单片机存储器设计
基于C8051F02x单片机外部存储器的设计
ｏ ｈｐ 。所谓 混 合 信 号 是 指 单 片 机 的引 脚 既 ｎＣ ｉ）
有模 拟 信号 ， 又有数 字信 号 。有 些 芯片 的引脚通 过 配 置既 可 以用 于模 拟信号 接 口， 可以用 于数字 信 也
号 接 口。这种具 有 混 合 信号 的功 能 为用 户设 计各 种各 样 的嵌入式 产 品带来 了更 多 的灵 活性 和 多样 性， 而系 统级芯 片 Ｓ Ｃ则 是 指 将计 算 机 的 硬 、 ｏ 软件
２ Ｃ ０ １ ０ ｘ单 片 机 的存 储 器 结 构 ８５ Ｆ２
Ｃ ０ １Ｏ ｘ沿 袭 了 ８ ５ ８５Ｆ２ ０ １单 片 机 的存 储 结 构 。 芯片 内已集 成 了 ６ ｋ字节 Ｆ Ａ Ｈ存储 器 ， ４ ＬＳ 即程序存
基 于 Ｃ ０ １ ０ ｘ单 片 机 外 部 存 储 器 的 设 计 ８５ ２ Ｆ
刘 志 京
（ 京 印刷 学 院 ，北 京 １ ２ ０ ） 北 ０６ ０
摘
要 ：介 绍 了 Ｃ ０ １ ０ ｘ单 片机 及 其 存 储 结 构 ， 其 数 ８５ Ｆ ２ 就
据 扩 展 和 接 口功 能进 行 了分 析 ， 阐述 了外 部 数 据 存 储 器 的 结 构 和 扩 展 的技 术 要 求 。 在 访 问或 扩 展 外 部 数 据 存 储 器 的 过 程 中， 过 外 部 存 储 器 接 口（ ＭＩ ） 使 其 数据 存 储 器 通 Ｅ Ｆ ，
数据采 集 和 控 制 系 统 中常 用 的模 拟 和 数 字 外 设 、 ６ ｋ字节 Ｆ Ａ Ｈ存 储器 和 位 于核 外 部数 据 存储 器 ４ ＬＳ 空间 的 ４ Ｂ Ａ 即 Ｘ Ａ ｋ Ｒ Ｍ（ Ｒ Ｍ） 内部 振荡器 和复 位 电 、
路 以及 其 他 功 能 部 件 等 。 这 种 系 统 级 芯 片 的 高
单片机的内存结构及其原理
单片机的内存结构及其原理单片机（Microcontroller）是由中央处理器（CPU）、内存、I/O 接口和定时/计数器等功能模块组成的一种集成电路芯片。
内存是单片机的重要组成部分，它承载着程序代码、数据和临时变量等信息。
本文将详细介绍单片机的内存结构及其原理，让我们深入了解单片机的工作原理。
单片机的内存结构包括程序存储器（Program Memory）和数据存储器（Data Memory）两部分。
程序存储器用于存储单片机的指令，也称为代码内存或程序存储器。
数据存储器用于存储单片机中的数据，包括变量、常量以及运行时生成的临时数据。
首先，我们来了解程序存储器。
程序存储器的主要作用是存储并提供单片机执行的指令。
它通常被分为两种类型：只读存储器（ROM）和可擦写存储器（EPROM、EEPROM、Flash Memory）。
只读存储器一旦编程，其中的数据无法修改。
可擦写存储器则允许程序的修改和更新。
只读存储器（ROM）是单片机最常见的程序存储器之一。
它可分为各种类型，例如只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、电可擦编程只读存储器（EPROM）和电子可擦除可编程只读存储器（EEPROM）。
其中，ROM 只允许在制造过程中一次性程序编程，无法修改；PROM 可以在用户端进行一次性编程；EPROM 和 EEPROM 则可进行多次编程和擦除操作。
这些只读存储器的共同特点是，它们在断电或复位后，存储的数据依然保持。
可擦写存储器（EPROM、EEPROM、Flash Memory）允许在单片机运行时对其中的数据进行修改和更新。
EPROM 是一种非挥发性存储器，需要使用紫外线进行数据擦除，并可以进行重新编程。
EEPROM 是一种电子可擦除可编程只读存储器，数据擦除和写入可以通过电压控制。
Flash Memory 则是一种数据可擦除和可编程的半导体存储器，常用于现代单片机中，具有擦除速度快、容量大等特点。
单片机内部存储器结构与数据存取方法详解
单片机内部存储器结构与数据存取方法详解单片机是一种集成了处理器、内存和外设等功能于一体的微电子器件，广泛应用于各种电子设备中。
其中，内部存储器是单片机的核心组成部分之一。
本文将详细介绍单片机内部存储器的结构和数据存取方法。
一、单片机内部存储器的结构单片机的内部存储器主要包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)两部分。
1. 随机存取存储器(RAM)RAM是单片机内部的易失性存储器，用于存储数据、程序临时数据和运行时数据。
单片机内部的RAM可以根据存取速度和使用要求的不同，分为片内RAM 和片外RAM两种。
片内RAM是单片机芯片内部集成的存储器，速度较快。
它可以分为片内可读写RAM(RW-RAM)和片内只读RAM(RO-RAM)两种类型。
片内可读写RAM可以被程序读取和修改，存储媒介是电容或电子触发器。
而片内只读RAM则只能被程序读取，不能被修改。
片内RAM的容量相对较小，一般在几十到几百字节之间。
片外RAM是连接在单片机芯片外部的存储器，速度较慢。
它可以进一步分为静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)两种类型。
SRAM是基于触发器构建的，数据存储在触发器中，读写速度快且无需刷新。
DRAM则是基于电容构建的，存储数据需要定期刷新，但容量较大。
