第五章 处理器内核和存储空间

第五章处理器内核和存储空间映射何宾2023.0832位单片机处理器核的内部结构STC32系列单片机处理器核兼容MCS-251ISA，真正实现了1位/8位/16位和32位的操作下面给出该32位MCU的内部结构从图中可知，处理器核连接到片内的24位地址总线和8/16/32位数据总线32位单片机处理器核的内部结构在MCS-251ISA中，对于24位地址总线进行了定义，高8位表示访问的段空间，低16位表示当前访问段空间的具体存储单元位置，使用xxxxxxxx:yyyyyyyyyyyyyyyy表示使用8位二进制数“xxxxxxxx”表示访问的段使用16位二进制数”yyyyyyyyyyyyyyyy”表示所访问当前段的具体存储单元位置32位单片机处理器核的内部结构从图中可知，通过该地址和数据总线，连接片上存储器系统，包括：Flash存储器和EEPROM（共128kB）内部RAM区域-EDATA（共4KB）内部扩展RAM区域-XDATA（共8KB）32位单片机处理器核的内部结构STC32G系列单片机的片上程序存储器和数据存储器的容量都有显著增加。此外，STC32G系列单片机也具有扩展64KB外部数据存储器的能力32位单片机处理器核的内部结构24位地址总线和8/16/32位数据总线连接到外设接口单元（PeripheralInterfaceUnit，PIU）在PIU上连接了定时器0~定时器1、端口0~端口7、UART、实时时钟等外设资源32位单片机处理器核的内部结构在STC32G系列单片机中，增加了直接存储器访问（DirectMemoryAccess，DMA）控制单元（DMAControlUnit）一方面，该控制单元与HSSPI、USART、UART、ADC、I2C和LCM等外设直接连接；另一方面，与片内RAM进行连接因此，实现了在数据存储器RAM和外设直接的直接数据传输，显著提高了单片机的性能32位单片机处理器核的内部结构与STC15/STC8系列单片机相比，STC32G系列单片机内的时钟资源也显著增加STC32G系列单片机提供了4个可选的时钟源，包括：内部高精度IRC、内部32kHz的IRC、外部晶体振荡器和内部相位锁相环（PhaseLockLoop，PLL）输出时钟32位单片机处理器核的内部结构在STC32G系列单片机中，集成了专用的乘法和除法单元（Multiply&DivideUnit，MDU32）支持快速的无符号数和有符号数32位算术运算32位单片机处理器核的内部结构

--寄存器文件与STC15/STC8系列增强型8051单片机相比，STC32G系列单片机内处理器核的寄存器数量有了显著增加由于寄存器的个数较多，因此将这些寄存器的集合称为寄存器文件（RegisterFile，RF）在寄存器文件中，提供了40个寄存器（以8位宽度计量），这些寄存器可以按字节（8位）、字（16位，两个8位寄存器组合）和双字（32位，四个8位寄存器组合）访问32位单片机处理器核的内部结构

--寄存器文件寄存器文件存储器地址空间PSW位RS[1:0]选择一个组，通过寄存器文件访问在存储器地址空间可以访问组0~组3组0~组332位单片机处理器核的内部结构

--寄存器文件组地址范围PSW选择位RS1RS0000H~07H00108H~0FH01210H~17H10317H~1FH1132位单片机处理器核的内部结构

--寄存器文件与STC15/STC8系列增强型8051单片机一样，寄存器R0-R7仍然划分为四个组，每组依然包含8个寄存器这些不同组的寄存器仍然通过设置PSW中相应的字段进行设置它们在片内基本RAM（EDATA）的地址空间与8位单片机片内基本RAM区域给出的地址空间映射完全相同32位单片机处理器核的内部结构

--寄存器文件在上图中，寄存器以其最低编号的字节位置命名。例如：R4是由地址4组成的字节寄存器WR4是由寄存器4和5组成的16位字寄存器（WordRegister，WR）DR4是由寄存器4~7组成的32位双字寄存器（Dual-WordRegister，DR）32位单片机处理器核的内部结构

--寄存器文件字寄存器（16位）是两个字节寄存器的组合，双字寄存器（32位）是4个字节寄存器的组合寄存器R0~R15可作为字节、字或双字寻址其中寄存器R0~R7与8051单片机的寄存器R0~R7完全相同，寄存器R8~R15是对寄存器R0~R7的扩展当把四个8位寄存器R0~R3组合在一起，就构成一个32位寄存器DR0当把两个8位寄存器R8~R9组合在一起，就构成一个16位寄存器WR8寄存器R16~R31只能以字或双字的形式访问寄存器R56~R63只能以双字形式访问32位单片机处理器核的内部结构

--专用寄存器在寄存器文件中有4个专用的寄存器，包括：寄存器R10就是8051单片机处理器核中的寄存器B寄存器R11就是8051单片机处理器核中的累加器ACC（也称为累加器A）寄存器DR56扩展的数据指针（ExtendedDataPointer，DPX）寄存器DR60是扩展的堆栈指针（ExtendedStackPointer，SPX）专用寄存器

