有不少人问到:flash连接CPU时,根据不同的数据宽度,比如16位的NOR FLASH (A0-A19),处理器的地址线要(A1-A20)左移偏1位。为什么要偏1位?

(全文有点晦涩,建议收藏本文对照着1期MMU视频阅读)



从软件和CPU的角度而言,一个地址对应一个字节,就是8位数据。这是肯定的,不要怀疑这点。



对于具体器件而言,它的位宽是一定的,所谓位宽,指的是“读/写操作时,最小的数据单元”──别说最小单元是“位”,一般设备上没有单独的“位操作”,修改位时通过把整个字节、字或双字读出来、修改,再回写。



CPU的地址线(A0-A20)对应的最小数据单元是字节,即8位;

而位宽为16的NOR FLASH的地址线(A0-A19)对应的最小数据单元是16位。

这两个怎么对应起来?



如果说外设的位宽是16,难道我们写程序时会“特意”以16位进行操作吗?不用的,我们写程序时根本不用管外设位宽是8、16还是32。



仔细想想,其实是可以想通的:既然CPU、外设NOR FLASH的最小读/写单元已经固定,那么肯定就是CPUNORFLASH之间有个中间层,它来做处理:

这个中间层被称为“Memory Controller”,CPU要进行读写操作时,“Memory Controller”根据NOR FLASH的位宽,每次总是读/写16位数据。

以读操作为例:

CPU想进行8位操作时,它选择其中的8位返回给CPU;

CPU想进行16位操作时,它直接把这16位数据返回给CPU;

CPU想进行32位操作时,它发起2次读/写,把结果组合成32位返回给CPU。



现在的连线是:CPU的(A1-A20)接到 16位的NOR FLASH(A0-A19),即CPU的A0不接──这说明:不管A00还是1NOR FLASH接收到的地址是一样的

CPU发出地址0bxxxxxxxxx0、0bxxxxxxxxx1时,NOR FLASH看到的都是0bxxxxxxxxx,返回给“Memory Controller”的都是同一个16位数据。

再由“Memory Controller”选择其中的低8位或高8位给CPU。



“Memory Controller”会帮助我们做这些事情,举例为证:

1. 软件要读取地址0上的8位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000000的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000000

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第1个“最小数据单元” 

③ “Memory
Controller”读入这个16位数据

④ “Memory Controller”把这个16位数据的低8位返回给CPU,这就是一个8位数据。



2. 软件要读取地址1上的8位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000001的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000000

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第1个“最小数据单元” 

③ “Memory Controller”读入这个16位数据

④ “Memory Controller”把这个16位数据的高8位返回给CPU,这就是一个8位数据。



3. 软件要读取地址2上的8位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000010的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000001

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第2个“最小数据单元” 

③ “Memory Controller”读入这个16位数据

④ “Memory Controller”把这个16位数据的低8位返回给CPU,这就是一个8位数据。



4. 软件要读取地址3上的8位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000011的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000001

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第2个“最小数据单元” 

③ “Memory Controller”读入这个16位数据

④ “Memory Controller”把这个16位数据的高8位返回给CPU,这就是一个8位数据。



5. 软件要读取地址0和1上的16位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000000的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000000

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NOR FLASH中的第1个“最小数据单元”

③ “Memory Controller”读入这个16位数据

④ “Memory Controller”把这个16位数据返回给CPU



6. 软件要读取地址2和3上的16位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000010的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000001

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第2个“最小数据单元” 

③ “Memory Controller”读入这个16位数据

④ “Memory Controller”把这个16位数据返回给CPU



7. 软件要读取地址0、1、2、3上的32位数据时,硬件是这样进行的:

① “Memory Controller”发出0b000000000000000000000的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000000

② NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第1个“最小数据单元” 

③ “Memory Controller”读入这个16位数据

   

④ “Memory Controller”发出0b000000000000000000010的地址信号,NOR FLASH的A0-A19线上的信号是:0b00000000000000000001

⑤ NOR FLASH在数据总线D0~D15上提供一个16位的数据,这是NORFLASH中的第2个“最小数据单元” 

⑥ “Memory Controller”读入这个16位数据

⑦ “Memory Controller”把两个16位的数据组合成一个32位的数据,返回给CPU。

   

从1~7可知:

① 对于软件而言,它不知道底下发生了什么事,它只管结果

读取地址0的8位数据,就得到了一个8位数据;读取地址1的8位数据,就得到另一个紧挨着的8位数据,读取地址0开始的16位数据,就得到了一个16位数据;读取地址2开始的16位数据,就得到另一个紧挨着的16位数据,读取地址0开始的32位数据,就得到了一个32位数据;读取地址4开始的32位数据,就得到另一个紧挨着的32位数据

② 对于NOR FLASH,它只按照A0-A19地址线,提供16位数据,才不管软件要的是8位、16位,还是32位呢。

③“Memory Controller”完成了这些位宽之间的数据选择、合并。





所以:

外设位宽是8时,CPU的A0~AXX与外设的A0~AXX直接相连

外设位宽是16时,CPU的A1~AXX与外设的A0~AYY直接相连,表示不管CPU的A0是0还是1,外设看到的都是同一个地址,对应16位的数据,“Memory Controller”对数据进行选择或组合,再提供给CPU。

外设位宽是32时,CPU的A2~AXX与外设的A0~AZZ直接相连,表示不管CPU的A0A1是00,01,10还是11,外设看到的都是同一个地址,对应32位的数据,“Memory Controller”对数据进行选择或组合,再提供给CPU。

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