2021年08月31日 | 飞思卡尔MC9S12系列单片机地址影射以及分页问题

对于用MCU的人来说，不一定要明白HCS12(x) memory map的机制和联系。因为如果没有系统地学习操作系统和编译原理之类的课程，确实有些难度。并且，对于DG128 XS128这样的MCU，默认的emory分配方式已经够用了。从这个意义上讲，搞清楚memory map似乎不必要。

但是，你有没有RAM不够用的情况？有没有想定义变量到FLASH ROM的情况？有没有因为欲提高寻址效率而定义变量到非分页区的情况？有没有写EEPROM但没写成功的情况？
   飞思的memory非常灵活，通过地址映射来提高效率是芯片制造商的一惯作风（当然，首先这个CPU要有这种寻址和内存映射转换机制），但是，纵观HCS12(x) memory map的东西，真是做到极限了。用我以前的话讲是，用有限的资源获得无限的好处了。看看DG128，64K的逻辑空间，映射之后RAM EEPROM FALSH ROM，都可以充分发挥作用，而且扩展FLASH也方便。而XS128更高级一筹，有专门的MMC管理HCS12(x) memory map。

我大体上了解这两个片子的HCS12(x) memory map，因此就此谈谈理解和看法，如有错误，请大家不吝指出

首先，说说6个概念。
1 memory map 地址映射，不要理解成内存映射，内存是RAM。
2 为什么要映射？因为CPU的寻址是对物理地址操作，但是单片机的RESET之后只有相对地址。相对地址，我理

解为是一块一块的，不是连断的。相对地址，顾名思义，是个相对的，没有映射之前，CPU是找不到他的，也

用不了相对地址的数据。 粘一句百度上的解释：为了保证CPU执行指令时可正确访问存储单元，需将用户程序

中的逻辑地址转换为运行时由机器直接寻址的物理地址，这一过程称为地址映射。
3 RAM，这个不多说，是存变量和栈的东西，高速，掉电即失。
4 EEPROM，这个是一种特别的FLASH。一般用来保存少量数据，掉电不会丢失。FLASH也是非易失的，SD卡就是

一种FLASH。EEPROM和普通FLASH的区别，在于读写时的字节操作上。这个我基本上没有体会，因为是相当底层

的东西。
5 FLASH和ROM，在HCS12(X)里，建议把FLASH和ROM等同起来理解。大家的程序就是放在这里面的。还有一个

CONST变量和中断向量也是存在这里面的。ROM可能有个误区，只能读不能写，一次性的，不错。但是，有加个

前提，应该是可控的ROM。
6 还有一个重要的register 空间，这个是存放I/0地址和单片机可编程寄存器的空间，是厂家定义的。在头文件里可以看到。如extern volatile PORTABSTR _PORTAB @(REG_BASE + 0x00000000)就是典型的register 空间映射。

我把memory map理解成为3个内容：一个是映射管理，一个是分页机制,一个是寻址的问题。映射管理，就是单片机RESET之后，逻辑地址和物理地址之间的关系。分页机制的产生主要由于16位寻址能力有限，需要分页解决，另外在虚拟内存管理上可以获得更多的优势。至于，CPU寻址的问题，这个就不深纠了。

这次以DG128的为例，XS128的稍复杂一些。理解了DG128的，XS128的问题就不大。

先说一说映射管理：DG128里通过设置INITRG、INITRM、INITEE来实现映射。具体的设置看DS吧。默认情况下：register 空间映射到0X0000到0x03FF,这个优先级最高。RAM空间映射到0x0400-0X1FFF，看到没有，实际上只有7K，也就是说能用的RAM只有7K。但是，DG128的RAM有8K的逻辑空间啊。所以，可以改INITRG、INITRM、INITEE重映射以提高RAM的实际可用空间。怎么改，看需要了。WJ在这里逻嗦一句，可以看看PE是怎么改的。而FLASH映射了3个，有两个非分页地址0x4000-0x7FFF和0xC000-0xFEFF。还有一个分页地址，这一个分页地址有6个页面。6个页面占用一个分页窗，用一个逻辑空间，如何让这6个页面协作工作并让CPU能找到他们呢？

