巧用C51的BANK編譯模式

隨著C51編譯器被廣泛地應用于51系列單片機軟件的開發，大批的開發人員從繁瑣的匯編語言編程中解放出來。 C51不僅縮短了軟件的開發周期，而且使應用軟件具有較好的結構性和可維護性。在使用C51編譯器的應用設計中，大多數程序代碼都不超過51系列單片機的最大尋址空間64K，但在實際應用中也有程序代碼超出64K的情況。這種情況雖然可以通過更換高檔CPU來解決，但在產品批量較大且對CPU性能要求并不高時，不希望使用高檔CPU，因為這樣會增加產品的成本。那么能否在廉價的51系列單片機中突破代碼64K空間的限制而進行產品的開發呢？C51編譯器的BANK模式正是為了解決此問題。作者通過對C51編譯器BANK模式的使用，總結出一套該模式的使用方法。本文對這一使用方法進行說明，并對代碼和數據混合使用BANK的特殊用法作了介紹。

2BANK的工作方式

C51的BANK模式對應用系統的代碼存儲器結構有特殊要求。圖1為C51BANK模式下代碼存儲器的物理結構。

代碼地址空間的上半部，以重疊BANK0的物理地址空間，硬件設計了n個存儲器頁面來存儲程序代碼。在任一時刻 BANK0～n中，只能有一個BANK處于激活狀態。當BANKi處于激活狀態時，其物理地址空間為BankBaseAddr～0xFFFF。只有當 BANK處于激活狀態時，BANK中的程序代碼才可以運行。為了尋址任意BANK中的過程代碼， C51編譯器為過程調用生成了如下的BANK地址：

Base地址是可變的，但為譯碼方便，一般選為 8000H。當某過程調用任一不在同一BANK中的其它過程時，BANK地址中的BANKNUMBER被送到切換BANK的譯碼電路，而16位的偏移地址被送往地址總線，從而實現不同BANK中的過程調用。下半部分的代碼空間沒有作BANK處理，它被稱為ROOTBANK。這是因為C51編譯器僅對過程調用產生BANK地址，而對于過程調用之外的所有其它部分如CONST等不產生BANK地址，ROOTBANK即用來存放這部分代碼。除此之外， ROOTBANK一般還用來存放下列代碼：C51的庫函數、所有的變量初始化數據、中斷服務程序代碼、CSTARTUP代碼。編譯器總是以 NONBANK方式對這一類代碼進行操作。

3使用C51BANK模式的步驟

假設軟件已經按C51的大模式進行了設計，那么為了使用C51的BANK模式，要進行以下3個步驟的工作。

3.1設計硬件

C51的BANK模式需要硬件來支持。硬件必須設計適當的譯碼電路來支持存儲器的頁面結構。盡管C51編譯系統可支持256個存儲器BANK頁面，但一般的應用系統4個～8個存儲器頁面即可滿足設計要求。在確定了所需存儲器頁面的個數后，BANK頁面的譯碼地址位也就確定了。假設譯碼的地址為n位，那么n與BANK頁面數的關系滿足式（1）。

2n≥最大所需的BANK頁面數n取最小值（1）

支持頁面結構存儲器的譯碼電路，因使用存儲器芯片的空間大小和片數多少的不同而不同。對于n位譯碼地址的鎖存，則有兩種方法，最為簡單的方法是直接使用CPU多余的口線，若沒有多余的口線可用，則需要使用第二種方法，即擴展鎖存器對BANK譯碼地址進行鎖存，這時鎖存器的鎖存地址既可以使用外部RAM空間譯碼產生，也可以用外部ROM空間譯碼產生，如使用 ROM空間譯碼產生,要注意地址不能與代碼可能占用的地址空間沖突。

3.2寫BANK模式的源程序

C51BANK模式下的源程序與大模式下的源程序沒有太大區別，只是在BANK模式下要注意以下幾點：

（1）合理規劃代碼空間

規劃代碼空間就是決定哪一部分代碼放在ROOTBANK 中，哪一部分代碼放在BANK中。前面已經提到，有幾種類型代碼是必須放在ROOTBANK中的，而對于其它代碼來說，既可以放在BANK中，也可以放在 ROOTBANK，但為了提高系統的運行效率，對經常被調用的公共程序模塊，應盡可能放在ROOTBANK中，以減少BANK的切換。而對于用匯編語言編寫的程序模塊，如果將其放在BANK中，則需要人工在匯編程序中添加對BANK切換的操作，這項工作非常繁瑣，因此用匯編語言編寫的程序模塊，一般也放在 ROOTBANK中。

（2）檢查源程序模塊大小

任一個C程序模塊，在編譯時都要生成一個CODE段，而 linker不可能把一個模塊的CODE分配到多個BANK中，因此每個程序模塊的大小都必須小于或等于一個BANK空間，否則就要把一個程序模塊分為兩個或多個模塊。只要不超出BANK的空間，linker可以把多個程序模塊的代碼放入一個BANK中，由此看出將每個程序模塊最小化，便可以充分利用 BANK的空間資源。