2. 只读存储器(ROM)ROM是单片机内部的非易失性存储器，用于存储程序和常量数据。
ROM的内容在出厂时就被写入，一般无法被程序修改。
单片机内部的ROM可以分为只读存储器(ROM)和可编程只读存储器(PROM)两种类型。
ROM存储器内容固定不变，其中包含了单片机的初始化程序和系统代码。
PROM存储器则可以通过特殊的编程操作烧写程序和数据，但一旦写入后无法擦除和修改。
这类存储器在生产流程中被用于定制特殊功能的单片机。
二、单片机内部存储器的数据存取方法单片机内部存储器的数据存取方法根据存储器的类型和连接方式而有所不同。
1. RAM的数据存取方法对于片内RAM，数据的存取可以通过直接读写特定的RAM地址来实现。
MCS-51单片机大容量数据存储器扩展板设计
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄ ｓ： ＭＣＳ一５１ ， ｄａ ｔ ａ ｍｅｍＯｒ Ｖ， Ｆ ２ ９Ｃ５１ ００ ４， ｅｘ ｐａ ｎｓ ｉ ｏｎ ｂｏ ａｒ ｄ
Ｆ ２ ９ Ｃ５ １ ０ ０ ４作 为 扩展 存 储 体 。将 数 据 线 和 地 址 线 合 并使 用 ， 对 Ｆ ２ ９ Ｃ ５ １ ０ ０ ４进 行 分 页访 问 ， 解 决 了单 片 机 存储 单 元 及 端 口
不 足 的 问题 ， 释放 了 Ｉ ／ ０ 口。 文 中 以扩 展 ８ ＭＢ的 数 据 存储 器 为例 ， 给 出 了单 片机 扩展 板 的硬 件 电路 和软 件 程 序 。 关键词 ： Ｍ Ｃ Ｓ 一 ５ １ ， 数据存储器 ， Ｆ ２ ９ Ｃ ５ １ ０ ０ ４ ， 扩 展 板
Байду номын сангаас
ＭＣ Ｓ 一 ５ １单 片 机 对 数 据存 储 器 的 扩 展通 常采 用 数 据 总线 和 地址 总线 ， 即Ｐ ０口和 Ｐ ２ 口来 完 成 ， 最大寻址空间可达 ６ ４ Ｋ Ｂ。 随 着单片机应用领域的推广和不断扩大 ， 特 别 是 在 ＧＰ Ｓ数 据 采集
输 出 并 存 放 在 锁 存 器 中备 用 。 Ａ １ ８ 将 锁 存 器 直 接挂 在 数 据 总 线 上 ，并 为其 安 排 一 个 ｌ ／ Ｏ 口地 Ａ １ ６ Ａ １ ５
《 工 业 控 制 计算 机 》 ２ ０ １ ３年 第 ２ ６卷 第 １ 期
ＭＣ Ｓ 一 ５ １ 单片机大容量数据存储器扩展板设计
Ｄｅ ｓ ｉ ｇｎ ｏ ｆ Ｌ ａ ｒ ｇｅ — ｃ ａ ｐ ａ ｃ ｉ ｔ ｙ Ｄａ ｔ ａ Ｍｅ ｍｏ ｒ ｙ Ｅ ｘ ｐ ａ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｂ ｏ ａ ｒ ｄ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ＭＣＳ－ ５ １ ＭＣＵ
单片机存储器
单片机存储器1. MCS-51单片机的存贮器有程序存贮器ROM和数据存贮器RAM 之分。
由于外部程序存贮器和外部数据存贮器的地址可以重迭，所以我们说MCS-51单片机的寻址空间为2×64KB=128KB ，不过要注意：“片外程序存贮器和片外数据存贮器，根据实际需要也可以合并成一个统一的地址空间，此时最大寻址空间为64KB而不是128KB了。
”对外部程序存贮器的写操作是由编程器完成，而对其读操作则是由读选通控制信号/PSEN( Program Store Enable)再配以读操作指令MOVC来完成。
也就是由MOVC指令产生信号/PSEN，从而对片外程序存储器进行读操作。
对外部数据存贮器的写操作是由写选通控制信号/WR再配以指令MOVX来完成，而对其读操作则是由读选通控制信号/RD再配以MOVX 来完成。
也就是由指令MOVX指令产生/WR或/RD信号，从而对片外RAM进行写或读操作。
2. 程序存贮器ROMMCS-51单片机中设有一个片内、片外程序存贮器选择控制信号/EA(External Access)。
MCS-51单片机程序存储器示意图如果使/EA=1，则片内、片外程序存贮器ROM统一编址为64KB。
系统复位后，将先执行片内存贮器ROM中的程序。
当PC中内容超过OFFFH或1FFFH时，将自动转到执行片外程序存贮器中的程序。
片内程序存储器空间为0000H～0FFFH或0000H～1FFFH，片外程序存储器空间的地址不能与片内程序存储器空间地址相重迭。
至于具体执行哪里的程序完全取决于PC值。
如果使/EA=0，则只执行片外程序存贮器的程序，其地址空间为0000H～FFFFH 。
换言之，如果片内无程序存贮器ROM或不想访问片内程序存贮器ROM，则必须使/EA=0 。
注意：当系统复位时PC内容为0000H ，这意味着程序的执行总要从0000H单元开始，但用户程序又不能从0000H开始存放。
这是因为在程序存储器中有7个非常特殊的、固定的单元，这些单元所存放的内容是有特定要求的。
STM32单片机的SD卡存储器读写模块设计
