單片機與程序設(shè)計（上）-設(shè)計應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯單片機與程序設(shè)計（上）-設(shè)計應(yīng)用在《單片機必須了解的外設(shè)功能——GPIO/串行通信》和《單片機必須了解的外設(shè)功能——定時器/中斷功能》中對利用單片機的功能進(jìn)行程序設(shè)計進(jìn)行了說明。單片機內(nèi)置了非常便于使用的外設(shè)功能，大家一定也能感受到單片機可應(yīng)對各種要求的能力。但是，如果要有效地運行單片機，程序是不可或缺的，那么程序到底是如何運行的呢？從本期開始，我們將分上下兩篇向大家介紹單片機與程序的關(guān)系。

關(guān)注單片機的存儲器

在此之前，GR-SAKURA電路板（搭載瑞薩電子單片機“RX63N”）的程序設(shè)計是使用Web編譯器來進(jìn)行的。將通過編譯器搭建的程序（ObjectCode，結(jié)果代碼）如同寫入U盤一樣將之傳送到GR-SAKURA電路板后再執(zhí)行。那么，問題來了。寫入（傳送到）單片機的程序應(yīng)該保存在哪兒呢？另外，程序又是如何被執(zhí)行的呢？在解答這些問題的同時，讓我們一起來了解一下單片機與程序的關(guān)系吧。

首先來了解存儲器﹑主存儲器和外置存儲器的兩種作用

記憶（保存）程序和數(shù)據(jù)的地方即存儲器。存儲器有以下兩種類型。

地址空間（內(nèi)存空間）

CPU能夠直接進(jìn)行讀寫的所有空間被稱為“地址空間（或內(nèi)存空間）”。這個地址空間的每個字節(jié)都標(biāo)注有號碼。這個號碼稱為“地址（address）”，一般以十六進(jìn)制來表示。上面所介紹過的主存儲器都包含在地址空間內(nèi)。

根據(jù)不同用途，單片機的CPU已開發(fā)出了4位、8位、16位和32位。在GR-SAKURA中使用的RX63N單片機搭載了32位的CPU，因此也被稱為“32位單片機”。那么，單片機所擁有的地址空間容量到底有多少呢？以RX63N為例，由于是32位的CPU，因此能夠指定約40億（2的32次方）個地址。確切地說是4，294，967，296（4x1024x1024x1024）個地址。由于一個地址可以記憶一個字節(jié)，這時也可以表示為具有“4GB（千兆字節(jié)）的地址空間”。地址空間的容量越大越能搭載大容量的存儲器，也可容納更大的程序。因此能夠?qū)崿F(xiàn)更高功能的應(yīng)用。

32位字節(jié)的CPU所擁有的４G字節(jié)的地址空間示例如圖1所示。左邊所示的是以十六進(jìn)制標(biāo)示的地址。由于一列保存有4個字節(jié)（=32位），所以左邊所標(biāo)記的地址就是每4個地址的值。

程序保存在哪兒呢？（向量表）

那么，程序被保存在地址空間的什么地方，又是怎么樣開始工作的呢？單片機復(fù)位后便開始執(zhí)行先程序。復(fù)位是在接通電源或接收到復(fù)位信號時發(fā)生。實際上，這種“開始執(zhí)行先程序”處理中，有如下所示的兩種方法。

即開始執(zhí)行程序時，有將執(zhí)行程序的起始地址設(shè)為固定的CPU及將之設(shè)為可變地址的CPU。

在將起始地址設(shè)為固定的CPU中，大多是從地址0（地址空間中的地址）開始執(zhí)行。這就是程序開始的地點。而且，有時要事先在地址0中實現(xiàn)寫入“下一個要執(zhí)行的是地址○○”的跳轉(zhuǎn)（Jump）指令，并將程序預(yù)先放置在“地址○○”中。如果改寫“地址○○”，將可獲得與將起始地址設(shè)為可變地址同樣的效果。

將起始地址設(shè)為可變地址的CPU將起始地址寫入被稱為“向量表”的部分中（圖2）。向量表是只存放地址空間中各種起始地址的特定區(qū)域的名稱。一般來說是它放置在地址空間中地址的部分。

以RX63N為例，由于地址是以32位來顯示的，為了保存它就需要4個字節(jié)。這就意味著圖3中的“復(fù)位”部分表示從地址FFFFFFFCh到地址FFFFFFFFh的4個字節(jié)中保存了程序的起始地址。CPU復(fù)位后將讀取保存于此的地址，并從作了標(biāo)記的地址開始執(zhí)行。被寫入向量表的不僅是復(fù)位后的起始地址，向量表中還保存發(fā)生中斷時程序的起始地址和異常處理（ExceptionHandling）的起始地址。也正因為保存了發(fā)生中斷及異常處理等因多種事由的起始地址，所以才被稱為“表（Table）”。

我們來設(shè)想一下使用了向量表的程序處理的情況。圖3表示出了發(fā)生非屏蔽中斷（NMI）（*1）時的處理流程例。

（1）產(chǎn)生NMI，

（2）讀取寫在向量表的NMI的起始地址（此例中為10000000h），

（3）執(zhí)行所讀取地址（10000000h）中的NMI程序。

（*1）非屏蔽中斷（NMI）：所謂非屏蔽指的是無法禁止的意思。如有中斷請求，CPU將無條件地執(zhí)行中斷處理?？捎糜谕ㄟ^看門狗定時器進(jìn)行的中斷處理等。關(guān)于看門狗定時器，在連載的“定時器”中已為大家作了介紹。

如上所述，在將程序的起始地址設(shè)為可變的CPU中，由于能夠通過寫入向量表來指定中斷處理的起始地址，因此具有在地址空間中自由配置中斷處理程序的特征。

本期我們介紹了CPU的地址空間與外設(shè)功能的關(guān)系、以及程序是從哪里開始執(zhí)行的等內(nèi)容。如果單片機為32位，就有非常巨