80c51存储器与c51内存优化-皇冠最新app版本

80c51在物理结构上有四个存储空间：片内程序存储器、片外程序存储器、片内数据存储器和片外数据存储器。但在逻辑上，即从用户使用的角度上，80c51有三个存储空间：片内外统一编址的64kb的程序存储器地址空间（用16位地址）、256b的片内数据存储器的地址空间（用8位地址，其中128b的专用寄存器地址空间仅有21个字节有实际意义）以及64kb片外存储器地址空间。

1、程序存储器

程序存储器用于存放编好的程序和表格常数。80c51片内有4kb rom，片外16位地址线最多可扩展64kb rom，两者是统一编址的。如果ea端保持高电平，80c51的程序计数器pc在0000h——0fffh范围内（即前4kb地址）是执行片内rom的程序。当寻址范围在1000h——ffffh时，则从片外存储器取指令。当ea端保持低电平时，80c51的所有取指令操作均在片外程序存储器中进行，这时片外存储器可以从0000h开始编址。

程序存储器中，以下6个单元具有特殊功能。

0000h：80c51复位后，pc=0000h，即程序从0000h开始执行指令。

0003h：外部中断0入口。

000bh：定时器0溢出中断入口。

0013h：外部中断1入口。

001bh：定时器1溢出中断入口。

0023h：串行口中断入口。

2、数据存储器

数据存储器用于存放中间运算结果、数据暂存和缓冲、标志位等。80c51片内有256b ram，片外最多可扩充64kb ram，构成了两个地址空间。

片内数据存储器为8位地址，最大可寻址256个单元，片内低128b（及00h~7fh）的地址区域为片内ram，对其访问可采用直接寻址和间接寻址的方式。高128b地址区域（即80h~ffh）为专用寄存器区，只能采用直接寻址方式。

在低128b ram区中，00h~1fh地址为通用工作寄存器区，共分为4组，每组由8个工作寄存器（r0~r7）组成，共占用32个单元。下表为工作寄存器的地址表。每组寄存器均可选作cpu当前的工作寄存器，通过对程序状态字psw中rs1、rs0的设置来决定cpu当前使用哪一组。若程序中并不需要4组，那么其余的可用做一般的数据缓冲器。cpu在复位后，选中第0组工作寄存器。

工作寄存器区后的16b（即20h~2fh）可用位寻址方式访问其各个位，这128个位的位地址（位地址指的是某个二进制位的地址）为00h~7fh，它们可用做软件标志位或用于1位（布尔）处理。

3、专用寄存器sfr

80c51有21个专用寄存器sfr，亦称特殊功能寄存器。它们离散地分布在片内数据存储器的高128 b地址80h~ffh中，访问这些专用寄存器仅允许使用直接寻址的方式。专用寄存器并未占满80h~ffh整个地址空间，对空闲地址的操作是无意义的，若访问到空闲地址，则读出的是随机数。

在21个专用寄存器中有11个专用寄存器具有位寻址能力，它们的字节地址正好能被8整除。

注意：由于sfr是离散地分布在片内数据存储器的高128 b地址80h~ffh中，因此，当定义的数据长度大于128 b字节时，有可能会与某些sfr的地址冲突，导致意想不到的结果，所以，应当尽量把数据控制在128 b之内，特别是数组，如果数据量比较大，可以使用xdata，定义到外部ram中。

如：

unsigned char  xdata gtagid[2500*11] _at_ 0x0000;//定义数组gtagid，此数据存放在外部ram中，规定其起始地址为0x0000。

unsigned short xdata gtagidnum;//定义数据gtagidnum。

注意以下定义的区别：

unsigned char * xdata pwritetagid;//定义指针，此指针存放在外部ram中，此指针指向的数据类型为unsigned char。

unsigned char xdata *pwritetagid;//定义指针，此指针存放在内部ram中，此指针指向的数据存放在外部ram中，类型为unsigned char。

unsigned char xdata * xdata pwritetagid;//定义指针，此指针存放在外部ram中，此指针指向的数据也存放在外部ram中，类型为unsigned char。

对于外部ram的使用，只要硬件把相应的引脚连接好之后，软件不需要进行任何设置，直接使用xdata进行访问即可。

关于对51单片机内存的认识

对 51 单片机内存的认识，很多人有误解，最常见的是以下两种

① 超过变量128后必须使用compact模式编译。

实际的情况是只要内存占用量不超过 256.0 就可以用 small 模式编译。

② 128以上的某些地址为特殊寄存器使用，不能给程序用。

与 pc 机不同，51 单片机不使用线性编址，特殊寄存器与 ram 使用重复的地址，但访问时采用不同的指令，所以并不会占用 ram 空间。

由于内存比较小，一般要进行内存优化，尽量提高内存的使用效率。

以 keil c 编译器为例，small 模式下未指存储类型的变量默认为data型，即直接寻址，只能访问低128 个字节，但这 128 个字节也不是全为我们的程序所用，寄存器 r0-r7必须映射到低ram，要占去8 个字节，如果使用寄存组切换，占用的更多。

