ROM,RAM和FLASH的區別,下面主要是具體到他們在單片機中的作用。
一、ROM,RAM和FLASH在單片中的作用
ROM——存儲固化程序的(存放指令代碼和一些固定數值,程序運行后不可改動)
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據、startup.asm文件中的代碼(類似ARM中的bootloader或者X86中的BIOS,一些低端的單片機是沒有這個的)通通都存儲在ROM中。
RAM——程序運行中數據的隨機存取(掉電后數據消失)
整個程序中,所用到的需要被改寫的量,都存儲在RAM中,“被改變的量”包括全局變量、局部變量、堆棧段。
FLASH——存儲用戶程序和需要永久保存的數據。
例如:現在家用的電子式電度表,它的內核是一款單片機,該單片機的程序就是存放在ROM里的。電度表在工作過程中,是要運算數據的,要采集電壓和電流,並根據電壓和電流計算出電度來。電壓和電流時一個適時的數據,用戶不關心,它只是用來計算電度用,計算完后該次采集的數據就用完了,然后再采集下一次,因此這些值就沒必要永久存儲,就把它放在RAM里邊。然而計算完的電度,是需要永久保存的,單片機會定時或者在停電的瞬間將電度數存入到FLASH里。
二、ROM,RAM和FLASH在單片中的運作原理
1、程序經過編譯、匯編、鏈接后,生成hex文件;
2、用專用的燒錄軟件,通過燒錄器將hex文件燒錄到ROM中
注:這個時候的ROM中,包含所有的程序內容:一行一行的程序代碼、函數中用到的局部變量、頭文件中所聲明的全局變量,const聲明的只讀常量等,都被生成了二進制數據。
疑問:既然所有的數據在ROM中,那RAM中的數據從哪里來?什么時候CPU將數據加載到RAM中?會不會是在燒錄的時候,已經將需要放在RAM中數據燒錄到了RAM中?
答:
(1)ROM是只讀存儲器,CPU只能從里面讀數據,而不能往里面寫數據,掉電后數據依然保存在存儲器中;RAM是隨機存儲器,CPU既可以從里面讀出數據,又可以往里面寫入數據,掉電后數據不保存,這是條永恆的真理,始終記掛在心。
(2)RAM中的數據不是在燒錄的時候寫入的,因為燒錄完畢后,拔掉電源,當再給MCU上電后,CPU能正常執行動作,RAM中照樣有數據,這就說明:RAM中的數據不是在燒錄的時候寫入的,同時也說明,在CPU運行時,RAM中已經寫入了數據。
三、ROM中包含所有的程序內容,在MCU上電時,CPU開始從第1行代碼處執行指令。這里所做的工作是為整個程序的順利運行做好准備,或者說是對RAM的初始化(注:ROM是只讀不寫的),工作任務有幾項:
(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,如果沒有賦初值,則這個全局變量所對應的地址下的初值為0或者是不確定的。當然,如果已經指定了變量的地址空間,則直接定位到對應的地址就行,那么這里分配地址及定位地址的任務由“連接器”完成。
(2)設置堆棧段的長度及地址---用C語言開發的單片機程序里面,普遍都沒有涉及到堆棧段長度的設置,但這不意味着不用設置。堆棧段主要是用來在中斷處理時起“保存現場”及“現場還原”的作用,其重要性不言而喻。而這么重要的內容,也包含在了編譯器預設的內容里面,確實省事,可並不一定省心。
(3)分配數據段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,無論它們怎么排列,都不會對程序產生影響。但是數據段的地址就必須得關心。數據段的數據時要從ROM拷貝到RAM中去的,而在RAM中,既有數據段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,這就要求在絕對定址數據段時,不能使數據段覆蓋所有的工作寄存器組的地址。必須引起嚴重關注。
注:這里所說的“第一行代碼處”,並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。因為,你自己寫的程序(C語言程序)里面,並不包含這些內容。高級一點的單片機,這些內容,都是在startup的文件里面。
四、普通的flashMCU是在上電時或復位時,PC指針里面的存放的是“0000”,表示CPU從ROM的0000地址開始執行指令,在該地址處放一條跳轉指令,使程序跳轉到_main函數中,然后根據不同的指令,一條一條的執行,當中斷發生時(中斷數量也很有限,2~5個中斷),按照系統分配的中斷向量表地址,在中斷向量里面,放置一條跳轉到中斷服務程序的指令,如此,整個程序就跑起來了。決定CPU這樣做,是這種ROM結構所造成的。過程中中C語言編譯器作了很多的工作,可仔細閱讀編譯器自帶的help文件進行學習。
注:特別的,如下
1--I/O口寄存器:也是可以被改變的量,它被安排在一個特別的RAM地址,為系統所訪問,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內部的ROM地址中,不同的地址對應不同的中斷。每次中斷產生時,直接調用對應的中斷服務子程序,將程序的入口地址放在中斷向量表中。
ROM的大小疑問:
對於flash類型的MCU,ROM空間的大小通常都是整字節的,即為ak*8bits。這很好理解,一眼就知道,ROM的空間為aK。但是,對於某些OTP類型的單片機,比如holtek或者sonix公司的單片機,經常看到數據手冊上寫的是“OTP progarming ROM 2k*15bit...”,可能會產生疑惑,這個“15bit”認為是1個字節有余,2個字節又不足,那這個ROM空間究竟是2k,多於2k,還是4k但是少了一點點呢?
答:這里要明確兩個概念:一個是指令的位寬,另一個是指令的長度。指令的位寬是指一條指令所占的數據位的寬度;有些是8位位寬,有些是15位位寬。指令長度是指每條指令所占的存儲空間,有1個字節,有2個字節的,也有3個字節甚至4個字節的指令。實事上也確實如此,當在反匯編或者匯編時,可以看到,復合指令的確是有簡單的指令組合起來的,因此,OTP的ROM空間應該是2K,指令位寬為15位。一般的,當指令位寬不是8的倍數時,則說明該MCU的大部分指令長度是一個字節(注:該字節寬度為15位,不是8位),極少數為2個或多個字節,雖然其總的空間少,但是其能容下的空間數據並不少。
五、flash
關於flash,在單片機中需要外接,且需要cup具有SPI接口
例如:25PE80V6、25080BVSIG等