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[導讀]ROM:(Read Only Memory)程序存儲器在單片機中用來存儲程序數(shù)據(jù)及常量數(shù)據(jù)或變量數(shù)據(jù),凡是c文件及h文件中所有代碼、全局變量、局部變量、’const’限定符定義的常量數(shù)據(jù)、startup.asm文件中的代碼(類似AR

ROM:(Read Only Memory)程序存儲器

單片機中用來存儲程序數(shù)據(jù)及常量數(shù)據(jù)或變量數(shù)據(jù),凡是c文件及h文件中所有代碼、全局變量、局部變量、’const’限定符定義的常量數(shù)據(jù)、startup.asm文件中的代碼(類似ARM中的bootloader或者X86中的BIOS,一些低端的單片機是沒有這個的)通通都存儲在ROM中。

RAM:(Random Access Memory)隨機訪問存儲器

用來存儲程序中用到的變量。凡是整個程序中,所用到的需要被改寫的量,都存儲在RAM中,“被改變的量”包括全局變量、局部變量、堆棧段。

程序經(jīng)過編譯、匯編、鏈接后,生成hex文件。用專用的燒錄軟件,通過燒錄器將hex文件燒錄到ROM中(究竟是怎樣將hex文件傳輸?shù)組CU內(nèi)部的ROM中的呢?),因此,這個時候的ROM中,包含所有的程序內(nèi)容:無論是一行一行的程序代碼,函數(shù)中用到的局部變量,頭文件中所聲明的全局變量,const聲明的只讀常量,都被生成了二進制數(shù)據(jù),包含在hex文件中,全部燒錄到了ROM里面,此時的ROM,包含了程序的所有信息,正是由于這些信息,“指導”了CPU的所有動作。

可能有人會有疑問,既然所有的數(shù)據(jù)在ROM中,那RAM中的數(shù)據(jù)從哪里來?什么時候CPU將數(shù)據(jù)加載到RAM中?會不會是在燒錄的時候,已經(jīng)將需要放在RAM中數(shù)據(jù)燒錄到了RAM中?

要回答這個問題,首先必須明確一條:ROM是只讀存儲器,CPU只能從里面讀數(shù)據(jù),而不能往里面寫數(shù)據(jù),掉電后數(shù)據(jù)依然保存在存儲器中;RAM是隨機存儲器,CPU既可以從里面讀出數(shù)據(jù),又可以往里面寫入數(shù)據(jù),掉電后數(shù)據(jù)不保存,這是條永恒的真理,始終記掛在心。

清楚了上面的問題,那么就很容易想到,RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時候?qū)懭氲?,因為燒錄完畢后,拔掉電源,當再給MCU上電后,CPU能正常執(zhí)行動作,RAM中照樣有數(shù)據(jù),這就說明:RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時候?qū)懭氲模瑫r也說明,在CPU運行時,RAM中已經(jīng)寫入了數(shù)據(jù)。關(guān)鍵就在這里:這個數(shù)據(jù)不是人為寫入的,CPU寫入的,那CPU又是什么時候?qū)懭氲哪?聽我娓娓道來。

上回說到,ROM中包含所有的程序內(nèi)容,在MCU上電時,CPU開始從第1行代碼處執(zhí)行指令。這里所做的工作是為整個程序的順利運行做好準備,或者說是對RAM的初始化(注:ROM是只讀不寫的),工作任務有幾項:

1、 為全局變量分配地址空間---à如果全局變量已賦初值,則將初始值從ROM中拷貝到RAM中,如果沒有賦初值,則這個全局變量所對應的地址下的初值為0或者是不確定的。當然,如果已經(jīng)指定了變量的地址空間,則直接定位到對應的地址就行,那么這里分配地址及定位地址的任務由“連接器”完成。

2、 設(shè)置堆棧段的長度及地址---à用C語言開發(fā)的單片機程序里面,普遍都沒有涉及到堆棧段長度的設(shè)置,但這不意味著不用設(shè)置。堆棧段主要是用來在中斷處理時起“保存現(xiàn)場”及“現(xiàn)場還原”的作用,其重要性不言而喻。而這么重要的內(nèi)容,也包含在了編譯器預設(shè)的內(nèi)容里面,確實省事,可并不一定省心。平時怎么就沒發(fā)現(xiàn)呢?奇怪。