S T M 32单片机的S D卡存储器读写模块设计*汤才刚,刘京京,沈瑞东(上海舜华新能源系统有限公司,上海201806)*基金项目:上海市科学技术委员会科研计划项目(19D Z 1206100)㊂摘要:为了满足氢气加气机在使用过程中大量数据的存储要求,设计了一种利用S D 卡来扩展存储的电路模块㊂在兼顾稳定性与读写速度的基础上,利用S TM 32单片机与S D 卡存储器件的接口技术,把S D 卡的读写以及F a t F S 文件系统的读取写入移植到此单片机上㊂在读写的过程中,使用W i n d o w s 中通用的文件系统使最终存储在S D 卡的数据可以直接被P C 机读取,使开发利用有更好的扩展性,取得了良好的效果㊂硬件设计方面利用单片机的S P I 接口,只需要4个I /O 口再加上几个上拉电阻就可实现与S D 卡的接口电路,软件设计方面利用I A R 嵌入式集成开发环境和移植S TM 32库函数,并使用开源的F a t F S 文件系统模块源代码实现单片机S D 卡的读写编程㊂关键词:S TM 32单片机;S P I 接口;S D 卡;F a t F S 文件系统中图分类号:T P 274 文献标识码:AD e s i gn o f S D C a r d R e a d -w r i t e M o d u l e B a s e d o n S T M 32T a n g C a i g a n g ,L i u J i n g j i n g ,S h e n R u i d o n g(S h a n g h a i S u n w i s e E n e r g y S y s t e m s C o .,L t d .,S h a n gh a i 201806,C h i n a )A b s t r a c t :I n o r d e r t o m e e t t h e l a r g e d a t a s t o r a g e r e q u i r e m e n t s o f t h e h y d r o g e n d i s pe n s e r i n u s e ,a c i r c u i t m o d u l e t h a t u s e s S D c a r d t o e x -p a n d s t o r a g e i s d e s i g n e d .B a s e d o n t h e b a l a n c e b e t w e e n s t a b i l i t y a n d r e a d i n g a n d w r i t i n g s p e e d ,t h e i n t e rf a c e t e c h n o l og y of S TM 32m i c r o -c o n t r o l l e r a n d S D c a r d s t o r ag e d e v i c e a r e u s e d t o t r a n s p l a n t S D c a r d r e a d a n d w r i t e a n d F a t F S f i l e s ys t e m r e a d a n d w r i t e t o t h i s m i c r o -c o n t r o l l e r .I n t h e p r o c e s s o f r e a d a n d w r i t e ,t h e g e n e r a l f i l e s y s t e m i n W i n d o w s i s u s e d ,s o t h a t t h e d a t a f i n a l l y st o r e d i n t h e S D c a r d c a n b e d i r e c t l y r e a d b y t h e P C ,t h e d e v e l o p m e n t a n d u t i l i z a t i o n h a v e b e t t e r s c a l a b i l i t y a n d a c h i e v e d g o o d r e s u l t s .T h e h a r d w a r e d e s i gn u s e s t h e S P I i n t e r f a c e o f t h e s i n g l e -c h i p m i c r o c o m p u t e r ,o n l y f o u r I /O p o r t s a n d a f e w p u l l -u p r e s i s t o r s c a n b e u s e d t o a c h i e v e t h e i n t e r f a c e c i r c u i t w i t h t h e S D c a r d .T h e s o f t w a r e d e s i g n u s e s t h e I A R e m b e d d e d i n t e g r a t e d d e v e l o p m e n t e n v i r o n m e n t a n d t r a n s p l a n t a t i o n o f S TM 32l i b r a r y f u n c t i o n s ,a n d u s e t h e s o u r c e c o d e o f t h e o p e n s o u r c e F a t F S f i l e s y s t e m m o d u l e t o r e a l i z e t h e p r o g r a mm i n g of t h e r e a d a n d w r i t e o f