單片機如何執行代碼命令，單片MCU內存如何分配？

　　單片機執行指令過(guò)程詳解

　　單片機執行程序的過(guò)程，實(shí)際上就是執行我們所編制程序的過(guò)程。即逐條指令的過(guò)程。計算機每執行一條指令都可分為三個(gè)階段進(jìn)行。即取指令-----分析指令-----執行指令。

　　取指令的任務(wù)是：根據程序計數器PC中的值從程序存儲器讀出現行指令，送到指令寄存器。

　　分析指令階段的任務(wù)是：將指令寄存器中的指令操作碼取出后進(jìn)行譯碼，分析其指令性質(zhì)。如指令要求操作數，則尋找操作數地址。

　　計算機執行程序的過(guò)程實(shí)際上就是逐條指令地重復上述操作過(guò)程，直至遇到停機指令可循環(huán)等待指令。

　　一般計算機進(jìn)行工作時(shí)，首先要通過(guò)外部設備把程序和數據通過(guò)輸入接口電路和數據總線(xiàn)送入到存儲器，然后逐條取出執行。但單片機中的程序一般事先我們都已通過(guò)寫(xiě)入器固化在片內或片外程序存儲器中。因而一開(kāi)機即可執行指令。

　　下面我們將舉個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明指令的執行過(guò)程：

　　開(kāi)機時(shí)，程序計算器PC變?yōu)?000H。然后單片機在時(shí)序電路作用下自動(dòng)進(jìn)入執行程序過(guò)程。執行過(guò)程實(shí)際上就是取出指令（取出存儲器中事先存放的指令階段）和執行指令（分析和執行指令）的循環(huán)過(guò)程。

　　例如執行指令：MOV A，#0E0H，其機器碼為“74H E0H”，該指令的功能是把操作數E0H送入累加器，0000H單元中已存放74H，0001H單元中已存放E0H。當單片機開(kāi)始運行時(shí)，首先是進(jìn)入取指階段，其次序是：

　　1 程序計數器的內容（這時(shí)是0000H）送到地址寄存器;

　　2 程序計數器的內容自動(dòng)加1（變?yōu)?001H）;

　　3 地址寄存器的內容（0000H）通過(guò)內部地址總線(xiàn)送到存儲器，以存儲器中地址譯碼電跟，使地址為0000H的單元被選中;

　　4 CPU使讀控制線(xiàn)有效;

　　5 在讀命令控制下被選中存儲器單元的內容（此時(shí)應為74H）送到內部數據總線(xiàn)上，因為是取指階段，所以該內容通過(guò)數據總線(xiàn)被送到指令寄存器。

　　至此，取指階段完成，進(jìn)入譯碼分析和執行指令階段。

　　由于本次進(jìn)入指令寄存器中的內容是74H（操作碼），以譯碼器譯碼后單片機就會(huì )知道該指令是要將一個(gè)數送到A累加器，而該數是在這個(gè)代碼的下一個(gè)存儲單元。所以，執行該指令還必須把數據（E0H）從存儲器中取出送到CPU，即還要在存儲器中取第二個(gè)字節。其過(guò)程與取指階段很相似，只是此時(shí)PC已為0001H。指令譯碼器結合時(shí)序部件，產(chǎn)生74H操作碼的微操作系列，使數字E0H從0001H單元取出。

因為指令是要求把取得的數送到A累加器，所以取出的數字經(jīng)內部數據總線(xiàn)進(jìn)入A累加器，而不是進(jìn)入指令寄存器。至此，一條指令的執行完畢。單片機中PC=0002H，PC在CPU每次向存儲器取指或取數時(shí)自動(dòng)加1，單片機又進(jìn)入下一取指階段。這一過(guò)程一直重復下去，直至收到暫停指令或循環(huán)等待指令暫停。CPU就是這樣一條一條地執行指令，完成所有規定的功能。

　　對于一款mcu來(lái)說(shuō)，在性能描述的時(shí)候都會(huì )告訴sram，flash的容量大小，對于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，也不會(huì )去考慮和理會(huì )這些東西，拿到東西就只用。其實(shí)不然，這些量都是十分重要的，仔細想想，代碼為什么可以運行，代碼量是多少，定義的int、short等等類(lèi)型的變量究竟是怎么分配和存儲的，這些問(wèn)題都和內寸有關(guān)系。

　　首先單片機的內存可以大小分為ram和rom，這里就不再解釋ram和rom的區別了，我們可以將其等效為flash和sram，其中根據flash和sram的定義可得，flash里面的數據掉電可保存，sram中的并不可以，但是sram的執行速度要快于flash，可以將單片機的程序分為code（代碼存儲區）、RO-data（只讀數據存儲區）、RW-data（讀寫(xiě)數據存儲區）和ZI-data（零初始化數據區）。在MDK編譯器下可以觀(guān)察到在代碼中這4個(gè)量的值，如下圖1所示：

　　圖1：

　　其中code和RO-data存儲在flash中，所以?xún)烧咧蜑閱纹瑱C中flash需要分配給它們的空間大?。ú⑶业扔诖a所生成的.bin文件大?。?，另外RW-data和ZI-data存儲在sram中，同樣兩者之和為單片機中sram需要分配給它們的空間大小。

　　另外，我們必然會(huì )想到棧區（stack）、堆區（heap）、全局區（靜態(tài)區）（staTIc）、文字常量區和程序代碼區和上面所介紹的code、RO-data等的關(guān)系。

　　1、棧區（stack）：由編譯器自動(dòng)分配釋放 ，存放函數的參數值，局部變量的值等。其操作方式類(lèi)似于數據結構中的棧。 這些值是可讀寫(xiě)的，那么stack應該被包含在RW-data（讀寫(xiě)數據存儲區），也就是單片機的sram中。

　　2、堆區（heap）：一般由程序員分配釋放， 若程序員不釋放，程序結束時(shí)可能由OS回收 ?？梢岳斫?，這些也是被包含在單片機的sram中的。

　　3、全局區（靜態(tài)區）（staTIc）：全局變量和靜態(tài)變量的存儲是放在一塊的，初始化的全局變量和靜態(tài)變量在一塊區域， 未初始化的全局變量和未初始化的靜態(tài)變量在相鄰的另一塊區域，程序結束后由系統釋放。這些數據也是可讀可寫(xiě)的，和stack、heap一樣，被包含在sram中。

　　4、文字常量區：常量字符串就是放在這里的。這些數據是只讀的，分配在RO-data（只讀數據存儲區），則被包含在flash中。

　　5、程序代碼區：存放函數體的二進(jìn)制代碼，可以想象也是被包含在flash，因為對于MCU來(lái)說(shuō)，當其重新上電，代碼還會(huì )繼續運行，并不會(huì )消失，所以存儲在flash中。

　　綜上所述，MCU的內存分配基本如此，其中并沒(méi)有提到存儲空間所對應的flash和sram地址，這些后面還會(huì )講到！如有錯誤，請指正。