02-存儲器組織課件

第二章CIP-51微控制器（紅色部分）2.1C8051F120控制器內(nèi)核是CIP-51微控制器C8051F系列單片機的內(nèi)核是SiliconLabs的專利產(chǎn)品：CIP-51。它與MCS-51

指令集完全兼容，可以使用標準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)構和外設以外，另有增加的定制外設和功能，大大增強了它的處理能力。性能:CIP-51采用流水線結(jié)構，與標準的8051結(jié)構相比指令執(zhí)行速度有很大的提高。而對于CIP-51內(nèi)核，70%的指令的執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，沒有執(zhí)行時間超過8個系統(tǒng)時鐘周期的指令。CIP-51工作在最大系統(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)的關系。本課程使用C語言編程，對匯編只是簡單介紹，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；匯編語言執(zhí)行效率高，上手相對難，移植困難；對8051CPU內(nèi)部詳細結(jié)構本課程不做詳細介紹，我們可以認為它是一款CPU，可以執(zhí)行我們的C語言或匯編語言程序。（我們對80X86內(nèi)部結(jié)構并不熟悉，但不妨礙我們使用它）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：存儲器組織、SFR、外設結(jié)構2.2存儲器組織CIP-51的存儲器組織如圖11.2所示。注意：各空間地址范圍程序存儲器和數(shù)據(jù)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)存儲器空間/IO空間： 0000h-FFFFh;內(nèi)部數(shù)據(jù)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(只能直接尋址)2.2.1位尋址空間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器字節(jié)地址0x20-0x2F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)存儲器字節(jié)地址0x20

到0x2F的16個字節(jié)共128個位，還可以作為128個獨立尋址位訪問。每個位有一個位地址，從0x00到0x7F。字節(jié)地址0x20的位0其位地址是0x00，字節(jié)地址0x20的位7其位地址是0x07。字節(jié)地址0x2F的位0其位地址是0x78，字節(jié)地址0x2F的位7其位地址是0x7F。2.2.2特殊功能寄存器從0x80到0xFF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先定義好每個寄存器，每個位的含義，不能修改。SFR提供如下功能：對CIP-51資源和外設的控制反應CIP-51資源和外設的狀態(tài)CIP-51與這些資源和外設之間的數(shù)據(jù)交換CIP-51具有標準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）。表11.0MCS-51系統(tǒng)控制器中的全部SFR表2-1特殊功能寄存器映像SFR分頁機制（類似于上下鋪）：CIP-51實現(xiàn)了SFR分頁機制，允許器件將很多SFR映射到0x80~0xFF這個存儲器地址空間。SFR存儲器空間有256頁。0x80~0xFF的每個存儲器地址都可以訪問多達256頁。C8051F12x器件使用5個SFR頁：0、1、2、3和F。使用特殊功能寄存器頁選擇寄存器SFRPAGE來選擇SFR頁（見圖11.2）。讀和寫一個SFR的步驟如下：1．用SFRPAGE寄存器選擇相應的SFR頁號。2．用直接尋址方式讀或?qū)懱厥夤δ芗拇嫫鳎∕OV指令）。位7-0：SFR頁：代表C8051MCU讀或修改SFR時所使用的SFR頁。寫：設置SFR頁。讀：C8051MCU正在使用的SFR頁。注意復位值注意地址，SFR頁每個SFR有一個名字和它的字節(jié)地址對應，可以用名字和字節(jié)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0x0或0x8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），所有其它SFR只能按字節(jié)尋址?？梢晕粚ぶ返腟FR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）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)生不確定的結(jié)果，應予避免。有關每個寄存器的詳細說明請參見手冊P121-P1252.2.3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，位于地址0x00到0xFF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。可以用直接或間接尋址方式訪問這128字節(jié)。什么是直接尋址和間接尋址？直接尋址示例：MOVA，40H間接尋址示例：MOVR0，#40HMOVA，@R0注： 其中R0是一個寄存器 間接尋址可用R0，R1，和DPTR其中：從0x00到0x1F為4個通用寄存器區(qū)，每個區(qū)有8個寄存器。接下來的16字節(jié)，從地址0x20到0x2F，既可以按字節(jié)尋址又可以作為128個位地址用直接位尋址方式訪問。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。2.2.3.1通用寄存器內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的低32字節(jié)，從地址0x00到0x1F，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）。目的：這允許在進入子程序或中斷服務程序時進行快速現(xiàn)場切換。注意：間接尋址方式使用R0和R1作為間址寄存器。2.2.3.2堆棧程序的堆?？梢晕挥?56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0x81）指定。SP指向最后使用的位置。下一個壓入堆棧的數(shù)據(jù)將被存放在SP+1，然后SP加1。復位后堆棧指針被初始化為地址0x07，因此第一個被壓入堆棧的數(shù)據(jù)將被存放在地址0x08(R0-R7復位后默認在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：初始化程序包括MOVSP，#30H2.2.4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，只能用來存儲非易失性數(shù)據(jù)。FLASH存儲器特性：一個FLASH位可以隨便從1清0。但是一旦被清0，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之前，應將數(shù)據(jù)字節(jié)擦除(置為0xFF)。寫和擦除操作由硬件自動定時，以保證操作正確。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從程序存儲器相應的地址讀出下一條指令，然后譯碼執(zhí)行；2.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字節(jié)的數(shù)據(jù)。特殊情況下：MOVX 寫入 程序存儲器空間這一特性為CIP-51提供了更新程序代碼和將程序存儲器空間用于非易失性數(shù)據(jù)存儲的機制。128K程序存儲器組織成4個32KB的程序存儲塊。地址在0x0000到0x7FFF之間的32K字節(jié)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0x8000~0xFFFF，由PSBANK