所以可以使用 data 区最大为 120 字节，超出 120 个字节则必须用 idata 显式的指定为间接寻址，另外堆栈至少要占用一个字节，所以极限情况下可以定义的变量可占 247 个字节。当然，实际应用中堆栈为一个字节肯定是不够用的，但如果嵌套调用层数不深，有十几个字节也够有了。

为了验上面的观点，写了个例子(测试环境为 xp keil c 7.5)。

#define len 120
data unsigned char  tt1[len];
idata unsigned char tt2[127];

void main()
{
unsigned char  i, j;

for(i = 0;  i < len; i )
{
j = i;
tt1[j] = 0x55;
}
}

可以计算 r0-7(8) tt1(120) tt2(127) sp(1) 总共 256 个字节

keil 编译的结果如下：
program size: data=256.0 xdata=0 code=30
creating hex file from "./debug/test"...
"./debug/test" - 0 error(s), 0 warning(s).

这段代码已经达到了内存分配的极限，再定义任何全局变量或将数组加大，编译都会报错 107，这里要引出一个问题：为什么变量 i、j 不计算在内？这是因为 i、j 是局部变量，编译器会试着将其优化到寄存器 rx 或栈。问题也就在这了，如果局部变量过多或定义了局部数组，编译器无法将其优化，就必须使用 ram 空间，虽然全局变量的分配经过精心计算没有超出使用范围，仍会产生内存溢出的错误!而编译器是否能成功的优化变量是根据代码来的。
上面的代码中，循环是臃肿的，变量 j 完全不必要，那么将代码改成

unsigned char i;
unsigned char j;

for(i = 0;  i < len; i )
{
tt1[i] = 0x55;
}

再编译看看，出错了吧!因为编译器不知道该如何使用 j，所以没能优化，j 须占 ram 空间，ram 就溢出了。(智能一点的编译器会自动将这个无用 的变量去掉，但这个不在讨论之列了)。

另外，对 idata 的定义的变量最好放在 data 变量之后。

对于这一种定义：

unsigned char c1;
idata unsigned char c2;
unsigned char c3;
变量 c2 肯定会以间接寻址，但它有可能落在 data 区域，就浪费了一个可直接寻址的空间。

变量优化一般要注意几点：

①让尽可能多的变量使用直接寻址，提高速度。
假如有两个单字节的变量和一个长119的字符型数组，因为总长超过 120 字节，不可能都定义在 data区。
按这条原则，定义的方式如下：

data unsigned char tab[119];
data unsigned char c1;
idata unsigned char c2;
但也不是绝的，如果 c1, c2 需要以极高的频率访问，而 tab 访问不那么频繁
则应该让访问量大的变量使用直接寻址：

data unsigned char c1;
data unsigned char c2;
idata uchar tab[119];
这个是要根据具体项目需求来确定的

 ②提高内存的重复利用率
就是尽可能的利用局部变量，局部变量还有个好处是访问速度比较快，由前面的例子可以看出，局部变量 i, j 是没有单独占用内存的，子程序中使用内存数目不大的变量尽量定义为局部变量。

 ③对于指针数组的定义，尽可能指明存储类型，尽量使用无符号类型变量，一般指针需要一个额外的字节指明存储类型，8051 系列本身不支持符号数，需要外加库来处理符号数，一是大大降低程序运行效率，二是需要额外的内存。

④避免出现内存空洞

可以通过查看编译器输出符号表文件(.m51)查看
对前面的代码，m51文件中关于内存一节如下：

* * * * * * *   d a t a   m e m o r y   * * * * * * *
reg     0000h     0008h     absolute     "reg bank 0"
data    0008h     0078h     unit                   ?dt?test
idata   0080h     007fh     unit                  ?id?test
idata   00ffh     0001h     unit                  ?stack

第一行显示寄存器组0从地址0000h开始，占用0008h个字节
第二行显示data区变量从0008h开 始，占用0078h个字节
第三行显示idata区变量从0080h开始，占用007f个字节
第四行显示堆栈从00ffh开始，占 0001h个字节

由于前面代码中变量定义比较简单，且连续用完了所有空间，所以这里显示比较简单，变量定义较多时，这里会有很多行，如果全局变量与局部变量分配不合理，就有可能出现类似下面的行：

0010h     0012h                  *** gap ***
该行表示从0010h开始连续0012h个字节未充分利用或根本未用到，出现这种情况最常见的原因是局变量太多、多个子程序中的局部变量数目差异太大、使用了寄存器切换但未充分利用。