这就是分页管理机制的内容。这6个页面分别是：
      PAGE_38       = READ_ONLY   0x388000 TO 0x38BFFF;
      PAGE_39       = READ_ONLY   0x398000 TO 0x39BFFF;
      PAGE_3A       = READ_ONLY   0x3A8000 TO 0x3ABFFF;
      PAGE_3B       = READ_ONLY   0x3B8000 TO 0x3BBFFF;
      PAGE_3C       = READ_ONLY   0x3C8000 TO 0x3CBFFF;
      PAGE_3D       = READ_ONLY   0x3D8000 TO 0x3DBFFF;
上面说的大家可以新建一个DG128工程，到PRM文件里看。

再看看分页管理机制：DG128里只有FLASH空间可以分页，而XS128里，分页的东西太多了。DG128里FLASH分

页是通过PPAGE寄存器搞定的。PPAGE是5位寄存器，CPU12内核规位每页只能有16KB。因此DG128的FLASH寻址空间就是2^5*16KB=512KB了。

首先问一个问题：
中断函数为什么要加：#pragma CODE_SEG __NEAR_SEG NON_BANKED 这个声明？这个声明是干什么用的？

这要还是要从FLASH分页和非分页的区别说起。

下面详细说一说，FLASH里非分页和分页的使用。 要明白一点，分页是不可见的，要用的时候PPAGE参与寻址。

1 FLASH里非分页工作机制
FLASH一共为128K，一页是16K，那么应该有8页才是，但是实际只有6个分页。有2个非分页放在4000-7FFF，和C000-FFFF两个逻辑地址窗里。那么，当程序的寻址在64K之内（2^16=64K,16位机的寻址能力是64K）时，就不用分页了，直接使用那两个非分页的数据。实际上，3E页 3F页是可见的，其实他们就是那2个非分页的映射。因此，使用非分页FLASH，就不须设置PPAGE寄存器，直接使用逻辑地址即可。

这点我们可以从以下看出：

/* non-paged FLASHs */
      ROM_4000      = READ_ONLY     0x4000 TO   0x7FFF;
      ROM_C000      = READ_ONLY     0xC000 TO   0xFEFF;
PLACEMENT
      NON_BANKED,    INTO  ROM_C000/*, ROM_4000*/;
    
很直观地看出，把这两个可以直接使用逻辑地址的页面设为NON_BANKED, 那么中断函数放在NON_BANKED里，就可以把函数放在64K的寻址程序段中。这么一来，进中断就方便多了，效率也高很多。这就是对本文开篇的解释。

2  FLASH里分页工作机制
好了，上面是3E页 3F页是可见的分页区，还有3D 3C 3B 3A 39 38不可见的分页区。当你的程序要寻址64K以外的空间，即不是是可见的3E页 3F页时，就要涉及分页了。

PPAGE是MMC模块的东西，我搞了个图片大家看看，如图2。每一页在DG128中的逻辑地址都是由PPAGE中的页号和重叠窗口内地址组成的24位绝对地址。通过设置寄存器PPAGE，可以使用全部的FLASH空间。例如：程序要将数据存入$3D页，设置PPAGE的值为$3D，那么逻辑地址范围说是$3D8000-$3DBFFF。有一点要注意：为了分页描述的完整性，可以如下理解：对于3E页 3F页有两个逻辑地址映射到物理地址。拿3E页来说，有$004000-$007FFF和$3E8000-$3EBFFF。

对于程序是如何寻址，这个是内核的东西，大家可以看看CPU这个文档。

通过分析，相信大家知道地址这个东西是非常有用的吧。下次说说XS128，XS128的RAM FLASH EEPROM都可以分页。更高级，更主动，编程弹性更大。