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MCS51系列單片機是目前應用非常廣泛的8位MCU。MCS5l系列單片機的地址總線為16位，不作擴展的情況下其最大的程序和數據地址空間為64 KB。但是隨著控制領域的不斷智能化、復雜化，程序代碼或數據空間的大小可能遠遠大于64 KB。結合相應的硬件地址擴展，使用KeilC5l的Blank Switch技術可生成代碼長度和數據空間大于64 KB的目標程序。 Keil C5l的Blank Switch技術突破了51系列單片機在地址空間方面的不足，在很多領域中拓展了它的使用。筆者就曾使用Blank Switch開發了程序空間為512 KB，數據空間為256 KB的一個較復雜的程控交換機控制程序。 本文以該程控交換機主控制部分的實現過程為例，介紹KeilC5l的Blank Switch技術的具體應用。 1 Blank Switch技術介紹 具體實現Blank Switch技術的是KeilC5l中的分組連接定位器BL5l。Keil C5l語言源程序經過C5l編譯器編譯后，生成浮動地址的目標代碼文件。這種浮動地址的目標代碼必須經過連接定位器BL5l的連接和定位，生成具有絕對地址的目標代碼，才能寫入程序存儲器正常運行。 BL51支持分組連接定位，允許生成代碼大于64 KB的目標程序，可以在具有適當硬件擴展邏輯的系統中進行代碼組之間的切換，以達到正常運行的目的。 V5.03版本的BL5l可以管理最多64個代碼組，每個代碼組最大為64 KB。BL51連接定位器生成的0MF5l格式的絕對目標文件，可裝入dSCOpe51或Intel兼容的仿真器進行調試，也可通過符號轉換器OH51轉換成IntelHex文件以便于EPROM編程。 在Keil C5l開發工具的快速更新過程中，LX51成為功能更為完善的連接定位器，使用它替代BL51能夠增加更多的連接定位功能。筆者使用LX5l可以更加方便程序的開發。 2 系統硬件的設計 在采用BL5l對目標程序進行分組連接定位時，要求系統具有相應的硬件分組擴展邏輯。BL5l默認的分組方式是采用MCU的P1端口作硬件擴展地址線．采用l條Pl引腳時，分組數為2，采用6條P1引腳時，最多可分為64個代碼組，剩余的Pl口線也可做其他用途。 硬件分組還可采用外部數據存儲器XDATA空間地址單元來進行，與采用805l的Pl端口作為分組地址線不同的是，對于一個指定用于分組地址的XDATA端口字節中的剩余位，不能再用于其他目的。 在系統中，以Pl端口作硬件擴展地址線，使用了4條Pl引腳(P1.4"P1.7)。主控部分硬件基本原理圖如圖1所示。在這里，去除了外圍控制接口(如串口)與其他CPU的互聯等電路，主要突出如何實現使用Pl端口作硬件擴展來增加程序空間和數據空間．筆者使用Flash29C040作為程序存儲器，通過Pl擴展引腳與該芯片的高4位地址線相連，使用32 KB空間的62256作為外部數據存儲器。由于程控交換機中有很多參數和設置數據需要斷電保存，所以使用了另一Flash29CO4O作為擴展的外部數據存儲器。 在這里需要注意的是，CPU地址線的最高位(P2.7)并不是直接與對應的程序Flash 29C040和數據Flash29C040地址線相連。在和程序存儲器的連接中，P2.7和Pl端口通過與的關系連接到Flash 29C040的地址線高4位。公共代碼區域程序始終都是從Flash 29C040的低32 KB中讀取，而不需要在每個分組前存放32 KB的公共代碼區域程序，從而節約了存儲空間。 在和數據存儲器的連接中，增加了P1.O和P2.7組合對數據Flash 29C040的片選，主要是考慮可以增加主控芯片對外圍器件的控制。例如，當設置P1.0為0，地址為高32KB時，可以擴展增加訪問串口或其他器件。在本文就不再對該部分內容詳細描述了。同時，需要注意安排好變量的存儲地址，這一點將在下文中詳細描述。 在程序設計過程中，P1擴展地址線對程序員而言是不可見的。由BL5l產生的代碼來控制硬件的擴展引腳和代碼組的切換，這使程序員只需要將精力花費在代碼編寫和代碼組的安排上，大大提高了程序設計效率和穩定性。 3 KeilC51的環境設置 除需要正確設計硬件電路，同時還要對Keil C5l提供的文件和環境進行正確設置才能真正實現地址的擴展。下面是需要進行相關配置的幾項。 在菜單Project選擇中選擇Option for Target“Tar-get”選擇項，按圖2所示進行項目配置。 ◆由于使用4個Pl引腳進行硬件的擴展，所以在Banks選擇中使用16個物理頁。 ◆使用32KB作為一個分頁的空間大小，所以在Bank Area中寫入地址范圍為0x8000"0xffff。 ◆由于使用了擴展的數據存儲空間，所以選擇支持使用“far”變量類型，這樣就能方便地使用FARRAY、FVAR等宏和指針來訪問擴展的空間地址。 在菜單Project選擇中選擇Option for Target“Output”選擇項，按圖3所示進行項目配置。 在輸出的文件格式上使用HEX-386的文件格式。這是使用LX51連接定位器時產生的一種擴展型的HEX文件類型。 在工程窗體中，對工程中的每個源程序合理安排分組的位置，有以下幾點需要特別注意： ◆復位和中斷向量、代碼常數、C51中斷函數、組切跳轉表、庫函數這些代碼必須安排在公共代碼區域。 ◆代碼組切換需要大約50個機器周期和2字節的堆棧空間。因此應當仔細安排程序結構以盡量減少代碼之間的切換。被整個程序經常調用的函數應當安排在公共代碼區域。同時，同一功能模塊的函數大多相互調用，所以應當安排在同一代碼組，以減少代碼組的切換，提高系統運行效率。 ◆L5l_BANK.A51必須安排在公共代碼區域。令Common代碼組和BankO代碼組在物理上實際是同一個代碼組，所以不要使用Bank0代碼組來給源程序分配空間。在L51_BANK．A5l文件中需根據硬件的具體情況配置修改以下代碼。 ◆?B_NBAbIKS EQU 16 ／／定義最大分組(o"64)，可為2、4、8、16、32、64。 ◆?B_MoDE EQU 0 ／／O：通過8051單片機的I／0口進行分組切換，l：通過XDATA存儲器單元進行分組切換。 ◆?B_RTX EQU O ／／0；不使用Keil的實時操作系統 ◆?B_VAR_BANKINGEQU l ／／l；支持變量分頁(數據空間擴展) ◆?B_FIRSTBIT EQU 4 ／／對應最低位的Pl位 在這里需要注意的是，要根據自己系統的實際情況來安排硬件設計和軟件配置。例如，如果系統中使用了RTX-5l實時操作系統，那么在L51_BANK．A5l文件中B_RTX應當改寫為1。 4 程序設計的相關問題 源程序通過對上文中環境和L5l_BAl7K．A5l文件的設置后，連接定位器，自行安排目標代碼的程序空間和控制代碼組程序切換。一般情況下，不需要程序員作更細微的安排，但是變量空間的安排需要根據實際系統作出合理分配。 從硬件設計中可知，當CPU的地址線最高位P2.7為0時，不論P1擴展地址是多少，訪問的數據空間是62256。在P2.7為l時，并且P1.0為1時，訪問的數據空間是數據Flash 29C040。在系統中，數據存儲器訪問地址對應的Flash 29C020實際地址如表l所列。 在實踐過程中，使用FARRAY、FVAR等宏設置絕對地址來訪問擴展的數據存儲器Flash 29C040取得很理想的效果。FARRAV宏實現對擴展空間以數組方式的訪問，FVAR宏實現對擴展空間以單個變量方式的訪問。 例如，在頭文件中設置了如下兩個宏： #define FAExt FARRAY(unsigned int，0x18800)／／0x18800-0xlSfff 2Byte*1024 #define FVHcad FARRAY(1ong，Oxl9000)／／Oxl9000 4 Byte 通過宏FAExtHot可以unsigned int類型數組訪問29C040。通過宏FVHcad可以long類型的變量訪問29C040(占用其0x9000開始的4個字節)。 下面是讀取數據的例子。 unsisned int SingleExt； long Head Comp； SingeExt=FAExt；／／讀取數組中的第二個數據 HeadComp=0x559； FVHead=HeadComp；／／寫入數據到29C040 需要注意的是： ◆應當合理安排數組大小，不要造成存儲空間的重復使用。例如這個數組的大小是1024，那么在安排后面的宏FVHead時，其地址應當在0x18fff之后。 ◆由于使用的擴展數據存儲器是Flash，所以應當注意Flash的寫入是以頁的方式進行的，寫入數據時不要將奉頁的其他數據擦除掉。 ◆由于系統的實際需要，使用Flash做擴展數據存儲器，如果應用中對RAM的空間需求很大，也可以使用2 Mb空間RAM和2Mb空間Flash的組合來進行擴展。 ◆也可以使用far類型的變量來訪問擴展的數據空間，在此不詳細描述。 結 語 采用Keil C5l的BankSwitch技術擴展51系列單片機程序和數據空間，在硬件修改很少的情況下，便可以實現運行大于64KB的程序，訪問大于64 KB的數據，充分擴展了51系列單片機的應用空間。 |
