單片機(jī)中的ROM,RAM和FLASH的作用
一、ROM,RAM和FLASH在單片中的作用
ROM——存儲(chǔ)固化程序的(存放指令代碼和一些固定數(shù)值,程序運(yùn)行后不可改動(dòng))
c文件及h文件中所有代碼、全局變量、局部變量、’const’限定符定義的常量數(shù)據(jù)、startup.asm文件中的代碼(類似ARM中的bootloader或者X86中的BIOS,一些低端的單片機(jī)是沒(méi)有這個(gè)的)通通都存儲(chǔ)在ROM中。
RAM——程序運(yùn)行中數(shù)據(jù)的隨機(jī)存取(掉電后數(shù)據(jù)消失)
整個(gè)程序中,所用到的需要被改寫的量,都存儲(chǔ)在RAM中,“被改變的量”包括全局變量、局部變量、堆棧段。
FLASH——存儲(chǔ)用戶程序和需要永久保存的數(shù)據(jù)。
例如:現(xiàn)在家用的電子式電度表,它的內(nèi)核是一款單片機(jī),該單片機(jī)的程序就是存放在ROM里的。電度表在工作過(guò)程中,是要運(yùn)算數(shù)據(jù)的,要采集電壓和電流,并根據(jù)電壓和電流計(jì)算出電度來(lái)。電壓和電流時(shí)一個(gè)適時(shí)的數(shù)據(jù),用戶不關(guān)心,它只是用來(lái)計(jì)算電度用,計(jì)算完后該次采集的數(shù)據(jù)就用完了,然后再采集下一次,因此這些值就沒(méi)必要永久存儲(chǔ),就把它放在RAM里邊。然而計(jì)算完的電度,是需要永久保存的,單片機(jī)會(huì)定時(shí)或者在停電的瞬間將電度數(shù)存入到FLASH里。
二、ROM,RAM和FLASH在單片中的運(yùn)作原理
1、程序經(jīng)過(guò)編譯、匯編、鏈接后,生成hex文件;
2、用專用的燒錄軟件,通過(guò)燒錄器將hex文件燒錄到ROM中
注:這個(gè)時(shí)候的ROM中,包含所有的程序內(nèi)容:一行一行的程序代碼、函數(shù)中用到的局部變量、頭文件中所聲明的全局變量,const聲明的只讀常量等,都被生成了二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
疑問(wèn):既然所有的數(shù)據(jù)在ROM中,那RAM中的數(shù)據(jù)從哪里來(lái)?什么時(shí)候CPU將數(shù)據(jù)加載到RAM中?會(huì)不會(huì)是在燒錄的時(shí)候,已經(jīng)將需要放在RAM中數(shù)據(jù)燒錄到了RAM中?
答:
(1)ROM是只讀存儲(chǔ)器,CPU只能從里面讀數(shù)據(jù),而不能往里面寫數(shù)據(jù),掉電后數(shù)據(jù)依然保存在存儲(chǔ)器中;RAM是隨機(jī)存儲(chǔ)器,CPU既可以從里面讀出數(shù)據(jù),又可以往里面寫入數(shù)據(jù),掉電后數(shù)據(jù)不保存,這是條永恒的真理,始終記掛在心。
(2)RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時(shí)候?qū)懭氲模驗(yàn)闊浲戤吅?,拔掉電源,?dāng)再給MCU上電后,CPU能正常執(zhí)行動(dòng)作,RAM中照樣有數(shù)據(jù),這就說(shuō)明:RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時(shí)候?qū)懭氲模瑫r(shí)也說(shuō)明,在CPU運(yùn)行時(shí),RAM中已經(jīng)寫入了數(shù)據(jù)。
3、ROM中包含所有的程序內(nèi)容,在MCU上電時(shí),CPU開始從第1行代碼處執(zhí)行指令。這里所做的工作是為整個(gè)程序的順利運(yùn)行做好準(zhǔn)備,或者說(shuō)是對(duì)RAM的初始化(注:ROM是只讀不寫的),工作任務(wù)有幾項(xiàng):
(1)為全局變量分配地址空間---如果全局變量已賦初值,則將初始值從ROM中拷貝到RAM中,如果沒(méi)有賦初值,則這個(gè)全局變量所對(duì)應(yīng)的地址下的初值為0或者是不確定的。當(dāng)然,如果已經(jīng)指定了變量的地址空間,則直接定位到對(duì)應(yīng)的地址就行,那么這里分配地址及定位地址的任務(wù)由“連接器”完成。
