基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法技术

本发明专利技术涉及一种基于ＭＣＳ－５１架构的１６Ｍ字节数据存储器寻址空间扩充方法。本方法是基于８０５１体系，采用分时复用的方法，对数据存储器进行分段辅助设计，将可寻址１６Ｍ字节的数据存储空间划分为２５６个页，页地址由高八位数据地址决定，共有２５６个页地址，每一个页内有６４Ｋ字节的数据寻址空间，由数据地址的中八位和低八位数据地址决定页内地址，在地址总线不增加，和整个指令体系不变的情况下，使外部数据存储器寻址空间从６４Ｋ字节扩充到１６Ｍ字节，从而使基于ＭＣＳ－５１架构的微控制器能够进行数据量极大的运算。本基于ＭＣＳ－５１架构的１６Ｍ字节数据存储器寻址空间扩充方法可应用于基于８０５１指令体系的单片微控制器，亦可应用于其它微控制器、微处理器等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于Intel MCS-51架构的微处理器的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，可应用于MCS-51指令体系的单片微控制器，亦可应用于其它微控制器、微处理器等领域。
技术介绍
数据存储器(Data Memory)是用来存放数据的一段存储空间，微控制器或是微处理器可以从这段空间内读出待处理的数据，也可以把被特定处理过后的数据写入这段空间。基于Intel MCS-51架构的微处理器有16位地址总线，可以寻址64K字节的数据存储器空间。对于数据运算量非常庞大的特定系统，譬如数字图像处理系统，每帧图像的信息量就非常巨大，如果此系统还包括知识库的管理、知识自学习等功能，那么64K字节的数据存储器空间将远远不能满足此类系统的需求。又由于基于IntelMCS-51架构的微控制器是应用极为广泛的一类处理器，使用历史悠久，有丰富的第三方支持软件和仿真工具，为广大工程师所熟悉，因此如能在既不改变指令系统又不增加地址总线的情况下，扩充数据存储器的寻址空间到16M字节，将大大提高8051架构微控制器的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于MCS-51架构的数据存储器寻址空间扩充方法，在地址总线不增加，和整个指令体系不变的情况下，外部数据存储器寻址空间从64K字节扩充到16M字节，从而使基于MCS-51架构的微控制器能够运行大量算法极其复杂的程序。为达到上述目的，本专利技术的构思如下要实现基于MCS-51架构的16M字节数据存储器的寻址能力，不修改与标准8051相兼容的指令集，而采用将数据存储器进行分段的辅助设计方法。即将可寻址16M字节的数据存储空间划分为256个页，页地址由高八位数据地址决定，共有256个页地址。每一个页内有64K字节的数据寻址空间，由数据地址的中八位和低八位数据地址决定页内地址。数据指针页寄存器(DATA POINTER PAGE)存储24位数据存储器寻址空间地址的高8位；数据指针低8位寄存器(DPL)存储24位数据存储器寻址空间地址的低8位；数据指针高8位寄存器(DPH)存储24位数据存储器寻址空间地址的中间8位。根据上述构思，本专利技术采用下述技术方案一种基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，基于8051体系，其特征在于采用分时复用的方法，对数据存储器进行分段辅助设计，将可寻址16M字节的数据存储空间划分为256个页，页地址由高八位数据地址决定，共有256个页地址，每一个页内有64K字节的数据寻址空间，由数据地址的中八位和低八位数据地址决定页内地址，在地址总线不增加，和整个指令体系不变的情况下，对外部数据存储器寻址空间从64K字节扩充到16M字节；其具体步骤为a.设定页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER，来确定高八位数据地址；b.设定数据指针寄存器DATA_POINTER，来确定低16位数据地址；c.根据页地址产生的条件和情况的不同，对数据存储器寻址空间扩充操作中数据页地址的产生考虑以下两种情况，并设定相关信号(a)用户直接给出的页地址；(b)自动更新的页地址；d.根据数据指针产生的条件和情况的不同，对数据存储器寻址空间扩充操作中数据指针的产生考虑以下三种情况，并设定相关信号(a)用户直接给出的数据指针；(b)数据指针自增一(INC DPTR)指令；(c)数据指针自减一(DEC DPTR)指令；e.外部数据存储器地址XRAMA的确定；上述的设定页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER的方法为确定页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER的地址为95H，大小为8位，数据存储器16M字节寻址空间的高八位地址由此寄存器内的内容决定；系统复位后，DPTR_PAGER的值为#00H；它的值除了可以由用户自行定义以外，还可以由系统自动更新。