巧用C51的BANK編譯模式

隨著C51編譯器被廣泛地應(yīng)用于51系列單片機(jī)軟件的開發(fā)，大批的開發(fā)人員從繁瑣的匯編語言編程中解放出來。 C51不僅縮短了軟件的開發(fā)周期，而且使應(yīng)用軟件具有較好的結(jié)構(gòu)性和可維護(hù)性。在使用C51編譯器的應(yīng)用設(shè)計(jì)中，大多數(shù)程序代碼都不超過51系列單片機(jī)的最大尋址空間64K，但在實(shí)際應(yīng)用中也有程序代碼超出64K的情況。這種情況雖然可以通過更換高檔CPU來解決，但在產(chǎn)品批量較大且對CPU性能要求并不高時(shí)，不希望使用高檔CPU，因?yàn)檫@樣會(huì)增加產(chǎn)品的成本。那么能否在廉價(jià)的51系列單片機(jī)中突破代碼64K空間的限制而進(jìn)行產(chǎn)品的開發(fā)呢？C51編譯器的BANK模式正是為了解決此問題。作者通過對C51編譯器BANK模式的使用，總結(jié)出一套該模式的使用方法。本文對這一使用方法進(jìn)行說明，并對代碼和數(shù)據(jù)混合使用BANK的特殊用法作了介紹。

2BANK的工作方式

C51的BANK模式對應(yīng)用系統(tǒng)的代碼存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有特殊要求。圖1為C51BANK模式下代碼存儲(chǔ)器的物理結(jié)構(gòu)。

代碼地址空間的上半部，以重疊BANK0的物理地址空間，硬件設(shè)計(jì)了n個(gè)存儲(chǔ)器頁面來存儲(chǔ)程序代碼。在任一時(shí)刻 BANK0～n中，只能有一個(gè)BANK處于激活狀態(tài)。當(dāng)BANKi處于激活狀態(tài)時(shí)，其物理地址空間為BankBaseAddr～0xFFFF。只有當(dāng) BANK處于激活狀態(tài)時(shí)，BANK中的程序代碼才可以運(yùn)行。為了尋址任意BANK中的過程代碼， C51編譯器為過程調(diào)用生成了如下的BANK地址：

Base地址是可變的，但為譯碼方便，一般選為 8000H。當(dāng)某過程調(diào)用任一不在同一BANK中的其它過程時(shí)，BANK地址中的BANKNUMBER被送到切換BANK的譯碼電路，而16位的偏移地址被送往地址總線，從而實(shí)現(xiàn)不同BANK中的過程調(diào)用。下半部分的代碼空間沒有作BANK處理，它被稱為ROOTBANK。這是因?yàn)镃51編譯器僅對過程調(diào)用產(chǎn)生BANK地址，而對于過程調(diào)用之外的所有其它部分如CONST等不產(chǎn)生BANK地址，ROOTBANK即用來存放這部分代碼。除此之外， ROOTBANK一般還用來存放下列代碼：C51的庫函數(shù)、所有的變量初始化數(shù)據(jù)、中斷服務(wù)程序代碼、CSTARTUP代碼。編譯器總是以 NONBANK方式對這一類代碼進(jìn)行操作。

3使用C51BANK模式的步驟

假設(shè)軟件已經(jīng)按C51的大模式進(jìn)行了設(shè)計(jì)，那么為了使用C51的BANK模式，要進(jìn)行以下3個(gè)步驟的工作。

3.1設(shè)計(jì)硬件

C51的BANK模式需要硬件來支持。硬件必須設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)淖g碼電路來支持存儲(chǔ)器的頁面結(jié)構(gòu)。盡管C51編譯系統(tǒng)可支持256個(gè)存儲(chǔ)器BANK頁面，但一般的應(yīng)用系統(tǒng)4個(gè)～8個(gè)存儲(chǔ)器頁面即可滿足設(shè)計(jì)要求。在確定了所需存儲(chǔ)器頁面的個(gè)數(shù)后，BANK頁面的譯碼地址位也就確定了。假設(shè)譯碼的地址為n位，那么n與BANK頁面數(shù)的關(guān)系滿足式（1）。

2n≥最大所需的BANK頁面數(shù)n取最小值（1）

支持頁面結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)器的譯碼電路，因使用存儲(chǔ)器芯片的空間大小和片數(shù)多少的不同而不同。對于n位譯碼地址的鎖存，則有兩種方法，最為簡單的方法是直接使用CPU多余的口線，若沒有多余的口線可用，則需要使用第二種方法，即擴(kuò)展鎖存器對BANK譯碼地址進(jìn)行鎖存，這時(shí)鎖存器的鎖存地址既可以使用外部RAM空間譯碼產(chǎn)生，也可以用外部ROM空間譯碼產(chǎn)生，如使用 ROM空間譯碼產(chǎn)生,要注意地址不能與代碼可能占用的地址空間沖突。

3.2寫B(tài)ANK模式的源程序

C51BANK模式下的源程序與大模式下的源程序沒有太大區(qū)別，只是在BANK模式下要注意以下幾點(diǎn)：

（1）合理規(guī)劃代碼空間

規(guī)劃代碼空間就是決定哪一部分代碼放在ROOTBANK 中，哪一部分代碼放在BANK中。前面已經(jīng)提到，有幾種類型代碼是必須放在ROOTBANK中的，而對于其它代碼來說，既可以放在BANK中，也可以放在 ROOTBANK，但為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，對經(jīng)常被調(diào)用的公共程序模塊，應(yīng)盡可能放在ROOTBANK中，以減少BANK的切換。而對于用匯編語言編寫的程序模塊，如果將其放在BANK中，則需要人工在匯編程序中添加對BANK切換的操作，這項(xiàng)工作非常繁瑣，因此用匯編語言編寫的程序模塊，一般也放在 ROOTBANK中。

（2）檢查源程序模塊大小

任一個(gè)C程序模塊，在編譯時(shí)都要生成一個(gè)CODE段，而 linker不可能把一個(gè)模塊的CODE分配到多個(gè)BANK中，因此每個(gè)程序模塊的大小都必須小于或等于一個(gè)BANK空間，否則就要把一個(gè)程序模塊分為兩個(gè)或多個(gè)模塊。只要不超出BANK的空間，linker可以把多個(gè)程序模塊的代碼放入一個(gè)BANK中，由此看出將每個(gè)程序模塊最小化，便可以充分利用 BANK的空間資源。