Freescale 16位單片機(jī)的地址映射 - 全文

原文鏈接：freescale 16位單片機(jī)的地址映射--(1)前言

freescale 16位單片機(jī)的地址映射--(2)飛思卡爾16位單片機(jī)的資源配置

freescale16位單片機(jī)的地址映射--(3)codewarrior中的prm文件

前言：

原來一直不太明白單片機(jī)的地址映射，也沒有仔細(xì)的研究過，我想這就是我不是牛人的原因吧。通常開始學(xué)單片機(jī)，都是寫一些比較小的程序，如果不做項(xiàng)目開發(fā)之類的，以飛思卡爾16位單片機(jī)的資源配置來說也足夠了。但是前一陣子遇到了一個(gè)問題，需要在RAM中存一個(gè)比較大的常數(shù)數(shù)組，但是單單存在RAM中的話，肯定是存不下，考慮到數(shù)組是常數(shù)，所以只能存在ROM里，但是當(dāng)時(shí)時(shí)間較短，沒有研究明白，還得到了非常慘痛的教訓(xùn)，覺得不甘心，打算再花時(shí)間研究了一下。在以后的文章中我會(huì)把我的研究心得記錄下來，希望大家提出意見。

飛思卡爾16位單片機(jī)的資源配置

 以MC9S12XS128MAL為例，其實(shí)DG128之類的類似。如圖一，128代表的是單片機(jī)中的FLASH大小為128KByte，同理64代表的是單片機(jī)中的FLASH大小為64 K Byte，256代表的是單片機(jī)中的FLASH大小為256 KByte。但是S12(X)所使用的內(nèi)核CPU12(X)的地址總線為16位，尋址范圍最大為2^16 =64K Byte，而這64KByte的尋址空間還包括寄存器、EEPROM（利用Data Flash模擬）、RAM等，因此不是所有的64KByte都是用來尋址FLASH。所以在S12(X)系列單片機(jī)中，很多資源是以分頁(yè)的形式出現(xiàn)的，其中包括EEPROM、RAM、FLASH。EEPROM的每頁(yè)大小為1KByte，RAM的每頁(yè)大小為4K Byte，F(xiàn)LASH的每頁(yè)大小為16K Byte。因此XS128中EEPROM的頁(yè)數(shù)為8K/1K =8頁(yè)，RAM的頁(yè)數(shù)為8K/4K = 2頁(yè)，F(xiàn)lash的頁(yè)數(shù)為128K/16K = 8頁(yè)。

圖一

圖二

在單片普通模式中，復(fù)位后，所有內(nèi)存資源的映射如圖二所示，其中從0x0000-0x07FF的2K范圍內(nèi)映射為寄存器區(qū)，如I/O端口寄存器等，當(dāng)然寄存器沒有那么多，后面的一部分其實(shí)沒有使用；

從0x0800-0x0BFF，共1K的空間，映射為EEPROM區(qū)，由上面的分析，XS128中共有8頁(yè)的共8K的EEPROM，所以這8頁(yè)的EEPROM都是以分頁(yè)的形式出現(xiàn)的，可以通過設(shè)置寄存器EPAGE選擇不同的頁(yè)并進(jìn)行訪問；

從0x0C00到0x0FFF的1K空間為保留區(qū)（其實(shí)這里面也有學(xué)問，以后探討）；

從0x1000到0x3FFF的12K空間為RAM區(qū)，分為三頁(yè)，但是和前面所說的EEPROM不同，這三頁(yè)中有2頁(yè)（對(duì)于XS128和XS256）或一頁(yè)（對(duì)于XS64）為固定頁(yè)，位于12K空間的后一部分，以XS128為例，其內(nèi)部的RAM資源為8K，所以其三頁(yè)中的最后兩頁(yè)（0x2000-0x3FFF）為固定頁(yè)，第一頁(yè)（0x1000-0x1FFF）為窗口區(qū)，通過設(shè)置寄存器RPAGE來映射其他分頁(yè)的RAM，當(dāng)然在單片普通模式下，XS128內(nèi)部已經(jīng)沒有其他的RAM了，所以這一頁(yè)其實(shí)也沒有用。但是對(duì)于XS256，這一頁(yè)是有用的，因?yàn)樗偣灿?2K的RAM。但是，在單片普通模式下，即沒有外擴(kuò)RAM的情況下，用戶是不用刻意的去配置RPAGE的，因?yàn)閺?fù)位的時(shí)候，已經(jīng)默認(rèn)指向那一頁(yè)的RAM。