上述的设定数据指针特殊功能寄存器DATA_POINTER的方法为数据指针特殊功能寄存器DATA_POINTER有16位，数据存储器16M字节寻址空间的低16位地址由此寄存器内的内容决定，它由DPL寄存器和DPH寄存器组成。DPL寄存器存放着它的低8位数据；DPH寄存器存放着它的高8位数据；系统复位后，DATA_POINTER的值为#0000H；它的值除了可以由用户自行定义以外，还可以由系统自动更新。上述的根据页地址产生的两种情况下设定相关信号的具体步骤为a.与用户自定义页地址相关的寄存器和信号REG_RESULT用户自行定义的页地址内容8位寄存器；DPTR_PAGER_WRITE对页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER进行写操作的写有效信号(高电平有效)；当DPTR_PAGER_WRITE信号为高电平时，REG_RESULT的值写入页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER内；b.当本文专利技术的微控制器访问外部数据存储器时，如果访问跨页，必定是因INC DPTR指令或DEC DPTR指令导致数据指针寄存器DPTR_PAGER的值由#FFFFH变成#0000H或#0000H变成#FFFFH，从而出现跨页现象，这时数据指针寄存器DPTR_PAGE内容将自动增“1”或减“1”，实现跨页访问时的16M外部数据存储器增页或减页。上述的根据数据指针产生的三种情况下设定相关信号的具体步骤为a.PC_CON[12]MOV DPTR，#16addr指令的译码信号；DP_EN数据指针使能信号；在指令的第二个机器周期的第一个时钟周期内，若PC_CON[12]为高电平(有效信号)，则DP_EN变为高电平有效信号；在指令的第二个机器周期的第二个时钟周期内，若DP_EN信号有效，则16位数据指针值被送入数据指针寄存器DATA_POINTER中；b.PC_CON[14]INC DPTR指令的译码信号；在指令的第一个机器周期的第四个时钟周期内，若PC_CON[14]为高电平(有效信号)，则DP_EN变为高电平有效信号；在指令的第二个机器周期的第一个时钟周期内，若DP_EN信号有效，则加一更新后的16位数据指针值被送入数据指针寄存器DATA_POINTER中；c.PC_CON[17]DEC DPTR指令的译码信号；在指令的第一个机器周期的第四个时钟周期内，若PC_CON[17]为高电平(有效信号)，则DP_EN变为高电平有效信号；在指令的第二个机器周期的第一个时钟周期内，若DP_EN信号有效，则减一更新后的16位数据指针值被送入数据指针寄存器DATA_POINTER中。上述的设定外部数据存储器地址XRAMA的方法为外部数据存储器地址XRAMA寄存器共24位，存储着数据存储器24位绝对地址。它由数据存储器页地址寄存器DPTR_PAGER和XRAMA_TP寄存器组成；数据存储器页地址寄存器DPTR_PAGER存储着高8位地址；XRAMA_TP寄存器存储着低16位地址；外部数据存储器地址XRAMA的高八位和中间八位由PORT2口分时发送；外部数据存储器地址XRAMA的低八位和8位数据信号由PORT0口分时发送，所以总的地址总线还是16位。上述的设定特殊功能寄存器DPL的方法为确定特殊功能寄存器DPL的地址为82H，大小为8位，数据存储器16M字节寻址空间的低八位地址由此寄存器内的内容决定；系统复位后，DPL的值为#00H；它的值除了可以由用户自行定义以外，还可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＭＣＳ－５１架构的１６Ｍ字节数据存储器寻址空间扩充方法，基于８０５１体系，其特征在于：采用分时复用的方法，对数据存储器进行分段辅助设计，将可寻址１６Ｍ字节的数据存储空间划分为２５６个页，页地址由高八位数据地址决定，共有２５６个页地址，每一个页内有６４Ｋ字节的数据寻址空间，由数据地址的中八位和低八位数据地址决定页内地址，在地址总线不增加，和整个指令体系不变的情况下，使部数据存储器寻址空间从６４Ｋ字节扩充到１６Ｍ字；其具体步骤为：ａ．设定页地址特殊功能寄存 器ＤＰＴＲ＿ＰＡＧＥＲ，来确定高八位数据地址；ｂ．设定数据指针寄存器ＤＡＴＡ＿ＰＯＩＮＴＥＲ，来确定低１６位数据地址；ｃ．根据页地址产生的条件和情况的不同，对数据存储器寻址空间扩充操作中数据页地址的产生考虑以下两种情况，并设 定相关信号：（ａ）用户直接给出的页地址；（ｂ）自动更新的页地址；ｄ．根据数据指针产生的条件和情况的不同，对数据存储器寻址空间扩充操作中数据指针的产生考虑以下三种情况，并设定相关信号：（ａ）用户直接给出的数据指 针；（ｂ）数据指针自增一（ＩＮＣＤＰＴＲ）指令；（ｃ）数据指针自减一（ＤＥＣＤＰＴＲ）指令；ｅ．外部数据存储器地址ＸＲＡＭＡ的确定。