基于Keil的5l單片機(jī)大程序和數(shù)據(jù)空間擴(kuò)展設(shè)計(jì)

單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、只讀存儲(chǔ)器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動(dòng)電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個(gè)小而完善的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

MCS51系列單片機(jī)是目前應(yīng)用非常廣泛的8位MCU.MCS5l系列單片機(jī)的地址總線為16位，不作擴(kuò)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(lǐng)域的不斷智能化、復(fù)雜化，程序代碼或數(shù)據(jù)空間的大小可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于64 KB.結(jié)合相應(yīng)的硬件地址擴(kuò)展，使用KeilC5l的Blank Switch技術(shù)可生成代碼長度和數(shù)據(jù)空間大于64 KB的目標(biāo)程序。

1 Blank Switch技術(shù)介紹

具體實(shí)現(xiàn)Blank Switch技術(shù)的是KeilC5l中的分組連接定位器BL5l.Keil C5l語言源程序經(jīng)過C5l編譯器編譯后，生成浮動(dòng)地址的目標(biāo)代碼文件。這種浮動(dòng)地址的目標(biāo)代碼必須經(jīng)過連接定位器BL5l的連接和定位，生成具有絕對(duì)地址的目標(biāo)代碼，才能寫入程序存儲(chǔ)器正常運(yùn)行。

BL51支持分組連接定位，允許生成代碼大于64 KB的目標(biāo)程序，可以在具有適當(dāng)硬件擴(kuò)展邏輯的系統(tǒng)中進(jìn)行代碼組之間的切換，以達(dá)到正常運(yùn)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(shè)計(jì)

在采用BL5l對(duì)目標(biāo)程序進(jìn)行分組連接定位時(shí)，要求系統(tǒng)具有相應(yīng)的硬件分組擴(kuò)展邏輯。BL5l默認(rèn)的分組方式是采用MCU的P1端口作硬件擴(kuò)展地址線。采用l條Pl引腳時(shí)，分組數(shù)為2，采用6條P1引腳時(shí)，最多可分為64個(gè)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(kuò)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(shí)現(xiàn)使用Pl端口作硬件擴(kuò)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(chǔ)器，由于程控交換機(jī)中有很多參數(shù)和設(shè)置數(shù)據(jù)需要斷電保存，所以使用了另一Flash29CO4O作為擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

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

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

3 KeilC51的環(huán)境設(shè)置

除需要正確設(shè)計(jì)硬件電路，同時(shí)還要對(duì)Keil C5l提供的文件和環(huán)境進(jìn)行正確設(shè)置才能真正實(shí)現(xiàn)地址的擴(kuò)展。下面是需要進(jìn)行相關(guān)配置的幾項(xiàng)。

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

◆由于使用4個(gè)Pl引腳進(jìn)行硬件的擴(kuò)展，所以在Banks選擇中使用16個(gè)物理頁。

◆使用32KB作為一個(gè)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(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(kuò)展的空間地址。

在菜單Project選擇中選擇Option for Target“Output”選擇項(xiàng)，按圖3所示進(jìn)行項(xiàng)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(shí)產(chǎn)生的一種擴(kuò)展型的HEX文件類型。

在工程窗體中，對(duì)工程中的每個(gè)源程序合理安排分組的位置，有以下幾點(diǎn)需要特別注意：

◆復(fù)位和中斷向量、代碼常數(shù)、C51中斷函數(shù)、組切跳轉(zhuǎn)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(gè)機(jī)器周期和2字節(jié)的堆?？臻g。因此應(yīng)當(dāng)仔細(xì)安排程序結(jié)構(gòu)以盡量減少代碼之間的切換。被整個(gè)程序經(jīng)常調(diào)用的函數(shù)應(yīng)當(dāng)安排在公共代碼區(qū)域。同時(shí)，同一功能模塊的函數(shù)大多相互調(diào)用，所以應(yīng)當(dāng)安排在同一代碼組，以減少代碼組的切換，提高系統(tǒng)運(yùn)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(shí)際是同一個(gè)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(jī)的I/0口進(jìn)行分組切換，l：通過XDATA存儲(chǔ)器單元進(jìn)行分組切換。

◆B_RTX EQU O //0;不使用Keil的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

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

◆B_FIRSTBIT EQU 4 //對(duì)應(yīng)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(shí)際情況來安排硬件設(shè)計(jì)和軟件配置。例如，如果系統(tǒng)中使用了RTX-5l實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，那么在L51_BANK.A5l文件中B_RTX應(yīng)當(dāng)改寫為l.

