飛思卡爾MC9S12系列單片機地址影射以及分頁問題
對於用MCU的人來說,不一定要明白HCS12(x) memory map的機制和聯系。因為如果沒有系統地學習操作系統和編譯原理之類的課程,確實有些難度。並且,對於DG128 XS128這樣的MCU,默認的emory分配方式已經夠用了。從這個意義上講,搞清楚memory map似乎不必要。
但是,你有沒有RAM不夠用的情況?有沒有想定義變量到FLASH
ROM的情況?有沒有因為欲提高尋址效率而定義變量到非分頁區的情況?有沒有寫EEPROM但沒寫成功的情況?
飛思的memory非常靈活,通過地址映射來提高效率是芯片制造商的一慣作風(當然,首先這個CPU要有這種尋址和內存映射轉換機制),但是,縱觀HCS12(x) memory map的東西,真是做到極限了。用我以前的話講是,用有限的資源獲得無限的好處了。看看DG128,64K的邏輯空間,映射之後RAM
EEPROM FALSH ROM,都可以充分發揮作用,而且擴展FLASH也方便。而XS128更高級一籌,有專門的MMC管理HCS12(x)
memory map。
我大體上了解這兩個片子的HCS12(x) memory map,因此就此談談理解和看法,如有錯誤,請大家不吝指出
首先,說說6個概念。
1
memory map 地址映射,不要理解成內存映射,內存是RAM。
2 為什麽要映射?因為CPU的尋址是對物理地址操作,但是單片機的RESET之後只有相對地址。相對地址,我理
解為是一塊一塊的,不是連斷的。相對地址,顧名思義,是個相對的,沒有映射之前,CPU是找不到他的,也
用不了相對地址的數據。 粘一句百度上的解釋:為了保證CPU執行指令時可正確訪問存儲單元,需將用戶程序
中的邏輯地址轉換為運行時由機器直接尋址的物理地址,這一過程稱為地址映射。
3 RAM,這個不多說,是存變量和棧的東西,高速,掉電即失。
4 EEPROM,這個是一種特別的FLASH。一般用來保存少量數據,掉電不會丟失。FLASH也是非易失的,SD卡就是
一種FLASH。EEPROM和普通FLASH的區別,在於讀寫時的字節操作上。這個我基本上沒有體會,因為是相當底層
的東西。
5 FLASH和ROM,在HCS12(X)裏,建議把FLASH和ROM等同起來理解。大家的程序就是放在這裏面的。還有一個
CONST變量和中斷向量也是存在這裏面的。ROM可能有個誤區,只能讀不能寫,一次性的,不錯。但是,有加個
前提,應該是可控的ROM。
6 還有一個重要的register 空間,這個是存放I/0地址和單片機可編程寄存器的空間,是廠家定義的。在頭文件裏可以看到。如extern volatile PORTABSTR _PORTAB @(REG_BASE + 0x00000000)就是典型的register 空間映射。
我把memory map理解成為3個內容:一個是映射管理,一個是分頁機制,一個是尋址的問題。映射管理,就
是單片機RESET之後,邏輯地址和物理地址之間的關系。分頁機制的產生主要由於16位尋址能力有限,需要分
頁解決,另外在虛擬內存管理上可以獲得更多的優勢。至於,CPU尋址的問題,這個就不深糾了。
這次以DG128的為例,XS128的稍復雜一些。理解了DG128的,XS128的問題就不大。
先說一說映射管理:DG128裏通過設置INITRG、INITRM、INITEE來實現映射。具體的設置看DS吧。默認情況
下:register 空間映射到0X0000到0x03FF,這個優先級最高。RAM空間映射到0x0400-0X1FFF,看到沒有,實際
上只有7K,也就是說能用的RAM只有7K。但是,DG128的RAM有8K的邏輯空間啊。所以,可以改INITRG、INITRM
、INITEE重映射以提高RAM的實際可用空間。怎麽改,看需要了。WJ在這裏邏嗦一句,可以看看PE是怎麽改的
。而FLASH映射了3個,有兩個非分頁地址0x4000-0x7FFF和0xC000-0xFEFF。還有一個分頁地址,這一個分頁地
址有6個頁面。6個頁面占用一個分頁窗,用一個邏輯空間,如何讓這6個頁面協作工作並讓CPU能找到他們呢?