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，基于8051体系，其特征在于采用分时复用的方法，对数据存储器进行分段辅助设计，将可寻址16M字节的数据存储空间划分为256个页，页地址由高八位数据地址决定，共有256个页地址，每一个页内有64K字节的数据寻址空间，由数据地址的中八位和低八位数据地址决定页内地址，在地址总线不增加，和整个指令体系不变的情况下，使部数据存储器寻址空间从64K字节扩充到16M字；其具体步骤为a.设定页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER，来确定高八位数据地址；b.设定数据指针寄存器DATA_POINTER，来确定低16位数据地址；c.根据页地址产生的条件和情况的不同，对数据存储器寻址空间扩充操作中数据页地址的产生考虑以下两种情况，并设定相关信号(a)用户直接给出的页地址；(b)自动更新的页地址；d.根据数据指针产生的条件和情况的不同，对数据存储器寻址空间扩充操作中数据指针的产生考虑以下三种情况，并设定相关信号(a)用户直接给出的数据指针；(b)数据指针自增一(INC DPTR)指令；(c)数据指针自减一(DEC DPTR)指令；e.外部数据存储器地址XRAMA的确定。2.根据权利要求1所述的基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，其特征在于所述的设定页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER的方法为确定页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER的地址为95H，大小为8位，数据存储器16M字节寻址空间的高八位地址由此寄存器内的内容决定；系统复位后，DPTR_PAGER的值为#00H；它的值除了可以由用户自行定义以外，还可以由系统自动更新。3.根据权利要求1所述的基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，其特征在于所述的设定数据指针特殊功能寄存器DATA_POINTER的方法为数据指针特殊功能寄存器DATA_POINTER有16位，数据存储器16M字节寻址空间的低16位地址由此寄存器内的内容决定，它由DPL寄存器和DPH寄存器组成。DPL寄存器存放着它的低8位数据；DPH寄存器存放着它的高8位数据；系统复位后，DATA_POINTER的值为#0000H；它的值除了可以由用户自行定义以外，还可以由系统自动更新。4.根据权利要求1所述的基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，其特征在于所述的根据页地址产生的两种情况下设定相关信号的具体步骤为a.与用户自定义页地址相关的寄存器和信号REG_RESULT用户自行定义的页地址内容8位寄存器；DPTR_PAGER_WRITE对页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER进行写操作的写有效信号(高电平有效)；当DPTR_PAGER_WRITE信号为高电平时，REG_RESULT的值写入页地址特殊功能寄存器DPTR_PAGER内；b.当本文发明的微控制器访问外部数据存储器时，如果访问跨页，必定是因INC DPTR指令或DEC DPTR指令导致数据指针寄存器DPTR_PAGER的值由#FFFFH变成#0000H或#0000H变成#FFFFH，从而出现跨页现象，这时数据指针寄存器DPTR_PAGE内容将自动增“1”或减“1”，实现跨页访问时的16M外部数据存储器增页或减页。5.根据权利要求1所述的基于MCS-51架构的16M字节数据存储器寻址空间扩充方法，其特征在于所述的根据数据指针产生的三种情况下设定相关信号的具体步骤为a.PC_CON[12]MOV DPTR，#16addr指令的译码信号；DP_EN数据指针使能信号；在指令的第二个机器周期的第一个时钟周期内，若PC_CON[12]为高电平(有效信号)，则DP_EN变为高电平有效信号；在指令的第二个机器周期的第二个时钟周期内，若DP_EN信号有效，则16位数据指针值被送入数据指针寄存器DATA_POINTER中；b.PC_CON[14]INC DPTR指令的译码信号；在指令的第一个机器周期的第四个时钟周期内，若PC_CON[14]为高电平(有效信号)，则DP_EN变为高电平有效信号；在指令的第二个机器周期的第一个时钟周期内，若DP_EN信号有效，则加一更新后的16位数据指针值被送入数据指针寄存器DATA_POINTER中；c.PC_CON[17]DEC DPTR指令的译码信号；在指令的第一个机器周期的第四个时钟周期内，若PC_CON[17]为...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡越黎，曹家麟，景蔚亮，冉峰，
申请(专利权)人：上海大学，上海电力学院，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]