单片机存储空间浅析

只看该作者 · 2024-9-25 14:00

一、单片机的存储空间 = RAM + FLASH（ROM），那么什么是RAM？什么是FLASH?

RAM : 一种可读可写的存储单元，掉电后存储数据清除，读写速度快。RAM在单片机运行时，是内部各种寄存器、全局变量（先存放在FLASH中，上电初始化后会将其拷贝至RAM中）、堆栈（程序运行过程中申明的局部变量、产生中断或者函数调用时用来保存现场的数据）等的载体。

FLASH：一种只能读取的存储单元，掉电后存储数据保留，读取速度慢。FLASH在单片机运行时，是程序指令、常量、中断向量表、BOOT引导代码、EEPROM等的载体。

二、ROM和FLASH的区别

传统的ROM是在芯片出厂一次写入以后就不能更改了，但随着应用环境的逐渐变化，以及技术的不断创新，ROM可以支持多次电擦除，擦除后可重复写入的功能，这样使得FLASH就成为了广泛意义上的EEPROM。方便了广大的程序员的操作，例如可以通过BOOT对单片机里的应用程序进行刷新，以及对内部存储数据的在线更改等功能。

三、冯诺依曼结构与哈弗结构区别

冯诺依曼结构常见用于PC机上，程序和数据在没有运行的时候，存放在硬盘中；当程序需要运行时，会将全部程序从硬盘复制到RAM中去，从RAM里去执行，由于RAM高速的读写，从而程序运行速度加快。哈弗结构常见用于嵌入式系统上，由于单片机其RAM大小有限，将全部程序复制到RAM中去运行难以实现，所以运行的时候程序放在FLASH中，变量数据存放在RAM中，所以CPU从Flash中取程序指令，RAM中获取数据。当然在嵌入式系统中，有些对代码执行速率有严格要求或者执行地址有严格要求的地方，也是可以将小规模的程序复制到RAM中去执行。这里推荐51单片机作为入门必学

四、单片机上电后对存储空间的操作

当你写好了你的单片机代码会经过如下步骤：

预处理：展开头文件/宏替换/去掉注释/条件编译编译：检查语法，生成汇编

汇编：汇编代码转换机器码

链接：链接到一起生成可执行程序最后，就可以生成一个可以烧录的Hex文件啦，这个HEX文件里包含了你整个程序里的所有内容，你的程序逻辑、所申明的局部变量、全局变量、常量等等等等都会会变成一堆由01构成的二进制信息，这些信息使得单片机可以按照用户的定义去运行。
从单片机复位上电的那一刻开始，PC指针清零，指向0000H地址，此时单片机会产生一个复位中断，PC指针会跳转至中断向量表复位中断里存放的入口函数地址（常见的一般是工程的引导程序，执行MAIN函数之前执行的汇编代码），一般引导程序里主要是：1、对堆栈进行初始化，设置长度还有分配地址

2、对于没有赋值的全局变量，则在RAM中分配一个地址出来，对于已经分配初值的全局变量，在RAM中分配一个地址出来之后，将ROM中的初始值拷贝到对应的地址中去。

3、主函数的跳转

初始化前

初始化后

只看该作者 · 2024-9-28 15:07

说的挺全面的

只看该作者 · 2024-10-7 12:52

只读存储器（ROM）：
用途：用于存储不可更改的程序或数据，如Bootloader程序。

1万 · 2024-10-7 15:17

程序存储器：使用16位地址进行寻址。
数据存储器：使用8位地址进行寻址，分为内部和外部数据存储器。

只看该作者 · 2024-10-7 16:06

单片机的存储管理涉及到地址的分配和寻址方式，这对于高效利用存储空间至关重要。

只看该作者 · 2024-10-7 18:37

可以使用EEPROM、SD卡等存储设备来增加存储容量，满足更复杂的应用需求。

只看该作者 · 2024-10-8 09:22

数据存储器用于临时存储数据和中间计算结果。在8051单片机中，内部RAM通常分为几个区域，包括通用工作寄存器区、位寻址区、用户RAM区和特殊功能寄存器映射区。RAM的大小影响了单片机处理数据的能力和速度。

