新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計應(yīng)用 > 【E問E答】單片機(jī)如何執(zhí)行代碼命令,單片MCU內(nèi)存如何分配?

【E問E答】單片機(jī)如何執(zhí)行代碼命令,單片MCU內(nèi)存如何分配?

作者: 時間:2017-05-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  單片機(jī)執(zhí)行指令過程詳解

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201705/359552.htm

  單片機(jī)執(zhí)行程序的過程,實際上就是執(zhí)行我們所編制程序的過程。即逐條指令的過程。計算機(jī)每執(zhí)行一條指令都可分為三個階段進(jìn)行。即取指令-----分析指令-----執(zhí)行指令。

  取指令的任務(wù)是:根據(jù)程序計數(shù)器PC中的值從程序存儲器讀出現(xiàn)行指令,送到指令寄存器。

  分析指令階段的任務(wù)是:將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼,分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數(shù),則尋找操作數(shù)地址。

  計算機(jī)執(zhí)行程序的過程實際上就是逐條指令地重復(fù)上述操作過程,直至遇到停機(jī)指令可循環(huán)等待指令。

  一般計算機(jī)進(jìn)行工作時,首先要通過外部設(shè)備把程序和數(shù)據(jù)通過輸入接口電路和數(shù)據(jù)總線送入到存儲器,然后逐條取出執(zhí)行。但單片機(jī)中的程序一般事先我們都已通過寫入器固化在片內(nèi)或片外程序存儲器中。因而一開機(jī)即可執(zhí)行指令。

  下面我們將舉個實例來說明指令的執(zhí)行過程:

  單片機(jī)執(zhí)行指令過程詳解

  開機(jī)時,程序計算器PC變?yōu)?000H。然后單片機(jī)在時序電路作用下自動進(jìn)入執(zhí)行程序過程。執(zhí)行過程實際上就是取出指令(取出存儲器中事先存放的指令階段)和執(zhí)行指令(分析和執(zhí)行指令)的循環(huán)過程。

  例如執(zhí)行指令:MOV A,#0E0H,其機(jī)器碼為“74H E0H”,該指令的功能是把操作數(shù)E0H送入累加器,0000H單元中已存放74H,0001H單元中已存放E0H。當(dāng)單片機(jī)開始運(yùn)行時,首先是進(jìn)入取指階段,其次序是:

  1 程序計數(shù)器的內(nèi)容(這時是0000H)送到地址寄存器;

  2 程序計數(shù)器的內(nèi)容自動加1(變?yōu)?001H);

  3 地址寄存器的內(nèi)容(0000H)通過內(nèi)部地址總線送到存儲器,以存儲器中地址譯碼電跟,使地址為0000H的單元被選中;

  4 CPU使讀控制線有效;

  5 在讀命令控制下被選中存儲器單元的內(nèi)容(此時應(yīng)為74H)送到內(nèi)部數(shù)據(jù)總線上,因為是取指階段,所以該內(nèi)容通過數(shù)據(jù)總線被送到指令寄存器。

  至此,取指階段完成,進(jìn)入譯碼分析和執(zhí)行指令階段。

  由于本次進(jìn)入指令寄存器中的內(nèi)容是74H(操作碼),以譯碼器譯碼后單片機(jī)就會知道該指令是要將一個數(shù)送到A累加器,而該數(shù)是在這個代碼的下一個存儲單元。所以,執(zhí)行該指令還必須把數(shù)據(jù)(E0H)從存儲器中取出送到CPU,即還要在存儲器中取第二個字節(jié)。其過程與取指階段很相似,只是此時PC已為0001H。指令譯碼器結(jié)合時序部件,產(chǎn)生74H操作碼的微操作系列,使數(shù)字E0H從0001H單元取出。