t h e S D c a r d o f t h e s i ng l e chi p m i c r o c o m pu t e r .K e y wo r d s :S TM 32m i c r o c o n t r o l l e r ;S P I i n t e r f a c e ;S D c a r d ;F a t F S f i l e s y s t e m 引 言在氢气加气机使用过程中,经常需要存储大量的数据,并且要求在P C 机上查看数据㊂由于受单片机自身硬件的限制,为了实现大容量数据的存储,必须要通过单片机的外部扩展来实现,现在通常使用的方法是在单片机外部扩展大容量E E P R OM 或F L A S H 芯片来实现㊂这种方法有两个缺点:①外部电路连接复杂,通用性差,对于不同的系统需要采用不同的电路;②存储的数据读取非常不便,需要通过单片机系统发给P C 机来实现㊂综合比较后发现,最适合单片机系统的莫过于S D 卡了,不仅容量大(32G B 以上),而且支持S P I 方式,方便移动,能满足不同应用的要求㊂只需要几个I /O 口就可以外扩一个最大达32G B 以上的外部存储器,容量选择范围很大,更换也很方便,而且方便移动,编程也简单,是单片机大容量外部存储器的首选[1]㊂为了方便管理S D 卡中的文件㊁高效地读写数据,需要在S D 卡中装载文件系统㊂因F a t F S 文件系统源码开源,资源占用少,兼容性好,使用范围较广,本设计利用S TM 32自带的S P I 接口与S D 卡连接通信,电路非常简单且易于实现,并成功实现了在S D 卡中建立F a t F S 文件系统,使S TM 32单片机能够对S D 卡中的文件进行读写等操作㊂1 系统结构设计S D 卡一般支持2种模式:S D 模式和S P I 模式㊂主机可以选择任意一种模式与S D 卡通信,S D 模式允许4线的高速数据传输,S P I 模式允许简单地通过S P I 接口与S D 卡通信,这种模式较S D 模式速度慢,不过利用S T M 32片内集成的S P I 接口,最大通信速度可达18M b ps ,每秒可传输数据2M B 以上,对于单片机系统一般的应用足够了[2]㊂本设计的S D 卡接口电路硬件设计主要由以S TM 32F 103V C T 6为核心的处理器㊁电源和S D 卡及连接器组成㊂系统整体结构如图1所示㊂图1 系统整体结构2 硬件电路设计2.1 S T M 32单片机简介本设计使用的主控制芯片为S TM 32F 103V C T 6单片机,主要实现S P I 模块功能,控制S D 卡的读写㊂该单片机是S T 公司推出的基于A R M C o r t e x M 3内核的高性能的微处理器芯片,该单片机功能强大,处理速度快㊂在软件开发上应用I A R E m b e d d e d W o r k b e n c h f o r A R M 嵌入式集成开发平台进行产品研发,使得整个产品的研发周期大大缩短并使整个程序移植性强,方便易懂㊂S TM 32F 103V C T 6单片机工作主频最高可达72MH z ,封装形式为L Q F P 100,内置256K B F L A S H 和48K B R AM ,包含10个定时器㊁2个12位的A D C ㊁5个异步通信串行口U S A R T ㊁3个同步通信串行口S P I ㊁2个I 2C接口㊁80个I /O 口等[4-5]㊂2.2 S D 卡接口电路设计本设计中使用S TM 32F 103V C T 6单片机P B 12㊁P B 13㊁P B 14㊁P B 15这4个I /O 口所组成的片内集成S P I 2接口与S D 卡进行通信,单片机为主设备,S D 卡为从设备㊂所对应的信号线分别为S D _C S 为片选控制端;S D _S C K 为主设备时钟输出端口,与S D 卡时钟输入端口相连;S D _M I S O 为主设备输入端口,与S D 卡数据输出端口相连;S D _MO S I 为主设备输出端口,与S D 卡数据输入端口相连㊂这4根信号线必须接上拉电阻[3],连接电路图如图2所示㊂3 软件设计3.1 F a t F S 文件系统应用F a t F S 是一个开源的㊁为小型嵌入式系统设计的通用F A T 文件系统模块,支持F A T 12㊁F A T 16与F A T 32,支持多种存储媒介,有独立的缓冲区,可对多个文件进行读图2 S D 卡与S T M 32连接电路图写,可裁剪的文件系统㊂F a t F S 的编写遵循A N S I C ,并且完全与磁盘I /O 层分开㊂因此,它独立(不依赖)于硬件架构,可以被嵌入到低成本的微控制器中(如A V R ㊁8051㊁P I C ㊁A R M ㊁Z 80㊁68K 等),而不需要做任何修改㊂F a t F S 文件系统在嵌入式软件开发中的应用图如图3所示,应用图3 F a t F S 文件系统应用图层使用F a t F S 提供的A P I 函数与F a t F S 模块通信,F a t F S 模块使用F a t F S 提供的底层存储介质接口函数对存储设备进行配置,只有这样才能正常使用F a t F S 文件系统[4]㊂3.2 程序流程图主程序总体设计思路:系统上电后单片机内部进行复位,接着对系统时钟㊁G P I O 口㊁S D 卡接口硬件进行配置㊂G P I O 口初始化时需要使能S P I 2时钟,否则无法开启单片机的S P I 模式㊂接下来配置F a