從0x4000-0xFFFF的總共48K的空間為Flash區(qū)，分為三頁(yè)。其中第一頁(yè)和第三頁(yè)為固定的Flash頁(yè)，中間的一頁(yè)（0x8000-0xBFFF）為窗口區(qū)，通過設(shè)置PPAGE寄存器，可以映射到其他的分頁(yè)Flash。

在最后的一頁(yè)固定的Flash區(qū)域中的最后256字節(jié)中，保存的是中斷向量。

對(duì)于RAM和Flash來說，其實(shí)固定頁(yè)和其他的分頁(yè)資源是統(tǒng)一編址的，不同的是固定頁(yè)不可以通過寄存器（RPAGE、PPAGE）改變映射，而其他的頁(yè)必須通過寄存器的設(shè)置來選擇映射不同的頁(yè)。

codewarrior中的prm文件

網(wǎng)上廣泛流傳的一篇文章講述的是8位飛思卡爾單片機(jī)的內(nèi)存映射，這幾天，研究了一下Codewarrior 5.0prm文件，基于16位單片機(jī)MC9S12XS128，一點(diǎn)心得，和大家分享。有什么錯(cuò)誤請(qǐng)指正。

正文：

關(guān)于Codewarrior 中的.prm 文件

要討論單片機(jī)的地址映射，就必須要接觸.prm文件，本篇的討論基于Codewarrior 5.0 編譯器，單片機(jī)采用MC9S12XS128。

通過項(xiàng)目模板建立的新項(xiàng)目中都有一個(gè)名字為“project.prm”的文件，位于ProjectSettings->Linker Files文件夾下。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的基于XS128的.prm文件起始內(nèi)容如下：

.prm文件范例：

NAMES

END

SEGMENTS

RAM = READ_WRITE DATA_NEAR 0x2000 TO 0x3FFF;

ROM_4000 = READ_ONLY DATA_NEAR IBCC_NEAR 0x4000 TO 0x7FFF;

ROM_C000 = READ_ONLY DATA_NEAR IBCC_NEAR 0xC000 TO 0xFEFF;

//OSVECTORS = READ_ONLY 0xFF10 TO0xFFFF;

EEPROM_00 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x000800 TO 0x000BFF;

EEPROM_01 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x010800 TO 0x010BFF;

EEPROM_02 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x020800 TO 0x020BFF;

EEPROM_03 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x030800 TO 0x030BFF;

EEPROM_04 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x040800 TO 0x040BFF;

EEPROM_05 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x050800 TO 0x050BFF;

EEPROM_06 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x060800 TO 0x060BFF;

EEPROM_07 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x070800 TO 0x070BFF;

PAGE_F8 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0xF88000 TO 0xF8BFFF;

PAGE_F9 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0xF98000 TO 0xF9BFFF;

PAGE_FA = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0xFA8000 TO 0xFABFFF;

PAGE_FB = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0xFB8000 TO 0xFBBFFF;

PAGE_FC = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0xFC8000 TO 0xFCBFFF;

PAGE_FE = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0xFE8000 TO 0xFEBFFF;

END

PLACEMENT

_PRESTART,

STARTUP,

ROM_VAR,

STRINGS,

VIRTUAL_TABLE_SEGMENT,

//.ostext,

DEFAULT_ROM, NON_BANKED,

COPY

INTO ROM_C000 ;

OTHER_ROM INTO PAGE_FE, PAGE_FC, PAGE_FB, PAGE_FA,PAGE_F9, PAGE_F8;

//.stackstart,

SSTACK,

//.stackend,

PAGED_RAM,

DEFAULT_RAM

INTO RAM;

DISTRIBUTE DISTRIBUTE_INTO

ROM_4000, PAGE_FE, PAGE_FC, PAGE_FB,PAGE_FA, PAGE_F9, PAGE_F8;

CONST_DISTRIBUTE DISTRIBUTE_INTO

ROM_4000, PAGE_FE, PAGE_FC, PAGE_FB,PAGE_FA, PAGE_F9, PAGE_F8;

DATA_DISTRIBUTE DISTRIBUTE_INTO

RAM;

//.vectors INTO OSVECTORS;

END

ENTRIES

//_vectab OsBuildNumber_OsOrtiStackStart _OsOrtiStart

END

STACKSIZE 0x100

VECTOR 0 _Startup

//VECTOR 0 Entry

//INIT Entry

1 .prm 文件組成結(jié)構(gòu)

