存儲器組織實用教案

1、2.1 C8051F120 控制器內(nèi)核是CIP-51 微控制器C8051F系列單片機的內(nèi)核是Silicon Labs的專利產(chǎn)品：CIP-51。它與MCS-51 指令集完全兼容，可以(ky)使用標準MCS-51 的匯編器和編譯器進行軟件開發(fā)。CIP-51 微控制器內(nèi)核除了具有標準MCS-51 的組織結(jié)構(gòu)和外設(shè)以外，另有增加的定制外設(shè)和功能，大大增強了它的處理能力。第1頁/共60頁第一頁，共61頁。性能性能:CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標準的采用流水線結(jié)構(gòu)，與標準的8051結(jié)構(gòu)相比結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。指令執(zhí)行速度有很大的提高。而對于而對于CIP-51內(nèi)核，內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時

2、間為的指令的執(zhí)行時間為1或或2個系統(tǒng)時鐘周期個系統(tǒng)時鐘周期(zhuq)，沒有執(zhí)行時間超，沒有執(zhí)行時間超過過8個系統(tǒng)時鐘周期個系統(tǒng)時鐘周期(zhuq)的指令。的指令。第2頁/共60頁第二頁，共61頁。CIP-51 工作(gngzu)在最大系統(tǒng)時鐘頻率100MHz 時，它的峰值速度達到100MIPS。CIP-51 共有111條匯編指令。下表列出了指令條數(shù)與執(zhí)行時所需的系統(tǒng)時鐘周期數(shù)的關(guān)系。本課程使用C語言編程，對匯編(hubin)只是簡單介紹，感興趣的同學可參考手冊自學。C語言編程效率高，上手容易，移植容易；匯編(hubin)語言執(zhí)行效率高，上手相對難，移植困難；第3頁/共60頁第三頁，共61頁。

3、對對8051CPU內(nèi)部詳細內(nèi)部詳細(xingx)結(jié)結(jié)構(gòu)本課程不構(gòu)本課程不做詳細做詳細(xingx)介介紹，我們可紹，我們可以認為它是以認為它是一款一款CPU，可以執(zhí)行我可以執(zhí)行我們的們的C語言語言或匯編語言或匯編語言程序。（我程序。（我們對們對80X86內(nèi)部結(jié)構(gòu)并內(nèi)部結(jié)構(gòu)并不熟悉，但不熟悉，但不妨礙我們不妨礙我們使用它）使用它）第4頁/共60頁第四頁，共61頁。CIP-51有兩個物理上獨立的存儲器空間：程序存儲器空間64K、外部數(shù)據(jù)存儲器/IO空間64K。另外(ln wi)在CIP51內(nèi)部還有內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器/特殊功能寄存器空間256字節(jié)（訪問最快）。8448=8182+256學單片機必須學好：

4、 存儲器組織(zzh)、SFR、外設(shè)結(jié)構(gòu)2.2 存儲器組織(zzh)第5頁/共60頁第五頁，共61頁。CIP-51 的存儲器組織(zzh)如圖11.2 所示。第6頁/共60頁第六頁，共61頁。注意：各空間注意：各空間(kngjin)地址范地址范圍圍第7頁/共60頁第七頁，共61頁。程序存儲器和數(shù)據(jù)(shj)存儲器共享同一個地址空間(和8086不同)，其中：程序存儲器空間：0000h-FFFFh；外部數(shù)據(jù)(shj)存儲器空間/IO空間：0000h-FFFFh;內(nèi)部數(shù)據(jù)(shj)存儲器空間：00h-7Fh(直接/間接尋址) 80h-FFh(只能間接尋址)特殊功能寄存器空間：80h-FFh(只能直接

