C語言存儲空間與MCU（單片機）

首先，最近因公司項目需求，暫時學習的去做單片機的開發，因此，需要具備的C編程語言，結合自己以前的移動App開發，總結出如下C語言的常規基礎知識；

一：存儲空間
本節介紹nX-U8 內核支持的存儲空間。
二：存儲空間的概要
nX-U8 內核具有最大1M 字節的程序存儲空間和最大16M 字節的數據存儲空間。程序存儲空間
主要是用來配置執行程序所需的指令代碼（程序代碼）的空間。數據存儲空間主要是用來配置執行
程序所需的初始數據以及執行時的數據臨時保存區域的空間。
每個存儲空間由以64K 字節爲單位被分隔開來的幾個物理段組成。另外，#0 物理段的存儲空間
與#1 以上物理段的存儲空間的結構不同。

#0 物理段的存儲空間是程序存儲空間與數據存儲空間分別獨立的結構。#1 物理段到#15 物理段
的存儲空間是程序存儲空間與數據存儲空間可共享使用的結構。#16 物理段到#255 物理段可作爲數
據存儲空間使用。
用戶要想切換物理段，必須描述用來操作段寄存器的程序。段寄存器是用來指定當前物理段的
寄存器。段寄存器包括用來指定程序存儲空間的物理段的代碼段寄存器（CSR），和用來指定數據
存儲空間的物理段的數據段寄存器（DSR）。
CSR 爲4 位寄存器，可表述0 到15 的值。DSR 爲8 位寄存器，可表述0 到255 的值。因此，程
序存儲空間可表述的範圍爲0:0000H 到F:FFFFH 的1M 字節，數據存儲空間可表述的範圍爲0:0000H
到FF:FFFFH 的16M 字節。

三：存儲模式
nX-U8 具有通過硬件控制程序存儲器可訪問的物理段數量的功能。爲支持該硬件規格，RASU8
具有存儲模式的概念。
存儲模式的指定可通過指定RASU8 的啓動選項/MS、/ML，或使用MODEL 僞指令來實現。

四：程序的元素
程序的元素是RASU8 可用於程序的字符集、常量、符號及程序計數器符號。下面對各個元素進
行說明。
五：字符集
可用於程序的字符種類如下。
1.英文字母，數字，下劃線，問號，美元符號
2.空格符
3.換行代碼，恢復代碼
4.特殊字符
5.運算符
6.轉義序列
7.全角字符
但是，可使用字符常量、字符串常量及註釋中通過1 字節代碼表示的所有字符（00H～0FFH）。
六：特殊字符
特殊字符是賦予前後元素特殊意義的字符。

七：運算符
運算符可通過1 個字符或字符的組合進行指定。運算符的種類如下。

八：轉義序列
字符串和字符常量可使用轉義序列。轉義序列是貨幣符號（\）與字符或數字的組合。轉義序列
的種類如下。

九：符號
符號爲表示以下內容的名稱。

1. 數值
2. 地址
3. 可重定位段
4. 指令
5. 僞指令
6. 寄存器
7. 寄存器地址
8. 運算符
9. 尋址的種類
10. 指令的特殊操作數
11. 僞指令的特殊操作數
12. 宏

符號包括程序員定義的符號和彙編程序預先準備好的符號兩種。程序員定義的符號稱爲“用戶符
號”，彙編程序預先準備好的符號稱爲“保留字”。
表示數值及地址的符號有用戶符號和保留字兩種。表示可重定位段的符號和表示宏的符號均爲
用戶符號。除此以外的符號均爲保留字。
符號是由英文字母、數字、下劃線、問號及美元符號組成的1 字符以上32 字
符以內的字符串。起始字符必須爲英文字母、下劃線（_）、問號（?）或美元符號（$）。

十：保留字
保留字是MACU8 彙編程序包預先準備的符號。保留字具有以下幾種。
1.指令
2.僞指令
3.寄存器
4.運算符
5.SFR 符號
6.尋址說明符
7.指令的特殊操作數
8.僞指令的特殊操作數

十一：僞指令
RASU8 自帶的僞指令。
十二：寄存器
表示寄存器的符號。用於微控制器指令的操作數。關於使用了寄存器的操作數的寫法，請參考
“4.1 尋址的格式”。表示寄存器的保留字如下。

十二：運算符
表示運算符的符號。用於表達式的描述。關於運算符的功能與使用方法，請參考“3.2.2 運算符”。
表示運算符的保留字如下。

十三：尋址說明符
尋址說明符是用於明確表示存取對象存儲器的區域的符號。關於使用了尋址說明符的操作數的寫
法，請參考“4.1.3 存儲器尋址”。表示尋址說明符的保留字如下。

