巧用C51的BANK编译模式

随着C51编译器被广泛地应用于51系列单片机软件的开发，大批的开发人员从繁琐的汇编语言编程中解放出来。 C51不仅缩短了软件的开发周期，而且使应用软件具有较好的结构性和可维护性。在使用C51编译器的应用设计中，大多数程序代码都不超过51系列单片机的最大寻址空间64K，但在实际应用中也有程序代码超出64K的情况。这种情况虽然可以通过更换高档CPU来解决，但在产品批量较大且对CPU性能要求并不高时，不希望使用高档CPU，因为这样会增加产品的成本。那么能否在廉价的51系列单片机中突破代码64K空间的限制而进行产品的开发呢？C51编译器的BANK模式正是为了解决此问题。作者通过对C51编译器BANK模式的使用，总结出一套该模式的使用方法。本文对这一使用方法进行说明，并对代码和数据混合使用BANK的特殊用法作了介绍。

2BANK的工作方式

C51的BANK模式对应用系统的代码存储器结构有特殊要求。图1为C51BANK模式下代码存储器的物理结构。

代码地址空间的上半部，以重叠BANK0的物理地址空间，硬件设计了n个存储器页面来存储程序代码。在任一时刻 BANK0～n中，只能有一个BANK处于激活状态。当BANKi处于激活状态时，其物理地址空间为BankBaseAddr～0xFFFF。只有当 BANK处于激活状态时，BANK中的程序代码才可以运行。为了寻址任意BANK中的过程代码， C51编译器为过程调用生成了如下的BANK地址：

Base地址是可变的，但为译码方便，一般选为 8000H。当某过程调用任一不在同一BANK中的其它过程时，BANK地址中的BANKNUMBER被送到切换BANK的译码电路，而16位的偏移地址被送往地址总线，从而实现不同BANK中的过程调用。下半部分的代码空间没有作BANK处理，它被称为ROOTBANK。这是因为C51编译器仅对过程调用产生BANK地址，而对于过程调用之外的所有其它部分如CONST等不产生BANK地址，ROOTBANK即用来存放这部分代码。除此之外， ROOTBANK一般还用来存放下列代码：C51的库函数、所有的变量初始化数据、中断服务程序代码、CSTARTUP代码。编译器总是以 NONBANK方式对这一类代码进行操作。

3使用C51BANK模式的步骤

假设软件已经按C51的大模式进行了设计，那么为了使用C51的BANK模式，要进行以下3个步骤的工作。

3.1设计硬件

C51的BANK模式需要硬件来支持。硬件必须设计适当的译码电路来支持存储器的页面结构。尽管C51编译系统可支持256个存储器BANK页面，但一般的应用系统4个～8个存储器页面即可满足设计要求。在确定了所需存储器页面的个数后，BANK页面的译码地址位也就确定了。假设译码的地址为n位，那么n与BANK页面数的关系满足式（1）。

2n≥最大所需的BANK页面数n取最小值（1）

支持页面结构存储器的译码电路，因使用存储器芯片的空间大小和片数多少的不同而不同。对于n位译码地址的锁存，则有两种方法，最为简单的方法是直接使用CPU多余的口线，若没有多余的口线可用，则需要使用第二种方法，即扩展锁存器对BANK译码地址进行锁存，这时锁存器的锁存地址既可以使用外部RAM空间译码产生，也可以用外部ROM空间译码产生，如使用 ROM空间译码产生,要注意地址不能与代码可能占用的地址空间冲突。

3.2写BANK模式的源程序

C51BANK模式下的源程序与大模式下的源程序没有太大区别，只是在BANK模式下要注意以下几点：

（1）合理规划代码空间

规划代码空间就是决定哪一部分代码放在ROOTBANK 中，哪一部分代码放在BANK中。前面已经提到，有几种类型代码是必须放在ROOTBANK中的，而对于其它代码来说，既可以放在BANK中，也可以放在 ROOTBANK，但为了提高系统的运行效率，对经常被调用的公共程序模块，应尽可能放在ROOTBANK中，以减少BANK的切换。而对于用汇编语言编写的程序模块，如果将其放在BANK中，则需要人工在汇编程序中添加对BANK切换的操作，这项工作非常繁琐，因此用汇编语言编写的程序模块，一般也放在 ROOTBANK中。

（2）检查源程序模块大小

任一个C程序模块，在编译时都要生成一个CODE段，而 linker不可能把一个模块的CODE分配到多个BANK中，因此每个程序模块的大小都必须小于或等于一个BANK空间，否则就要把一个程序模块分为两个或多个模块。只要不超出BANK的空间，linker可以把多个程序模块的代码放入一个BANK中，由此看出将每个程序模块最小化，便可以充分利用 BANK的空间资源。