单片机中的ROM,RAM和FLASH的作用
ROM,RAM和FLASH的区别,下面主要是具体到他们在单片机中的作用。
一、ROM,RAM和FLASH在单片中的作用
ROM——存储固化程序的(存放指令代码和一些固定数值,程序运行后不可改动)
c文件及h文件中所有代码、全局变量、局部变量、’const’限定符定义的常量数据、startup.asm文件中的代码(类似ARM中的bootloader或者X86中的BIOS,一些低端的单片机是没有这个的)通通都存储在ROM中。
RAM——程序运行中数据的随机存取(掉电后数据消失)
整个程序中,所用到的需要被改写的量,都存储在RAM中,“被改变的量”包括全局变量、局部变量、堆栈段。
FLASH——存储用户程序和需要永久保存的数据。
例如:现在家用的电子式电度表,它的内核是一款单片机,该单片机的程序就是存放在ROM里的。电度表在工作过程中,是要运算数据的,要采集电压和电流,并根据电压和电流计算出电度来。电压和电流时一个适时的数据,用户不关心,它只是用来计算电度用,计算完后该次采集的数据就用完了,然后再采集下一次,因此这些值就没必要永久存储,就把它放在RAM里边。然而计算完的电度,是需要永久保存的,单片机会定时或者在停电的瞬间将电度数存入到FLASH里。
二、ROM,RAM和FLASH在单片中的运作原理
1、程序经过编译、汇编、链接后,生成hex文件;
2、用专用的烧录软件,通过烧录器将hex文件烧录到ROM中
注:这个时候的ROM中,包含所有的程序内容:一行一行的程序代码、函数中用到的局部变量、头文件中所声明的全局变量,const声明的只读常量等,都被生成了二进制数据。
疑问:既然所有的数据在ROM中,那RAM中的数据从哪里来?什么时候CPU将数据加载到RAM中?会不会是在烧录的时候,已经将需要放在RAM中数据烧录到了RAM中?
答:
(1)ROM是只读存储器,CPU只能从里面读数据,而不能往里面写数据,掉电后数据依然保存在存储器中;RAM是随机存储器,CPU既可以从里面读出数据,又可以往里面写入数据,掉电后数据不保存,这是条永恒的真理,始终记挂在心。
(2)RAM中的数据不是在烧录的时候写入的,因为烧录完毕后,拔掉电源,当再给MCU上电后,CPU能正常执行动作,RAM中照样有数据,这就说明:RAM中的数据不是在烧录的时候写入的,同时也说明,在CPU运行时,RAM中已经写入了数据。
三、ROM中包含所有的程序内容,在MCU上电时,CPU开始从第1行代码处执行指令。这里所做的工作是为整个程序的顺利运行做好准备,或者说是对RAM的初始化(注:ROM是只读不写的),工作任务有几项:
(1)为全局变量分配地址空间---如果全局变量已赋初值,则将初始值从ROM中拷贝到RAM中,如果没有赋初值,则这个全局变量所对应的地址下的初值为0或者是不确定的。当然,如果已经指定了变量的地址空间,则直接定位到对应的地址就行,那么这里分配地址及定位地址的任务由“连接器”完成。
(2)设置堆栈段的长度及地址---用C语言开发的单片机程序里面,普遍都没有涉及到堆栈段长度的设置,但这不意味着不用设置。堆栈段主要是用来在中断处理时起“保存现场”及“现场还原”的作用,其重要性不言而喻。而这么重要的内容,也包含在了编译器预设的内容里面,确实省事,可并不一定省心。
(3)分配数据段data,常量段const,代码段code的起始地址——代码段与常量段的地址可以不管,它们都是固定在ROM里面的,无论它们怎么排列,都不会对程序产生影响。但是数据段的地址就必须得关心。数据段的数据时要从ROM拷贝到RAM中去的,而在RAM中,既有数据段data,也有堆栈段stack,还有通用的工作寄存器组。通常,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,不能使数据段覆盖所有的工作寄存器组的地址。必须引起严重关注。
注:这里所说的“第一行代码处”,并不一定是你自己写的程序代码,绝大部分都是编译器代劳的,或者是编译器自带的demo程序文件。因为,你自己写的程序(C语言程序)里面,并不包含这些内容。高级一点的单片机,这些内容,都是在startup的文件里面。
四、普通的flashMCU是在上电时或复位时,PC指针里面的存放的是“0000”,表示CPU从ROM的0000地址开始执行指令,在该地址处放一条跳转指令,使程序跳转到_main函数中,然后根据不同的指令,一条一条的执行,当中断发生时(中断数量也很有限,2~5个中断),按照系统分配的中断向量表地址,在中断向量里面,放置一条跳转到中断服务程序的指令,如此,整个程序就跑起来了。决定CPU这样做,是这种ROM结构所造成的。过程中中C语言编译器作了很多的工作,可仔细阅读编译器自带的help文件进行学习。
注:特别的,如下
1--I/O口寄存器:也是可以被改变的量,它被安排在一个特别的RAM地址,为系统所访问,而不能将其他变量定义在这些位置。
2--中断向量表:中断向量表是被固定在MCU内部的ROM地址中,不同的地址对应不同的中断。每次中断产生时,直接调用对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的大小疑问:
对于flash类型的MCU,ROM空间的大小通常都是整字节的,即为ak*8bits。这很好理解,一眼就知道,ROM的空间为aK。但是,对于某些OTP类型的单片机,比如holtek或者sonix公司的单片机,经常看到数据手册上写的是“OTP progarming ROM 2k*15bit...”,可能会产生疑惑,这个“15bit”认为是1个字节有余,2个字节又不足,那这个ROM空间究竟是2k,多于2k,还是4k但是少了一点点呢?
答:这里要明确两个概念:一个是指令的位宽,另一个是指令的长度。指令的位宽是指一条指令所占的数据位的宽度;有些是8位位宽,有些是15位位宽。指令长度是指每条指令所占的存储空间,有1个字节,有2个字节的,也有3个字节甚至4个字节的指令。实事上也确实如此,当在反汇编或者汇编时,可以看到,复合指令的确是有简单的指令组合起来的,因此,OTP的ROM空间应该是2K,指令位宽为15位。一般的,当指令位宽不是8的倍数时,则说明该MCU的大部分指令长度是一个字节(注:该字节宽度为15位,不是8位),极少数为2个或多个字节,虽然其总的空间少,但是其能容下的空间数据并不少。
五、flash
关于flash,在单片机中需要外接,且需要cup具有SPI接口
例如:25PE80V6、25080BVSIG等