(2)設(shè)置堆棧段的長(zhǎng)度及地址---用C語(yǔ)言開發(fā)的單片機(jī)程序里面,普遍都沒(méi)有涉及到堆棧段長(zhǎng)度的設(shè)置,但這不意味著不用設(shè)置。堆棧段主要是用來(lái)在中斷處理時(shí)起“保存現(xiàn)場(chǎng)”及“現(xiàn)場(chǎng)還原”的作用,其重要性不言而喻。而這么重要的內(nèi)容,也包含在了編譯器預(yù)設(shè)的內(nèi)容里面,確實(shí)省事,可并不一定省心。
(3)分配數(shù)據(jù)段data,常量段const,代碼段code的起始地址——代碼段與常量段的地址可以不管,它們都是固定在ROM里面的,無(wú)論它們?cè)趺磁帕校疾粫?huì)對(duì)程序產(chǎn)生影響。但是數(shù)據(jù)段的地址就必須得關(guān)心。數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)時(shí)要從ROM拷貝到RAM中去的,而在RAM中,既有數(shù)據(jù)段data,也有堆棧段stack,還有通用的工作寄存器組。通常,工作寄存器組的地址是固定的,這就要求在絕對(duì)定址數(shù)據(jù)段時(shí),不能使數(shù)據(jù)段覆蓋所有的工作寄存器組的地址。必須引起嚴(yán)重關(guān)注。
注:這里所說(shuō)的“第一行代碼處”,并不一定是你自己寫的程序代碼,絕大部分都是編譯器代勞的,或者是編譯器自帶的demo程序文件。因?yàn)椋阕约簩懙某绦颍–語(yǔ)言程序)里面,并不包含這些內(nèi)容。高級(jí)一點(diǎn)的單片機(jī),這些內(nèi)容,都是在startup的文件里面。
4、普通的flashMCU是在上電時(shí)或復(fù)位時(shí),PC指針里面的存放的是“0000”,表示CPU從ROM的0000地址開始執(zhí)行指令,在該地址處放一條跳轉(zhuǎn)指令,使程序跳轉(zhuǎn)到_main函數(shù)中,然后根據(jù)不同的指令,一條一條的執(zhí)行,當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)(中斷數(shù)量也很有限,2~5個(gè)中斷),按照系統(tǒng)分配的中斷向量表地址,在中斷向量里面,放置一條跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序的指令,如此如此,整個(gè)程序就跑起來(lái)了。決定CPU這樣做,是這種ROM結(jié)構(gòu)所造成的。
注:特別的,如下
1--I/O口寄存器:也是可以被改變的量,它被安排在一個(gè)特別的RAM地址,為系統(tǒng)所訪問(wèn),而不能將其他變量定義在這些位置。
2--中斷向量表:中斷向量表是被固定在MCU內(nèi)部的ROM地址中,不同的地址對(duì)應(yīng)不同的中斷。每次中斷產(chǎn)生時(shí),直接調(diào)用對(duì)應(yīng)的中斷服務(wù)子程序,將程序的入口地址放在中斷向量表中。
ROM的大小疑問(wèn):
對(duì)于flash類型的MCU,ROM空間的大小通常都是整字節(jié)的,即為ak*8bits。這很好理解,一眼就知道,ROM的空間為aK。但是,對(duì)于某些OTP類型的單片機(jī),比如holtek或者sonix公司的單片機(jī),經(jīng)常看到數(shù)據(jù)手冊(cè)上寫的是“OTP progarming ROM 2k*15bit...”,可能會(huì)產(chǎn)生疑惑,這個(gè)“15bit”認(rèn)為是1個(gè)字節(jié)有余,2個(gè)字節(jié)又不足,那這個(gè)ROM空間究竟是2k,多于2k,還是4k但是少了一點(diǎn)點(diǎn)呢?
答:這里要明確兩個(gè)概念:一個(gè)是指令的位寬,另一個(gè)是指令的長(zhǎng)度。指令的位寬是指一條指令所占的數(shù)據(jù)位的寬度;有些是8位位寬,有些是15位位寬。指令長(zhǎng)度是指每條指令所占的存儲(chǔ)空間,有1個(gè)字節(jié),有2個(gè)字節(jié)的,也有3個(gè)字節(jié)甚至4個(gè)字節(jié)的指令。實(shí)事上也確實(shí)如此,當(dāng)在反匯編或者匯編時(shí),可以看到,復(fù)合指令的確是有簡(jiǎn)單的指令組合起來(lái)的。
三、flash
關(guān)于flash,在單片機(jī)中需要外接,且需要cup具有SPI接口
例如:25PE80V6、25080BVSIG等