRAY（unsigned int，0x18800）／／0x18800-0xlSfff 2Byte*1024

#define FVHcad FARRAY（1ong，Oxl9000）／／Oxl9000 4 Byte

通過宏FAExtHot可以unsigned int類型數(shù)組訪問29C040。通過宏FVHcad可以long類型的變量訪問29C040（占用其0x9000開始的4個字節(jié)）。

下面是讀取數(shù)據(jù)的例子。

unsisned int SingleExt；

long Head Comp；

SingeExt=FAExt[1]；／／讀取數(shù)組中的第二個數(shù)據(jù)

HeadComp=0x559；

FVHead=HeadComp；／／寫入數(shù)據(jù)到29C040

需要注意的是：