5、尋址)第8頁/共60頁第八頁，共61頁。2.2.1 位尋址空間內(nèi)部數(shù)據(jù)(shj)存儲器字節(jié)地址0 x20-0 x2F這16個字節(jié)可以用字節(jié)地址進行字節(jié)訪問。內(nèi)部數(shù)據(jù)(shj)存儲器字節(jié)地址0 x20 到0 x2F 的16 個字節(jié)共128個位，還可以作為128 個獨立尋址位訪問。第9頁/共60頁第九頁，共61頁。每個位有一個位地址(dzh)，從0 x00 到0 x7F。字節(jié)地址(dzh)0 x20 的位0 其位地址(dzh)是0 x00，字節(jié)地址(dzh)0 x20 的位7 其位地址(dzh)是0 x07。字節(jié)地址(dzh)0 x2F 的位0 其位地址(dzh)是0 x78，字節(jié)地址(dzh)0

6、 x2F 的位7 其位地址(dzh)是0 x7F。第10頁/共60頁第十頁，共61頁。2.2.2 特殊功能寄存器從0 x80 到0 xFF 的直接尋址存儲器空間為特殊功能寄存器區(qū)（SFR）。特殊功能寄存器已預(yù)先定義好每個寄存器，每個位的含義(hny)，不能修改。SFR 提供如下功能：對CIP-51 資源和外設(shè)的控制反應(yīng)CIP-51 資源和外設(shè)的狀態(tài)CIP-51 與這些資源和外設(shè)之間的數(shù)據(jù)交換第11頁/共60頁第十一頁，共61頁。CIP-51 具有標準(biozhn)8051 中的全部SFR(21個)，還增加了一些用于配置和訪問專有子系統(tǒng)的SFR。這樣就能保證與MCS-51指令集兼容的前提下增加

7、新的功能。表11.0列出了MCS-51 系統(tǒng)控制器中的全部SFR（21個）。表11.1 列出了C8051F020 系統(tǒng)控制器中的全部SFR（121個）。表11.2 列出了C8051F120 系統(tǒng)控制器中的全部SFR（多于128個）。第12頁/共60頁第十二頁，共61頁。表11.0 MCS-51 系統(tǒng)(xtng)控制器中的全部SFR第13頁/共60頁第十三頁，共61頁。表2-1 特殊(tsh)功能寄存器映像第14頁/共60頁第十四頁，共61頁。第15頁/共60頁第十五頁，共61頁。第16頁/共60頁第十六頁，共61頁。SFR 分頁機制（類似于上下鋪）：分頁機制（類似于上下鋪）：CIP-51 實現(xiàn)

8、了實現(xiàn)了SFR 分頁機制，允許器件將很多分頁機制，允許器件將很多SFR 映射到映射到0 x80 0 xFF 這個這個(zh ge)存儲器地址空間。存儲器地址空間。SFR 存儲器空間有存儲器空間有256 頁。頁。0 x80 0 xFF 的每個存儲的每個存儲器地址都可以訪問多達器地址都可以訪問多達256 頁。頁。C8051F12x 器件使器件使用用5 個個SFR 頁：頁：0、1、2、3 和和F。使用特殊功能寄。使用特殊功能寄存器頁選擇寄存器存器頁選擇寄存器SFRPAGE 來選擇來選擇SFR 頁（見圖頁（見圖11.2）。讀和寫一個）。讀和寫一個SFR 的步驟如下：的步驟如下：1 用用SFRPAGE

9、寄存器選擇相應(yīng)的寄存器選擇相應(yīng)的SFR 頁號。頁號。2 用直接尋址方式讀或?qū)懱厥夤δ芗拇嫫鳎ㄓ弥苯訉ぶ贩绞阶x或?qū)懱厥夤δ芗拇嫫鳎∕OV 指令）。指令）。第17頁/共60頁第十七頁，共61頁。位位7-0： SFR 頁：代表頁：代表C8051 MCU 讀或修改讀或修改SFR 時所使用時所使用(shyng)的的SFR 頁。頁。寫：設(shè)置寫：設(shè)置SFR 頁。頁。讀：讀：C8051 MCU 正在使用正在使用(shyng)的的SFR 頁。頁。注意注意(zh y)復(fù)位值復(fù)位值注意注意(zh y)地址，地址，SFR頁頁第18頁/共60頁第十八頁，共61頁。每個SFR有一個名字和它的字節(jié)地址對應(yīng)，可以用名字和字節(jié)