t F S 底层存储介质接口函数,将S D 驱动有关的操作放在文件系统中,再调用A P I 接口函数,将S D 卡写入数据或读取S D 卡的数据,最后在P C机上对数据进行验证[5]㊂主程序设计流程如图4所示㊂3.3 S D 卡S P I 模式下的命令S P I 模式下S D 卡和单片机的通信采用发送应答机制㊂首先主机端(单片机)发送命令c o mm a n d ,S D 卡应答r e s po n s e ㊂S D 卡的命令格式如下:字节1字节2~5字节6765 031 07 1001c o mm a n d命令参数C R C1S D 卡的指令由6个字节组成,字节1的最高2位固图4 程序流程图定为01,低6位为命令号,比如C M D 17,为10001即16进制0x 11,完整的C M D 17,第一个字节为01010001,即0x 11+0x 40;字节2~5位为命令参数,有些命令没有参数;字节6的高7位为C R C 值,最低位固定为1㊂S D 卡的命令总共有12类,下面是几个重要的命令,如表1所列㊂表1 S D 卡部分操作指令命 令参 数回 应描 述C MD 0(0x 00)N O NE R 1复位S D 卡C MD 8(0x 08)V H S +C h e c kP a t t e r nR 7发送接口状态命令C M D 9(0x 09)N O N E R 1读取卡特定数据寄存器C M D 10(0x 0A )N O N E R 1读取卡标志数据寄存器C M D 16(0x 10)按大小R 1设置块大小(字节数)C M D 17(0x 11)地址R 1读取一个块的数据C M D 24(0x 18)地址R 1写入一个块的数据C M D 41(0x 29)N O N E R 3发送给主机容量支持信息和激活卡初始化过程C M D 55(0x 37)N O N E R 1告诉S D 卡,下一个是特定应用命令C MD 58(0x 3A )N O N ER 3读取O C R 寄存器单片机每发送一条命令,S D 卡都会给出一个应答,以告知主机该命令的执行情况,或者返回主机需要获取的数据㊂S P I 模式下,S D 卡针对不同的命令,应答可以是R 1~R 7,其中R 1的应答最多,其格式如下:B I T 7B I T 6B I T 5B I T 4B I T 3B I T 2B I T 1B I T 00参数错误地址错误连续擦除错误命令C R C 错误非法命令擦除错误I D L E状态3.4 S D 卡初始化对S D 卡进行初始化操作,是S D 卡进行正常数据读写的前提㊂S D 卡接入后,默认进入S D 模式,等待电压稳定需上电延时250m s 即等待至少74个时钟周期㊂将时钟周期频率设置为100~400k H z ,拉低片选信号C S,发送C M D 0㊂如果收到应答信号01H ,则表示S D 卡进入S P I 模式[6]㊂S D 卡的初始化过程如下:①初始化与S D 卡连接的硬件配置(C P U 的S P I 配置,I /O 口配置);②上电延时(大于74个C L K );③复位卡(C M D 0),进入I D L E 状态;④发送C M D 8,检查是否支持2.0协议;⑤根据不同协议检查S D 卡并判断卡类型(命令包括C M D 1㊁C M D 55㊁C M D 41和C MD 58等);⑥取消片选,发送8个C L K 后,结束初始化㊂这样就完成了对S D 卡的初始化,注意末尾发送的8个C L K 是提供S D 卡额外的时钟,完成某些操作㊂通过S D 卡初始化可以知道S D 卡的类型(V 1㊁V 2㊁V 2H C 或MM C ),在完成初始化之后,就可以开始读写数据了㊂3.5 S D 卡读写操作S D 卡的数据读写以块为单位,一个块的最大长度为512字节,在初始化中进行设置㊂单片机发送C M D 17或C MD 18进行S D 卡的单个块或多个块的读操作;单片机发送C M D 24或C M D 25进行S D 卡的单个块或多个块的写操作㊂下面以读写单个块为例,介绍具体操作过程,读写多个块的过程与此类似,命令为C M D 18和C M D 25㊂读S D 卡单个块数据,具体过程如下:①发送C M D 17;②接收卡响应R 1;③接收数据起始令牌0x F E ;④接收数据;⑤接收2个字节的C R C ,如果不使用C R C ,这两个字节在读取后可以丢掉;⑥禁止片选之后,发8个C L K ㊂写S D 卡单个块数据,具体过程如下:①发送C M D 24;②接收卡响应R 1;③发送写数据起始令牌0x F E ;④发送数据;⑤发送2字节的伪C R C ;⑥禁止片选之后,发8个C L K[7]㊂S D 卡数据的读写基本单位是块,如需大数据量的读写操作,可以有两种方法实现:单块的多次读写和多块读写的命令㊂在速度要求不高的场合可以使用单块的多次读写,在高速的数据读写场合,必须使用多块读写的命令,效率比单块的多次读写高很多㊂3.6 F a t F S 文件系统模块移植在S TM 32程序工程中需要新建两个文件夹,F a t F S用于存放F a t F S 源文件,U s e r 文件夹下S P I _S D _D r i v e r .c 文件用于存放S P I 的底层驱动文件,这个文件是S D 卡初始化和读写相关的函数㊂这些函数是在d i s k i o .c 文件中的5个函数所调用的:函数d i s k _i n i t i a l i z e ,S D 卡的初始化,调用底层的S