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在Bank Switch基础上 实现大程序和数掘空间

MCS51系列单片机是目前应用非常广泛的8位MCU。MCS5l系列单片机的地址总线为16位,不作扩展的情况下其最大的程序和数据地址空间为64 KB。但是随着控制领域的不断智能化、复杂化,程序代码或数据空间的大小可能远远大于64 KB。结合相应的硬件地址扩展,使用KeilC5l的Blank Switch技术可生成代码长度和数据空间大于64 KB的目标程序。电子园51单片机学习网?;vQ e G
    [Keil](javascript:;) C5l的Blank Switch技术突破了51系列单片机在地址空间方面的不足,在很多领域中拓展了它的使用。笔者就曾使用Blank Switch开发了程序空间为512 KB,数据空间为256 KB的一个较复杂的程控交换机控制程序。电子园51单片机学习网Fur0l-f2Y7s`
    本文以该程控交换机主控制部分的实现过程为例,介绍KeilC5l的Blank Switch技术的具体应用。

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1 Blank Switch技术介绍电子园51单片机学习网+W6S.e,af.a4JF-wH
    具体实现Blank Switch技术的是KeilC5l中的分组连接定位器BL5l。Keil C5l语言源程序经过C5l编译器编译后,生成浮动地址的目标代码文件。这种浮动地址的目标代码必须经过连接定位器BL5l的连接和定位,生成具有绝对地址的目标代码,才能写入程序存储器正常运行。
#`D j|:~V44606    BL51支持分组连接定位,允许生成代码大于64 KB的目标程序,可以在具有适当硬件扩展逻辑的系统中进行代码组之间的切换,以达到正常运行的目的。电子园51单片机学习网km8@;W{k
    V5.03版本的BL5l可以管理最多64个代码组,每个代码组最大为64 KB。BL51连接定位器生成的0MF5l格式的绝对目标文件,可装入dSCOpe51或[Intel](javascript:;)兼容的仿真器进行调试,也可通过符号转换器OH51转换成IntelHex文件以便于EPROM编程。电子园51单片机学习网TM [,v$fJ_ S
    在Keil C5l开发工具的快速更新过程中,LX51成为功能更为完善的连接定位器,使用它替代BL51能够增加更多的连接定位功能。笔者使用LX5l可以更加方便程序的开发。电子园51单片机学习网b@#Y g3B1C+C#`4u

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2 系统硬件的设计电子园51单片机学习网#s6q2\U9^"Q7v6t&}l.z
    在采用BL5l对目标程序进行分组连接定位时,要求系统具有相应的硬件分组扩展逻辑。BL5l默认的分组方式是采用MCU的P1端口作硬件扩展地址线.采用l条Pl引脚时,分组数为2,采用6条P1引脚时,最多可分为64个代码组,剩余的Pl口线也可做其他用途。电子园51单片机学习网4f8oR6]"@+H-A1r
    硬件分组还可采用外部数据存储器XDATA空间地址单元来进行,与采用805l的Pl端口作为分组地址线不同的是,对于一个指定用于分组地址的XDATA端口字节中的剩余位,不能再用于其他目的。电子园51单片机学习网2e(LmLR9r @
    在系统中,以Pl端口作硬件扩展地址线,使用了4条Pl引脚(P1.4~P1.7)。主控部分硬件基本原理图如图1所示。在这里,去除了外围控制接口(如串口)与其他CPU的互联等电路,主要突出如何实现使用Pl端口作硬件扩展来增加程序空间和数据空间.笔者使用Flash29C040作为程序存储器,通过Pl扩展引脚与该芯片的高4位地址线相连,使用32 KB空间的62256作为外部数据存储器。由于程控交换机中有很多参数和设置数据需要断电保存,所以使用了另一Flash29CO4O作为扩展的外部数据存储器。电子园51单片机学习网(MM!B'^$y1Jw