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128KBFLASH存儲器當SFLE=0時:指向128KBFLASH存儲器注意：復位值注意：位于塊3的1024個存儲器字節(jié)（0x1FC00~0X1FFFF）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）復位值=0000PC指向下一條需要執(zhí)行指令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FLASH程序。當SFLE=1時:指向256BFLASH存儲器為什么安排兩個128B的FLASH？為什么安排兩個128B的FLASH？兩個128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為0x0400。類似FLASH存儲器的寫保護查表即可見前2頁選擇是寫一個字節(jié)還是擦一個扇區(qū)FLASH存儲器編程兩種方法：對FLASH存儲器編程的最簡單的方法是使用由SiliconLabs或第三方供應商提供的編程工具，通過JTAG接口編程。這是對未初始化器件的唯一的編程方法?？梢杂密浖褂肕OVX指令對FLASH存儲器編程，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)字節(jié)。在使用MOVX指令對FLASH存儲器寫入之前，必須將程序存儲寫允許位PSWE（PSCTL.0）設置為邏輯‘1’，以使MOVX指向FLASH。在用軟件清除之前PSWE位一直保持置位狀態(tài)。為了避免對FLASH的誤寫，強烈建議在PSWE為邏輯‘1’期間禁止中斷。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塊中的哪一個被映射到地址范圍0x08000~0x0FFFF。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128KBFLASH器件，從0x1FC00開始的1024個單元被保留。應避免FLASH寫和擦除操作指向保留區(qū)。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0xFF）。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)區(qū)（地址0x20000~0x200FF）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)字節(jié)到扇區(qū)內(nèi)的任何一個地址。2.2.5外部數(shù)據(jù)存儲器/IO空間空間大?。?64K地址范圍： 0000H-FFFFH空間中可以安排：RAM存儲器或IO設備片內(nèi)已集成： 8KRAM片外擴展：1.保留8K則最多擴展56KRAM/IO設備2.屏蔽8K則最多擴展64KRAM/IO設備3.擴展方法后面章節(jié)詳細介紹邏輯上：程序存儲器空間：0000h-FFFFh,共128KB全部集成在芯片上；數(shù)據(jù)存儲器空間：0000h-FFFFh,64k集成了8k；內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器空間：00h-7Fh(直接/間接)，80h-FFh(間接)R0-R7可以用名字或地址訪問。內(nèi)部特殊功能寄存器空間：80h-FFh；特殊功能寄存器可以用名字或地址訪問。內(nèi)部位尋址空間：20h-2Fh中有00h-7Fh,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用名字或地址訪問?？偨Y(jié)：2.2.7CIP-51相關寄存器（屬于SFR）說明下面對與CIP-51系統(tǒng)控制器操作有關的SFR加以說明。注意保留位不應被置為邏輯‘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位值將是邏輯‘0’以選擇缺省狀態(tài)。

SP：堆棧指針

堆棧指針保持棧頂位置。在每次執(zhí)行PUSH操作前，堆棧指針加1。SP寄存器復位后的默認值為0x07。 DPL：數(shù)據(jù)指針低字節(jié)DPL為16位數(shù)據(jù)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)指針高字節(jié)DPH為16位數(shù)據(jù)指針（DPTR）的高字節(jié)。DPTR用于訪問間接尋址的XRAM和FLASH存儲器。位7：CY：進位標志。當最后一次算術操作產(chǎn)生進位（加法）或借位（減法）時，該位置1。其它算術操作將其清0。位6：AC：輔助進位標志。當最后一