這就是分頁管理機制的內容。這6個頁面分別是:
PAGE_38 =
READ_ONLY 0x388000 TO 0x38BFFF;
PAGE_39 = READ_ONLY
0x398000 TO 0x39BFFF;
PAGE_3A = READ_ONLY 0x3A8000
TO 0x3ABFFF;
PAGE_3B = READ_ONLY
0x3B8000 TO 0x3BBFFF;
PAGE_3C = READ_ONLY
0x3C8000 TO 0x3CBFFF;
PAGE_3D = READ_ONLY
0x3D8000 TO 0x3DBFFF;
上面說的大家可以新建一個DG128工程,到PRM文件裏看。
再看看分頁管理機制:DG128裏只有FLASH空間可以分頁,而XS128裏,分頁的東西太多了。DG128裏FLASH分
頁是通過PPAGE寄存器搞定的。PPAGE是5位寄存器,CPU12內核規位每頁只能有16KB。因此DG128的FLASH尋址空
間就是2^5*16KB=512KB了。
首先問一個問題:
中斷函數為什麽要加:#pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NON_BANKED 這個聲明?這個聲明是幹什麽用的?
這要還是要從FLASH分頁和非分頁的區別說起。
下面詳細說一說,FLASH裏非分頁和分頁的使用。 要明白一點,分頁是不可見的,要用的時候PPAGE參與尋
址。
1 FLASH裏非分頁工作機制
FLASH一共為128K,一頁是16K,那麽應該有8頁才是,但是實際只有6個分頁。有2個非分頁放在4000-7FFF
,和C000-FFFF兩個邏輯地址窗裏。那麽,當程序的尋址在64K之內(2^16=64K,16位機的尋址能力是64K)時,
就不用分頁了,直接使用那兩個非分頁的數據。實際上,3E頁 3F頁是可見的,其實他們就是那2個非分頁的映
射。因此,使用非分頁FLASH,就不須設置PPAGE寄存器,直接使用邏輯地址即可。見圖1。
這點我們可以從以下看出:
/* non-paged FLASHs */
ROM_4000 = READ_ONLY
0x4000 TO 0x7FFF;
ROM_C000 = READ_ONLY
0xC000 TO 0xFEFF;
PLACEMENT
NON_BANKED, INTO ROM_C000/*,
ROM_4000*/;
很直觀地看出,把這兩個可以直接使用邏輯地址的頁面設為NON_BANKED, 那麽中斷函數放在NON_BANKED裏
,就可以把函數放在64K的尋址程序段中。這麽一來,進中斷就方便多了,效率也高很多。這就是對本文開篇
的解釋。
2 FLASH裏分頁工作機制
好了,上面是3E頁 3F頁是可見的分頁區,還有3D
3C 3B 3A 39 38不可見的分頁區。當你的程序要尋址
64K以外的空間,即不是是可見的3E頁 3F頁時,就要涉及分頁了。
PPAGE是MMC模塊的東西,我搞了個圖片大家看看,如圖2。每一頁在DG128中的邏輯地址都是由PPAGE中的
頁號和重疊窗口內地址組成的24位絕對地址。通過設置寄存器PPAGE,可以使用全部的FLASH空間。例如:程序
要將數據存入$3D頁,設置PPAGE的值為$3D,那麽邏輯地址範圍說是$3D8000-$3DBFFF。有一點要註意:為了分頁描述的完整性,可以如下理解:對於3E頁 3F頁有兩個邏輯地址映射到物理地址。拿3E頁來說,有$004000-$007FFF和$3E8000-$3EBFFF。
對於程序是如何尋址,這個是內核的東西,大家可以看看CPU這個文檔。
通過分析,相信大家知道地址這個東西是非常有用的吧。下次說說XS128,XS128的RAM FLASH EEPROM都可
以分頁。更高級,更主動,編程彈性更大。
飛思卡爾MC9S12系列單片機地址影射以及分頁問題