基于单片机的大程序和数据空间的设计和实现

　　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。

　　1 Blank Switch技术介绍

　　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。

　　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。

　　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。

　　2 系统硬件的设计

　　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。

　　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，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。

　　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。

　　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。

　　3 KeilC51的环境设置

　　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。

　　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。

　　◆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。

　　◆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.

　　◆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。

　　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。

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　　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：

　　◆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。

　　◆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。

　　◆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。

　　◆B_NBAbIKS EQU 16 //定义最大分组（o~64），可为2、4、8、16、32、64.

　　◆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。

　　◆B_RTX EQU O //0;不使用Keil的实时操作系统

　　◆B_VAR_BANKINGEQU l //l;支持变量分页（数据空间扩展）

　　◆B_FIRSTBIT EQU 4 //对应最低位的Pl位

　　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.

　　在keil中printf 默认是向串口中发送数据的，所以，如果应用该函数，必须先初始化串口，否则可能引起死机的情况，并且在printf之前应该先将TI置位，摘抄原因如下：

　　1.printf函数是调用putchar函数输入的，而putchar应该是先判断ti是否为1,不为1则等待为1. 如果为1则清0,然后送出一个字符。因此你如果直接使用printf函数，你的程序就会在putchar函数中等待ti为1.这时你的程序就相当于直接死掉了。你可以通过改写putchar函数实现自己的目的。TI相当于是初始化~不给赋初值就不干活

　　2.Keil的串口处理比较巧妙的，我的分析如下：

　　putchar.c里面，是先检测TI再发送。这样做的目的是把尽可能多的时间留给2次串口操作之间的程序，而不是把等待字节发送的时间白白空等待浪费掉。所以，在系统初始化的时候，一定要令TI=1; 就可以顺畅的使用printf函数了。搂主sbuf=“ ”的办法，其实就是令TI=1.   另外要特别注意，printf函数执行完毕后，最后一个字节并未发送完毕，例如在485通讯中，此时如果切换为收模式，会丢失最后一字节。

　　3.一般串口发送都是等TI（字节发送完标志）为1就马上发送下一字节，由于不管是中断还是查询TI标志的方法，都会检测TI,因此首次发送必须置位TI标志，使串口开始发送你的“在程序的初始化部分往串口数据寄存器SBUF里放一个字符来起用终端显示；”方法最终作用也就是把TI置1,改成TI=1;来启动发送也是一样的（当然，不会发出那个‘ ’字符了）。

　　4.中定义，调用底层的putchar（）来实现。底层发送数据到串口时，先查TI=1是否成立，死等直到TI=1时将新数据写入SBUF,函数返回，所以要先将TI置1,启动第一次传输操作。可查看反汇编相关代码理解其工作机理！

　　5.自己理解：在多机通讯中，应该也要形成像 putchar（）函数的机理，要有串口中断服务程序，并且是在该程序中判断TI,根据TI是不是该发送下一组数据~同样对于接收的一方

　　4 程序设计的相关问题

　　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。

　　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。

　　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。

　　例如，在头文件中设置了如下两个宏：

　　#define FAExt FARRAY（unsigned int,0x18800）//0x18800-0xlSfff 2Byte*1024

　　#define FVHcad FARRAY（1ong,Oxl9000）//Oxl9000 4 Byte

　　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）。

　　下面是读取数据的例子。

　　unsisned int SingleExt;

　　long Head Comp;

　　SingeExt=FAExt[1];//读取数组中的第二个数据

　　HeadComp=0x559;

　　FVHead=HeadComp;//写入数据到29C040

　　需要注意的是：

　　◆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。

　　◆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。

　　◆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。

　　◆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。

　　结 语

　　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。

参考文献:

[1]. ROM datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/ROM_1188413.html.
[2]. far datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/far_1888220.html.