10、地址兩種方式訪問。（在不同的頁可能會訪問到不同的SFR）字節(jié)地址以0 x0 或0 x8 結(jié)尾的SFR（例如P0、TCON、P1、SCON、IE 等）既可以按字節(jié)尋址也可以按位尋址（位地址80H-FFH），所有(suyu)其它SFR 只能按字節(jié)尋址。可以位尋址的SFR中，每個位都有一個位名字，可以按位地址或位名字另種方式訪問。（在不同的頁可能會訪問到不同的位）第19頁/共60頁第十九頁，共61頁。SFR 空間中未使用的字節(jié)、未使用的位，保留為將來使用，訪問這些地址會產(chǎn)生(chnshng)不確定的結(jié)果，應(yīng)予避免。有關(guān)每個寄存器的詳細說明請參見手冊P121-P125第20頁/共60頁第二十頁，共61

11、頁。2.2.3 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器CIP-51 的數(shù)據(jù)存儲器空間中有256 字節(jié)的內(nèi)部RAM，位于(wiy)地址0 x00 到0 xFF 的地址空間。數(shù)據(jù)存儲器中的低128 字節(jié)用于通用寄存器和臨時存儲器?？梢杂弥苯踊蜷g接尋址方式訪問這128 字節(jié)。第21頁/共60頁第二十一頁，共61頁。什么是直接(zhji)尋址和間接尋址？直接(zhji)尋址示例：MOV A，40H間接尋址示例：MOV R0，#40HMOV A，R0注： 其中R0是一個寄存器間接尋址可用R0，R1，和DPTR第22頁/共60頁第二十二頁，共61頁。其中：從0 x00 到0 x1F 為4 個通用寄存器區(qū)，每個區(qū)有8 個寄存器。接

12、下來的16 字節(jié)，從地址0 x20 到0 x2F，既可以按字節(jié)尋址又可以作為128 個位地址用直接(zhji)位尋址方式訪問。第23頁/共60頁第二十三頁，共61頁。數(shù)據(jù)存儲器中的高128 字節(jié)只能用間接尋址訪問。該存儲區(qū)與特殊(tsh)功能寄存器（SFR）占據(jù)相同的地址空間，但物理上與SFR 空間是分開的。第24頁/共60頁第二十四頁，共61頁。第25頁/共60頁第二十五頁，共61頁。2.2.3.1 通用寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)(shj)存儲器的低32 字節(jié)，從地址0 x00 到0 x1F，可以作為4 個通用寄存器區(qū)訪問。每個區(qū)有8 個寄存器，稱為R0 - R7。在某一時刻只能選擇一個寄存器區(qū)。程序狀

13、態(tài)字(PSW是一個SFR,字節(jié)地址D0h）中的RS0（PSW.3）和RS1（PSW.4）位用于選擇當前的寄存器區(qū)（PSW后面說明）。第26頁/共60頁第二十六頁，共61頁。目的：這允許在進入子程序或中斷(zhngdun)服務(wù)程序時進行快速現(xiàn)場切換。注意：間接尋址方式使用R0 和R1 作為間址寄存器。第27頁/共60頁第二十七頁，共61頁。2.2.3.2 堆棧程序的堆棧可以位于256 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器中的任何位置。堆棧區(qū)域用堆棧指針SP （SP是一個特殊功能寄存器字節(jié)地址0 x81 ）指定。SP 指向最后(zuhu)使用的位置。下一個壓入堆棧的數(shù)據(jù)將被存放在SP+1，然后SP 加1。第28頁/共6

