巧言单片机RAM及ROM

本文来源于微信微信官方账号:巧学模电数电单片机

当单片机需要调用程序/函数/固定数据时，需要读取ROM，然后在RAM中执行这些程序/函数的功能。产生的临时数据也存在于RAM中，这些临时数据在断电后丢失。

ROM：(Read Only Memory)

单片机中的程序存储器用于存储程序数据、常量数据或变量数据。

c文件和h文件中的所有代码、全局变量、局部变量const常量数据限制符定义，startup.a ** 所有文件中的代码都存储在ROM中。

RAM：(Random Access Memory)

存储程序中使用的变量可以随机访问存储器。

所有需要在整个程序中重写的数量都存储在RAM中，包括全局变量、局部变量和堆栈段。

在编译、汇编和链接程序后，生成hex文件。

使用专用烧录软件，通过烧录器将hex文件烧录到ROM中。

Hex文件究竟是如何传输到MCU内部ROM的？

所以，此时的ROM包含了所有的程序内容。

无论是一行程序代码、函数中使用的局部变量、头文件中声明的全局变量、const声明的只读常量，都生成了二进制数据，包括在hex文件中，并将其全部烧录到ROM中。

此时，ROM包含了程序的所有信息，正是因为这些信息，才“指导”了CPU的所有动作。

有些人可能会有疑问，既然所有的数据都在ROM中，RAM中的数据从何而来？

CPU何时将数据加载到RAM？

将需要放在RAM中的数据烧录到RAM中吗？

要回答这个问题，首先必须明确一点：ROM只读取存储器，CPU只读取数据，而不是写数据，数据仍然保存在存储器中；

RAM是一个随机存储器。CPU不仅可以从中读取数据，还可以将数据写入其中。断电后，数据不会保存。这是一个永恒的真理，总是记在心里。

如果你知道上面的问题，很容易想到RAM中的数据在烧录时没有写入。

因为烧录完成后，拔下电源，再次给MCU上电时，CPU可以正常执行动作，RAM中仍有数据。

这说明RAM中的数据不是在烧录时写入的，也说明RAM中的数据是在CPU运行时写入的。

关键在于：这些数据不是人工写入的，CPU写入的，那么CPU是什么时候写入的呢？

听我说，ROM包含了所有的程序内容，当MCU上电时，CPU开始从第一行代码处执行指令。

这里的工作是为整个程序的顺利运行做好准备，或者说是RAM的初始化(注:ROM只读不写)，有几项工作任务:

1、全局变量分配地址空间---à若全局变量已经赋予初始值，则将初始值从ROM复制到RAM。

如果没有赋予初始值，则全局变量对应的地址下的初始值为0或不确定。

当然，如果变量的地址空间已经指定，则可以直接定位到相应的地址，然后由“连接器”完成分配地址和定位地址的任务。

2、设置堆栈段的长度和地址---àC语言开发的单片机程序一般不涉及堆栈段长度的设置，但这并不意味着没有必要设置。

栈段主要用于中断处理时“保存现场”和“现场还原”，其重要性不言而喻。

而且如此重要的内容，也包含在编译器预设的内容中，确实省事，但不一定省心。

3、分配数据段data，常量段const，代码段code的起始地址。

无论代码段和常量段的地址如何，它们都固定在ROM中，无论它们如何排列，都不会影响程序。

但必须注意数据段的地址。

数据段的数据应该从ROM复制到RAM，在RAM中，有数据段data、堆栈段stack和通用工作寄存器组。

一般情况下，工作寄存器组的地址是固定的，这就要求在绝对定址数据段时，数据段不能覆盖所有工作寄存器组的地址。

必须引起严重关注！

这里提到的“第一行代码处”不一定是你自己写的程序代码，大部分都是由编译器或编译器自带的demo程序文件代表的。

由于您自己编写的程序(C语言程序)中没有包含这些内容。

更先进的单片机，这些内容，都在startup文件中，仔细阅读，是有益的。

通常的做法是:普通flashMCU上电或复位时，PC指针中存储“万”，表示CPU从ROM万地址执行指令，并在该地址放置跳转指令，使程序跳转到_ ** 在in函数中。

然后，根据不同的指令，一个接一个地执行。当中断发生时（中断数量也非常有限，2~5个中断），根据系统分配的中断向量表地址，将跳转到中断服务程序的指令放置在中断向量中。这样，整个程序就会运行起来。

这种ROM结构决定CPU这样做。

事实上，在这里，C语言编译器做了很多工作，只是，你不知道而已。

假如你仔细阅读编译器自带的help文件，你就会知道很多事情，这是了解编译器的最佳方式。

I/O口寄存器：它也是一个可以更改的数量。它被安排在一个特殊的RAM地址上供系统访问，而不是在这些位置上定义其他变量。

中断向量表：中断向量表是指固定在MCU内部的ROM地址，不同的地址对应不同的中断。

每次出现中断时，直接调用相应的中断服务子程序，将程序的入口地址放在中断向量表中。

ROM的大小：对于flashMCU，ROM空间的大小通常是整个字节，即ak*8bits。

这个很容易理解，一目了然，ROM的空间就是AK。

然而，对于一些OTP类型的单片机，如holtek或sonix公司的单片机，我们经常看到数据手册上写着“OTP progarming ROM 2k*15bit。”

可能会有疑问。这个“15bit”认为是一个字节多，两个字节不够。ROM空间是2k，2k以上还是4k，但少了一点？

这里有两个概念：一个是指令的位宽，另一个是指令的长度。

指令的位宽是指指指指令所占数据位的宽度；有的是8位宽，有的是15位宽。

指令长度是指每个指令所占用的存储空间，包括一个字节、两个字节、三个字节甚至四个字节。

比如我们做广播体操的时候，有很多动作要做，但是每一个复杂的动作都可以分解成几个简单的动作。

例如，当我们做伸展运动时，我们只听到广播大喊“2”、2、3、4、5、6、7、8”。

这里的每个数字都代表一个指令。

听到“3”指令后，我们的头、手、腰、腿、脚分别做出了不同的动作:眼睛向前看，左手叉腰，右手抬起，五指伸直，自然并拢打开，右腿伸直，左腿弓步等等。

完成这些动作的指令只有一个“3”，但有许多动作需要执行，因此将多个分解动作合并为一个指令，每个分解动作的“位宽”为15位。

实际上也是如此，在反汇编或汇编时，可以看出，复合指令确实是一种简单的指令组合。

回答之前的问题，OTP的ROM空间应该是2K，指令位宽应该是15位。

一般来说，当指令位宽不是8倍时，这意味着MCU的大部分指令长度是一个字节（注：字节宽度为15位，不是8位），少数字节为2个或多个字节。虽然它的总空间很小，但它可以容纳很多空间数据。