单片机嵌入式系统数据存储区扩展 

    嵌入式系统中引入操作系统需要增加一定的数据存储器开销，必要时仍可以采用分页技术扩展数据存储区容量。 

　 　 引入操作系统以后，数据区有两种组织方法，比较简单的一种方法是操作系统与用户程序共用一个数据区，编译器将整个程序一起编译，不必区分是系统程序还是用 户程序。但这样对用户来说操作系统变得不透明了，而且不良的用户程序可能会破坏系统的数据区，导致整个系统崩溃。 

    相对应的另一种方法是给操作系统与用户程序分别分配独立的数据区，譬如将128k 数据存储器给操作系统和用户程序各分配64k。不幸地是，当操作系统与用户程序一起编译时，编译器会自动给它们分配不同的地址，这样即使存储器物理上是分 开的，操作系统与用户程序的数据区还是无法地址复用，这极大地浪费了地址空间；而且对传统的单片机， Keil C 编译器最大只支持64k数据区，幸运地是，这个矛盾可以通过采用虚拟接口的方法加以解决。 

    为此，将公共代码段中的程序单独编译，并且在链接、定位目标代码时，给操作系统和公共库函数的每个函数在0x0000～0x7FFFH内分别指定一个固定 的首地址。鉴于用户程序可能调用这些函数，需要为这些函数分别编写一个相同类型的同名伪函数，每个伪函数仅包含一条到真实函数（入口地址已知）的转移指 令，所有这些函数都存放在一个被称为虚拟接口的头文件中。虚拟接口文件与用户程序一起编译，完成用户程序与操作系统两次编译的接口。显然这种方法仅占用了 用户区的极少量代码空间，而丝毫没有浪费用户数据区，同时又实现了地址复用。 

    公共代码段和操作系统的 数据区特殊的对应关系（见图4），很容易通过P2端口线来指定。由单片机外部程序区访问时序（图 5）可知，PSEN的上升沿后数据总线A0～A7上开始出现指令或指令操作数，此时的地址线A15指示当前访问的是公共代码段（对应数据区高64k）还是 其他程序段（对应数据区低64k），因此在PSEN上升沿锁存地址线A15，用它可以选择不同的数据存储器空间。 

2、存储系统的性能分析

    本文基于虚拟存储系统思想实现了嵌入式系统中大容量存储器的扩展。不难看出系统的扩展余地受端口线的限制。由于在同一块芯片中构造图2所示的结构，需要多 使用一根端口线，因此对于8051系列使用整个P1口可以将系统的程序虚拟空间扩展至8M字节。数据存储区扩展的最大容量还与程序在编译时所被分成块的数 目有关，最大可达16M字节，这在单片机嵌入式系统中已经是足够大了。 

    程序在调用不同页面的函数时需要额外的软件切换周期，频繁的页面切换会降低系统的性能，因此编译时应仔细选择函数，尽可能将相关的函数分配在同一页中。 

    数据存储区切换是由硬件实现的，页面切换并不降低系统性能。由于操作系统与用户程序数据区相互独立，对用户来说整个64k空间都是可用的，这就增加了操作系统的透明。

    嵌入式系统由于它的专用性和特殊性，系统的软硬件设计都与传统的计算机系统设计方法有所不同。但进行嵌入式系统设计时仍然很有必要借鉴传统计算机系统体系 结构成熟的设计方法，“量体裁衣”为我所用。作者在进行嵌入式平台设计时借鉴了传统计算机虚拟存储思想来扩展存储系统，并在实际项目中得以应用，证明这种 方法是非常有效的。