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基于虚拟存储的嵌入式存储系统的设计方法

来源: 作者: 2019-02-21 22:17:51

基于虚拟存储的嵌入式存储系统的设计方法

虚拟存储系统利用计算机CPU中的一组寄存器堆作为页表基址寄存器,如图1(b)所示,它与页表一起给出用户程序地址。实际计算机系统的页式虚拟存储要比这复杂得多,还需考虑未命中时的外部地址变换以及页面替换算法,然而在嵌入式系统中这些都可以简化乃至省去。

2.2 单片机嵌入式系统程序存储区扩展

受虚拟存储系统启发,我们把上述方法作了一些修改以应用于嵌入式系统中。由于系统设计选用的外部程序存储器容量为256k,而一般单片机(如 8051系列)的寻址空间为64k,为简单起见,以64k为一页,将256k虚拟地址分为4页映射到单片机的64k空间。嵌入式系统中地址变换机构可被简化:单片机没有专用的页表基址寄存器,可以通过额外的端口线(如P1.0,P1.1,P1.2等)作为基址指定不同的页面,页表查询可用一个跳转表实现。然而页面切换前后必须保证能够正确访问到跳转表,因此所有64k页面都需要有一个完全相同的代码段用来存放跳转表和中断矢量等公共资源。

为提高存储器利用率可采用图2所示的结构,其中公共段中存放了高32k段之间相互调用所需要的跳转表。各段相互调用之前应先跳转到公共段,执行页面切换后再跳转到被调用程序的入口,这就实现了18位虚拟地址到16位主存地址的变换。不妨以P1.0,P1.1,P1.2作为页面基址来指定不同的页,相应的跳转表程序结构如下:

ADDR:CLR EA ;关中断

SETB/CLR P1.0 ;切换页面

SETB/CLR P1.1

SETB/CLR P1.2

SETB EA ;开中断

JMP REAL_ADDR ;跳转

在公共段(256k存储芯片的低32k)中存放操作系统和提供给用户的其他库函数,其他各段用来存放嵌入式系统的用户程序。采用图2结构的单片机与存储器接口原理图如图3所示。其中A0~A15地址线接法与普通存储器扩展方法相同。

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