第7章C51的存储结构

1、 第7章 C51的存储结构 ? C51语言是面向51系列单片机及其硬件控制系统的 开发语言，因此C51语言和单片机的硬件资源有非 常密切的联系。C51的程序经过编译后将在单片机 上进行运行，C51的程序的代码和数据都是按照一 定的存储类型，存放在单片机的特定存储区域中， 否则该数据无意义。存储结构是单片机C51语言很 重要的一部分内容，也是其特有的内容。C51的存 储结构包括存储器结构、存储类型、存储模式以 及存储器指针等知识点。下面就分别介绍这几部 分内容。 7.1 单片机的存储器结构 ? 单片机的存储器结构是指单片机内部存储器的硬 件组织形式。不同型号单片机的存储器结构会有 所不同，但是原

2、理是相似的。本章以最常用的51 系列单片机为例，介绍其存储器结构。 ? 51系列单片机采用哈佛结构，将程序代码存储器 （ROM）和数据存储器（RAM）分开，各部分遵循 各自的寻址机构和寻址方式。下面概述一下51系 列单片机存储器的硬件构成。 7.1.1 51系列单片机的存储区域 ? 51系列单片机的存储器被划分成几个不同的区域。 为了C51的程序运行时，可以方便地调取数据和程 序代码，C51的程序中的数据和程序代码，被分类 存放在单片机的不同存储区域内。51系列单片机 及其兼容的单片机在物理上，可划分为以下4个不 同的存储区： ? 片内数据存储区（片内RAM） ? 片外数据存储区（片外RAM）

3、 ? 片内程序存储区（片内ROM） ? 片外程序存储区（片外ROM） 7.1.2 片内RAM的存储器结构 ?多数单片机均提供片内RAM，片内RAM是指单片机的片内数据存储 区。C51程序中的变量一般保存在片内RAM中，因为该存储区的取 址速度较快，便于及时调用数据。51系列单片机的片内数据存储 区（片内RAM）可以划分为如下所示的2大区域。 ?片内低128字节RAM区：地址范围为00H7FH。该区域主要采用直 接字节地址寻址方式，用来存储数据，也可存放堆栈和寄存器。 ?特殊功能寄存器区（SFR）：地址范围为80H0FFH。该区域可位 寻址、字节寻址或字寻址，用以控制定时器、计数器、串口、I/O

4、 以及其他一些硬件资源。 ?其中，地址范围为00H07FH的低128字节片内RAM区，又可进一步 划分为如下所示的3个区域。 ?通用寄存器区。地址范围为00H1FH，共由如下所示的4个寄存器 组构成。 7.2 C51的存储类型 ? 存储类型是指程序中数据（变量、常量和代码等） 在8051硬件系统中的存放方式。单片机C51语言中 支持code、bdata、idata、pdata、xdata和data 型6种不同的存储类型。不同的存储类型对应于不 同的存储区域和寻址方式。8051系列单片机的硬 件系统中数据的存储类型与对应的存储区的关系， 如表所示。 存储类型与对应的存储区 存储类型 对应的存储区

5、和访问方式 code 程序代码存储区（ 64KB），由MOVCDPTR访问 data 直接寻址片内数据存储区，访问速度快（ 128字节） bdata 可位寻址片内数据存储区，允许位与字节混合访问（16字节） idata 间接寻址片内数据存储区，可访问片内全部 RAM地址空间（256字节） pdata 分页寻址外部数据存储区（ 256字节）由MOVXR0访问 xdata 可寻址片外数据存储区（ 64KB），由MOVXDPTR访问 7.2.1 code存储类型 ? 使用code存储类型定义数据时，编译器会将其定 义在程序代码储存器（ROM或者EPPROM）中。该 code存储区使用16位寻址，寻址

6、空间可达64KB。 一般用来存放可执行的代码段，也可以存放数据。 将变量设置为code存储类型的一般形式如下： ? 标识符 code 变量名 ? 其中，标识符为变量的类型，code为关键字，表 示存储类型为code。例如： ? char code string=”Good Morning”; /在code区定义存储字符串数 组 7.2.2 data存储类型 ?data区是8051单片机128字节的片内RAM（或者8052单片机 的前128字节）。该区采用直接可寻址，访问速度较快，因 此将使用频率大的变量和局部变量储存在data区。将变量 设置为data存储类型的一般形式如下： ?标识符 dat

