C8051F120代替C8051F020的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)*

霍彩虹，徐芳萍

(河南 新鄉(xiāng) 760廠，河南 新鄉(xiāng) 453009)

C8051F［1］系列單片機(jī)是由 Silicon Laboratory 公司生產(chǎn)的具有CIP-51內(nèi)核高性能微控制器。其CIP-51與MCS-51指令集完全兼容，具有標(biāo)準(zhǔn)的8052外設(shè)部件。CIP-51采用流水線結(jié)構(gòu)，與標(biāo)準(zhǔn)的8051結(jié)構(gòu)相比指令執(zhí)行速度有很大的提高，具有JTAG接口，可在系統(tǒng)編程，程序調(diào)試與下載都非常方便。另外，C8051F是一種混合信號(hào)微控制器，片上不但具有SPI、I2C等接口，還集成了ADC和DAC，使用起來(lái)更加簡(jiǎn)便。這些優(yōu)越的性能使C8051F系列單片機(jī)一經(jīng)推出便迅速在國(guó)內(nèi)得到普及。C8051F020［2］是其中最常用的一種，已被廣泛應(yīng)用到通信、電子及工業(yè)監(jiān)控等領(lǐng)域。但是隨著這些電子產(chǎn)品的不斷智能化、復(fù)雜化，程序代碼長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)空間越來(lái)越大，而C8051F020的存儲(chǔ)空間只有64KB。如果產(chǎn)品需要升級(jí)增加新功能，面臨的最大問(wèn)題之一，則是64KB存儲(chǔ)空間滿足不了程序使用。

對(duì)于一個(gè)正在被使用的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，通過(guò)改動(dòng)硬件實(shí)現(xiàn)升級(jí)的方式顯然是不太合適的。那么能否從C8051F系列單片機(jī)中找到一款存儲(chǔ)空間大、引腳完全兼容的器件來(lái)代替C8051F020呢?C8051F120正是解決這一難題的理想選擇。

1 C8051F120與C8051F020的區(qū)別

C8051F120［3］是一款與 C8051F020 引腳完全兼容，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)空間達(dá)到128KB，片上外部RAM達(dá)到8KB的單片機(jī)，其性能比 C8051F020更優(yōu)越。C8051F120與C8051F020的主要區(qū)別如下:

1)C8051F120與C8051F020雖然引腳兼容但代碼卻不同，CIP-51實(shí)現(xiàn)了 SFR分頁(yè)機(jī)制，C8051F120使用5個(gè)SFR頁(yè):0、1、2、3和F。使用特殊功能寄存器頁(yè)選擇寄存器SFRPAGE來(lái)選擇SFR頁(yè)。例如要訪問(wèn)異步串口0(UART0)的控制寄存器SCON0，首先需對(duì)SFRPAGE進(jìn)行設(shè)置，使其位于第0頁(yè)，即SFRPAGE=0，然后才能對(duì)SCON0進(jìn)行訪問(wèn)。

2)C8051F120內(nèi)部有一個(gè)精確的24.5MHz的內(nèi)部振蕩器，同時(shí)內(nèi)部還有1個(gè)鎖相環(huán)PLL，通過(guò)使用這個(gè)PLL，可使C8051F120工作頻率高達(dá)100MHz。

3)C8051F120的FLASH存儲(chǔ)器采用代碼分頁(yè)(Code Banking)，共4頁(yè)，每頁(yè)32KB。其FLASH分組結(jié)構(gòu)如圖1所示，在執(zhí)行FLASH寫、讀、擦除操作時(shí)，PSBANK寄存器(見(jiàn)表1)中的COBANK位決定三個(gè)高地址FLASH塊中的哪一個(gè)被映射到地址范圍0x08000～0x0FFFF。

COBANK:常量操作存儲(chǔ)塊選擇位，分別指向BANK 0－3;IFBANK:取指操作存儲(chǔ)塊選擇位，分別指向BANK 0－3

4)C8051F120的外設(shè)在結(jié)構(gòu)上與C8051F020也有部分區(qū)別，如UART0的波特率設(shè)置，通過(guò)對(duì)寄存器SSTA0的配置可選擇定時(shí)器1、2、3或4作為波特率發(fā)生源，而URAT1具有增強(qiáng)型的波特率發(fā)生器，由定時(shí)器1作為其波特率發(fā)生源，因此在對(duì)原C8051F020的程序進(jìn)行更改時(shí)應(yīng)特別注意這些細(xì)節(jié)。

2 利用Keil C51工具實(shí)現(xiàn)大容量程序的存儲(chǔ)

Keil C51［5］工具是目前各種51系列單片機(jī)最通用的編譯工具軟件，它支持代碼分頁(yè)，可以管理一個(gè)公共的區(qū)域和32個(gè)代碼頁(yè)，每個(gè)最大可達(dá)64KB，從而具備共2MB的代碼切換空間。如果沒(méi)有相應(yīng)的代碼分頁(yè)設(shè)置，Keil C51將無(wú)法編輯超過(guò)64KB地址空間的程序。一般情況下，用戶運(yùn)行的程序都在FLASH的0X0000～0XFFFF地址空間中。Keil C5l代碼分頁(yè)使用的是Bank Switching技術(shù)。使用Bank Switching技術(shù)可生成代碼長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)空間大于64 KB的目標(biāo)程序，它的使用彌補(bǔ)了C8051F系列單片機(jī)在地址空間方面的不足，拓展了它的應(yīng)用范圍。

