段式管理的数据存储器技术分析

MCS96系列单片机是一种16位字长，比MCS51系列单片机功能更全、性能更高的单片机，在仪器仪表、过程控制等领域应用极为广泛。在采用MCS96系列单片机的应用开发中，我们碰到一个难题：当需要大容量的数据存储时，数据存储器的扩展如采用与MCS51系列单片机同样的方法则无法工作。因为其内存体系结构采用程序存储器与数据存储器统一编址的普林斯顿结构，程序存储器的地址与数据存储器的地址不能相同;而MCS51系列单片机采用程序存储器与数据存储器分开编址的哈佛结构，程序存储器的地址与数据存储器的地址不冲突，可以相同，因而其数据存储器扩展容易，而且整个数据存储器地址空间连续。MCS96系列单片机的普林斯顿内存体系结构决定了不能简单采用与MCS51系列单片机相同的数据存储器扩展技术。本文针对MCS96系列单片机的内存体系结构特点给出一种段式管理的大容量的数据存储器扩展技术。

1 段式管理的大容量数据存储器扩展技术

设计思想概述：针对MCS96系列单片机的存储结构特点，可看出扩展的数据存储器的低16位地址不能与程序存储器的地址相同，因此，必须从MCS96系列单片机的内存体系结构中找出一个专门的区域。本文将此区域定义为段，对其进行扩展，通过各段的高地址来区分不同段。由于各段的实际物理地址是不相连的，从用户角度看，直接使用物理地址编程很麻烦，因此设计一个逻辑段表来管理，并且设计一个简单的子程序来完成逻辑地址与物理地址的转换，从而便于用户编程。具体过程如下。

1.1 段的设置区域

根据图1所示MCS96系列单片机的内存体系结构分配图可以看出，0100H～1FFDH，4000H～0FFFFH两个区域可以给外部存储器及I/O口使用。0100H～1FFDH的区域较小，考虑到一般应用系统的程序较短，只有同KB，I/O口地址更少，因而可以将此区域分析给外部程序存储器与I/O 口。4000H～0FFFFH区域分配给外部数据存储器。由于一般数据存储顺芯片的存储地址容量为2NKB(N为大于零的整数)，因此，这48KB的区域可以划分为32KB与16KB的两个区间。如果要求大容量存储地址空间，则可以把以上48KB的区域整个看成一个段，或者将区域的一部分看成一个段，多设置几个这样的段就可以解决。

1.2 段的存储空间的最佳设置

由于段的空间的设置区域在4000H～0FFFFH的48KB的存储地址空间，因而有三种段的存储地址空间大小的设置方案。

①每段设为起始地址相同的32KB;

②每段都设为48KB;

③一些段设为48KB;一些段设为32KB。

由于方案2与3采用32KB的存储区间与16KB的存储区间组成段，因而在硬件设计方面使地址译码器与存储器的连接复杂，更不便于对各段存取管理，尤其对于数据存储器采用单个大容量的EEPROM或FLASH RAM时，硬件设计更是困难;而方案1则只采用32KB的芯片组成段，而且起始地址相同，对于数据存储器采用多个32KB的RAM芯片，或者数据存储器采用单个大容量的EEPROM或FLASH RAM芯片中(可在其内部划分为多个32KB段)，在硬件设计方面非常简单，也便于用逻辑段表进行存取管理。因而要用方案1，即段的存储空间大小的最佳设置为32KB。