十四：指令的特殊操作數
條件分支指令的分支條件和FLAG 名等這類指令的操作數指定的與尋址具有不同意義的符號。關
於具體的意義和使用方法等，請參考nX-U8 內核的指令手冊。表示指令的特殊操作數的保留字如下。

十五：僞指令的特殊操作數
僞指令的操作數指定的具有特別意義的符號。關於各符號的意義和使用方法，請參考“5. 僞指令
詳解”。

十六：存儲器尋址
存儲器尋址以數據存儲空間上的存儲器爲存取對象。
十七：寄存器間接尋址
以寄存器的內容爲地址的數據存儲空間上的存儲器爲存取對象。寄存器間接尋址的描述如下。

十八：直接尋址
以描述的值爲地址的數據存儲空間上的存儲器爲存取對象。
十九：即值尋址
描述的值本身爲對象。
二十：程序存儲器尋址
以程序存儲空間上的存儲器爲存取對象。

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MCU

MCU的主要詳細介紹以下幾點：
任何一款MCU，其基本原理和功能都是大同小異，所不同的只是其外圍功能模塊的配置及數量、指令系統等。對於指令系統，雖然形式上看似千差萬別，但實際上只是符號的不同，其所代表的含義、所要完成的功能和尋址方式基本上是類似的。因此，對於任何一款MCU，主要應從如下的幾個方面來理解和掌握：

參數的初始化
參數的初始化：完成了MCU的硬件和資源的初始化後，接下來就是對程序中使用到的一些變量和數據的初始化設置，這一部分的初始化需要根據具體的項目及程序的總體安排來設計。對於一些用EEPROM來保存項目預製數的應用來講，建議在初始化時將相關的數據拷貝到MCU的RAM，以提高程序對數據的訪問速度，同時降低系統的功耗(原則上，訪問外部EEPROM都會增加電源的功耗)。

mcu的特點
MCU的特點：要了解一款MCU，首先需要知道就是其ROM空間、RAM空間、IO口數量、定時器數量和定時方式、所提供的外圍功能模塊(Peripheral Circuit)、中斷源、工作電壓及功耗等等。

瞭解這些MCU Features後，接下來第一步就是將所選MCU的功能與實際項目開發的要求的功能進行對比，明確哪些資源是目前所需要的，哪些是本項目所用不到的。對於項目中需要用到的而所選MCU不提供的功能，則需要認真理解MCU的相關資料，以求用間接的方法來實現，例如，所開發的項目需要與PC機COM口進行通訊，而所選的MCU不提供UART口，則可以考慮用外部中斷的方式來實現。

對於項目開發需要用到的資源，則需要對其Manua*進行認真的理解和閱讀，而對於不需要的功能模塊則可以忽略或瀏覽即可。對於MCU學習來講，應用纔是關鍵，也是最主要的目的。

明確了MCU的相關功能後，接下來就可以開始編程了。對於初學者或初次使用此款MCU的設計者來說，可能會遇到很多對MCU的功能描述不明確的地方，對於此類問題，可以通過兩種方法來解決，一種是編寫特別的驗證程序來理解資料所述的功能;另一種則可以暫時忽略，程序設計中則按照自己目前的理解來編寫，留到調試時去修改和完善。前一種方法適用於時間較寬鬆的項目和初學者，而後一種方法則適合於具有一定MCU開發經驗的人或項目進度較緊迫的情況。

指令系統千萬不要特別花時間去理解。指令系統只是一種邏輯描述的符號，只有在編程時根據自己的邏輯和程序的邏輯要求來查看相關的指令即可，而且隨着編程的進行，對指令系統也會越來越熟練，甚至可以不自覺地記憶下來。