Xmv2j+TK o44606电子园51单片机学习网$?ye6}:v*jLp

在这里需要注意的是,CPU地址线的最高位(P2.7)并不是直接与对应的程序Flash 29C040和数据Flash29C040地址线相连。在和程序存储器的连接中,P2.7和Pl端口通过与的关系连接到Flash 29C040的地址线高4位。公共代码区域程序始终都是从Flash 29C040的低32 KB中读取,而不需要在每个分组前存放32 KB的公共代码区域程序,从而节约了存储空间。
Nb_Ib/Bw44606    在和数据存储器的连接中,增加了P1.O和P2.7组合对数据Flash 29C040的片选,主要是考虑可以增加主控芯片对外围器件的控制。例如,当设置P1.0为0,地址为高32KB时,可以扩展增加访问串口或其他器件。在本文就不再对该部分内容详细描述了。同时,需要注意安排好变量的存储地址,这一点将在下文中详细描述。
#U9A})UQXD44606    在程序设计过程中,P1扩展地址线对程序员而言是不可见的。由BL5l产生的代码来控制硬件的扩展引脚和代码组的切换,这使程序员只需要将精力花费在代码编写和代码组的安排上,大大提高了程序设计效率和稳定性。

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3 KeilC51的环境设置
0[@_vb.M/I44606    除需要正确设计硬件电路,同时还要对Keil C5l提供的文件和环境进行正确设置才能真正实现地址的扩展。下面是需要进行相关配置的几项。
-O(TP&u*Az44606    在菜单Project选择中选择Option for Target“Tar-get”选择项,按图2所示进行项目配置。电子园51单片机学习网 o |C.[{4sw
    ◆由于使用4个Pl引脚进行硬件的扩展,所以在Banks选择中使用16个物理页。电子园51单片机学习网.GI0S)AD9X5J
    ◆使用32KB作为一个分页的空间大小,所以在Bank Area中写入地址范围为0x8000~0xffff。电子园51单片机学习网_5Dvd,n$s ZRy
    ◆由于使用了扩展的数据存储空间,所以选择支持使用“far”变量类型,这样就能方便地使用FARRAY、FVAR等宏和指针来访问扩展的空间地址。
8S&Fq5|ke4p44606    在菜单Project选择中选择Option for Target“Output”选择项,按图3所示进行项目配置。

-AX\1h0] x44606

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在输出的文件格式上使用HEX-386的文件格式。这是使用LX51连接定位器时产生的一种扩展型的[HEX](javascript:;)文件类型。
0h\X!?*{)J_`44606    在工程窗体中,对工程中的每个源程序合理安排分组的位置,有以下几点需要特别注意:
:ymkU$E{44606    ◆复位和中断向量、代码常数、C51中断函数、组切跳转表、库函数这些代码必须安排在公共代码区域。
n.S.L^p'[Ra44606    ◆代码组切换需要大约50个机器周期和2字节的堆栈空间。因此应当仔细安排程序结构以尽量减少代码之间的切换。被整个程序经常调用的函数应当安排在公共代码区域。同时,同一功能模块的函数大多相互调用,所以应当安排在同一代码组,以减少代码组的切换,提高系统运行效率。电子园51单片机学习网[blkw8`c-KX q
    ◆L5l_BANK.A51必须安排在公共代码区域。令Common代码组和BankO代码组在物理上实际是同一个代码组,所以不要使用Bank0代码组来给源程序分配空间。在L51_BANK.A5l文件中需根据硬件的具体情况配置修改以下代码。
8`-K$t&E oz7G@44606    ◆?B_NBAbIKS EQU 16 //定义最大分组(o~64),可为2、4、8、16、32、64。电子园51单片机学习网N%wQ'J2H%D#`wa
    ◆?B_MoDE EQU 0 //O:通过8051单片机的I/0口进行分组切换,l:通过XDATA存储器单元进行分组切换。电子园51单片机学习网N1c-lJ;_pr.@+K L
    ◆?B_RTX EQU O //0;不使用Keil的实时操作系统电子园51单片机学习网 X3t kk8{ j N;f,_|"n:a
    ◆?B_VAR_BANKINGEQU l //l;支持变量分页(数据空间扩展)电子园51单片机学习网S.H~{M%o(o&}l
    ◆?B_FIRSTBIT EQU 4 //对应最低位的Pl位
/cE}.M5s ~_44606    在这里需要注意的是,要根据自己系统的实际情况来安排硬件设计和软件配置。例如,如果系统中使用了RTX-5l实时操作系统,那么在L51_BANK.A5l文件中B_RTX应当改写为l。电子园51单片机学习网&DF1VLe h]