按所含的信息的不同.prm文件有六個(gè)組成部分構(gòu)成，這里僅討論和內(nèi)存空間映射關(guān)系緊密的三個(gè)部分，其他的不做討論。

· SEGMENTS … END

定義和劃分芯片所有可用的內(nèi)存資源，包括程序空間和數(shù)據(jù)空間。一般我們將程序空間定義成ROM，把數(shù)據(jù)空間定義成RAM，但這些名字都不是系統(tǒng)保留的關(guān)鍵詞，可以由用戶隨意修改。用戶也可以把內(nèi)存空間按地址和屬性隨意分割成大小不同的塊，每塊可以自由命名。例如同樣是RAM，可以使用不同的屬性，使其有復(fù)位后變量清零和不清零之分。

關(guān)于內(nèi)存劃分的具體方法在后面詳解。

· PLACEMENT … END

將指派源程序中所定義的各種段，如數(shù)據(jù)段DATA_SEG、CONST_SEG和代碼段CODE_SEG 被具體放置到哪一個(gè)內(nèi)存塊中。它是將源程序中的定義描述和實(shí)際物理內(nèi)存掛鉤的橋梁。

· STACKSIZE

定義系統(tǒng)堆棧長(zhǎng)度，其后給出的長(zhǎng)度字節(jié)數(shù)可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要進(jìn)行修改。堆棧的實(shí)際定位取決于RAM內(nèi)存的劃分和使用情況。默認(rèn)的情況下，堆棧放在RAM區(qū)域的起始部分。當(dāng)然，堆棧的定義不只有這種方式，還可以使用STACKTOP關(guān)鍵字。后面將詳細(xì)討論。

2 內(nèi)存劃分的具體方式

由SEGMENTS開始到END為止，中間可以添加任意多行內(nèi)存劃分的定義，每一行用分號(hào)結(jié)尾。定義行的語法型式為：

[塊名] = [屬性1] [屬性2] ，… ，[屬性n] [起始地址] TO [結(jié)束地址];

其中，

· “塊名”的定義和C語言變量定義相同，是以英文字母開頭的一個(gè)字符串，用戶可以自己任意定義塊名。

· “屬性”用戶是不能自己定義的，因?yàn)閷傩悦付松厦嫠f的“塊名”所對(duì)應(yīng)的不同的內(nèi)存類型和訪問方式，而不同物理內(nèi)存的類型和訪問方式是一定的。

對(duì)于“屬性1”，Codewarrior 5.0中可以有三種不同的類型，對(duì)于只讀的Flash-ROM區(qū)屬性一定是READ_ONLY，對(duì)于可讀寫的RAM區(qū)屬性可以是READ_WRITE，也可以是NO_INIT。它們兩者的關(guān)鍵區(qū)別是ANSI-C的初始化代碼會(huì)把定位在READ_WRITE塊中的所有全局和靜態(tài)變量自動(dòng)清零，而NO_INIT塊中的變量將不會(huì)被自動(dòng)清零。當(dāng)然只是復(fù)位時(shí)不清零，掉電時(shí)還是清零的，但是對(duì)于單片機(jī)系統(tǒng)，變量在復(fù)位時(shí)不被自動(dòng)清零這一特性有時(shí)是很關(guān)鍵的，在某些應(yīng)用中有特殊的用途。

對(duì)于“屬性2…屬性n”，根據(jù)上面給出的.prm的范例文件可以看出來，可能的形式有“DATA_FAR”、“DATA_NEAR”、“IBCC_FAR”、“IBCC_NEAR”四種類型。其中，“DATA_FAR”和“DATA_NEAR”相對(duì)應(yīng)，當(dāng)內(nèi)存區(qū)域包含變量或者是常量時(shí)（通常是RAM、Flash和EEPROM），必須指明上面兩種屬性中的一種，由于涉及到內(nèi)存的分頁(yè)，可以這樣理解：“DATA_FAR”屬性指定的內(nèi)存塊為可以保存數(shù)據(jù)的非固定頁(yè)，而“DATA_NEAR”屬性指定的內(nèi)存塊為可以保存數(shù)據(jù)的固定頁(yè)；同理“IBCC_FAR”和“IBCC_NEAR”相對(duì)應(yīng)，當(dāng)內(nèi)存區(qū)域包含代碼時(shí)（Flash和EEPROM），必須指明上面兩種屬性中的一種，“IBCC_FAR”屬性指定的內(nèi)存塊為可以保存代碼的非固定頁(yè)，而“IBCC_NEAR”屬性指定的內(nèi)存塊為可以保存代碼的固定頁(yè)

