單片機嵌入式系統數據存儲區擴展 

    嵌入式系統中引入操作系統需要增加一定的數據存儲器開銷，必要時仍可以采用分頁技術擴展數據存儲區容量。 

　 　 引入操作系統以后，數據區有兩種組織方法，比較簡單的一種方法是操作系統與用戶程序共用一個數據區，編譯器將整個程序一起編譯，不必區分是系統程序還是用 戶程序。但這樣對用戶來說操作系統變得不透明了，而且不良的用戶程序可能會破壞系統的數據區，導致整個系統崩潰。 

    相對應的另一種方法是給操作系統與用戶程序分別分配獨立的數據區，譬如將128k 數據存儲器給操作系統和用戶程序各分配64k。不幸地是，當操作系統與用戶程序一起編譯時，編譯器會自動給它們分配不同的地址，這樣即使存儲器物理上是分 開的，操作系統與用戶程序的數據區還是無法地址復用，這極大地浪費了地址空間；而且對傳統的單片機， Keil C 編譯器最大只支持64k數據區，幸運地是，這個矛盾可以通過采用虛擬接口的方法加以解決。 

    為此，將公共代碼段中的程序單獨編譯，并且在鏈接、定位目標代碼時，給操作系統和公共庫函數的每個函數在0x0000～0x7FFFH內分別指定一個固定 的首地址。鑒于用戶程序可能調用這些函數，需要為這些函數分別編寫一個相同類型的同名偽函數，每個偽函數僅包含一條到真實函數（入口地址已知）的轉移指 令，所有這些函數都存放在一個被稱為虛擬接口的頭文件中。虛擬接口文件與用戶程序一起編譯，完成用戶程序與操作系統兩次編譯的接口。顯然這種方法僅占用了 用戶區的極少量代碼空間，而絲毫沒有浪費用戶數據區，同時又實現了地址復用。 

    公共代碼段和操作系統的 數據區特殊的對應關系（見圖4），很容易通過P2端口線來指定。由單片機外部程序區訪問時序（圖 5）可知，PSEN的上升沿后數據總線A0～A7上開始出現指令或指令操作數，此時的地址線A15指示當前訪問的是公共代碼段（對應數據區高64k）還是 其他程序段（對應數據區低64k），因此在PSEN上升沿鎖存地址線A15，用它可以選擇不同的數據存儲器空間。 

2、存儲系統的性能分析

    本文基于虛擬存儲系統思想實現了嵌入式系統中大容量存儲器的擴展。不難看出系統的擴展余地受端口線的限制。由于在同一塊芯片中構造圖2所示的結構，需要多 使用一根端口線，因此對于8051系列使用整個P1口可以將系統的程序虛擬空間擴展至8M字節。數據存儲區擴展的最大容量還與程序在編譯時所被分成塊的數 目有關，最大可達16M字節，這在單片機嵌入式系統中已經是足夠大了。 

    程序在調用不同頁面的函數時需要額外的軟件切換周期，頻繁的頁面切換會降低系統的性能，因此編譯時應仔細選擇函數，盡可能將相關的函數分配在同一頁中。 

    數據存儲區切換是由硬件實現的，頁面切換并不降低系統性能。由于操作系統與用戶程序數據區相互獨立，對用戶來說整個64k空間都是可用的，這就增加了操作系統的透明。

    嵌入式系統由于它的專用性和特殊性，系統的軟硬件設計都與傳統的計算機系統設計方法有所不同。但進行嵌入式系統設計時仍然很有必要借鑒傳統計算機系統體系 結構成熟的設計方法，“量體裁衣”為我所用。作者在進行嵌入式平臺設計時借鑒了傳統計算機虛擬存儲思想來擴展存儲系統，并在實際項目中得以應用，證明這種 方法是非常有效的。