淺析單片機ROM、RAM和FLASH的作用資料下載

常規(guī)上ROM是用來存儲固化程序的，RAM是用來存放數(shù)據(jù)的。由于FLASH ROM比普通的ROM讀寫速度快，擦寫方便，一般用來存儲用戶程序和需要永久保存的數(shù)據(jù)。譬如說，現(xiàn)在家用的電子式電度表，它的內(nèi)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(shù)據(jù)的，要采集電壓和電流，并根據(jù)電壓和電流計算出電度來。電壓和電流時一個適時的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(shù)存入到FLASH里。 ROM存放指令代碼和一些固定數(shù)值，程序運行后不可改動;RAM用于程序運行中數(shù)據(jù)的隨機存取，掉電后數(shù)據(jù)消失.. code就是指將數(shù)據(jù)定義在ROM區(qū)域，具只讀屬性，例如一些LED顯示的表頭數(shù)據(jù)就可以定義成code存儲在ROM。 ROM：(Read Only Memory)程序存儲器 在單片機中用來存儲程序數(shù)據(jù)及常量數(shù)據(jù)或變量數(shù)據(jù)，凡是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，一些低端的單片機是沒有這個的)通通都存儲在ROM中。 RAM：(Random Access Memory)隨機訪問存儲器 用來存儲程序中用到的變量。凡是整個程序中，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。 程序經(jīng)過編譯、匯編、鏈接后，生成hex文件。用專用的燒錄軟件，通過燒錄器將hex文件燒錄到ROM中(究竟是怎樣將hex文件傳輸?shù)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>MCU內(nèi)部的ROM中的呢?)，因此，這個時候的ROM中，包含所有的程序內(nèi)容：無論是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，都被生成了二進制數(shù)據(jù)，包含在hex文件中，全部燒錄到了ROM里面，此時的ROM，包含了程序的所有信息，正是由于這些信息，“指導”了CPU的所有動作。 可能有人會有疑問，既然所有的數(shù)據(jù)在ROM中，那RAM中的數(shù)據(jù)從哪里來?什么時候CPU將數(shù)據(jù)加載到RAM中?會不會是在燒錄的時候，已經(jīng)將需要放在RAM中數(shù)據(jù)燒錄到了RAM中? 要回答這個問題，首先必須明確一條：ROM是只讀存儲器，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)依然保存在存儲器中;RAM是隨機存儲器，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。 清楚了上面的問題，那么就很容易想到，RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時候?qū)懭氲?，因為燒錄完畢后，拔?a target='_blank' class='arckwlink_none'>電源，當再給MCU上電后，CPU能正常執(zhí)行動作，RAM中照樣有數(shù)據(jù)，這就說明：RAM中的數(shù)據(jù)不是在燒錄的時候?qū)懭氲模瑫r也說明，在CPU運行時，RAM中已經(jīng)寫入了數(shù)據(jù)。關鍵就在這里：這個數(shù)據(jù)不是人為寫入的，CPU寫入的，那CPU又是什么時候?qū)懭氲哪?聽我娓娓道來。 上回說到，ROM中包含所有的程序內(nèi)容，在MCU上電時，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程序的順利運行做好準備，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(jīng)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(fā)的單片機程序里面，普遍都沒有涉及到堆棧段長度的設置，但這不意味著不用設置。堆棧段主要是用來在中斷處理時起“保存現(xiàn)場”及“現(xiàn)場還原”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設的內(nèi)容里面，確實省事，可并不一定省心。平時怎么就沒發(fā)現(xiàn)呢?奇怪。 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，無論它們怎么排列，都不會對程序產(chǎn)生影響。但是數(shù)據(jù)段的地址就必須得關心。數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)時要從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，這就要求在絕對定址數(shù)據(jù)段時，不能使數(shù)據(jù)段覆蓋所有的工作寄存器組的地址。必須引起嚴重關注。 這里所說的“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。因為，你自己寫的程序(C語言程序)里面，并不包含這些內(nèi)容。高級一點的單片機，這些內(nèi)容，都是在startup的文件里面。仔細閱讀，有好處的。 通常的做法是：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(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，當中斷發(fā)生時(中斷數(shù)量也很有限，2~5個中斷)，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)到中斷服務程序的指令，如此如此，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。 其實，這里面，C語言編譯器作了很多的工作，只是，你不知道而已。如果你仔細閱讀編譯器自帶的help文件就會知道很多的事情，這是對編譯器了解最好的途徑。 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(tǒng)所訪問，而不能將其他變量定義在這些位置。 中斷向量表： 中斷向量表是被固定在MCU內(nèi)部的ROM地址中，不同的地址對應不同的中斷。每次中斷產(chǎn)生時，直接調(diào)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的大小問題： 對于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，對于某些OTP類型的單片機，會經(jīng)?？吹綌?shù)據(jù)手冊上寫的是“OTP progarming ROM 2k*15bit。。。。?！?，可能會產(chǎn)生疑惑，這個“15bit”認為是1個字節(jié)有余，2個字節(jié)又不足，那這個ROM空間究竟是2k，多于2k，還是4k但是少了一點點呢? 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(shù)據(jù)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(jié)，有2個字節(jié)的，也有3個字節(jié)甚至4個字節(jié)的指令。這個可以打個形象的比方：我們做廣播體操時，有很多動作要做，但是每個復雜的動作都可以分解為幾個簡單的動作。例如，當做伸展運動時，我們只聽到廣播里面喊“2、2、3、4、5、6、7、8”，而這里每一個數(shù)字都代表一個指令，聽到“3”這個指令后，我們的頭、手、腰、腿、腳分別作出不同的動作：兩眼目視前方，左手叉腰，右手往上抬起，五指伸直自然并攏打開，右腿伸直，左腿成弓步······等等一系列的分解動作，而要做完這些動作的指令只有一個“3”，要執(zhí)行的動作卻又很多，于是將多個分解動作合并成一個指令，而每個分解動作的“位寬”為15bits。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。 到此，回答前面那個問題，這個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(shù)時，則說明該MCU的大部分指令長度是一個字節(jié)(注：該字節(jié)寬度為15位，不是8位)，極少數(shù)為2個或多個字節(jié)，雖然其總的空間少，但是其能容下的空間數(shù)據(jù)并不少。 (mbbeetchina)