14、0頁第二十八頁，共61頁。復(fù)位后堆棧指針被初始化為地址0 x07，因此第一個被壓入堆棧的數(shù)據(jù)將被存放在地址0 x08(R0-R7復(fù)位后默認在0區(qū))，目的：躲過通用寄存器第一區(qū)。如果使用不止一個寄存器區(qū)，SP 應(yīng)被初始化為數(shù)據(jù)存儲器中不用于數(shù)據(jù)存儲的位置。堆棧深度最大可達256 字節(jié)。編程習慣：初始化程序(chngx)包括 MOV SP，#30H第29頁/共60頁第二十九頁，共61頁。2.2.4 程序存儲器C8051F120 有64K程序存儲器空間，在該空間集成了128KB Flash 存儲器（用于存儲程序代碼或各種( zhn)非易失性數(shù)據(jù)）。另外還有兩個128B字節(jié)的FLASH頁，只能用來存儲

15、非易失性數(shù)據(jù)。第30頁/共60頁第三十頁，共61頁。FLASH存儲器特性：存儲器特性：一個一個FLASH 位可以位可以(ky)隨便從隨便從1清清0。但是一旦被清。但是一旦被清0，必須經(jīng)過擦除才能再回到必須經(jīng)過擦除才能再回到1狀態(tài)。因此在進行重新編程狀態(tài)。因此在進行重新編程之前，應(yīng)將數(shù)據(jù)字節(jié)擦除之前，應(yīng)將數(shù)據(jù)字節(jié)擦除(置為置為0 xFF)。寫和擦除操作。寫和擦除操作由硬件自動定時，以保證操作正確。由硬件自動定時，以保證操作正確。第31頁/共60頁第三十一頁，共61頁。程序存儲器通常被認為是只讀的，有兩種情況下讀程序存儲器：1.CPU根據(jù)PC從程序存儲器相應(yīng)的地址讀出下一條指令，然后譯碼執(zhí)行；2.

16、執(zhí)行程序時，遇到MOVC指令，執(zhí)行該條指令時將到程序存儲器某個地址獲得一個(y )字節(jié)的數(shù)據(jù)。第32頁/共60頁第三十二頁，共61頁。特殊情況下 ：MOVX寫入程序存儲(cn ch)器空間這一特性為CIP-51 提供了更新程序代碼和將程序存儲(cn ch)器空間用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(cn ch)的機制。第33頁/共60頁第三十三頁，共61頁。128K程序存儲器組織成4 個32KB 的程序存儲塊。地址在0 x0000 到0 x7FFF 之間的32K 字節(jié)(z ji)為公共程序存儲塊（塊0）。其它3 個高地址程序存儲塊（塊1、塊2 和塊3）都映射到地址0 x8000 0 xFFFF，由PSBANK

17、 寄存器中的塊選擇位選擇當前存儲塊，見圖11.3。當SFLE=0時:指向(zh xin)128KB FLASH 存儲器第34頁/共60頁第三十四頁，共61頁。當SFLE=0時:指向(zh xin)128KB FLASH 存儲器第35頁/共60頁第三十五頁，共61頁。第36頁/共60頁第三十六頁，共61頁。注意：復(fù)位值注意：位于塊3 的1024 個存儲器字節(jié)（0 x1FC00 0X1FFFF）為保留區(qū)，不能用于用戶程序或數(shù)據(jù)存儲。程序執(zhí)行過程及PC寄存器PC（不是SFR）復(fù)位值=0000PC指向下一條需要執(zhí)行指令(zhlng)的首地址單片機開發(fā)過程：編輯，編譯，連接，下載，調(diào)試。上電后自動運行F

18、LASH程序。第37頁/共60頁第三十七頁，共61頁。當SFLE=1時:指向(zh xin)256B FLASH 存儲器為什么安排為什么安排(npi)兩個兩個128B的的FLASH？第38頁/共60頁第三十八頁，共61頁。為什么安排為什么安排(npi)兩個兩個128B的的FLASH？兩個兩個128 字節(jié)的扇區(qū)可以被分別擦除或同時擦除。字節(jié)的扇區(qū)可以被分別擦除或同時擦除。要同時擦除這兩個扇區(qū)，擦除操作的目標地址應(yīng)為要同時擦除這兩個扇區(qū)，擦除操作的目標地址應(yīng)為0 x0400。第39頁/共60頁第三十九頁，共61頁。類似(li s)FLASH存儲器的寫保護查表即可第40頁/共60頁第四十頁，共61頁

