AVR单片机存储器组织结构

AVR 系列单片机内部有三种类型的被独立编址的存储器，它们分别为：Flash 程序存储器、内部SRAM 数据存储器和EEPROM 数据存储器。
    Flash 存储器为1K～128K 字节，支持并行编程和串行下载,下载寿命通常可达10,000 次。由于AVR 指令都为16 位或32 位，程序计数器对它按字进行寻址，因此FLASH 存储器按字组织的，但在程序中访问 FLASH 存储区时专用指令LPM 可分别读取指定地址的高低字节。
    寄存器堆（R0～R31）、I/O 寄存器和SRAM 被统一编址。所以对寄存器和I/O 口的操作使用与访问内部SRAM 同样的指令。32 个通用寄存器被编址到最前,I/O 寄存器占用接下来的64 个地址。从0X0060 开始为内部SRAM。外部SRAM 被编址到内部SRAM 后。
    AVR 单片机的内部有64～4K 的EEPROM 数据存储器，它们被独立编址，按字节组织。擦写寿命可达100，000 次。

1. I/O 寄存器操作
    I/O 专用寄存器（SFR）被编址到与内部SRAM 同一个地址空间，为此对它的操作和SRAM 变量操作类似。
    SFR 定义文件的包含：
    #include
    io.h 文件在编译器包含路径下的avr 目录下，由于AVR 各器件间存在同名寄存器地址有不同的问题，io.h 文件不直接定义SFR 寄存器宏，它根据在命令行给出的 –mmcu 选项再包含合适的 ioxxxx.h 文件。在器件对应的ioxxxx.h 文件中定义了器件SFR 的预处理宏，在程序中直接对它赋值或引用的方式读写SFR，如：
    PORTB=0XFF;
    Val=PINB;
    从io.h 和其总包含的头文件sfr_defs.h 可以追溯宏PORTB 的原型在io2313.h 中定义：
    #define PORTB _SFR_IO8(0x18)
    在sfr_defs.h 中定义：
    #define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + 0x20)
    #define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr))
    这样PORTB=0XFF; 就等同于 *(volatile unsigned char *)(0x38)=0xff;
0x38 在器件AT90S2313 中PORTB 的地址对SFR 的定义宏进一步说明了SFR 与SRAM 操作的相同点。
    关键字volatile 确保本条指令不会因C 编译器的优化而被省略。

2. SRAM 内变量的使用
    一个没有其它属性修饰的 C 变量定义将被指定到内部SRAM，avr-libc 提供一个整数类型定义文件inttype.h，其中定义了常用的整数类型如下表：
    定义值长度（字节） 值范围
    int8_t 1 -128～127
    uint8_t 1 0～255
    int16_t 2 -32768～32767
    uint16_t 2 0～65535
    int32_t 4 -2147483648～2147483647
    uint32_t 4 0～4294967295
    int64_t 8 -9.22*10^18～-9.22*10^18
    uint64_t 8 0～1.844*10^19
    根据习惯，在程序中可使用以上的整数定义。定义、初始化和引用
如下示例：
    uint8_t val=8; 定义了一个SRAM 变量并初始化成8
    val=10; 改变变量值
    const uint8_t val=8; 定义SRAM 区常量
    register uint8_t val=10; 定义寄存器变量
3. 在程序中访问FLASH 程序存储器
    avr-libc 支持头文件：pgmspace.h
    #include < avr/pgmspace.h >
    在程序存储器内的数据定义使用关键字 __attribute__((__progmem__))。在pgmspace.h
中它被定义成符号 PROGMEM。
(1)． FLASH 区整数常量应用
定义格式：
数据类型 常量名 PROGMEM = 值 ;
如：
char val8 PROGMEM = 1 ;
int val16 PROGMEM = 1 ;
long val32 PROGMEM =1 ;
对于不同长度的整数类型 avr-libc 提供对应的读取函数：
pgm_read_byte(prog_void * addr)
pgm_read-word(prg_void *addr)
pgm_read_dword(prg_void* addr)
    另外在pgmspace.h 中定义的8 位整数类型 prog_char prog_uchar 分别指定在FLASH 内的8 位有符号整数和8 位无符号整数。应用方式如下：
char ram_val; //ram 内的变量
const prog_char flash_val = 1; //flash 内常量
ram_val=pgm_read_byte(&flash_val); //读flash 常量值到RAM 变量
    对于应用程序FLASH 常量是不可改变的，因此定义时加关键字const 是个好的习惯。
(2). FLASH 区数组应用：
定义：
const prog_uchar flash_array[] = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; //定义
另外一种形式
const unsigned char flash_array[] RROGMEM = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};
读取示例：
unsigend char I, ram_val;
for(I=0 ; I<10 ;I ++) // 循环读取每一字节
{
ram_val = pgm_read_byte(flash_array + I);
… … //处理
}
(3)．FLASH 区字符串常量的应用
全局定义形式：
const char flash_str[] PROGMEM = “Hello, world!”;
函数内定义形式：
const char *flash_str = PSTR(“Hello, world!”);
以下为一个FLASH 字符串应用示例
#include
#include
#include
const char flash_str1[] PROGMEM = “全局定义字符串”;
int main(void)
int I;
char *flash_str2=PSTR(“函数内定义字符串”);
while(1)
{
scanf(“%d”,&I);
printf_P(flash_str1);
printf(“/n”);
printf_P(flash_str2);
printf(“/n”);
}
}
4. EEPROM 数据存储器操作
    #include
    头文件声明了avr-libc 提供的操作EEPROM 存储器的API 函数。
    这些函数有：
eeprom_is_ready() //EEPROM 忙检测（返回EEWE 位）
eeprom_busy_wait() //查询等待EEPROM 准备就绪
uint8_t eeprom_read_byte (const uint8_t *addr) //从指定地址读一字节
uint16_t eeprom_read_word (const uint16_t *addr) //从指定地址一字
void eeprom_read_block (void *buf, const void *addr, size_t n) //读块
void eeprom_write_byte (uint8_t *addr, uint8_t val) //写一字节至指定地址
void eeprom_write_word (uint16_t *addr, uint16_t val) //写一字到指定地址
void eeprom_write_block (const void *buf, void *addr, size_t n)//写块
在程序中对EEPROM 操作有两种方式
方式一：直接指定EERPOM 地址
示例：

#include
#include
int main(void)
{
unsigned char val;
eeprom_busy_wait(); //等待EEPROM 读写就绪
eeprom_write_byte(0,0xaa); //将0xaa 写入到EEPORM 0 地址处
eeprom_busy_wait();
val=eeprom_read_byte(0); //从EEPROM 0 地址处读取一字节赋给RAM 变量val
while(1);
}
方式二：先定义EEPROM 区变量法
示例：
#include
#include
unsigned char val1 __attribute__((section(".eeprom")));//EEPROM 变量定义方式
int main(void)
{
unsigned char val2;
eeprom_busy_wait();
eeprom_write_byte (&val1, 0xAA);
eeprom_busy_wait();
val2 = eeprom_read_byte(&val1);
while(1);
}
    在这种方式下变量在EEPROM 存储器内的具体地址由编译器自动分配。相对方式一，数据在EEPROM 中的具体位置是不透明的。为EEPROM 变量赋的初始值，编译时被分配到.eeprom 段中,可用avr-objcopy 工具从.elf 文件中提取并产生ihex 或binary 等格式的文件。