3、 分配數(shù)據(jù)段data,常量段const,代碼段code的起始地址。代碼段與常量段的地址可以不管,它們都是固定在ROM里面的,無論它們怎么排列,都不會對程序產(chǎn)生影響。但是數(shù)據(jù)段的地址就必須得關(guān)心。數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)時要從ROM拷貝到RAM中去的,而在RAM中,既有數(shù)據(jù)段data,也有堆棧段stack,還有通用的工作寄存器組。通常,工作寄存器組的地址是固定的,這就要求在絕對定址數(shù)據(jù)段時,不能使數(shù)據(jù)段覆蓋所有的工作寄存器組的地址。必須引起嚴重關(guān)注。

這里所說的“第一行代碼處”,并不一定是你自己寫的程序代碼,絕大部分都是編譯器代勞的,或者是編譯器自帶的demo程序文件。因為,你自己寫的程序(C語言程序)里面,并不包含這些內(nèi)容。高級一點的單片機,這些內(nèi)容,都是在startup的文件里面。仔細閱讀,有好處的。

通常的做法是:普通的flashMCU是在上電時或復位時,PC指針里面的存放的是“0000”,表示CPU從ROM的0000地址開始執(zhí)行指令,在該地址處放一條跳轉(zhuǎn)指令,使程序跳轉(zhuǎn)到_main函數(shù)中,然后根據(jù)不同的指令,一條一條的執(zhí)行,當中斷發(fā)生時(中斷數(shù)量也很有限,2~5個中斷),按照系統(tǒng)分配的中斷向量表地址,在中斷向量里面,放置一條跳轉(zhuǎn)到中斷服務程序的指令,如此如此,整個程序就跑起來了。決定CPU這樣做,是這種ROM結(jié)構(gòu)所造成的。

其實,這里面,C語言編譯器作了很多的工作,只是,你不知道而已。如果你仔細閱讀編譯器自帶的help文件就會知道很多的事情,這是對編譯器了解最好的途徑。

I/O口寄存器:

也是可以被改變的量,它被安排在一個特別的RAM地址,為系統(tǒng)所訪問,而不能將其他變量定義在這些位置。

中斷向量表:

中斷向量表是被固定在MCU內(nèi)部的ROM地址中,不同的地址對應不同的中斷。每次中斷產(chǎn)生時,直接調(diào)用對應的中斷服務子程序,將程序的入口地址放在中斷向量表中。

ROM的大小問題:

對于flash類型的MCU,ROM空間的大小通常都是整字節(jié)的,即為ak*8bits。這很好理解,一眼就知道,ROM的空間為aK。但是,對于某些OTP類型的單片機,比如holtek或者sonix公司的單片機,經(jīng)??吹綌?shù)據(jù)手冊上寫的是“OTP progarming ROM 2k*15bit。。。。。”,可能會產(chǎn)生疑惑,這個“15bit”認為是1個字節(jié)有余,2個字節(jié)又不足,那這個ROM空間究竟是2k,多于2k,還是4k但是少了一點點呢?

這里要明確兩個概念:一個是指令的位寬,另一個是指令的長度。指令的位寬是指一條指令所占的數(shù)據(jù)位的寬度;有些是8位位寬,有些是15位位寬。指令長度是指每條指令所占的存儲空間,有1個字節(jié),有2個字節(jié)的,也有3個字節(jié)甚至4個字節(jié)的指令。這個可以打個形象的比方:我們做廣播體操時,有很多動作要做,但是每個復雜的動作都可以分解為幾個簡單的動作。例如,當做伸展運動時,我們只聽到廣播里面喊“2、2、3、4、5、6、7、8”,而這里每一個數(shù)字都代表一個指令,聽到“3”這個指令后,我們的頭、手、腰、腿、腳分別作出不同的動作:兩眼目視前方,左手叉腰,右手往上抬起,五指伸直自然并攏打開,右腿伸直,左腿成弓步······等等一系列的分解動作,而要做完這些動作的指令只有一個“3”,要執(zhí)行的動作卻又很多,于是將多個分解動作合并成一個指令,而每個分解動作的“位寬”為15bits。實事上也確實如此,當在反匯編或者匯編時,可以看到,復合指令的確是有簡單的指令組合起來的。

到此,回答前面那個問題,這個OTP的ROM空間應該是2K,指令位寬為15位。一般的,當指令位寬不是8的倍數(shù)時,則說明該MCU的大部分指令長度是一個字節(jié)(注:該字節(jié)寬度為15位,不是8位),極少數(shù)為2個或多個字節(jié),雖然其總的空間少,但是其能容下的空間數(shù)據(jù)并不少。

擴展閱讀:淺談51單片機內(nèi)存優(yōu)化

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