在MAXQ8913微控制器中從RAM執行應用程序

MAXQ8913及其它MAXQ®微控制器采用的Harvard存儲器映射架構為用戶(hù)提供了極大的靈活性，可根據需要將不同的物理內存(例如數據SRAM)映射為程序或數據內存空間。在特定環(huán)境下，從數據SRAM執行一個(gè)程序的部分代碼能夠提升性能并降低功耗。這些優(yōu)勢都是以應用程序的更加復雜為代價(jià)。

概述
MAXQ8913和其它許多MAXQ微控制器一樣，也包含了一個(gè)基于SRAM的內置數據存儲區域，該存儲區域可被映射為數據內存空間，或者選擇映射為程序內存空間。內置SRAM通常用作數據存儲器，而在程序閃存或掩膜ROM中執行大部分程序代碼。然而，在特定環(huán)境下，從內部SRAM執行有限的部分代碼非常有用。

本應用筆記介紹如何配置、裝載匯編程序，以便從內部SRAM正確運行，本文還討論了這種方法的優(yōu)勢和缺點(diǎn)。本應用筆記給出的例程針對MAXQ8913編寫(xiě)，使用基于匯編的MAX-IDE環(huán)境。用戶(hù)可下載本文所涉及的應用程序代碼和項目文件。

本文討論的代碼都特別針對MAXQ8913微控制器編寫(xiě)，所介紹的原理和方法也同樣適合其它含有可映射為程序空間的內部SRAM的MAXQ微控制器。能夠以這種方式執行代碼的其它MAXQ微控制器包括：MAXQ2000、MAXQ2010和MAXQ3210/MAXQ3212。

該代碼能很好地運行在任何基于MAXQ8913并為MAXQ8913的串口0提供一路串行接口(RS-232或USB至串口轉換)的硬件。將一個(gè)終端模擬器連接到該串口，并設置為9600波特率、8個(gè)數據位、1個(gè)停止位、無(wú)奇偶校驗，即可查看例程的代碼輸出。

用戶(hù)可免費下載MAX-IDE環(huán)境的最新安裝程序包和文檔資料。

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在RAM中執行代碼的優(yōu)勢
通常情況下，MAXQ微控制器的絕大多數應用代碼都被設計為在主程序空間執行，主程序空間通常是利用一片大的內部閃存或(對于掩膜ROM器件)用戶(hù)指定的應用ROM來(lái)實(shí)現。主程序空間為非易失存儲器，所以大多數情況下可用來(lái)保存應用程序代碼。內部SRAM被用來(lái)存儲變量、軟件棧，以及器件被關(guān)閉時(shí)不需要保存的類(lèi)似數據。

然而，對于特定應用，在數據SRAM中執行某些代碼具有一定優(yōu)勢。

降低功耗
在大多數MAXQ微控制器中，當在內部SRAM (或固定用途ROM)中執行代碼時(shí)，相對于程序閃存而言，電源電流會(huì )減小。因為閃存在不被存取時(shí)可被動(dòng)態(tài)斷電，所以這種情況下就能節省功率。如果某個(gè)應用程序通常在大部分活動(dòng)時(shí)間內執行非常小的代碼量，在SRAM中執行就能大大降低總體功耗。

直接訪(fǎng)問(wèn)主程序空間存儲器
通常，從主程序閃存執行的代碼不能直接讀取保存在主程序閃存中的數據。這種類(lèi)型的數據可以包括隨應用程序數據一起的常量字符串和數據表。若要讀取該數據，應用程序必須調用固定用途ROM中的專(zhuān)用數據傳遞函數。在RAM中執行代碼則避開(kāi)了這一限制，允許利用標準的數據指針直接讀取閃存中包含的數據。這就加快了存取操作。若一個(gè)小的算法花費大量的時(shí)間遍歷閃存中存儲的查找表或其它常量數據，那么在RAM中執行該算法則能夠在非常短的時(shí)間內完成運算。

可重寫(xiě)整個(gè)閃存
和大多數基于閃存的MAXQ微控制器一樣，MAXQ8913中的固定用途ROM含有在應用程序控制下擦除和重寫(xiě)程序閃存的標準函數。該過(guò)程能夠使用戶(hù)裝載器通過(guò)用戶(hù)指定接口(例如串口、SPI或I²C)重新裝載部分或全部應用程序。然而，若用戶(hù)裝載程序位于閃存內，則不能擦除或重寫(xiě)自身所占用的閃存。在RAM中執行用戶(hù)裝載器，可以擦除整個(gè)閃存程序空間并重新寫(xiě)入新的代碼，包括用戶(hù)裝載器本身。

在RAM中執行代碼的缺點(diǎn)
在RAM中執行應用程序代碼也存在缺點(diǎn)和限制。有些缺點(diǎn)與具體工作相關(guān)，而有些缺點(diǎn)則是MAXQ架構所固有的。

有限的代碼空間
RAM一般比程序閃存小得多，這意味著(zhù)在任何給定時(shí)間只能執行少量代碼。但有可能在RAM中運行一個(gè)例程，然后將其擦除并裝載第二個(gè)例程，隨后再運行第二個(gè)例程，依此類(lèi)推。

代碼映射
在RAM中執行代碼之前，必須將其復制到RAM。這一過(guò)程需要時(shí)間和代碼空間。此外，代碼必須從某個(gè)位置復制，所以代碼實(shí)際上被存儲兩次：一次在閃存或程序ROM，一次在RAM。即使該代碼不是為了在閃存中執行，也必須被存儲于其中，從而消耗了額外的空間。

