Зоопарк типов памяти

Одной из особенностей архитектуры MCS-51 является разделение памяти контроллера на несколько разных типов: внутренняя память данных, внешняя память данных, память программ (в которой могут храниться константные данные). Такое разделение обусловлено с одной стороны гарвардской архитектурой процессора, и с другой стороны реальным физическим воплощением процессора как микросхемы.

Как следствие, процессоры имеют различные команды для доступа к каждому типу памяти и используют разные регистры в качестве указателей при обращении к памяти.

Указатели

Для того, чтобы писать программы на языке Си, не вдаваясь в детали зоопарка типов памяти процессоров x51, а также чтобы писать переносимые программы, необходимо абстрагироваться от типов памяти. Компилятор C51 предоставляет такую абстракцию в виде так называемых обобщенных указателей (generic pointers).

Обобщенные указатели позволяют использовать в Си-программе указатели так, как если бы процессор x51 имел единую память. Такая виртуализация зоопарка типов памяти в единую память обеспечивается за счет хранения информации о типе памяти в самом указателе. При этом все операции по преобразованиям указателей берет на себя компилятор.

За такое удобство приходится расплачиваться временем выполнения программы и дополнительной памятью:

• поскольку каждая операция с указателем включает в себя дешифровку типа памяти, на который он указывает, то процессору необходимо выполнять дополнительные операции
• обобщенные указатели имеют фиксированный размер 3 байта, в то время как указатели, привязанные к конкретному типу памяти, могут иметь размер 1-2 байта (реже 3 байта).

Если целью является написание программы, оптимальной по быстродействию или расходу памяти, от использования обобщенных указателей приходится отказываться и переходить к зоопарку указателей. И дополнительно следить за соблюдением правильности доступа к различным областям памяти процессора.

Спецификаторы типов памяти

Компилятор C51 расширяет набор ключевых слов языка за счет спецификаторов типов памяти:

• data — внутренняя память данных, прямая адресация, адреса 0-127
• idata — внутренняя память данных, косвенная адресация, адреса 0-255
• bdata — внутренняя память данных, побитно-адресуемая область, адреса 0x20-0x2F
• xdata — внешняя память данных, адреса 0x0000-0xFFFF
• pdata — внешняя память данных, адреса 0x00-0x0FF
• code — память программ, адреса 0x0000-0xFFFF
• far — внешняя память данных объемом до 16 МБ

При помощи таких спецификаторов можно тонко настраивать область для расположения переменной, а также объявлять указатели на различные типы памяти.

char  xdata  foo;   // переменная типа char
                    // располагается в области памяти xdata

int  idata  bar;    // переменная типа int
                    // располагается в области памяти idata

char * p1;          // обобщенный указатель на переменную типа char;
                    // сам указатель расположен по умолчанию;
                    // расположение зависит от настроек проекта

int * xdata  p2;    // обобщенный указатель на переменную типа int;
                    // сам указатель размещается в области памяти xdata

char  xdata  * p3;  // указатель на переменную типа char,
                    // которая располагается в области памяти xdata;
                    // сама переменная-указатель располагается
                    // в области памяти по умолчанию
                    // (зависит от настроек проекта)

int  idata  * p4;   // указатель на переменную типа int,
                    // которая располагается в области памяти idata;
                    // сама переменная-указатель располагается
                    // в области памяти по умолчанию

typedef void (*PFunc)(void);  // объявление нового типа PFunc,
                              // который представляет собой
                              // обобщенный указатель на функцию
                              // (размер указателя — 3 байта)

typedef void (code *PFunc2)(void);  // 2х байтный указатель
                                    // на функцию

тип куда_указываем * где_располагать имя;

char xdata * idata foo; // указатель располагается в области idata,
                        // указывает на переменную типа char,
                        // которая располагается в области xdata

typedef void (code *PFunc2)(void);
PFunc2 xdata  pfunc;               // 2х-байтный указатель на функцию;
                                   // сам указатель располагается
                                   // в области xdata

Технические детали