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1、第15章 C51的存储结构,C51是面向51系列单片机的硬件控制系统开发语言，其和单片机的硬件资源有着密切的联系。C51的程序经过编译后，是要在单片机上运行的。因此，程序代码以及数据都是需要按照一定的存储类型保存在8051单片机的特定存储区中的。存储结构的组织形式是单片机C51语言很重要的组成部分。本章将介绍C51的存储结构、存储类型和动态内存分配函数等相关内容。,15.1 存储器结构,存储器结构是存储器的组织形式。51系列单片机采用哈佛结构，将程序代码存储器（ROM）和数据存储器（RAM）分开，各自遵循各自的寻址机构和寻址方式。这里概括一下51系列单片机存储器的硬件构成。,15.1.1 51
2、系列单片机的存储区域,51系列及其兼容单片机在物理上划分为4个存储区： 片内数据存储区 片外数据存储区 片内程序存储区 片外程序存储区 早期的单片机片内存储器比较小，最近新推出的51内核单片机在存储器方面有了很大的扩展。每个存储区的大小和用法，可以参阅不同型号单片机的说明。,15.2 存储类型,存储类型是指程序中变量和常量等在8051硬件系统中的存放方式。Keil Vision3编译器完全支持8051系列单片机的硬件结构，可完全访问8051单片机硬件系统的所有部分，并将数据定位在不同的硬件存储区中。 单片机C51语言中支持的存储类型有data、bdata、idata、pdata、xdata、c
3、ode几种。在8051系列单片机的硬件系统中，存储类型与存储区关系，如表所示。,15.2.1 data存储类型,将变量设置为data存储类型的一般形式如下： 标识符 data 变量名 其中，data为关键字，标识符为变量的类型。在51单片机系统中，对data区寻址是最快的。所以一般来说，应将频繁使用的变量设置为data型。例如： int data ch5; char data string6; float data flo; MyType data newtype;/自定义的数据类型,15.2.2 bdata存储类型,将变量设置为bdata存储类型的一般形式如下： 标识符 bdata 变量名
4、其中，bdata为关键字，标识符为变量的类型。bdata区是可位寻址数据存储器，可以将要求可位寻址的数据定义为bdata。例如： unsigned charbdata ie;/在位寻址区定义字符变量ie int bdata mn10;/在位寻址区定义整型数组mn10 sbit ie5=ie5;/用关键字sbit定义位变量来可寻址对象其中一位 sbit mn8=mn18;,15.2.3 idata存储类型,将变量设置为idata存储类型的一般形式如下： 标识符 idata 变量名 其中，idata为关键字，标识符为变量的类型。idata类型为间接寻址片内数据存储区，可访问片内全部的256字节RA
5、M地址空间。例如： extern floatidata tt;/在位寻址区定义浮点型变量tt 注意：idata区可以定义浮点型变量。,15.2.4 pdata存储类型,将变量设置为pdata存储类型的一般形式如下： 标识符 pdata 变量名 其中，pdata为关键字，标识符为变量的类型。pdata类型存储在分页寻址外部数据存储区，例如： unsigned charpdata pun;/在位寻址区定义字符变量pun,15.2.5 xdata存储类型,将变量设置为xdata存储类型的一般形式如下： 标识符 xdata 变量名 其中，xdata为关键字，标识符为变量的类型。对xdata区寻址，须装
6、入16位地址，因此尽量将外部数据存放在xdata区。例如： #include /头文件 #include /头文件 unsigned char pdata RX1; /声明xdata变量 unsigned char pdata RX2; /声明xdata变量 void main()/主函数 while(1) RX1=P1;/赋值 RX2=P3;/赋值 ,15.2.6 code存储类型,将变量设置为code存储类型的一般形式如下： 标识符 code 变量名 其中，code为关键字，标识符为变量的类型。例如： char code text=”Hello everyone!”;/在code区定义字符
7、串数组 使用code存储类型定义数据时，C51编译器会将其定义在程序代码储存器（ROM或者EPPROM）。 在使用上面几种存储类型时，因为访问内部数据存储器比访问外部数据存储器快，所以应将频繁使用的变量放在内部RAM中，将很少使用的变量放在外部RAM中。,15.3 扩展数据类型,扩展数据类型是8051硬件和C51编译器所特有的，不属于ANSIC标准。这些类型的数据可以操作8051的特殊功能寄存器，而不能用指针对其进行存取。扩展数据类型可由以下几种关键字说明。 sfr：用于字节寻址，定义8位特殊功能寄存器。例如： sfr P0=0 x80;/为P0口地址为80H后的一个字节； sfr P1=0
8、x90;/为P1口地址为90H后的一个字节。 sfr16：用于字寻址，定义16位特殊功能寄存器，且该16位必须低位在低字节，高位在紧跟德高字节才行。例如： sfr16 T2=0 xCC;,15.3.1 sfr和sfr16,sfr和sfr16可以用于定义8051的特殊功能寄存器，其一般形式如下： sfr 特殊功能寄存器名=特殊功能寄存器地址常数; sfr16 特殊功能寄存器名=特殊功能寄存器地址常数; 其中，sfr和sfr16为关键字。特殊功能寄存器的定义示例如下： sfr P2=0 xA0;/定义P2的I/O端口，其地址为A0H sfr16 T2=0 xCC;/定义定时器2，其地址T2L=CC
