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AVR存储器简介:
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: 1、Flash 程序存储器(即:程序存储空间、闪存) 2、SRAM 数据存储器(即:动态内存) 3、EEPROM 数据存储器 单片机采用哈弗结构,将程序存储器和数据存储器分开,而数据存储器RAM通常比较小,而程序存储器Flash空间比较大,因此就需要将占用空间较大的不需要改变的数据放在Flash中。 比如需要单片机支持LCD显示文字,就需要一个庞大的字体库,可达到几kb,这么大的数据量放在RAM中是不合适的,只能放在Flash中。 pgmspace.h就提供了与之相关的读写操作。 问题导引: 编译Arduino程序时,会提示: 项目使用了 656 字节,占用了 (0%) 程序存储空间。最大为 253952 字节。 全局变量使用了9字节,(0%)的动态内存,余留8183字节局部变量。最大为8192字节。 而我们编译时经常遇到的问题是: 项目使用了 4756 字节,占用了 (15%) 程序存储空间。最大为 30720 字节。 全局变量使用了2246字节,(109%)的动态内存,余留-198字节局部变量。最大为2048字节。 没有足够的内存; 编译时出错。 【程序存储空间】剩余很多,而【动态内存】不足,导致无法成功写入。这个问题往往出现在声明了数据“较大”的常量特别是数组的情况下。 解决方案: 为解决这个问题,我们可以将本来应该写到【动态内存】的常量,写入【程序存储空间】,以达到节约【动态内存】空间的目的。 定义全局常量时,使用 PROGMEM 关键字,或使用 PROGMEM 数据类型,告诉编译器 “ 把这个信息存到程序存储空间 ”,而不是存到“ 动态内存 ”。 PROGMEM 关键字(或数据类型)使用到的库:pgmspace.h #include 1 数据定义: const dataType variableName [] PROGMEM = {data0,data1,data3 ...}; // dataType- 任何变量类型 // variableName- 数据数组的名称 程序存储空间FLASH是不可改变的,因此定义时加关键字const 是个好的习惯。 1、作为【全局】常量时,直接使用 PROGMEM 关键字即可, PROGMEM 关键字的位置比较随意,但为了Arduino早期版本的兼容性,推荐放到后面。如: const char str1[] PROGMEM = "Hi, I would like to tell you a bit about myself.n" const PROGMEM char str2[] = "Hi, I would like to tell you a bit about myself.n" PROGMEM const char str3[] = "Hi, I would like to tell you a bit about myself.n" 2、作为【局部】常量时,需要配合 static 关键字使用,如: const static char flash_str[] PROGMEM = "Hi, I would like to tell you a bit about myself.n" 1 3、另外一种定义形式,不用 PROGMEM 关键字,而是直接用 PROGMEM 数据类型,如: const prog_char flash_str[] = "Hi, I would like to tell you a bit about myself.n" 1 4、字符串常量的定义 // 全局定义形式: const char flash_str[] PROGMEM = “Hello, world!”; // 函数内定义形式: /* pgmspace.h提供了一个宏 PSTR 用来申明Flash中的字符串: # define PSTR(s) ((const PROGMEM char *)(s)) 所以,函数内可以采用下面的定义形式:*/ const char *flash_str = PSTR(“Hello, world!”); // 以下为应用示例: const char flash_str1[] PROGMEM = “全局定义字符串”; int main(void) { char *flash_str2=PSTR(“函数内定义字符串”); printf_P(flash_str1); printf_P(flash_str2); } 数据读取: 到这里,我们的程序还不能正常工作。 因为当你向一个函数传递指向Flash的指针时,它会认为这是指向RAM的指针,从而在RAM中寻找数据,使得程序出错。 所以还需要专门的函数来处理指向Flash的指针。 数据保存到程序存储空间后,需要特殊的方法(函数)来读取: 1、非数组常量的读取方法 char ram_val; //存到 ram 内的变量 const PROGMEM flash_val = 1; // 存到 flash 内的常量 // 读取 ram_val = pgm_read_byte( &flash_val ); // 读 flash 常量值到 RAM 变量,参数使用【地址&】传递。 2、数组常量的读取方法 char displayInt; const char charSet [] RROGMEM = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}; // 读取 for (int i = 0; i < 10; i++) { displayInt = pgm_read_byte(charSet + i); // 第一种方法 displayInt = pgm_read_byte(&charSet); // 第二种方法 } 3、字符串复制方法 strcpy_P 函数负责从【程序存储空间】复制一个字符串到【动态内存】缓冲区"buffer"。 注意:复制时要确保缓冲区足够大。 