達(dá)拉斯半導(dǎo)體超高速閃存微控制器具有雙數(shù)據(jù)指針，具有自動(dòng)遞增/遞減和切換選擇功能。本應(yīng)用筆記將采用一個(gè)數(shù)據(jù)指針的原始8051架構(gòu)與DS89C430和DS89C450的新架構(gòu)及其更高的數(shù)據(jù)移動(dòng)效率進(jìn)行了比較。本文提供了大量代碼示例，以幫助理解該超高速微控制器的雙數(shù)據(jù)指針的使用。

概述

嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和程序員一直在尋找巧妙的方法來突破其 8051 微控制器設(shè)計(jì)的性能極限。如果您的應(yīng)用受到微控制器復(fù)制外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器緩沖器或讀/寫存儲(chǔ)器映射外設(shè)的速率的限制，則可能會(huì)受益于使用更多片上硬件和更少軟件的方案。本應(yīng)用筆記介紹了使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器作為終止固定長(zhǎng)度復(fù)制例程的方法。將這種方法與達(dá)拉斯的超高速 8051 架構(gòu)及其數(shù)據(jù)指針增強(qiáng)功能結(jié)合使用，可以以超過 2MBps 的速率復(fù)制數(shù)據(jù)，比以相同時(shí)鐘頻率運(yùn)行并配備單個(gè)數(shù)據(jù)指針的標(biāo)準(zhǔn) 20 內(nèi)核快 8051 倍以上。

XDATA 復(fù)制例程 - 原始 8051

最初的8051架構(gòu)僅包含一個(gè)數(shù)據(jù)指針（DPTR = DPH + DPL），但提供了兩種間接訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的不同方式。MOVX指令可以使用16位數(shù)據(jù)指針（例如，MOVX @DPTR，A）或8位工作寄存器（例如，MOVX @R0，A）來訪問MOVX數(shù)據(jù)空間。請(qǐng)注意，后一條指令使用 8 位寄存器指針，因此要求在執(zhí)行指令之前使用指針的最高有效地址字節(jié)寫入端口 2。只有一個(gè)數(shù)據(jù)指針，在復(fù)制超過 256 字節(jié)的數(shù)據(jù)時(shí)管理源指針和目標(biāo)指針需要大量使用工作寄存器進(jìn)行臨時(shí)存儲(chǔ)。下面是使用單個(gè)數(shù)據(jù)指針復(fù)制數(shù)據(jù)時(shí)通常執(zhí)行的代碼示例。

; Original 8051 Copy - Single DPTR
; R6:R7 control copy length
; R4:R0 used for source/dest DPTR hi/lo temp storage
loop: ; Cycle Count @ 12clks/cycle
movx a,@dptr ; 2
inc dptr ; 2
xch a,r0 ; 1
xch a,dpl ; 1
xch a,r0 ; 1
xch a,r4 ; 1
xch a,dph ; 1
xch a,r4 ; 1
movx @dptr,a ; 2
inc dptr ; 2
xch a,r0 ; 1
xch a,dpl ; 1
xch a,r0 ; 1
xch a,r4 ; 1
xch a,dph ; 1
xch a,r4 ; 1
djnz r7,loop ; 2 => 22cycles * length
djnz r6,loop ; 2 => 2cycles * (1 + (length/256))

XDATA 復(fù)制例程-超高速微控制器

超高速微控制器包含兩個(gè)數(shù)據(jù)指針（DPTR = DPH + DPL;DPTR1 = DPH1 + DPL1），允許單獨(dú)的源和目標(biāo)數(shù)據(jù)指針。此外，它還實(shí)現(xiàn)了硬件控件，以在數(shù)據(jù)指針之間自動(dòng)切換，并自動(dòng)遞增或遞減活動(dòng)數(shù)據(jù)指針，以響應(yīng)某些與 DPTR 相關(guān)的指令。有關(guān)增強(qiáng)型雙數(shù)據(jù)指針的完整詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱超高速微控制器用戶指南。下面的代碼演示了增強(qiáng)的雙數(shù)據(jù)指針如何簡(jiǎn)化復(fù)制例程。自動(dòng)切換活動(dòng)數(shù)據(jù)指針的指令標(biāo)有 [T]，自動(dòng)前進(jìn)數(shù)據(jù)指針的指令標(biāo)有 [+/-]。為了與原始8051架構(gòu)進(jìn)行比較，假設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)的8051外部P2，P0存儲(chǔ)器總線結(jié)構(gòu)，從而給出了5個(gè)時(shí)鐘周期的最小MOVX持續(xù)時(shí)間（1個(gè)時(shí)鐘周期用于MOVX操作碼提取，4個(gè)時(shí)鐘周期用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問）。雖然頁面模式 1 外部總線配置的周期計(jì)數(shù)未反映在下面的代碼示例中，但應(yīng)該注意的是，頁面模式 1 確實(shí)提供了絕對(duì)的最小外部 MOVX 持續(xù)時(shí)間（3 個(gè)時(shí)鐘周期 = MOVX 操作碼提取的 1 個(gè)時(shí)鐘周期 + 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器訪問的 2 個(gè)時(shí)鐘周期）。