不可直接存取RAM
當在RAM中執行代碼時(shí)，RAM就不再是可見(jiàn)的數據存儲空間。這意味著(zhù)不能利用數據指針直接從RAM存儲單元讀取或寫(xiě)入數據。按照在閃存中運行應用代碼相同的方式，有可能避開(kāi)這種限制。利用固定用途ROM數據傳遞函數(UROM_moveDP0和類(lèi)似的函數)可對RAM進(jìn)行讀取，以及通過(guò)在閃存中寫(xiě)入類(lèi)似的函數，可直接對RAM進(jìn)行寫(xiě)操作。然而，這種迂回方法也占用額外的時(shí)間和應用程序空間。

編譯在RAM中執行的代碼
在編寫(xiě)將要在數據RAM中執行的應用代碼時(shí)，必須要考慮一項主要因素。代碼的每個(gè)字都將被編譯至一個(gè)地址并被裝載至該地址的閃存中，但是將在不同地址的RAM中執行。例如，如果一段代碼被裝載至以程序字地址0100h開(kāi)始的閃存中，并被復制到以數據字地址0100h開(kāi)始的RAM中，在RAM中就不可能跳至地址0100h來(lái)執行代碼。在閃存中，地址0100h仍然是代碼的地址。在程序空間中，RAM中代碼的地址是其數據存儲地址加上偏移量A000h，如圖1所示。

圖1. MAXQ8913在RAM中執行代碼時(shí)的內存映射

為了執行復制到RAM中數據內存地址為0100h的應用程序，必須跳至程序地址A100h。

在RAM中執行代碼會(huì )為MAX-IDE編譯器造成困難。MAX-IDE并不知道將在與編譯地址不同的地址執行代碼。例如，假設一個(gè)例程調用了閃存地址為0080h的subOne，而另一個(gè)位于0300h的例程調用了第一個(gè)例程。其代碼如下所示。

org 0080h

subOne:
....perform various calculations...
ret

...

org 0300h

subTw
call subOne
...and so on...

如果兩個(gè)例程均被復制到RAM并在此執行，將會(huì )發(fā)生什么? 假設例程均被復制到RAM中與其在閃存中占用的程序地址相同的數據內存地址，那么subOne將位于程序地址A080h，subTwo將位于A(yíng)300h。

因為“call subOne”所在行與目標端標簽subOne之間的距離超過(guò)了相對跳轉距離(+127/-128個(gè)字)，所以指令就必須被重新編譯為絕對LCALL。然而，編譯器所持有的subOne的唯一地址是0080h，所以指令將被編譯為“LCALL 0080h”。當subTwo執行時(shí)，它將不調用位于RAM中的subOne副本，而是調用位于閃存中的版本。

有兩種迂回方法可能解決這種困境。第一種方法也是最簡(jiǎn)單的方法，即強制編譯器始終使用相對跳轉和調用，并使例程在RAM中離得足夠近，使其能夠按照這一方式調用其它例程?？偸鞘褂肧JUMP和SCALL，而不是JUMP和CALL機器碼(使編譯器可選擇短或長(cháng)跳轉)。這將強制使用指令的相對跳轉版本。

然而，這種方法也存在限制。如果在RAM中運行的代碼量長(cháng)于128個(gè)字，相對跳轉就有可能不足以長(cháng)到使RAM中的一個(gè)例程調用另一個(gè)例程。這種情況下的解決方法是通過(guò)ORG聲明為不同的例程使用固定的地址，然后定義包含其在RAM中的正確地址的等價(jià)變量。這些等價(jià)變量可被用于LCALL和LJUMP聲明中，如下所示。

subOne equ 0A080h

org 0080h

; subOne
....perform various calculations...
ret

...

org 0300h

subTw
lcall #subOne
...and so on...

這一過(guò)程強制編譯器為L(cháng)CALL使用正確的地址。

將代碼復制至RAM
在RAM中執行代碼之前，必須首先將其復制到RAM。將大量代碼從閃存復制到RAM的最簡(jiǎn)單方式是使用應用ROM copyBuffer函數。該函數的輸入參數為兩個(gè)數據指針(DP[0]和BP[Offs])和一個(gè)長(cháng)度值(LC[0])。它將指定數量的字節/字從源地址DP[0]復制到目標地址BP[Offs]；一次可復制最多256個(gè)字節/字。

我們的示例應用程序將其開(kāi)始的512個(gè)字從閃存復制到RAM，然后跳轉至RAM中的副本開(kāi)始執行代碼。源指針(DP[0])指向程序閃存在應用ROM的內存映射中的地址，從8000h開(kāi)始。請主意，為了避免無(wú)限循環(huán)，在復制RAM的代碼之后，我們跳轉至RAM中副本的部分。

org 0020h

copyToRAM:
move DPC, #1Ch ; Ensure all pointers are operating in word mode.
move DP[0], #8000h ; Start of program flash from UROM's perspective.
move BP, #0 ; Start of data memory.
move Offs, #0
move LC[0], #256 ; The Offs register limits us to a 256-word copy.
lcall UROM_copyBuffer

move DP[0], #8100h ; Copy second half.
move BP, #0100h
move Offs, #0
move LC[0], #256
lcall UROM_copyBuffer

ljump #0A040h ; Begin execution of code from RAM.

;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;
;;
;; Executing from RAM
;;

org 0040h

move LC[0], #1000
delayLoop:
move LC[1], #8000
sdjnz LC[1], $
sdjnz LC[0], delayLoop

;; Initialize serial port.

move SCON.6, #1 ; Set to mode 1 (10-bit asynchronous).
move SMD.1, #1 ; Baud rate = 16 x baud clock
move PR, #009D4h ; P = 2^21 * 9600/8.000MHz
move SCON.1, #0 ; Clear transmit character flag.