char buffer[30]; // 方式一 strcpy_P(buffer,PSTR("dGltQuY29trn")); // 方式二 const char string_0[] PROGMEM = "This is a String"; strcpy_P(buffer, (char *)pgm_read_word(&string_0)); 相关的处理函数: // 数据读取函数 pgm_read_byte(addr) pgm_read_word(addr) pgm_read_dword(addr) pgm_read_float(addr) pgm_read_ptr(addr) // 字符串处理函数 void *memcpy_P(void *, const void *, size_t); char *strcat_P(char *, const char *); int strcmp_P(const char *, const char *); char *strcpy_P(char *, const char *); 可以看到,字符串处理函数与标准处理函数一样,只是以_P结尾,它们的功能也是一样的。 看这一句代码: strcmp_P("ram item", PSTR("flash item")); 这句代码用来比较两个字符串,第一个字符串”ram item”是申明在RAM中的,第二个字符串”flash item”通过宏PSTR申明在Flash中。 关于使用F()宏: 通常我们都使用如下语句,进行串口输出: Serial.print("Write something on the Serial Monitor"); 1 但这样使用,每次调用时,都会先将数据保存在【动态内存】中。 当我们要输出长的字符串时,就会占用很多的【动态内存】空间。 使用 F() 就可以很好的解决这个问题,F() 可以将字符串轻松的保存在FLASH中。 Serial.print(F("Write something on the Serial Monitor that is stored in FLASH")); 1 关于数据读取 1、对于Flash中数组的处理,pgmspace.h也提供了几个宏: pgm_read_byte(addr) pgm_read_word(addr) pgm_read_dword(addr) pgm_read_float(addr) pgm_read_ptr(add) 分别用来读取地址addr处的1、2、4个字节和读取浮点数。 考虑这样一个问题,Flash中保存着若干个字符串,每个字符串的地址又以数组形式保存在Flash中,即: const char *s1 PROGMEM = "s1";const char *s2 PROGMEM = "s2";const char* strPointer[] PROGMEM = {s1, s2}; 1 要如何比较s1和s2呢? 首先需要读取两个字符串的地址,然后通过strcmp_P函数来比较字符串。 要注意,这两个指针都是16位的,而不是8位! 所以,代码应该是: strcmp_P(pgm_read_word(&strPointer[0]),pgm_read_word(&strPointer[1])); 1 编译器会对这样的代码给出一个警告,因为pgm_read_byte()得到的是16位整形,而从函数原型中可以看到,函数需要的是指针,可以用两种方法消除这个警告: (1)强制类型转换 strcmp_P(pgm_read_word((char*)&strPointer[0]), (char*)pgm_read_word(&strPointer[1])); 1 (2)使用另一个宏 strcmp_P(pgm_read_ptr(&strPointer[0]), pgm_read_ptr(&strPointer[1])); 1 2、读取数据的问题 之前说到,指针是16位的,能寻址64kB的地址空间。 而在AVR的有些芯片上比如mega2560,Flash空间为256kB,超过64kB的空间将如何寻址呢? pgmspace.h提供了两种Flash寻址的宏: 一种是采用16位地址的短地址寻址,最多寻址64kB: pgm_read_byte_near(address_short) pgm_read_word_near(address_short) pgm_read_dword_near(address_short) pgm_read_float_near(address_short) pgm_read_ptr_near(address_short) 另一种是采用32位地址的长地址寻址,最多寻址4GB空间: pgm_read_byte_far(address_short) pgm_read_word_far(address_short) pgm_read_dword_far(address_short) pgm_read_float_far(address_short) pgm_read_ptr_faraddress_short) 两种寻址在性能上有所差别,短地址寻址速度要快很多,而且64kB也足够使用了,因此默认使用短地址寻址: #define pgm_read_byte(address_short) pgm_read_byte_near(address_short) #define pgm_read_word(address_short) pgm_read_word_near(address_short) #define pgm_read_dword(address_short) pgm_read_dword_near(address_short) #define pgm_read_float(address_short) pgm_read_float_near(address_short) #define pgm_read_ptr(address_short) pgm_read_ptr_near(address_short) 当必须寻址超过64kB空间时,可以手动的使用长地址寻址。 |
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