  單片機(jī)執(zhí)行指令過程詳解

  因為指令是要求把取得的數(shù)送到A累加器,所以取出的數(shù)字經(jīng)內(nèi)部數(shù)據(jù)總線進(jìn)入A累加器,而不是進(jìn)入指令寄存器。至此,一條指令的執(zhí)行完畢。單片機(jī)中PC=0002H,PC在CPU每次向存儲器取指或取數(shù)時自動加1,單片機(jī)又進(jìn)入下一取指階段。這一過程一直重復(fù)下去,直至收到暫停指令或循環(huán)等待指令暫停。CPU就是這樣一條一條地執(zhí)行指令,完成所有規(guī)定的功能。

  對于一款來說,在性能描述的時候都會告訴sram,flash的容量大小,對于初學(xué)者來說,也不會去考慮和理會這些東西,拿到東西就只用。其實不然,這些量都是十分重要的,仔細(xì)想想,代碼為什么可以運(yùn)行,代碼量是多少,定義的int、short等等類型的變量究竟是怎么分配和存儲的,這些問題都和內(nèi)寸有關(guān)系。

  首先單片機(jī)的可以大小分為ram和rom,這里就不再解釋ram和rom的區(qū)別了,我們可以將其等效為flash和sram,其中根據(jù)flash和sram的定義可得,flash里面的數(shù)據(jù)掉電可保存,sram中的并不可以,但是sram的執(zhí)行速度要快于flash,可以將單片機(jī)的程序分為code(代碼存儲區(qū))、RO-data(只讀數(shù)據(jù)存儲區(qū))、RW-data(讀寫數(shù)據(jù)存儲區(qū))和ZI-data(零初始化數(shù)據(jù)區(qū))。在MDK編譯器下可以觀察到在代碼中這4個量的值,如下圖1所示:

  圖1:

    

  單片機(jī)執(zhí)行指令過程詳解

  其中code和RO-data存儲在flash中,所以兩者之和為單片機(jī)中flash需要分配給它們的空間大小(并且等于代碼所生成的.bin文件大小),另外RW-data和ZI-data存儲在sram中,同樣兩者之和為單片機(jī)中sram需要分配給它們的空間大小。

  另外,我們必然會想到棧區(qū)(stack)、堆區(qū)(heap)、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(staTIc)、文字常量區(qū)和程序代碼區(qū)和上面所介紹的code、RO-data等的關(guān)系。

  單片機(jī)執(zhí)行指令過程詳解

 

  1、棧區(qū)(stack):由編譯器自動分配釋放 ,存放函數(shù)的參數(shù)值,局部變量的值等。其操作方式類似于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的棧。 這些值是可讀寫的,那么stack應(yīng)該被包含在RW-data(讀寫數(shù)據(jù)存儲區(qū)),也就是單片機(jī)的sram中。

  2、堆區(qū)(heap):一般由程序員分配釋放, 若程序員不釋放,程序結(jié)束時可能由OS回收 。可以理解,這些也是被包含在單片機(jī)的sram中的。

  3、全局區(qū)(靜態(tài)區(qū))(staTIc):全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的,初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區(qū)域, 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區(qū)域,程序結(jié)束后由系統(tǒng)釋放。這些數(shù)據(jù)也是可讀可寫的,和stack、heap一樣,被包含在sram中。

  4、文字常量區(qū):常量字符串就是放在這里的。這些數(shù)據(jù)是只讀的,分配在RO-data(只讀數(shù)據(jù)存儲區(qū)),則被包含在flash中。

  5、程序代碼區(qū):存放函數(shù)體的二進(jìn)制代碼,可以想象也是被包含在flash,因為對于來說,當(dāng)其重新上電,代碼還會繼續(xù)運(yùn)行,并不會消失,所以存儲在flash中。

  綜上所述,分配基本如此,其中并沒有提到存儲空間所對應(yīng)的flash和sram地址,這些后面還會講到!如有錯誤,請指正。



關(guān)鍵詞: MCU 內(nèi)存

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