7、a 变量名 ?其中，标识符为变量的类型，data为关键字，表示存储类 型为data。例如： ?int data a5; ?char data str10; ?float data f; ?MyType data n1; /自定义的数据类型 7.2.3 bdata存储类型 ?bdata区是可位寻址数据存储器，可以将要求可位寻址的数 据定义为bdata。该区中可以声明变量和位变量。将变量设 置为bdata存储类型的一般形式如下： ?标识符 bdata 变量名 ?其中，标识符为变量的类型，bdata为关键字，表示存储类 型为bdata。例如： ?char bdata bet; /在位寻址区定义字符变

8、量bet ?int bdata n10; /在 位寻址区定义整型数组n10 ?sbit bet5=bet3; /用关键字sbit定义位变量来可寻址对象其中一位 ?sbit n8=n16; 7.2.4 idata存储类型 ? 8051系列的一些单片机包含附加的128字节的片内 RAM区，位于地址开始于80H的存储空间中，该存 储区称为idata区。将变量设置为idata存储类型 的一般形式如下： ? 标识符 idata 变量名 ? 其中，标识符为变量的类型，idata为关键字，表 示存储类型为idata。例如： ? extern float idata t; /在idata区定义浮点型变量t 7

9、.2.5 pdata存储类型 ? pdata类型存储在分页寻址的外部数据存储区的一 页内，共256字节。将变量设置为pdata存储类型 的一般形式如下： ? 标识符 pdata 变量名 ? 其中，标识符为变量的类型，pdata为关键字，表 示存储类型为pdata。例如： ? unsigned char pdata pn; /在pdata区定义字符变量pn 7.2.6 xdata存储类型 ?xdata区为可寻址的片外数据存储区，大小可达64KB，共65536字节单元。对xdata区寻址，须装入 16位地址，因此尽量将外部数据存放在xdata区。将变量设置为xdata存储类型的一般形式如下： ?标

10、识符 xdata 变量名 ?其中，标识符为变量的类型，xdata为关键字，表示存储类型为xdata。xdata存储类型的程序示例 如下： ?#include /头文件 ?#include /头文件 ? ?unsigned char xdata RXData1; /声明xdata变量 ?unsigned char xdata RXData2; /声明xdata变量 ? ?void main() /主函数 ? ?while(1) ? ?RXData1=P3; /赋值 ?RXData2=P1; /赋值 ? ? 7.3 C51的扩展数据类型 ? 扩展数据类型不属于ANSIC标准数据类型，是8051 单

11、片机和C51编译器所特有的数据类型。这些类型 的数据可以对8051的特殊功能寄存器进行操作， 但是不能用指针对其进行存取。扩展数据类型如 表所示。 扩展数据类型 扩展数据类型 位数 字节数 取值的范围 含义 sfr 8 1 0255 用于字节寻址，定义 8位特殊功能寄存器。 sfr16 16 2 065535 用于字寻址，定义 16位特殊功能寄存器，且该 16位 必须低位在低字节，高位在紧跟在高字节。 sbit 1 - 01 用于位寻址，从位寻址字节中定义位变量。 bit 1 - 01 定义位变量，其值为 0或者1。 7.3.1 sfr和sfr16型变量 ?sfr和sfr16主要用于定义805

12、1的特殊功能寄存器。其中sfr用来定 义8位特殊功能寄存器，sfr16用来定义16位特殊功能寄存器。其 一般形式为下： ?sfr 特殊功能寄存器名=特殊功能寄存器地址常数; ?sfr16 特殊功能寄存器名=特殊功能寄存器地址常数; ?其中，sfr和sfr16为关键字。特殊功能寄存器的定义示例如下： ?sfr P2=0 xA0; /定义P2的I/O端口，其地址为A0H ?sfr P1=0 x90; /定义P1的I/O端口，其地址为90H ?该语句用于定义寄存器P2的I/O端口，其地址为A0H；定义寄存器 P1的I/O端口，其地址为90H。 ?sfr16 T2=0 xCC; /定义定时器/计数器2