--累加器和B寄存器8位累加器ACC是寄存器文件中的寄存器R11（8位）也可以在SFR空间中作为S:E0H处的ACC访问用于乘法和除法的B寄存器是

寄存器文件中的寄存器R10

（8位）也可以在SFR空间中作为S:F0H处

的B访问专用寄存器

--累加器和B寄存器在STC15/STC8系列增强型8051单片机中，指令使用累加器作为数据移动和计算的主要寄存器然而，在兼容MCS-251ISA的STC32系列单片机中，寄存器R1~R15都可以用于这些功能因此，累加器没有发挥它在8051单片机中的核心作用专用寄存器

--扩展数据指针DPX双字寄存器DR56是扩展数据指针DPXDPX的低三个字节（DPL、DPH和DPXL）可作为SFR访问其中，数据指针低寄存器DPL和数据指针高寄存器DPH构成16位的数据指针DPTR。虽然8051单片机的指令始终使用数据指针寄存器DPTR作为数据指针，但兼容MCS-251ISA的STC32G系列32位单片机的指令可以使用任意字或双字寄存器作为数据指针DPXL是位于寄存器R57中的字节，指定映射到8051单片机64KB外部数据存储空间的存储器空间，即00:~FF:。换句话说，MOVX指令在将数据移入和移出外部存储器时寻址由DPXL指定的区域。DPXL的复位值为01H（指向片内扩展的RAM区域XDATA）专用寄存器

--扩展堆栈指针双字寄存器DR60为堆栈指针SPX寄存器R63中的字节是8051单片机处理器核中的8位堆栈指针SP。寄存器R62中的字节为堆栈指针高位寄存器SPH这两个字节允许堆栈扩展到存储空间区域00:的顶部。SP和SPH可以作为SFR访问PUSH和POP两条指令直接寻址堆栈指针子程序调用（ACALL、ECALL、LCALL）和返回（ERET、RET、RETI）也使用堆栈指针注：为保留堆栈，不能将DR60用作通用寄存器。专用寄存器

--程序状态字程序状态字寄存器PSWCY、AC、OV、N和Z标志由硬件设置，用于指示操作的结果PSW寄存器是可读写的寄存器PSW中的奇偶校验位P不受写入的影响位索引76543210名字CYACF0RS1RS0OVUDP专用寄存器

--程序状态字CY，进位标志如果最高有效位（MostSignificantBit，MSB）有进位，则由加法指令（ADD、ADDC）设置进位标志。如果MSB需要借位，则通过减法指令（SUB,SUBB）或比较指令（CMP）设置它。此外，进位标志还受到循环移位指令、逻辑位指令、位移动指令以及乘法(MUL)和十进制调整(DA)指令的影响。小问题：如何理解这里的MSB?专用寄存器

--程序状态字AC，辅助进位标志辅助进位标志仅受寻址8位操作数的指令影响如果具有8位操作数的加法指令产生第3位到第4位的进位（来自加法）或减法指令产生第3位到第4位的借位，则设置AC标志。否则，清除该标志该标志对BCD算术指令非常有用F0，标志0(Flag0）该标志可供用户使用RS1：RS0寄存器组选择位其含义同8051单片机对RS1和RS0的定义专用寄存器

--程序状态字OV，溢出标志如果有符号变量的加法或减法导致溢出错误（即，如果和/差的幅度对于二进制补码表示中的七个LSB来说太大），则设置该位如果乘积溢出一个字节或尝试被零除，也会设置溢出标志UD，用户可定义标志该通用标志可供用户使用P，奇偶校验位如果在累加器中设置了奇数位，则设置它。否则，清除它。并非所有指令都更新奇偶校验位。奇偶校验位由改变累加器（ACC，寄存器R11）内容的指令设置或清除专用寄存器

--程序状态字程序状态字寄存器PSW1CY，进位标志与PSW寄存器中的CY位含义相同AC，辅助进位标志与PSW寄存器中的AC位含义相同位索引76543210名字CYACNRS1RS0OVZ—专用寄存器

--程序状态字N，负标志如果最后一个逻辑或算术运算的结果为负（即位15=“1”），则设置该位；否则，清除该位RS1：RS0，组选择位含义同PSW寄存器的RS1和RS0位OV，溢出标志含义同PSW寄存器中的OV位专用寄存器

--程序状态字Z，零标志如果最后一个逻辑或算术运算的结果为零，则设置该标志。否则，清除该标志—，保留从该位读取的值是不确定的。只能给该位写“0”专用寄存器

--程序状态字可以使用位指令对PSW和PSW1寄存器中的各个位进行寻址PSW寄存器与8051单片机中的PSW寄存器相同PSW1寄存器是对PSW寄存器的扩展只存在于STC32G系列单片机的处理器核中PSW1中的CY、AC、RS0和RS1，以及OV位与PSW中相应的位相同即可以在PSW或PSW1寄存器中访问这些位专用寄存器

--程序状态字影响PSW和PSW1寄存器中标志的指令

指令类型指令影响的标志CYOVACNZ

算术指令ADD,ADDC,