2万 · 2024-10-8 11:07

对于数据存储器，可以通过压缩算法来减少所需的存储空间。

只看该作者 · 2024-10-8 16:36

数据存储器用于存储单片机在运行过程中的临时数据。这包括变量的值、运算的中间结果、堆栈数据等。例如，当单片机执行一个算术运算时，操作数和运算结果可能会暂时存储在数据存储器中；在函数调用过程中，函数的局部变量、返回地址等信息会存储在栈区（数据存储器的一部分）。

只看该作者 · 2024-10-8 18:56

ROM（只读存储器）
特点：数据只能读出，不能写入或修改。即使断电，存储的数据也不会丢失。
类型：包括PROM、EPROM、EEPROM和Flash等。其中，Flash存储器在单片机中非常常见，它结合了ROM的非易失性和RAM的可擦写性，使得程序和数据可以在需要时进行修改。
用途：用于存储单片机的程序代码、常量数据、配置信息等。
RAM（随机存储器）
特点：数据既可以读出，也可以写入或修改。但断电后，存储的数据会丢失。
类型：通常分为静态RAM（SRAM）和动态RAM（DRAM）。在单片机中，SRAM更为常见，因为它具有更高的速度和稳定性。
用途：用于存储单片机运行时的临时数据、局部变量、堆栈等。

只看该作者 · 2024-10-8 21:56

Flash ROM：目前应用最为广泛的一种程序存储器类型。它具有成本低、可擦除和重写次数较多、读写速度较快等优点。许多现代单片机都采用 Flash ROM 作为程序存储器，方便用户进行程序的开发、调试和更新。

只看该作者 · 2024-10-9 11:53

程序存储器通常用于存放单片机执行的程序代码，这些代码在单片机运行过程中是不可更改的。

只看该作者 · 2024-10-11 20:41

栈区：由编译器自动分配和释放，用于存储函数调用时的参数、局部变量和返回地址等。栈区的大小在编译时确定，通常根据函数的嵌套深度和局部变量的大小来决定。
堆区：由程序员手动分配和释放，用于存储程序运行期间动态分配的内存。堆区的大小取决于程序的需求，但总大小不能超过单片机硬件的实际RAM大小。
数据区：包括全局变量和静态变量的存储区域。已初始化的全局变量和静态变量存放在.data段，未初始化的全局变量和静态变量存放在.bss段。程序结束后，这些数据区由系统自动释放。
常量区：用于存储程序中的常量数据，如字符串常量、数字常量等。这些常量在编译时确定，并在程序运行期间保持不变。常量区的数据通常存放在ROM中。
代码区：用于存储单片机的程序代码，包括函数体的二进制代码等。代码区的数据在程序运行时被CPU读取和执行。

只看该作者 · 2024-10-14 09:33

数据存储器的访问速度通常比程序存储器快，因为它需要频繁地读写数据。

2万 · 2024-10-14 17:39

数据存储器的容量也因单片机类型而异。一般来说，8 位单片机的数据存储器容量相对较小，可能从几十字节到几 KB 不等，而 32 位单片机的数据存储器容量可能达到数百 KB 甚至更大。数据存储器同样有自己的地址空间，单片机通过数据指针（如 8051 单片机中的 DPTR）或其他寻址方式来访问其中的数据。

1万 · 2024-10-15 10:49

特殊功能寄存器在单片机的地址空间中有特定的地址分配。一般来说，它们的地址与普通的数据存储器地址是分开的，以方便区分和管理。单片机通过特定的指令（如直接寻址或位寻址指令，在 8051 单片机中）来访问这些特殊功能寄存器。例如，在 8051 单片机中，可以使用 “MOV” 指令直接对特殊功能寄存器进行数据的读写操作，或者使用位操作指令（如 “SETB”、“CLR” 等）来对特殊功能寄存器中的特定位进行操作。