19、。見前2頁選擇(xunz)是寫一個字節(jié)還是擦一個扇區(qū)第41頁/共60頁第四十一頁，共61頁。FLASH 存儲器編程兩種方法：兩種方法：對對FLASH 存儲器編程的最簡單的方法是使用由存儲器編程的最簡單的方法是使用由Silicon Labs 或第三方供應(yīng)商提供的編程工具，通過或第三方供應(yīng)商提供的編程工具，通過JTAG 接口編程。這接口編程。這是對未初始化器件的唯一的編程方法。是對未初始化器件的唯一的編程方法。可以用軟件可以用軟件(run jin)使用使用MOVX 指令對指令對FLASH 存儲器編程，存儲器編程，象一般的操作數(shù)一樣為象一般的操作數(shù)一樣為MOVX 指令提供待編程的地址和數(shù)據(jù)指令提供待

20、編程的地址和數(shù)據(jù)字節(jié)。在使用字節(jié)。在使用MOVX 指令對指令對FLASH 存儲器寫入之前，必須存儲器寫入之前，必須將程序存儲寫允許位將程序存儲寫允許位PSWE（PSCTL.0）設(shè)置為邏輯）設(shè)置為邏輯1，以使以使MOVX指向指向FLASH。在用軟件。在用軟件(run jin)清除之前清除之前PSWE 位一直保持置位狀態(tài)。為了避免對位一直保持置位狀態(tài)。為了避免對FLASH的誤寫，強的誤寫，強烈建議在烈建議在PSWE 為邏輯為邏輯1期間禁止中斷。期間禁止中斷。第42頁/共60頁第四十二頁，共61頁。在執(zhí)行FLASH 寫、讀、擦除操作時，PSBANK 寄存器中的COBANK 位決定三個高地址FLASH

21、 塊中的哪一個被映射(yngsh)到地址范圍0 x08000 0 x0FFFF。第43頁/共60頁第四十三頁，共61頁。注意：為保證FLASH 存儲器內(nèi)容的完整性，強烈建議在任何從應(yīng)用軟件寫和/或擦除FLASH存儲器的系統(tǒng)中使能VDD監(jiān)視器（通過將VDD監(jiān)視器使能引腳MONEN連接到VDD和將RSTSRC寄存器中的PORSF 位置1）寫FLASH 存儲器可以(ky)清除數(shù)據(jù)位，但不能使數(shù)據(jù)位置1；只有擦除操作能將FLASH 中的數(shù)據(jù)位置1。所以在寫入新值之前，必須先擦除待編程的字節(jié)地址。寫/擦除操作的定時由硬件自動控制。注意：對于128KB FLASH 器件，從0 x1FC00 開始的1024

22、個單元被保留。應(yīng)避免FLASH 寫和擦除操作指向保留區(qū)。第44頁/共60頁第四十四頁，共61頁。軟件擦除FLASH 頁：一次FLASH 擦除操作將擦除整個扇區(qū)（扇區(qū)內(nèi)的所有字節(jié)被置為0 xFF）。128k 字節(jié)的FLASH存儲器是以1024 字節(jié)的扇區(qū)為單位組織的。256 字節(jié)的臨時數(shù)據(jù)(shj)區(qū)（地址0 x20000 0 x200FF）由兩個128 字節(jié)的扇區(qū)（頁）組成。要擦除一個FLASH 頁，F(xiàn)LWE、PSWE 和PSEE 位必須被置1，然后用MOVX 指令寫一個數(shù)據(jù)(shj)字節(jié)到扇區(qū)內(nèi)的任何一個地址。第45頁/共60頁第四十五頁，共61頁。2.2.5 外部(wib)數(shù)據(jù)存儲器/IO