; Ultra High-Speed Micro Copy - Enhanced Dual DPTRs
; DPS.4 (AID) = 1; DPS.5 (TSL) = 1;
; R6:R7 control copy length
loop: ; Cycle Count @ 1clk/cycle
movx a,@dptr ; 5 [T][+/-]
movx @dptr,a ; 5 [T][+/-]
djnz r7,loop ; 5 => 15 cycles * length
djnz r6,loop ; 5 => 5 cycles * (1 +(length/256))

XDATA 復(fù)制例程 - 使用計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器

若要使用計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器，應(yīng)用程序必須在復(fù)制例程期間提供計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器及其關(guān)聯(lián)的輸入引腳?；舅枷胧鞘褂闷瑑?nèi)計(jì)數(shù)器來跟蹤和終止復(fù)制環(huán)路，而不是使用工作寄存器。/WR選通用作計(jì)數(shù)器的輸入信號(hào)。圖 1 顯示了一個(gè)硬件配置示例。

圖1.低電平有效WR選通計(jì)數(shù)的硬件圖。

所有超高速微控制器定時(shí)器/計(jì)數(shù)器輸入引腳（T0、T1、T2）都能夠?qū)ο喈?dāng)于系統(tǒng)時(shí)鐘頻率四分之一的輸入頻率進(jìn)行采樣。這意味著要采樣的輸入信號(hào)必須具有最小高電平和低電平時(shí)間，每個(gè)周期為2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期。除了 1 周期或 2 周期尋呼模式 1 中最快的 MOVX 外，/WR 選通器還滿足所有其他外部 MOVX 操作的此標(biāo)準(zhǔn)。在進(jìn)入復(fù)制循環(huán)之前，16 位計(jì)數(shù)器加載適當(dāng)?shù)闹?（216- #bytes復(fù)制），定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷被啟用，并且增強(qiáng)的數(shù)據(jù)指針配置為最快速的復(fù)制。復(fù)制的最后一個(gè)字節(jié)會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器翻轉(zhuǎn)并生成計(jì)時(shí)器中斷，從而允許將代碼執(zhí)行返回到主程序。

使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方法的好處

使用計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器的主要好處是提高了性能，同時(shí)允許更寬容的 xdata 訪問時(shí)間。已經(jīng)注意到，最快的復(fù)制循環(huán)執(zhí)行時(shí)間是通過將外部總線結(jié)構(gòu)配置為尋呼模式 1（端口 2 = 多路復(fù)用地址 MSB/LSB 和端口 0 = 數(shù)據(jù)）來實(shí)現(xiàn)的。盡管頁面模式 1 提供了終極性能，但它也需要最快的 xdata 訪問時(shí)間 （tRLDV < 中聯(lián)).計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器方法提供幾乎相同的性能，同時(shí)使最大 xdata 訪問時(shí)間幾乎翻倍。

此外，預(yù)計(jì)并非所有超高速微控制器設(shè)計(jì)都將使用新的總線結(jié)構(gòu)。一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可能希望保留傳統(tǒng)的8051總線接口，甚至可能將超高速微控制器放入現(xiàn)有插座中。在這些情況下，計(jì)數(shù)器端接復(fù)制環(huán)路提供了高性能折衷方案。

由于定時(shí)器/計(jì)數(shù)器端接復(fù)制環(huán)路依賴于內(nèi)部 16 位定時(shí)器硬件來計(jì)算外部讀/寫事件的數(shù)量，因此不需要單獨(dú)的 DJNZ 指令來跟蹤 16 位環(huán)路控制變量。這允許應(yīng)用程序?qū)Υ笥?256 字節(jié)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度執(zhí)行高速同步傳輸。

表1比較了原始8051架構(gòu)的復(fù)制環(huán)路與三種可能的超高速微控制器配置。計(jì)數(shù)器終止的復(fù)制循環(huán)已突出顯示。下表是計(jì)時(shí)器/計(jì)數(shù)器終止副本的示例代碼清單。代碼中突出顯示了復(fù)制循環(huán)，以便與前兩個(gè)示例進(jìn)行比較。