D _I n i t ()函数;函数d i s k _s t a t u s ,获取S D卡的状态,这里可以不用管;函数d i s k _r e a d ,从S D 卡中读取数据,含读S D 卡单块数据函数和多块数据函数;函数d i s k _w r i t e ,将数据写入S D 卡,含写S D 卡单块数据函数和多块数据函数,若该文件系统为只读文件系统则不用实现该函数,含写单块函数和多块函数;函数d i s k _i o c t l ,获取S D 卡文件系统相关信息[8]㊂4 S D 卡文件读写实现F a t F S 底层存储介质接口函数已修改完成,下一步就需要使用A P I 函数实现文件的读写[9]㊂具体实现代码如下:u n s i g n e d c h a r T x F i l e B u f f e r []="F a t F S S ys t e m t e s t i s O K !\r \n ";r e s =f _m o u n t (&f s ,"0:",1);/*创建一个工作区,调用初始化函数*/i f (r e s !=F R _O K )p r i n t f ("m o u n t E R R O R \n \t ");e l s ep r i n t f ("m o u n t S U C C E S S \n \t ");r e s =f _o p e n (&F i l e S ys t e m D s t ,"0:/D e m o 1.t x t ",F A _C R E A T E _A L WA Y S |F A _WR I T E );/*在刚刚开辟的工作区的盘符0下打开一个名为D e m o 1.t x t 的文件,没有则创建文件*/i f (r e s ==F R _O K ){ p r i n t f ("F i l e O pe n S U C C E S S !\n \t "); r e s=f _w r i t e (&F i l e S y s t e m D s t ,T x F i l e B u f f e r ,s i z e o f (T x F i l e -B u f f e r ),&b w );/*将缓冲区的数组变量T x F i l e B u f f e r 的内容写到刚刚打开的D e m o 1.t x t 文件中*/ i f (r e s ) p r i n t f ("F i l e W r i t e E R R O R !\n \t "); e l s ep r i n t f ("F i l e W r i t e S U C C E S S !\n \t "); f _c l o s e (&F i l e S ys t e m D s t );/*关闭文件*/}e l s e if (r e s ==F R _E X I S T )p r i n t f ("F i l e i s a l r e a d y ex i s t \n ");e l s ep r i n t f ("D o n 't k n o w t h e e r r o r !\r \n ");以上代码实现的功能是在S D 卡中新建一个文件名为D e m o 1.t x t 的文本文件,将数据缓冲区T x F i l e B u f f e r 中的内容写入这个文件中㊂r e s =f _o p e n (&F i l e S ys t e m D s t ,"0:/D e m o 1.t x t ",F A _O P E N _E X I S T I N G |F A _R E A D );i f (r e s ) p r i n t f ("F i l e O pe n E R R O R !\n \t ");e l s ep r i n t f ("F i l e O pe n S U C C E S S !\n \t ");b r =1;f o r (i =0;i <512;i ++) F i l e R x B u f f e r [i ]=0;r e s=f _r e a d (&F i l e S y s t e m D s t ,F i l e R x B u f f e r ,s i z e o f (F i l e R x -B u f f e r ),&b r);i f (r e s) p r i n t f ("F i l e R e a d E R R O R !\n \t ");e l s ep r i n t f ("F i l e R e a d S U C C E S S !