23、空間空間大小： 64K地址范圍： 0000H-FFFFH空間中可以安排：RAM存儲器或IO設(shè)備片內(nèi)已集成：8KRAM片外擴展：1.保留8K則最多擴展56KRAM/IO設(shè)備2.屏蔽8K則最多擴展64KRAM/IO設(shè)備3.擴展方法后面章節(jié)詳細介紹第46頁/共60頁第四十六頁，共61頁。邏輯上：邏輯上：程序存儲器空間：程序存儲器空間：0000h-FFFFh, 共共128KB全部集成在芯片上；全部集成在芯片上；數(shù)據(jù)存儲器空間：數(shù)據(jù)存儲器空間：0000h-FFFFh,64k集成了集成了8k；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間：內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間： 00h-7Fh(直接直接/間接間接)，80h-FFh(間接間接)R0-R

24、7可以可以(ky)用名字或地址訪問。用名字或地址訪問。內(nèi)部特殊功能寄存器空間：內(nèi)部特殊功能寄存器空間： 80h-FFh；特殊功能寄存器可以特殊功能寄存器可以(ky)用名字或地址訪問。用名字或地址訪問。內(nèi)部位尋址空間：內(nèi)部位尋址空間：20h-2Fh中有中有00h-7Fh,特殊功能寄存器中有特殊功能寄存器中有80h-FFh；特殊功能寄存器中的位尋址空間可以；特殊功能寄存器中的位尋址空間可以(ky)用名字或地址訪用名字或地址訪問。問?？偨Y(jié)總結(jié)(zngji)：第47頁/共60頁第四十七頁，共61頁。2.2.7 CIP-51相關(guān)寄存器（屬于SFR）說明下面對與CIP-51 系統(tǒng)控制器操作有關(guān)的SFR 加

25、以說明。注意保留位不應(yīng)被置為邏輯(lu j)1。將來的產(chǎn)品版本可能會使用這些位實現(xiàn)新功能，在這種情況下各位的復(fù)位值將是邏輯(lu j)0以選擇缺省狀態(tài)。第48頁/共60頁第四十八頁，共61頁。SP：堆棧(duzhn)指針堆棧(duzhn)指針保持棧頂位置。在每次執(zhí)行PUSH 操作前，堆棧(duzhn)指針加1。SP 寄存器復(fù)位后的默認值為0 x07。第49頁/共60頁第四十九頁，共61頁。DPL：數(shù)據(jù)(shj)指針低字節(jié)DPL 為16 位數(shù)據(jù)(shj)指針（DPTR）的低字節(jié)。DPTR 用于訪問間接尋址的XRAM和FLASH 存儲器。DPH：數(shù)據(jù)(shj)指針高字節(jié)DPH 為16 位數(shù)據(jù)(sh

26、j)指針（DPTR）的高字節(jié)。DPTR 用于訪問間接尋址的XRAM和FLASH 存儲器。第50頁/共60頁第五十頁，共61頁。位7： CY：進位標志。當最后一次算術(shù)操作產(chǎn)生(chnshng)進位（加法）或借位（減法）時，該位置1。其它算術(shù)操作將其清0。位6： AC：輔助進位標志。當最后一次算術(shù)操作向高半字節(jié)有進位（加法）或借位（減法）時，該位置1。其它算術(shù)操作將其清0。位5： F0：用戶標志0。這是一個可位尋址、受軟件控制的通用標志位。PSW：程序：程序(chngx)狀狀態(tài)字寄存器態(tài)字寄存器第51頁/共60頁第五十一頁，共61頁。位4-3： RS1-RS0：寄存器區(qū)選擇(xunz)。該兩位在寄存器訪問時用于選擇(xunz)寄存器區(qū)。第52頁/共60頁第五十二頁，共61頁。位2： OV：溢出