飛思卡爾 HCS12(x) memory map解說

 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memory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？
飛思卡爾的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，映射之后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 為什么要映射？因為CPU的尋址是對物理地址操作，但是單片機的RESET之后只有相對地址。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)里，建議把FLASH和ROM等同起來理解。大家的程序就是放在這里面的。還有一個const變量和中斷向量也是存在這里面的。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。在頭文件里可以看到。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之后，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里通過設置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。怎么改，看需要了。WJ在這里邏嗦一句，可以看看PE是怎么改的。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文件里看。
  

     再看看分頁管理機制：DG128里只有FLASH空間可以分頁，而XS128里，分頁的東西太多了。DG128里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。

 

中斷函數為什么要加：#pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NON_BANKED 這個聲明？這個聲明是干什么用的？

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里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里非分頁工作機制
  

     FLASH一共為128K，一頁是16K，那么應該有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兩個邏輯地址窗里。那么，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, 那么中斷函數放在NON_BANKED里，就可以把函數放在64K的尋址程序段中。這么一來，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。
   

    大家記住這一點，在XS128里也有類似的一招。
  

     2  FLASH里分頁工作機制
   

     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，那么邏輯地址范圍說是$3D8000-$3DBFFF。有一點要注意：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。

  
                                                              圖1

 

 

 了解XS128的MEMORY map和core，對充分榨取他的現有資源，合理分配RAM很有幫助。上次討論到cpu12內核的DG系列單片機，基本上該涉及的東西都有所提及。包括：

 

1 MEMORY map的原因，為什么要搞這個概念出來。
2 MEMORY map包含的內容，有那三點...
3 一些相關的概念性的東西。

 

如果不明白，看看前面幾篇文章就會明白一些的。

 

這次再補充三個概念，希望能引起大家的注意和進一步討論：
1  在PRM里設置了映射之后，怎么把程序或變量放在那個地址區呢？比如：我就想把int a；這個a分配到未分頁的RAM1區，怎么辦？

 

這個說來話太長。

簡單地說用：#pragma DATA_SEG [xxxx] <segment_name>。如果沒有#pragma DATA_SEG，全局變量將會被放到DEFAULT_RAM段中。當然，如果這個變量頻率引用的話，放在非分頁RAM1區可以提高他的讀取效率，畢竟他不需要RPAGE參與尋址，是near尋址，而不是far，用簡單的指令就可以搞定。
 

      同樣，如果反復調用一個函數，把這個函數放在非分頁flash里也有異曲同同之妙。
 

       關於這個問題的詳細討論，張教主有一篇文章，還有一個DP512的PPT都有講解。大家可以網上下載看看，如果需要，也可以向我email要.

 

2 建程序里的SAMLL BANKED LARGE是什么作用？

      SMALL平面的64K的地址空間。所有的函數都是near。BANKED采用分頁地址。所有的用戶的函數都被默認為far。far類型的數據指針可以在SMALL和BANKED中使用LARGE， 默認為數據和代碼均為分頁模式。所有的函數和數據指針都是far類型。這種內存模型運行時間比較長，因此很少使用.用LARGE基本上浪費了16位機尋址64K的優勢。

      因此，用SMALL和BANKED模式的較多。大家可以看看建工程時SMALL和BANKED模式下有什么不同？映射是一樣的，只是DEFAULT_ROM和NON_BANKED有無分開的區別。 
  
3 分頁明白了，但是分頁映射之后怎么用分頁里面的數據？

 

      比如 const int a;我把他放在PAGE_3C里面，我如何通過計算PPAGE找到這個a呢？

      我們用C語言的過程中，把這些東西都忽略了，這個是內核的東西。簡單地說，因為內核會自動調用不同的指令去把你C語言譯成機器碼。機器碼就指令集的表示了。因此，內核的先進性和編譯優化過程讓你不要管了了。
  

      這樣說是因為，隨后的博文里將更進一步討論XS128的memory部分。xs128有128KP-FLASH（ROM） 8KRAM 8KD-FLASH（ EEPROM） ，有某些分頁用不到，比如RAM分頁，因為邏輯地址是$2000-$4000，有8K空間，無需分頁。但是大一點的RAM的話，就必須要分頁了。這么多分頁(還有FLASH肯定是要分頁了，不分頁程序就裝不

下去)，怎么管理呢？總得有個東西來統籌一下吧.