\n \t ");pr i n t f ("\r \n %s ",F i l e R x B u f f e r );f _c l o s e (&F i l e S ys t e m D s t );以上代码实现的功能是读取S D 卡中文件名为D e m -o 1.t x t 的文本文件,将读取到的数据放在数据缓冲区F i l -e R x B u f f e r 中㊂5 数据读写验证把S TM 32单片机写过数据的S D 卡插入P C 的S D 卡插槽查看数据,与单片机写入的数据一致,P C 机端数据如图5所示㊂图5 P C 机端数据单片机读取S D 卡的数据放在数据缓冲区F i l e R x -B u f f e r 中,通过I A R 平台查看缓冲区数据如图6所示,其数据与文本文件中的数据一致[10]㊂图6 缓冲区数据结 语该设计以S TM 32微处理器为控制核心,根据F a t F S文件系统规范成功实现了基于S D 卡的一系列操作(如创建㊁删除㊁读写等),经测试,该系统稳定可靠,并已成功应用于氢气加气机样机的数据存储系统中㊂该系统硬件电路简单,软件的可移植性强,非常适用于高速㊁大容量的数据存储场合㊂它支持热插拔及数据写保护功能,能正确读写S a n D i s k ㊁K i n g s t o n ㊁S AM S U N G 等厂商多种容量的S D 卡,最高读写速度可达1M B /s,可满足小型嵌入式系统的应用需求,具有较高的应用价值㊂参考文献[1]S T M i c r o e l e c t r o n i c s .S TM 32F 10x x x i na p pl i c a t i o n p r o -g r a mm i n g u s i n g t h e S P I [E B /O L ].[202006].h t t p://w w w.s t .c o m.[2]刘波文.A RM C o r t e x M 3应用开发实例详解[M ].北京:电子工业出版社,2011.电子科技大学,2018.[8]唐思超.R I S C V 处理器的C 语言启动代码设计方法[J ].单片机与嵌入式系统应用,2020(4):1417.[9]谷涛.轻松学C #[M ].北京:电子工业出版社,2013:1324.[10]缑文博.基于A V R 单片机的电动汽车蓄电池监测系统的设计[J ].电子世界,2020(7):198.[11]高淑婷.基于A V R 单片机的汽车空调控制系统设计[J ].机械装备研发,2020(11):130.[12]刘晓,陈广凯,赵汉青,等.一种基于单片机串口通信的数据缓存处理方法[J ].信息通信,2020(4):103104.[13]陈旭辉,杨红云.U S B 接口的虚拟多串口通信设备设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,2020(4):1821.[14]黄才权,毕增军,张辉.Z Y N Q 的超低时延视频编解码系统设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,2020(2):2730.王君(工程师),主要研究方向为预警装备保障㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2020-07-07) [3]史胜伟,潘冀宁,孙慧洋.基于S TM 32的M i c r o S D 卡F a t 文件系统快速实现[J ].通讯世界,2016(17):8183.[4]李鸿征.高性能M i c r o S D 卡读写器的设计与开发[J ].焦作大学学报,2017,31(4):6972.[5]颜秋男,胡毅.S TM 32F 103V B 的S D 卡在应用编程设计[J ].单片机与嵌入式系统应用,2012(2):3638,46.[6]李敏,侯亚玲,刘颖.基于S D 卡的F A T 32文件系统设计与实现[J ].物联网技术,2017,7(7):9698,102.[7]王坤,丁红胜.基于S TM 32的图像编码与采集系统[J ].电子设计工程,2018,26(5):179183.[8]徐涛,陈赫,卢少微,等.基于S TM 32的碳纳米纸传感器信号采集系统设计[J ].仪表技术与传感器,2019(9).[9]孙海英,朱晔,罗春,等.基于S TM 32控制器的设备运行时间自动统计装置设计[J ].电子测试,2020(2):2021.[10]梁菲惜.基于S TM 32和D G U S 液晶屏的随机键盘设计[J ].电子制作,2019(1):1011.汤才刚(工程师),主要研究方向为单片机与嵌入式系统应用㊂(责任编辑:薛士然 收稿日期:2020-06-28)X i l i n x 为5G 无线电大规模部署推出突破性Z y n q RF S o C D F E 赛灵思公司(X i l i n x ,I n c .)宣布推出Z y n q RF S o C D F E ,这是一类全新的具有突破性意义的自适应无线电平台,旨在满足不断演进的5G N R 无线应用标准㊂Z y n q RF S o C D F E 将硬化的数字前端(D F E )模块与灵活应变的可编程逻辑相结合,为涵盖低㊁中㊁高频段频谱的广泛用例打造了高性能㊁低功耗且经济高效的5G N R 无线电解决方案㊂Z y n q RF S o C D F E 在采用硬化模块的A S I C 的成本效益与可编程和自适应S o C 的灵活性㊁可扩展性及上市时间优势之间,实现了最佳的技术平衡㊂5G 无线电所需的解决方案,不仅要满足广泛部署所提出的带宽㊁功耗和成本挑战,还必须适应三大关键5G 用例:增强型移动宽带(e M B B )㊁大规模机器类通信(mM T C )以及超可靠低时延通信(U R L L C )㊂此外,解决方案必须能够随不断演进的5G 标准进行扩展,如O p e n R A N (O R A N )㊁全新的颠覆性5G 商业模式㊂Z y n q R F S o C D F E 集成了针对5G N R 性能与节电要求而硬化的D F E 应用专用模块,同时还提供了结合可编程自适应逻辑的灵活性,从而为日益发展的5G 3G P P 和O R A N 