2.1 Bank Switching技術(shù)介紹

具體實(shí)現(xiàn)Bank Switching技術(shù)的是KeilC#5l中的分組連接定位器BL5l。Keil C5l語(yǔ)言源程序經(jīng)過(guò)C5l編譯器編譯后，生成浮動(dòng)地址的目標(biāo)代碼文件。這種浮動(dòng)地址的目標(biāo)代碼必須經(jīng)過(guò)連接定位器BL5l的連接和定位，生成具有絕對(duì)地址的目標(biāo)代碼，才能寫入程序存儲(chǔ)器正常運(yùn)行。BL51支持分組連接定位，允許生成代碼大于64 KB的目標(biāo)程序，可以在具有適當(dāng)硬件擴(kuò)展邏輯的系統(tǒng)中進(jìn)行代碼組之間的切換，以達(dá)到正常運(yùn)行的目的。目前版本的BL5l可以管理最多64個(gè)代碼組，每個(gè)代碼組最大為64KB。

2.2 Bank Switching技術(shù)在C8051F120中的應(yīng)用

C8051F120的FLASH存儲(chǔ)空間為128K，采用代碼分頁(yè)，共分為4頁(yè)，每頁(yè)32KB，把主程序放在公共代碼區(qū)(Common Area)，復(fù)位和中斷向量、代碼常數(shù)、C51中斷函數(shù)、組切跳轉(zhuǎn)表、庫(kù)函數(shù)這些代碼必須安排在公共代碼區(qū)域。用C8051F120代替C8051F020只需對(duì)程序進(jìn)行修改，C8051F120采用了代碼分頁(yè)，因此必須將原來(lái)的程序進(jìn)行重新劃分，合理安排存儲(chǔ)空間。由于筆者所設(shè)計(jì)的程序較為復(fù)雜，不易舉例說(shuō)明，下面給出一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的示例作說(shuō)明，利用Keil C51進(jìn)行程序編譯的具體操作步驟如下［4］:

1)在菜單 Project選擇中選擇Option for Target“Target”選擇項(xiàng)，按圖2所示進(jìn)行項(xiàng)目配置。

圖2 Option for Target“Target”配置

由于C8051F120有4頁(yè)分區(qū)，每頁(yè)32KB，所以選擇“Code Banking”，在 Banks中寫入 4，在 Bank Area中寫入地址范圍為0x80000～0xffff。

2)新建工程項(xiàng)目，將文件 boot.c，function1.c，function2.c和function3.c依次加入到該工程中，其中boot.c文件，作為公用代碼段程序，main函數(shù)是分別調(diào)用不同分頁(yè)區(qū)的程序，程序代碼如下:

下面，我們將這些文件指定到不同分區(qū)中。用右鍵點(diǎn)擊樹狀列表中的 boot.c，選中 option for file“boot.c”，在 properties的 code bank選項(xiàng)中，選擇 common項(xiàng)，如圖3所示:此項(xiàng)表明boot.c將被編譯到代碼的公用代碼段中，在所有分頁(yè)代碼的起始部分被復(fù)制。與此類似，我們將 function1.c，function2.c和 function3.c分別指定到bank1，bank2，和bank3中。

圖3 code bank配置

將keilc51libl51_bank.a51復(fù)制到項(xiàng)目目錄下，并加入項(xiàng)目中，在l51_bank.a51中，主要修改以下內(nèi)容［3］:

3)在菜單 Project選擇中選擇 Option for Target“Output”選擇項(xiàng)，按圖4所示進(jìn)行項(xiàng)目配置。

圖4 Option for Target“Output”配置圖

4)編譯該項(xiàng)目，keil c編譯器將生成1個(gè)project.M51文件，檢查該文件可驗(yàn)證各個(gè)文件的BANK分配情況。同時(shí)，編譯后會(huì)產(chǎn)生 project.H01、project.H02和project.H03這3個(gè)hex文件，通過(guò)下載器可將此3個(gè)文件按照指定的代碼空間分別下載到C8051F120的各個(gè)BANK空間段中。

3 結(jié)語(yǔ)

采用Keil C51的代碼分頁(yè)技術(shù)——Bank Switching技術(shù)，可以有效地解決大容量程序代碼和數(shù)據(jù)在C8051F120中的存儲(chǔ)問(wèn)題。當(dāng)C8051F020系統(tǒng)中的Flash存儲(chǔ)空間不能滿足需要時(shí)，可以直接利用C8051F120來(lái)替代，這種解決方案改動(dòng)簡(jiǎn)單、技術(shù)可行，是C8051F020升級(jí)使用最為有效的方法之一。同時(shí)Keil C51的代碼分頁(yè)技術(shù)也使得C8051F系列單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更為廣闊。

［1］潘琢金，孫德龍，夏秀峰.C8051F單片機(jī)應(yīng)用解析［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

［2］Silicon Laboratories.C8051F020/1/2/3 Mixed － Signal ISP FLASH MCU Family［EB/OL］.http://www.xhl.com.cn/sjsc/sjsc/sjscdetail:asp?sid=21，2005，11.

［3］Silicon Laboratories.C8051F120/1/2/3 High － Speed Mixed － Signal ISP FLASH MCU［EB/OL］.http://www.xhl.com.cn/sjsc/sjsc/sjscdetail:asp?sid=33，2005，11.

［4］Silicon Laboratories.CODE BANKING USING THE KEIL 8051 TOOLS［EB/OL］.http://www.xhl.com.cn/xhl/downfile/e_AN30.pdf，2005.11.

［5］Keil Software.Getting Started with μVision2［EB/OL］.2001.