討論到這里，細(xì)心的讀者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在上面的.prm文件范例中，RAM的屬性有“DATA_FAR”和“DATA_NEAR”兩種，Flash的屬性中也是四種都有，但是EEPROM中卻只有“DATA_FAR”和“IBCC_FAR”兩種，這正好驗(yàn)證了上一篇文章（飛思卡爾16位單片機(jī)的資源配置）中所提到的，RAM、Flash中都有固定頁(yè)，但是EEPROM中全部是非固定頁(yè)。

· 起始地址和結(jié)束地址決定了一內(nèi)存塊的物理位置，對(duì)于固定頁(yè)，用4位16進(jìn)制數(shù)表示，而對(duì)于非固定頁(yè)，則用6位16進(jìn)制表示，多出來的兩位其實(shí)是寄存器EPAGE、RPAGE或PPAGE的值，可見，對(duì)于分頁(yè)的資源，是通過寄存器（EPAGE、RPAGE或PPAGE）和16位的地址總線的組合來進(jìn)行尋址的。

“TO”是系統(tǒng)保留的關(guān)鍵字，必須大寫。

下面，根據(jù)上面范例提供的內(nèi)容，舉幾個(gè)例子：

例1RAM = READ_WRITE DATA_NEAR 0x2000 TO 0x3FFF;

上面這句話的意思是：分配0x2000-0x3FFF的區(qū)域的塊名為“RAM”（當(dāng)然可以定義別的名稱），由上一篇文章而知，這一區(qū)域的物理內(nèi)存的性質(zhì)為RAM，屬性應(yīng)該為“READ_WRITE”，并且這一區(qū)域中的兩頁(yè)都為固定頁(yè)，所以為“DATA_NEAR”。

例2將8K字節(jié)RAM的后面4K字節(jié)定義成非自動(dòng)清零的數(shù)據(jù)保留區(qū)，則應(yīng)如下定義：

SEGMENTS

……

RAM = READ_WRITE DATA_NEAR 0x2000 TO 0x2FFF;

RAM_NO_INIT = NO_INIT DATA_NEAR 0x3000 TO 0x3FFF;

……

END

注意，各部分RAM的分配地址不應(yīng)該存在重疊的部分，否則會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

例3EEPROM_00 = READ_ONLY DATA_FAR IBCC_FAR 0x000800 TO 0x000BFF;

XS128單片機(jī)中的EEPROM由Data-Flash模擬，所以屬性為READ_ONLY。EEPROM全部為非固定頁(yè)，所以用“DATA_FAR”、“IBCC_FAR”。后面的起始地址和結(jié)束地址分別為6位的16進(jìn)制數(shù)，前兩位的“00”實(shí)質(zhì)指的是EEPROM分頁(yè)寄存器EPAGE的值為0x00。

用SEGMENTS只是從單片機(jī)的物理內(nèi)存這一角度對(duì)其進(jìn)行空間劃分。源程序本身并不知道物理內(nèi)存被分割和屬性定義的這些細(xì)節(jié)。它們兩者之間必須通過下面的PLACEMENT建立聯(lián)系。

3 程序段和數(shù)據(jù)段的放置

PLACEMENT-END內(nèi)所描述的信息是告訴連接器源程序中所定義的各類段應(yīng)該被具體放置到哪一個(gè)內(nèi)存塊中去。其語法型式為：

[段名1],[段名2]，... ， [段名n] INTO [內(nèi)存塊名1]，[內(nèi)存塊名2]，… ，[內(nèi)存塊名n];

和

[段名1],[段名2]，... ， [段名n] DISTRIBUTE_INTO [內(nèi)存塊名1]，[內(nèi)存塊名2]，… ，[內(nèi)存塊名n];

其中

· 段名就是在源程序中用“#pragma”聲明的數(shù)據(jù)段、常數(shù)段或代碼段的名字。如果用缺省名“DEFAULT”，則默認(rèn)的數(shù)據(jù)段名為DEFAULT_RAM，代碼段和常數(shù)段名為DEFAULT_ROM。若程序中定義的段名沒有在PLACEMENT中提及，則將被視同為DEFAULT。幾個(gè)相同性質(zhì)但不同名字的段可以被放置到同一個(gè)內(nèi)存塊中，相互之間用逗號(hào)分隔。

· INTO 是系統(tǒng)保留的關(guān)鍵詞，在這里為“放入”的意思。

· DISTRIBUTE_INTO 也是系統(tǒng)的保留關(guān)鍵字。Codewarrior 具有內(nèi)存自動(dòng)優(yōu)化的功能，但是在“Small memory”模式中，這種功能不會(huì)被啟用，只有當(dāng)16-bit的地址空間不能存放下所有的變量和代碼時(shí)，才會(huì)啟用這種功能。