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l"GRf4y)p446064 程序设计的相关问题
`aR9uY7aN T44606    源程序通过对上文中环境和L5l_BAl7K.A5l文件的设置后,连接定位器,自行安排目标代码的程序空间和控制代码组程序切换。一般情况下,不需要程序员作更细微的安排,但是变量空间的安排需要根据实际系统作出合理分配。电子园51单片机学习网5\'_9Z"Q;Ch4D.Zu W
    从硬件设计中可知,当CPU的地址线最高位P2.7为0时,不论P1扩展地址是多少,访问的数据空间是62256。在P2.7为l时,并且P1.0为1 时,访问的数据空间是数据Flash 29C040。在系统中,数据存储器访问地址对应的Flash 29C020实际地址如表l所列。电子园51单片机学习网d6a4i@ K0o Y7P$DbO$L c

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^)Q2t`0v44606    在实践过程中,使用FARRAY、FVAR等宏设置绝对地址来访问扩展的数据存储器Flash 29C040取得很理想的效果。FARRAV宏实现对扩展空间以数组方式的访问,FVAR宏实现对扩展空间以单个变量方式的访问。
k1hm^(H'R*S l44606    例如,在头文件中设置了如下两个宏:电子园51单片机学习网u]p}c T g
    #define FAExt FARRAY(unsigned int,0x18800)//0x18800-0xlSfff 2Byte*1024电子园51单片机学习网ID2h}d-T A_
    #define FVHcad FARRAY(1ong,Oxl9000)//Oxl9000 4 Byte电子园51单片机学习网N U h'E1B
    通过宏FAExtHot可以unsigned int类型数组访问29C040。通过宏FVHcad可以long类型的变量访问29C040(占用其0x9000开始的4个字节)。
8|ch| v@MB7N6E44606    下面是读取数据的例子。电子园51单片机学习网6eR&^_"L [,{t
    unsisned int SingleExt;
5dLt u#] L'W44606    long Head Comp;
Ykii Q-y*dQ44606    SingeExt="FAExt"[1];//读取数组中的第二个数据电子园51单片机学习网6\&k:^%DLf;^^U*~
    HeadComp="0x559";
2gB0xh5p2}44606    FVHead="HeadComp";//写入数据到29C040
9p\;a S{+M44606    需要注意的是:电子园51单片机学习网\,_T'av{7K!P
    ◆应当合理安排数组大小,不要造成存储空间的重复使用。例如这个数组的大小是1024,那么在安排后面的宏FVHead时,其地址应当在0x18fff之后。
#G J7A4yv1{/\)D44606    ◆由于使用的扩展数据存储器是Flash,所以应当注意Flash的写入是以页的方式进行的,写入数据时不要将奉页的其他数据擦除掉。电子园51单片机学习网#Z+vy(L7g d1Vy
    ◆由于系统的实际需要,使用Flash做扩展数据存储器,如果应用中对RAM的空间需求很大,也可以使用2 Mb空间RAM和2Mb空间Flash的组合来进行扩展。电子园51单片机学习网NL |`K0n"Cq!ie
    ◆也可以使用far类型的变量来访问扩展的数据空间,在此不详细描述。电子园51单片机学习网HBCzk{1H)c"T

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7iJ"P l;|{ A44606结 语电子园51单片机学习网:M&UhdR
    采用Keil C5l的BankSwitch技术扩展5l系列单片机程序和数据空间,在硬件修改很少的情况下,便可以实现运行大于64KB的程序,访问大于64 KB的数据,充分扩展了5l系列单片机的应用空间。

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