MCU的基本功能

對於絕大多數MCU，下列功能是最普遍也是最基本的，針對不同的MCU，其描述的方式可能會有區別，但本質上是基本相同的：

1. 定時器
   TImer(定時器)：TImer的種類雖然比較多，但可歸納爲兩大類：一類是固定時間間隔的TImer，即其定時的時間是由系統設定的，用戶程序不可控制，系統只提供幾種固定的時間間隔給用戶程序進行選擇，如32Hz，16Hz，8Hz等，此類TImer在4位MCU中比較常見，因此可以用來實現時鐘、計時等相關的功能;另一類則是Programmable Timer(可編程定時器)，顧名思義，該類Timer的定時時間是可以由用戶的程序來控制的，控制的方式包括：時鐘源的選擇、分頻數(Prescale)選擇及預製數的設定等，有的MCU三者都同時具備，而有的則可能是其中的一種或兩種。此類Timer應用非常靈活，實際的使用也千變萬化，其中最常見的一種應用就是用其實現PWM輸出(具體的應用，後續會有特別的介紹)。由於時鐘源可以自由選擇，因此，此類Timer一般均與Event Counter(事件計數器)合在一起。
2. I/O口
   IO口：任何MCU都具有一定數量的IO口，沒有IO口，MCU就失去了與外部溝通的渠道。根據IO口的可配置情況，可以分爲如下幾種類型。
   純輸入或純輸出口：此類IO口有MCU硬件設計決定，只能是輸入或輸出，不可用軟件來進行實時的設定;
   直接讀寫IO口：如MCS-51的IO口就屬於此類IO口。當執行讀IO口指令時，就是輸入口;當執行寫IO口指令則自動爲輸出口;
   程序編程設定輸入輸出方向的：此類IO口的輸入或輸出由程序根據實際的需要來進行設定，應用比較靈活，可以實現一些總線級的應用，如I2C總線，各種LCD、LED Driver的控制總線等;
   對於IO口的使用，重要的一點必須牢記的是：對於輸入口，必須有明確的電平信號，確保不能浮空(可以通過增加上拉或下拉電阻來實現);而對於輸出口，其輸出的狀態電平必須考慮其外部的連接情況，應保證在Standby或靜態狀態下不存在拉電流或灌電流。
3. 外部的中斷
   1，外部中斷也是絕大多數MCU所具有的基本功能，一般用於信號的實時觸發，數據採樣和狀態的檢測，中斷的方式由上升沿、下降沿觸發和電平觸發幾種。外部中斷一般通過輸入口來實現，若爲IO口，則只有設爲輸入時其中斷功能纔會開啓;若爲輸出口，則外部中斷功能將自動關閉(ATMEL的ATiny系列存在一些例外，輸出口時也能觸發中斷功能)。外部中斷的應用如下：
   2，外部觸發信號的檢測：一種是基於實時性的要求，比如可控硅的控制，突發性信號的檢測等;而另一種情況則是省電的需要;
   3，信號頻率的測量：爲了保證信號不被遺漏，外部中斷是最理想的選擇;
   4，數據的解碼：在遙控應用領域，爲了降低設計的成本，經常需要採用軟件的方式來對各種編碼數據進行解碼，如Manchester和PWM編碼的解碼;
   5，按鍵的檢測和系統的喚醒：對於進入Sleep 狀態的MCU，一般需要通過外部中斷來進行喚醒，最基本的形式則是按鍵，通過按鍵的動作來產生電平的變化;
4. 通訊接口
   1，通訊接口：MCU所提供的通訊接口一般包括SPI接口，UART，I2C接口等，其分別描述如下：
   2，SPI接口：此類接口是絕大多數MCU都提供的一種最基本通訊方式，其數據傳輸採用同步時鐘來控制，信號包括：SDI(串行數據輸入)、SDO(串行數據輸出)、SCLK(串行時鐘)及Ready信號;有些情況下則可能沒有Ready信號;此類接口可以工作在Master方式或Slave方式下，通俗說法就是看誰提供時鐘信號，提供時鐘的一方爲Master，相反的一方則爲Slaver;
   3，UART(Universal Asynchronous Receive Transmit)：屬於最基本的一種異步傳輸接口，其信號線只有Rx和Tx兩條，基本的數據格式爲：Start Bit + Data Bit(7-bits/8-bits) + Parity Bit(Even， Odd or None) + Stop Bit(1~2Bit)。一位數據所佔的時間稱爲Baud Rate(波特率)。對於大多數的MCU來講，數據爲的長度、數據校驗方式(奇校驗、偶校驗或無校驗)、停止位(Stop Bit)的長度及Baud Rate是可以通過程序編程進行靈活設定。此類接口最常用的方式就是與PC機的串口進行數據通訊。
5. I2C接口
   I2C接口：I2C是由Philips開發的一種數據傳輸協議，同樣採用2根信號來實現：SDAT(串行數據輸入輸出)和SCLK(串行時鐘)。其最大的好處是可以在此總線上掛接多個設備，通過地址來進行識別和訪問;I2C總線的一個最大的好處就是非常方便用軟件通過IO口來實現，其傳輸的數據速率完全由SCLK來控制，可快可慢，不像UART接口，有嚴格的速率要求。
6. 看門狗定時器
   Watchdog(看門狗定時器)：Watchdog也是絕大多數MCU的一種基本配置(一些4位MCU可能沒有此功能)，大多數的MCU的Watchdog只能允許程序對其進行復位而不能對其關閉(有的是在程序燒入時來設定的，如Microchip PIC系列MCU)，而有的MCU則是通過特定的方式來決定其是否打開，如Samsung的KS57系列，只要程序訪問了Watchdog寄存器，就自動開啓且不能再被關閉。一般而言watchdog的復位時間是可以程序來設定的。Watchdog的最基本的應用是爲MCU因爲意外的故障而導致死機提供了一種自我恢復的能力。
   