計(jì)數(shù)器終止復(fù)制方法（代碼示例）

;------------------------------------------------------------
; Demonstrate use of Timer/Counter 1 to terminate copy loop
; Use P3.6 (Active-Low WR) as an input to Timer/Counter 1 (P3.5)
; In this example:
; 1) Source, dest, and length defined as constants.
; 2) Code saves only DPTR0 state under the assumption that a
; single DPTR is normally used and that the second (DPTR1)
; is enabled only for certain routines (such as this one).
; 3) Code disables all other interrupts during the copy.
; 4) External non-overlapping xdata to xdata transfer
;------------------------------------------------------------
$include(420.def) ; include file w/SFRs
source equ 0100h ; source xdata address
dest equ 0200h ; dest xdata address
length equ 256d ; #bytes to copy
;------------------------------------------------------------
org 0h
ljmp 0100h
;------------------------------------------------------------
;Timer/Counter 1 interrupt
;------------------------------------------------------------
org 1bh
clr tr1 ; disable timer/counter 1
pop acc ; pop 'ajmp' loop addr
pop acc ; from the stack
pop dps ; return pre-transfer
pop dph ; DPTR state
pop dpl
pop ie ; return interrupt config
pop eie
reti ; back to instruction
; after "xmemcpy_.." call
;------------------------------------------------------------
; Main
;------------------------------------------------------------
org 0100h
orl tmod, #50h ; 16-bit counter
anl ckcon, #0F8h ; fast 2-cycle MOVX
call xmemcpy_count ; call xdata copy code
sjmp $
;------------------------------------------------------------
; 1) Save interrupt enable registers, make only T/C#1 enabled
; 2) Save DPTR0
; 3) Timer/Counter 1 loaded with (2^16-#bytes to copy)
; 4) Configure source/destination pointers
; 5) Execute copy loop
; - last write rolls the Counter
; - Timer/Counter 1 Interrupt breaks the loop
;------------------------------------------------------------
xmemcpy_count:
push eie
push ie
mov eie, #00h ; disable other ints
mov ie, #88h ; EA=1, ET1=1
push dpl ;save DPTR state
push dph
push dps
mov th1, #high(-length) ; copy length
mov tl1, #low(-length)
setb tr1 ; enable Timer1
orl dps, #30h ; SEL=0,TSL=1, AID=1
mov dptr, #source ; DPTR0 = source addr
mov dptr, #dest ; DTPR1 = dest addr
transfer:
movx a, @dptr ;[5] read from @DPTR0
movx @dptr, a ;[5] write to @DPTR1
ajmp transfer ;[2] in loop etil int
; ----
; [12] total
end

使用內(nèi)部 XRAM 實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率

使用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器提高執(zhí)行效率的基本原理不僅適用于外部數(shù)據(jù)復(fù)制例程，還可用于外部數(shù)據(jù)讀取或?qū)懭雰?nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。例如，如果應(yīng)用要求從外部存儲(chǔ)器（或從并行外設(shè)）讀取或?qū)懭氩怀^1024字節(jié)，則可以使用DS1C89/430的內(nèi)部450kB數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)一步提高傳輸速率。

由于內(nèi)部MOVX操作只需要2個(gè)周期，因此讀/寫傳輸環(huán)路（到目前為止一直是討論的主題）可以減少到9個(gè)周期，有效傳輸速率為3.67MBps（@33MHz），并且僅占用4B的代碼空間（下面的代碼）。請(qǐng)記住，兩個(gè)MOVX操作之一，無論是讀取還是寫入，都必須在外部存儲(chǔ)器上執(zhí)行，以便/RD或/WR選通遞遞增加定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，最終終止傳輸環(huán)路。下面的第一個(gè)代碼示例給出了對(duì)應(yīng)于外部 MOVX 寫入的周期計(jì)數(shù)，第二個(gè)示例顯示了外部 MOVX 讀取。另請(qǐng)注意，當(dāng)計(jì)數(shù)/RD信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)器應(yīng)初始化為[216- （#bytes復(fù)制 +1）]，以便在循環(huán)中斷之前進(jìn)行最終的字節(jié)寫入。

loop: ; Ultra High-Speed Microcontroller User's Guide Cycle Count / Byte Count
movx a,@dptr ; 2 (internal MOVX) / 1
movx @dptr,a ; 5 (external MOVX) / 1
ajmp loop ; 2 / 2
; 9 cycles / 4 bytes
-- OR --
loop: ; Ultra High-Speed Microcontroller User's Guide Cycle Count / Byte Count
movx a,@dptr ; 5 (external MOVX) / 1
movx @dptr,a ; 2 (internal MOVX) / 1
ajmp loop ; 2 / 2
; 9 cycles / 4 bytes

審核編輯：郭婷