13、，其地址T2L=CCH， T2H=CDH 7.3.2 sbit型变量 ? sbit用于定义可位寻址对象，用于位寻址，从位 寻址字节中定义位变量。例如，定义特殊功能寄 存器某位为位变量。在C51语言中，有3种方式定 义位变量： ? sbit 位变量名=位地址。 ? sbit 位变量名=特殊功能寄存器名位位置。 ? sbit 位变量名=字节地址位位置。该语句和第二 种方法是一样的，只是将特殊功能寄存器名用位 地址常数直接表示。 7.3.3 bit型变量 ?bit型变量即位变量，可用于变量类型、函数声明、函数返 回值等场合。位变量在C语言里是外部变量，但编译系统不 对其进行初始化，因此必须在程序中初

14、始化位变量。其定 义的一般形式为： ?bit 变量名 ?采用bit定义的位变量将存放于内部RAM（20H2FH）。bit 型变量的定义，示例如下： ?extern bit ch； /定义外部bit型位变量ch ?再例如： ?bit flag; ?flag=1; 7.3.4 51单片机寄存器的定义 ? 头文件“reg51.h”中定义了51单片机常用的特殊 功能寄存器。如果需要使用单片机的硬件资源， 必须在C51源程序的开始处包含这个文件。该头文 件中对寄存器用以上介绍的sfr和sbit扩展数据类 型进行了定义。 7.4 C51变量的存储模式 ?存储模式是指编译环境中默认的变量的存储类型。一般来说

15、，如 果在定义变量时缺省存储类型，编译系统将按照存储模式所规定 的默认存储区来指定变量、函数参数等的存储区域。Keil Vision3编译系统支持的8051系列单片机存储模式有Small模式、 Compact模式和Large模式3种。 ?存储模式一般是在C51编译器选项中进行选择，也可以在程序中指 定。在Keil Vision3编译系统中存储器模式的选择，如图7.1所 示。图中所示，“Memory Model”的下拉列表用来从中选择默认 的存储模式。 Keil Vision3 中存储器模式的选择 7.4.1 Small模式 ? Small模式用于将所有未指明存储区的变量均保存 在单片机内部数据

16、存储器，即片内RAM中。该模式 与采用data存储类型方式相同。采用Small模式的 优点是访问速度快、效率高；缺点是由于片内RAM 存储空间有限，需要节约使用存储空间，因此 Small模式只适用于规模较小的程序。 ? 由于内部数据存储器也可以存放堆栈，但是所有 存放的数据和堆栈的大小都必须适合。尤其是堆 栈，堆栈空间的大小是由函数的嵌套深度所决定 的。通常如果连接/定位器将变量都设置在片内 RAM中时，采用Small模式是最适合的。 7.4.2 Compact模式 ? Compact模式用于将所有未指明存储区的变量均保 存在单片机外部数据存储器一页中，即片外RAM的 256字节内。该模式与采

17、用pdata存储类型方式相 同。采用Compact模式的优点是存储空间较Small 模式宽裕，缺点是访问速度要慢些，但相对于 Large模式访问速度要快，是一种介于两种模式之 间的中间状态。 ? Compact模式适用于变量不超过256字节，此限制 是由其寻址方式所决定的。可以通过P2口指定地 址的高字节，编译器没有对该口进行设置。 7.4.3 Large模式 ? Large模式用于将所有未指明存储区的变量存放在 单片机外部数据存储器中，即空间多达64KB的外 部RAM区内。该模式与采用xdata存储类型方式相 同。采用Large模式的优点是空间大，可存变量多， 缺点是访问速度较慢。 ? La

18、rge模式使用数据指针DPTR来对变量进行寻址。 通过数据指针访问外部数据存储器的效率较低。 当数据的大小为2字节或更多字节时，采用Large 模式进行数据访问，将会产生比Small模式和 Compact模式更多的代码。 7.5 C51的存储器指针 ? 在C51语言中可以定义一般指针和存储器指针。对 变量进行声明时可以指定变量的存储类型，在对 于指针变量声明的时候，也同样可以指定其存储 类型。下面分别进行介绍。 7.5.1 一般指针 ?关于一般指针的定义，在数据结构一章指针一节已经作过 详细的介绍。例如： ?char *pc; /pc为一个指向char数据的指针，按默认存储 模式存放 ?long * pl; /pl为指向long型整数的指针，按默认存储模 式存放 ?一般指针可存放于任何存储器中，一般用3个字节进