在SEGMENTS-END區(qū)域中，當(dāng)在內(nèi)存模塊的屬性中加上“DATA_FAR”、“DATA_NEAR”、“IBCC_FAR”、“IBCC_NEAR”四種屬性中的任何一種時(shí)，那么在PLACEMENT-END區(qū)域中，就需要指定段名“DISTRIBUTE”,“CONST_DISTRIBUTE”,“DATA_DISTRIBUTE”（系統(tǒng)默認(rèn)的，非關(guān)鍵字，用戶可以自行更改）所分配的內(nèi)存空間，這就需要使用“DISTRIBUTE_INTO”關(guān)鍵字。

關(guān)于內(nèi)存自動(dòng)優(yōu)化功能，可以參考freescale的官方技術(shù)手冊(cè)“TN262.pdf”。

· 內(nèi)存塊名就是前面介紹的用SEGMENTS劃分好的不同的內(nèi)存塊名字。

利用這樣直觀的定位描述文本可以方便靈活的將數(shù)據(jù)或代碼定位到芯片內(nèi)存任意可能的位置，實(shí)現(xiàn)某些特殊目的的應(yīng)用。

下面的例子，說明了各種段名、PLACEMENT 和SEGMENTS之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

例4 定義非自動(dòng)清零的數(shù)據(jù)段

SEGMENTS

……

RAM = READ_WRITE DATA_NEAR 0x2000 TO 0x2FFF;

RAM_NO_INIT = NO_INIT DATA_NEAR 0x3000 TO 0x3FFF;

……

END

PLACEMENT

……

DATA_PERSISTENT INTO RAM_NO_INIT;

……

END

//源程序編寫：

#pragma DATA_SEGDATA_PERSISTENT //定義復(fù)位時(shí)非自定清零數(shù)據(jù)段

byte sysState;

#pragma DATA_SEG DEFAULT

4 堆棧的設(shè)置

關(guān)于堆棧的設(shè)置，Codewarrior提供了兩種方式：“STACKSIZE”命令方式和“STACKTOP”命令方式。這兩種方式在同一個(gè).prm文件中，不能同時(shí)存在。當(dāng)用戶只關(guān)心堆棧的大小而不關(guān)心堆棧的存放位置時(shí)，推薦使用STACKSIZE方式。

系統(tǒng)默認(rèn)的方式為使用STACKSIZE方式。

STACKSIZE命令方式：

當(dāng)使用STACKSIZE命令方式時(shí)，如果在PLACEMENT-END部分聲明了“SSTACK INTO RAM”，這樣的話，堆棧區(qū)就被放在RAM區(qū)域的起始部分，下面的例子說明了這種方式：

例5

SEGMENTS

……

RAM = READ_WRITE DATA_NEAR 0x2000 TO 0x3FFF;

……

END

PLACEMENT

……

SSTACK, PAGED_RAM, DEFAULT_RAMINTO RAM;

……

END

STACKSIZE 0x100

上面的例子將堆棧區(qū)域存放的地址為0x20FF-0x2000,初始的堆棧指針指向棧頂?shù)刂?span lang="EN-US" lang="EN-US">0x20FF。

相反，如果在PLACEMENT-END部分沒有聲明“SSTACK INTO RAM”，則堆棧被分配在RAM區(qū)域中已分配空間的后面。請(qǐng)參見例6。

例6

SEGMENTS

……

RAM = READ_WRITE DATA_NEAR 0x2000 TO 0x3FFF;

……

END

PLACEMENT

……

PAGED_RAM, DEFAULT_RAMINTO RAM;

……

END

STACKSIZE 0x100

在這個(gè)例子中，如果RAM區(qū)域中已經(jīng)分配的變量占用了4個(gè)字節(jié)（從0x2000到0x2003），則堆棧放在這四個(gè)字節(jié)的后面，從0x2103到0x2004，初始的堆棧指針指向0x2103。

STACKYOP命令方式：

當(dāng)使用STACKTOP命令方式時(shí)，如果在PLACEMENT-END部分聲明了“SSTACK INTO RAM”，同樣，堆棧區(qū)就被放在RAM區(qū)域的起始部分，初始的棧頂則由STACKTOP指定。若沒有相應(yīng)的聲明，則初始的棧頂由STACKTOP指定，而堆棧的大小則根據(jù)處理器的不同由編譯器自行設(shè)定，其大小足夠裝下處理器的PC寄存器的值。