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

1.printf函數(shù)是調(diào)用putchar函數(shù)輸入的，而putchar應(yīng)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(gè)字符。因此你如果直接使用printf函數(shù)，你的程序就會(huì)在putchar函數(shù)中等待ti為1.這時(shí)你的程序就相當(dāng)于直接死掉了。你可以通過改寫putchar函數(shù)實(shí)現(xiàn)自己的目的。TI相當(dāng)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(shí)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(shí)間白白空等待浪費(fèi)掉。所以，在系統(tǒng)初始化的時(shí)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(shí)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(gè)字節(jié)并未發(fā)送完畢，例如在485通訊中，此時(shí)如果切換為收模式，會(huì)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(biāo)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(biāo)志的方法，都會(huì)檢測TI，因此首次發(fā)送必須置位TI標(biāo)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(gè)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(dòng)發(fā)送也是一樣的（當(dāng)然，不會(huì)發(fā)出那個(gè)‘ ’字符了）。

4.《stdio.h》中定義，調(diào)用底層的putchar（）來實(shí)現(xiàn)。底層發(fā)送數(shù)據(jù)到串口時(shí)，先查TI=1是否成立，死等直到TI=1時(shí)將新數(shù)據(jù)寫入SBUF，函數(shù)返回，所以要先將TI置1，啟動(dòng)第一次傳輸操作?？刹榭捶?a href="http://wenjunhu.com/v/tag/3195/" target="_blank">匯編相關(guān)代碼理解其工作機(jī)理！

5.自己理解：在多機(jī)通訊中，應(yīng)該也要形成像 putchar（）函數(shù)的機(jī)理，要有串口中斷服務(wù)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(duì)于接收的一方

4 程序設(shè)計(jì)的相關(guān)問題

源程序通過對(duì)上文中環(huán)境和L5l_BAl7K.A5l文件的設(shè)置后，連接定位器，自行安排目標(biāo)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(xì)微的安排，但是變量空間的安排需要根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)作出合理分配。

從硬件設(shè)計(jì)中可知，當(dāng)CPU的地址線最高位P2.7為0時(shí)，不論P(yáng)1擴(kuò)展地址是多少，訪問的數(shù)據(jù)空間是62256.在P2.7為l時(shí)，并且P1.0為1時(shí)，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(chǔ)器訪問地址對(duì)應(yīng)的Flash 29C020實(shí)際地址如表l所列。

在實(shí)踐過程中，使用FARRAY、FVAR等宏設(shè)置絕對(duì)地址來訪問擴(kuò)展的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器Flash 29C040取得很理想的效果。FARRAV宏實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)展空間以數(shù)組方式的訪問，F(xiàn)VAR宏實(shí)現(xiàn)對(duì)擴(kuò)展空間以單個(gè)變量方式的訪問。

例如，在頭文件中設(shè)置了如下兩個(gè)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u(píng)nsigned 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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)

HeadComp=0x559;

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

需要注意的是：

◆應(yīng)當(dāng)合理安排數(shù)組大小，不要造成存儲(chǔ)空間的重復(fù)使用。例如這個(gè)數(shù)組的大小是1024，那么在安排后面的宏FVHead時(shí)，其地址應(yīng)當(dāng)在0x18fff之后。

◆由于使用的擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是Flash，所以應(yīng)當(dāng)注意Flash的寫入是以頁的方式進(jìn)行的，寫入數(shù)據(jù)時(shí)不要將奉頁的其他數(shù)據(jù)擦除掉。

◆由于系統(tǒng)的實(shí)際需要，使用Flash做擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，如果應(yīng)用中對(duì)RAM的空間需求很大，也可以使用2 Mb空間RAM和2Mb空間Flash的組合來進(jìn)行擴(kuò)展。

◆也可以使用far類型的變量來訪問擴(kuò)展的數(shù)據(jù)空間，在此不詳細(xì)描述。

結(jié) 語

采用Keil C5l的BankSwitch技術(shù)擴(kuò)展5l系列單片機(jī)程序和數(shù)據(jù)空間，在硬件修改很少的情況下，便可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)行大于64KB的程序，訪問大于64 KB的數(shù)據(jù)，充分?jǐn)U展了5l系列單片機(jī)的應(yīng)用空間。