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AVR單片機三種存儲器使用問題

AVR 系列單片機内部有三種類型的被獨立編址的存儲器,它們分别為:Flash 程式存儲器、内部SRAM 資料存儲器和EEPROM 資料存儲器[1]。

Flash 存儲器為1K~128K 位元組,支援并行程式設計和串行下載下傳,下載下傳壽命通常可達10,000 次。由于AVR 指令都為16 位或32 位,程式計數器對它按字進行尋址,是以FLASH 存儲器按字組織的,但在程式中通路 FLASH 存儲區時專用指令LPM 可分别讀取指定位址的高低位元組。

寄存器堆(R0~R31)、I/O 寄存器和SRAM 被統一編址。是以對寄存器和I/O 口的操作使用與通路内部SRAM 同樣的指令。32 個通用寄存器被編址到最前,I/O 寄存器占用接下來的64 個位址。從0X0060 開始為内部SRAM。外部SRAM 被編址到内部SRAM 後。

AVR 單片機的内部有64~4K 的EEPROM 資料存儲器,它們被獨立編址,按位元組組織。擦寫壽命可達100,000 次。

1. I/O 寄存器操作

I/O 專用寄存器(SFR)被編址到與内部SRAM 同一個位址空間,為此對它的操作和SRAM 變量操作類似。

SFR 定義檔案的包含:

io.h 檔案在編譯器包含路徑下的avr 目錄下,由于AVR 各器件間存在同名寄存器位址有不同的問題,io.h 檔案不直接定義SFR 寄存器宏,它根據在指令行給出的 –mmcu 選項再包含合适的 ioxxxx.h 檔案。在器件對應的ioxxxx.h 檔案中定義了器件SFR 的預處理宏,在程式中直接對它指派或引用的方式讀寫SFR,如:

PORTB=0XFF;

Val=PINB;

從io.h 和其總包含的頭檔案sfr_defs.h 可以追溯宏PORTB 的原型在io2313.h 中定義:

#define PORTB _SFR_IO8(x18) 
在sfr_defs.h 中定義: 
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + x20) 
#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr)) 
           

這樣PORTB=0XFF; 就等同于 (volatile unsigned char )(0x38)=0xff;

0x38 在器件AT90S2313 中PORTB 的位址對SFR 的定義宏進一步說明了SFR 與SRAM 操作的相同點。

關鍵字volatile 確定本條指令不會因C 編譯器的優化而被省略。

2. SRAM 内變量的使用

一個沒有其它屬性修飾的 C 變量定義将被指定到内部SRAM,avr-libc 提供一個整數類型定義檔案inttype.h,其中定義了常用的整數類型如下表:

定義值長度(位元組) 值範圍

int8_t 1 -128~127

uint8_t 1 0~255

int16_t 2 -32768~32767

uint16_t 2 0~65535

int32_t 4 -2147483648~2147483647

uint32_t 4 0~4294967295

int64_t 8 -9.22*10^18~-9.22*10^18

uint64_t 8 0~1.844*10^19

根據習慣,在程式中可使用以上的整數定義。定義、初始化和引用

如下示例:

uint8_t val=8; 定義了一個SRAM 變量并初始化成8

val=10; 改變變量值

const uint8_t val=8; 定義SRAM 區常量

register uint8_t val=10; 定義寄存器變量

3. 在程式中通路FLASH 程式存儲器

avr-libc 支援頭檔案:pgmspace.h

#include < avr/pgmspace.h >

在程式存儲器内的資料定義使用關鍵字 attribute((progmem))。在pgmspace.h

中它被定義成符号 PROGMEM。

3.1 FLASH 區整數常量應用

定義格式:

資料類型 常量名 PROGMEM = 值 ;

如:

char val8 PROGMEM = 1 ;

int val16 PROGMEM = 1 ;

long val32 PROGMEM =1 ;

對于不同長度的整數類型 avr-libc 提供對應的讀取函數:

pgm_read_byte(prog_void * addr)

pgm_read-word(prg_void *addr)

pgm_read_dword(prg_void* addr)

另外在pgmspace.h 中定義的8 位整數類型 prog_char prog_uchar 分别指定在FLASH 内的8 位有符号整數和8 位無符号整數。應用方式如下:

char ram_val; //ram 内的變量

const prog_char flash_val = 1; //flash 内常量

ram_val=pgm_read_byte(&flash_val); //讀flash 常量值到RAM 變量

對于應用程式FLASH 常量是不可改變的,是以定義時加關鍵字const 是個好的習慣。

3.2 FLASH 區數組應用:

定義:

const prog_uchar flash_array[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; //定義

另外一種形式

const unsigned char flash_array[] PROGMEM = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

讀取示例:

unsigend char I, ram_val;

for(I=0 ; I<10 ;I ++) // 循環讀取每一位元組

{

ram_val = pgm_read_byte(flash_array + I);

… … //處理

}

3.3 FLASH 區字元串常量的應用

全局定義形式:

const char flash_str[] PROGMEM = “Hello, world!”;

函數内定義形式:

const char *flash_str = PSTR(“Hello, world!”);

以下為一個FLASH 字元串應用示例

const char flash_str1[] PROGMEM = “全局定義字元串”;

int main(void)

int I;

char *flash_str2=PSTR(“函數内定義字元串”);

while(1)

{

scanf(“%d”,&I);

printf_P(flash_str1);

printf(“ ”);

printf_P(flash_str2);

printf(“ ”);

}

}

4. EEPROM 資料存儲器操作

頭檔案聲明了avr-libc 提供的操作EEM 存儲器的API 函數。 數有:

eeprom_is_ready() //EEPROM 忙檢測(傳回EEWE 位)

eeprom_busy_wait() //查詢等待EEPROM 準備就緒

uint8_t eeprom_read_byte (const uint8_t *addr) //從指定位址讀一位元組

uint16_t eeprom_read_word (const uint16_t *addr) //從指定位址一字

void eeprom_read_block (void *buf, const void *addr, size_t n) //讀塊

void eeprom_write_byte (uint8_t *addr, uint8_t val) //寫一位元組至指定位址

void eeprom_write_word (uint16_t *addr, uint16_t val) //寫一字到指定位址

void eeprom_write_block (const void *buf, void *addr, size_t n)//寫塊

在程式中對EEPROM 操作有兩種方式 :

4.1 直接指定EERPOM 位址 int main(void)

{

unsigned char val;

eeprom_busy_wait(); //等待EEPROM 讀寫就緒

eeprom_write_byte(0,0xaa); //将0xaa 寫入到EEPORM 0 位址處

eeprom_busy_wait();

val=eeprom_read_byte(0); //從EEPROM 0 位址處讀取一位元組賦給RAM 變量val

while(1);

}

4.2 定義EEPROM 區變量法

示例:

unsigned char val1 __attribute__((section(".eeprom")));//EEPROM 變量定義方式 
int main(void) 
{ 
unsigned char val2; 
eeprom_busy_wait(); 
eeprom_write_byte (&val1, ); 
eeprom_busy_wait(); 
val2 = eeprom_read_byte(&val1); 
while(); 
} 

           

在這種方式下變量在EEPROM 存儲器内的具體位址由編譯器自動配置設定。相對方式一,資料在EEPROM 中的具體位置是不透明的。為EEPROM 變量賦的初始值,編譯時被配置設定到.eeprom 段中,可用avr-objcopy 工具從.elf 檔案中提取并産生ihex 或binary 等格式的檔案。

轉自:http://www.eeworld.com.cn/mcu/2013/1210/article_14489_2.html