MCU程序的編寫

MCU的程序的編寫與PC下的程序的編寫存在很大的區別，雖然現在基於C的MCU開發工具越來越流行，但對於一個高效的程序代碼和喜歡使用匯編的設計者來講，彙編語言仍然是最簡潔、最有效的編程語言。對於MCU的程序編寫，其基本的框架可以說是大體一致的，一般分爲初始化部分(這是MCU程序設計與PC最大的不同)，主程序循環體和中斷處理程序三大部分(見圖1 a 和b)，其分別說明如下：

初始化：對於所有的MCU程序的設計來講，出世化是最基本也是最重要的一步，一般包括以下幾個方面：

屏蔽所有中斷並初始化堆棧指針：初始化部分一般不希望有任何中斷髮生;

清除系統的RAM區域和顯示Memory：雖然有時可能沒有完全的必要，但從可靠性及一致性的角度出發，特別是對於防止意外的錯誤，還是建議養成良好的編程習慣;

IO口的初始化：根據項目的應用的要求，設定相關IO口的輸入輸出方式，對與輸入口，需要設定其上拉或下拉電阻;對於輸出口，則必須設定其出世的電平輸出，以防出現不必要的錯誤;

中斷的設置：對於所有項目需要用到的中斷源，應該給予開啓並設定中斷的觸發條件，而對於不使用的多餘的中斷，則必須給予關閉;

其他功能模塊的初始化：對於所有需要用到的MCU的外圍功能模塊，必須按項目的應用的要求進行相應的設置，如UART的通訊，需要設定Baud Rate，數據長度，校驗方式和Stop Bit的長度等，而對於Programmer Timer，則必須設置其時鐘源，分頻數及Reload Data 等;

參數的初始化：完成了MCU的硬件和資源的出世化後，接下來就是對程序中使用到的一些變量和數據的初始化設置，這一部分的初始化需要根據具體的項目及程序的總體安排來設計。對於一些用EEPROM來保存項目預製數的應用來講，建議在初始化時將相關的數據拷貝到MCU的RAM，以提高程序對數據的訪問速度，同時降低系統的功耗(原則上，訪問外部EEPROM都會增加電源的功耗)。

主程序循環體：大多數MCU是屬於長時間不間斷運行的，因此其主程序體基本上都是以循環的方式來設計，對於存在多種工作模式的應用來講，則可能存在多個循環體，相互之間通過狀態標誌來進行轉換。對於主程序體，一般情況下主要安排如下的模塊：

計算程序：計算程序一般比較耗時，因此堅決反對放在任何中斷中處理，特別是乘除法運算;

實時性要求不高或沒有實時性要求的處理程序;

顯示傳輸程序：主要針對存在外部LED、LCD Driver 的應用。

中斷處理程序：中斷程序主要用於處理實時性要求較高的任務和事件，如，外部突發性信號的檢測，按鍵的檢測和處理，定時計數，LED顯示掃描等。一般情況下，中斷程序應儘可能保證代碼的簡潔和短小，對於不需要實時去處理的功能，可以在中斷中設置觸發的標誌，然後由主程序來執行具體的事務――這一點非常重要，特別是對於低功耗、低速的MCU來講，必須保證所有中斷的及時響應。

對於不同任務體的安排，不同的MCU其處理的方法也有所不同。例如，對於低速、低功耗的MCU(Fosc=32768Hz)應用，考慮到此類項目均爲手持式設備和採用普通的LCD顯示，對按鍵的反應和顯示的反應要求實時性較高，應此一般採用定時中斷的方式來處理按鍵的動作和數據的顯示;而對於高速的MCU，如Fosc大於1MHz的應用，由於此時MCU有足夠的時間來執行主程序循環體，因此可以只在相應的中斷中設置各種觸發標誌，並將所有的任務放在主程序體中來執行;

在MCU的程序設計中，還需要特別注意的一點就是：要防止在中斷和主程序體中同時訪問或設置同一個變量或數據的情況。有效的預防方法是，將此類數據的處理安排在一個模塊中，通過判斷觸發標誌來決定是否執行該數據的相關操作;而在其他的程序體中(主要是中斷)，對需要進行該數據的處理的地方只設置觸發的標誌。――這可以保證數據的執行是可預知和唯一的。

如果對MCU單片機以及通信IO口，外設有所不熟的夥伴，可以看看此基礎性文章，瞭解了他們的框架結構，一步步的深入學習，獲得更多的知識體。http://www.21ic.com/jichuzhishi/mcu/questions/2018-08-07/808634.html
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