无线电架构提供了面向未来的解决方案㊂赛灵思执行副总裁兼有线与无线业务部总经理L i a m M a d d e n 表示: 为满足5G 的特殊需求,赛灵思史上首次推出这样一款硬化应用专用I P 多于自适应逻辑的无线电平台㊂随着5G 相关市场需求日益演进,集成式R F 解决方案也需不断适应未来标准㊂Z y n q RF S o C D F E 在灵活应变能力与固定功能I P 之间提供了最佳平衡㊂ 与上一代产品相比,Z y n q RF S o C D F E 将单位功耗性能提升高达两倍,并且能够从小蜂窝扩展至大规模M I MO (mM I MO )宏蜂窝㊂该解决方案是一款独特的直接R F 采样平台,能够在所有F R 1频带和新兴频带(最高可达7.125GH z)内实现载波聚合/共享㊁多模式㊁多频带400MH z 瞬时带宽㊂当用作毫米波中频收发器时,Z y n q R F S o C D F E 可提供高达1600MH z 的瞬时带宽㊂Z y n q RF S o C D F E 的架构支持客户绕过或定制硬化的I P 模块㊂例如,客户既可以利用支持现有和新兴G a N P a s 的赛灵思经现场验证的D P D ,也可以插入其自有的独特D P D I P ㊂A B I R e s e a r c h 5G 高级研究总监D i m i t r i s M a v r a k i s 表示: 随着5G 商业部署和新用例持续演进,对于整个供应链而言,如何为供应商提供灵活的组件以创建具有成本效益㊁适应性强且面向未来的设备十分关键㊂尤其是O pe n R A N ,其在这方面的要求更高,灵活的设计对其成功至关重要㊂Z y n q R F S o C D F E 实现了硬化和自适应可编程逻辑之间的平衡,是一款兼具通常A S I C 才具有的成本优势以及F P G A 才拥有的设计灵活性和定制化优势的独特产品㊂。
单片机P0口的片外数据存储器扩展设计技巧
单片机P0口的片外数据存储器扩展设计技巧
随着单片机运算速度和处理能力的不断提高，其在各个领域得到更广泛的应用。
然而，随着其应用领域的不断扩大及集成化的不断提高，其内部资源已不能满足实际需求，往往需要对其内部资源进行扩展。
经典的扩展方法主要是通过地址总线、数据总线即P0、P2口，以及控制线ALE等来进行数据或程序存储器的扩展，最大寻址空间可达64KB，但这种方法占用端口较多，在有些情况下不能满足需求。
这里以MCS-8051系列单片机为例，介绍一种新的片外数据存储器扩展方法，仅用单片机的P0口、P1.6及P1.7共10个端口便可实现256KB数据存储器的扩展。
1 总体设计思路
MCS-8051单片机片内部存储空间为256 B，有P0、P1、P2、P3 4个I/O 端口。
实际应用中，其内部存储空间往往不能满足需求，常常会在片外进行扩展。
有别于经典的扩展方法，这里并没有用到P2口，仅用P0口和各个存储器的地址线、数据线连接，组成地址总线和数据总线。
同时将PO口的
P0.0、P0.1和P0.2这3个端口引到译码器件的输入端，译码后作为数据存储器件的片选择控制线，与单片机的其他控制端口一起形成控制总线。
从而通过数据总线、地址总线和控制总线这3个总线实现单片机片外256 KB数据存储器的扩展。
单片机的PO口具备地址总线、数据总线及控制线的功能。
由软件来分时传送地址信号、数据信号和片选择控制信号。
2 硬件接口电路设计
MCS-805l单片机与多片62256数据存储器的扩展电路主要由8片62256型。
51单片机存储器内部结构
MCS-51单片机在物理结构上有四个存储空间：1、片内程序存储器2、片外程序存储器3、片内数据存储器4、片外数据存储器但在逻辑上，即从用户的角度上，8051单片机有三个存储空间：1、片内外统一编址的64K的程序存储器地址空间（MOVC）2、256B的片内数据存储器的地址空间（MOV）3、以及64K片外数据存储器的地址空间（MOVX）在访问三个不同的逻辑空间时，应采用不同形式的指令（具体我们在后面的指令系统学习时将会讲解），以产生不同的存储器空间的选通信号。
程序内存ROM寻址范围：0000H ~ FFFFH 容量64KBEA = 1，寻址内部ROM；EA = 0，寻址外部ROM地址长度：16位作用：存放程序及程序运行时所需的常数。
七个具有特殊含义的单元是：0000H ——系统复位，PC指向此处；0003H ——外部中断0入口000BH —— T0溢出中断入口0013H ——外中断1入口001BH —— T1溢出中断入口0023H ——串口中断入口002BH —— T2溢出中断入口内部数据存储器RAM物理上分为两大区：00H ~ 7FH即128B内RAM 和 SFR区。
作用：作数据缓冲器用。
下图是8051单片机存储器的空间结构图程序存储器一个微处理器能够聪明地执行某种任务，除了它们强大的硬件外，还需要它们运行的软件，其实微处理器并不聪明，它们只是完全按照人们预先编写的程序而执行之。
那么设计人员编写的程序就存放在微处理器的程序存储器中，俗称只读程序存储器（ROM）。
程序相当于给微处理器处理问题的一系列命令。
其实程序和数据一样，都是由机器码组成的代码串。
只是程序代码则存放于程序存储器中。
MCS-51具有64kB程序存储器寻址空间，它是用于存放用户程序、数据和表格等信息。
对于内部无ROM的8031单片机，它的程序存储器必须外接，空间地址为64kB，此时单片机的端必须接地。
强制CPU从外部程序存储器读取程序。