9、H，T2H=CDH,15.3.2 sbit,sbit用于定义可位寻址对象，例如特殊功能寄存器某位。在C51语言中，有如下几种定义方法： sbit 位变量名=位地址。该语句用于将位地址赋值给位变量名，例如： sbit P1_1=0 x91;/将位的绝对地址赋给位变量 这里需要注意的是，sbit的位地址必须位于80HFFH之内。 sbit 位变量名=特殊功能寄存器名位位置。该语句使用符号“”来获得位数据，并赋值给位变量。例如： sfr P1=0 x90;/定义一个特殊功能寄存器名 sbit P1_1=P11;/指定位变量名所在的位置 sbit 位变量名=字节地址位位置。该语句和第二种方法是一样的，
10、只是将特殊功能寄存器名用位地址常数直接表示。例如： sbit P1_1=0 x901;,15.3.3 bit型变量,bit型变量可用于变量类型、函数声明、函数返回值等场合，其定义的一般形式为： bit 变量名 采用bit定义的位变量存放于内部RAM（20H2FH）。位变量在C语言里是外部变量，但编译系统不对其初始化，必须在程序中初始化位变量。例如： extern bit bch；,15.4 存储模式,存储模式是编译环境中指定的变量的存储区形式。一般来说，如果在定义变量时默认存储类型，编译系统将按照存储模式所规定的默认存储区来指定变量、函数参数等的存储区域。Keil Vision编译系统支持的8
11、051系列单片机存储模式共三种：,15.4.1 Small模式,Small模式用于将所有未指明存储区的变量均装保存在内部RAM，即采用data存储类型方式。采用Small模式的优点是访问速度快，缺点是空间有限，需要节约使用存储空间，只适用于规模较小的程序。,15.4.2 Compact模式,Compact模式用于将所有未指明存储区的变量均装保存在外部RAM区的一页（256Bytes）内，即采用pdata存储类型方式。 采用Compact模式的优点是存储空间较Small模式宽裕，缺点是访问速度要慢些，但较下面介绍的Large模式要快，是一种中间状态。Compact模式适用于变量不超过256字节，
12、可以通过P2口指定地址的高字节。,15.4.3 Large模式,Large模式用于将所有未指明存储区的变量放在多达64KB的外部RAM区中，即采用xdata存储类型方式。采用Large模式的优点是空间大，可存变量多，缺点是速度较慢。Large模式使用数据指针DPTR来对变量进行寻址。,15.4.4 存储模式的选择,存储模式一般是在C51编译器选项中进行选择，也可以在程序中指定。在程序中指定存储模式的形式如下： void fun1(void) small 该语句声明函数fun1，用small说明函数内部变量全部保存在内部RAM。对于一些经常使用的和特别耗时的地方可以这样声明，有利于提高运行速度。
13、,15.5 C51的存储器指针,在C51语言中支持一般指针和存储器指针。对变量进行声明时可以指定变量的存储类型。同样，在对于指针变量声明的时候，也可以指定存储类型。下面分别进行介绍。,15.5.1 一般指针,一般指针的声明在前面已经介绍过，不过同时还可以说明指针的存储类型。例如： long * state;/state为指向long型整数的指针，则依存储模式存放 char *xdata ptr;/ptr为一个指向char数据的指针，放于外部RAM区 一般指针可存放于任何存储器中，其用3个字节存放，分别为存储器类型、高位偏移、低位偏移量。使用一般指针时，可以访问数据而不用考虑其在存储器的位置，因
14、此十分方便。,15.5.2 存储器指针,存储器指针在声明时指定了存储类型，其总是指向特定的存储区。例如： char data *str;/str指向data区中char型数据 intxdata *pow;/pow指向外部RAM的int型整数 由于存储器的类型已经指定了，因此这种指针存放时，只需存放偏移量即可。对于idata、data、bdata和pdata存储类型只需一个字节，对于code和xdata存储类型需要2个字节就够了。,15.5.3 指针存储类型与指针所指向的数据的存储类型的关系,指针存储类型与指针所指向的数据的存储类型是不同的概念，在使用时一定要注意。例如： uchar xdata
15、 tmp10;/在外RAM区占10个字节的内存空间（0 x00000 x0009） uchar data * data pstr; pstr=tmp; 其中tmp保存在外部RAM，访问外RAM需要2字节来寻址64k空间，而pstr使用data关键字，所以编译器将其编译成指向内部RAM的指针变量了。最后的赋值语句便是错误的。上面的语句可以改为： uchar xdata tmp10; uchar xdata * data pstr; pstr = tmp;,15.6 动态内存分配,动态内存分配用于对一些动态结构进行存储空间的分配。其中这些动态结构可以是树和链表等。对于大多数情况，应尽可能在编译的时
16、候确定所需要的内存空间，并进行分配，例如数组的大小需要明确指定。而对于一些程序，采用动态内存分配可以实现数据的灵活处理。,15.6.1 C51的动态分配函数,在C51语言中提供了多个动态内存分配函数。这些函数要求用户声明一个字节数组作为堆，根据所需要的动态内存大小来决定数组的长度，被声明的数组存放在xdata区中，库函数可以使用特定指针来进行寻址。 C51提供的动态分配函数示例如下所述。 init_mem()：此函数的功能是初始化动态内存区的程序源代码。可以指定动态内存的位置及大小，只有使用了init_mem( )才可以调回其他函数，如malloc、calloc、realloc等。 calloc()：此函数是给数组分配内存，可以指定单位数据类型及该单元数目。 malloc()：此函数的功能是分配一段固定大小的内存。 realloc()：此函数的功能是调整当前分配动态内存的大小。 free()：此函数的功能是重新分配空间。,15.6.2 malloc()和calloc()函数,malloc()和calloc()函数都是用来动态分配内存空
