AVR单片机Atmega128外扩RAM

由于AVR系列单片机采用的是内部外部RAM统一编址，ATmega128工作在非ATmega 103模式时具有4k+256B的包括寄存器文件（通用工作寄存器）、I/O寄存器、扩展I/O寄存器和内部SRAM的连续内部存储空间。所以在扩展外部RAM时，和内部SRAM地址重叠的外部RAM地址是不能直接访问的。也就是说扩展的外部RAM每64k要浪费掉内部SRAM那么大的空间（AT90系列如此）。所幸的是mega系列解决了这一缺点，专门有一个寄存器XMCRB用来解决对与内部SRAM地址空间相同地址的外部RAM访问。其低三位XMM2 、XMM1 、XMM0三位的设置，决定高位地址线PC口的哪些口线被释放为普通I/O，而不是作为高位地址。这样就可以巧妙地屏蔽高位，就ATmega128而言，要避开内部的4k+245B空间,注意到,只要所访问的地址范围大于0X1100(且MCUCR,XMCRA设置正确),那么所访问的就是外部RAM空间。所以在访问小于4k+245B的外部地址时，只要使地址大于0X10FF就可以访问了。0X1100用二进制表示为：0001，0001，0000，0000，高位地址线PC5、PC6、PC7没有使用到。在访问的时候就可设置XMCRB的XMM1、XMM0位为1，释放该三根地址线为普通I/O，将其设为输出。并且输出0；并在外部地址加上一个虚地址以使地址超过0X1100，如此设置，就可以访问外部0X0000～0X10FF空间了。超出这个空间，CPU就自动将其识别为外部相应的地址了，不用设置XMCRB寄存器（即不需释放任何总线），也不需加虚地址，按照正常外部RAM访问即可。在此约定所加的虚地址为0X2000，XMCRB寄存器设置为****，*011，所释放的地址线输出0。

表1　0－0X10FF范围的寄存器状态和寻址范围（略）

表2　各寻址范围地址线和寄存器状态表（略）

表3　各寻址范围地址线和寄存器状态表（略）

比如要访问外部0X0200地址，用二进制表示为0000，0010，0000，0000。其中有6位高地址没有使用。按照约定设置XMCRB寄存器的为****，*011，并设置释放的PC5、PC6、PC7为输出，并输出0。为屏蔽内部RAM，在地址上加0X2000，所以在指令中使用的目标地址就是0X2200，二进制表示为：0010，0010，0000，0000；在指令中,CPU是把0X2200作为外部RAM 地址访问的（因为它大于0X10FF），并且输出的地址也是按照0X2200向外部RAM输出的。但是由于XMCRB的设置使PC5-PC7地址线被释放为普通I/O口，并且同时设置它们为输出状态，输出均为0。所以在执行访问指令时，PC5以上的地址根本就不起实际作用，0X2200只是一个虚地址，而实际指向的是外部RAM中的0000，0010。0000，0000。这样就"骗"过了CPU，对与内部0～0X10FF重叠编址的外部RAM地址成功进行了访问。当然，当外部RAM的地址大于0X10FF的时候，就可以不使用XMCRB寄存器，而直接进行访问了。表1列出了0～0X10FF范围的寄存器状态和寻址范围（采用加0X2000虚地址方法）：

1. "*"表示该位对寻址操作无影响;"？"表示保留位；

2. XMCRA的设置，使整个外部0～0X10FF 空间的RAM被看成是一个部分，并且在访问它时产生两个周期的等待；

3. XMCRB的设置，表示在对该地址范围进行寻址时，使能总线保持，并且释放PC5、PC6、PC7三根高位地址线为普通I/O，并且输出0。
8位单片机的可寻址范围为64k，但是如果加上真实I/O口作为地址线，可寻址范围就大得多了。就本系统设计而言，以PD口的PD0、PD1、PD2作为地址线A16、A17、A18，另外再使用PD3和PD4分别作为两片512的片选信号，可寻址范围可扩展到1M。在寻址0X1100～0XFFFF 64K范围内时，可以在使相应的512片选有效高的同时将三位地址A16、A17、A18置低，就可在64K范围内正常寻址；在此范围之外寻址时，需要对A16、A17、A18三个地址线进行相关操作。表2、表3列出了不同寻址范围A16、A17、A18的状态以及寻址范围：

1. "*"表示该位与该范围内的寻址操作无关；"？"表示保留位；
2. 表2表示在每个个64K寻址范围中的0X1100～0XFFFF空间，0～0X10FF空间将按照表3所示的虚地址方式寻址；

3. XMCRA的设置，使整个外部0～0X10FF 空间的RAM被看成是一个部分，并且在访问它时产生两个周期的等待；

4. 表2的XMCRB的设置，使在对该地址范围进行寻址时，使能总线保持；并不释放任何地址线；而表三表示释放PC5、PC6、PC7三位高地址线作为普通I/O，并且输出0；

5. 表3中对外部SRAM的访问，是按照先前的约定，采用增加0X2000虚地址。