单片机是我们日常生活中无处不在的微型计算机，负责各种设备的智能控制。想要理解单片机的工作原理，关键之一是理解其存储器映射和程序地址的概念。想象一下，如果把单片机比作一个复杂的城市，那么存储器映射就像是这个城市的详细地图，而程序地址的固化则类似于城市中每个建筑的固定邮政地址。这篇指南旨在帮助初学者不仅理解这个“电子城市”的布局，还能学会如何在其中导航。
什么是单片机？
单片机（Microcontroller Unit, MCU）是一种集成了处理器、内存和输入/输出控制器在一个单芯片上的微型计算机。处理器像是市政中心，控制整个系统的运作；内存是存储信息的图书馆；I/O端口则是与外界连接的交通枢纽。它们通常用于控制其他设备或机器的操作，如遥控器、汽车引擎和家用电器。
核心组件
- 处理器：处理指令、决策中心。
- 内存：分为程序存储器和数据存储器，分别存储代码和数据。
- I/O端口：设备通信的通道。
- 特殊功能寄存器：控制特定操作的政府机构。
存储器映射：城市的地图
存储器映射定义了单片机中不同类型存储器的地址范围，就像城市地图上的不同区域，我们可以将不同类型的存储器想象为城市中的特定区域和建筑，每个都有其独特的作用和地址。
存储器映射是什么？
存储器映射是单片机中用于定义存储器地址分配的一种机制。简单来说，它决定了单片机的哪些部分用于存储不同类型的数据或程序代码。存储器映射对于指导程序员如何在程序中引用和操作内存至关重要。了解存储器映射，程序员可以精确地访问单片机的不同部分，如读取传感器数据或控制电机。
存储器映射中的存储器是什么？
最开始接触这个概念，可能是我想的比较跳跃，这个存储器到底是啥东西，单片机的ROM还是RAM，是把地址映射到ROM/RAM中进行存储了吗，最后发现想反了，实际是把地址“分配“给了组成存储器的几部分：RAM、ROM、外围接口、外围设备寄存器，分配地址后就相当于有了地址簿。单片机本体相当于城市，“每家每户”地址确定好了的，固件中的地址映射文件就相当于地址簿。
- RAM（随机存取存储器） – 居住区：将RAM比作城市中的居住区。这里的房屋和公寓像临时存储空间一样，可以存放居民（数据）一段时间，但如果居民搬走（断电），房间就会变空；
- ROM/Flash存储器 – 图书馆/市档案馆：ROM或Flash存储器可以类比为城市中的图书馆或市档案馆。这里保存着重要的文档和资料（程序和永久数据），即使城市关闭（断电），这些文档仍然安全保存；
- 外围接口 – 交通系统：外围接口（如SPI, I2C端口）可以比作城市的交通系统，如公交、地铁或火车站。它们不存储人（数据），但提供了将人从一个地方（设备）移动到另一个地方（MCU或其他设备）的途径；
- 外围设备寄存器 – 政府办公室/服务中心：外围设备的寄存器就像城市中的政府办公室或服务中心。这里不直接存放居民（数据），而是处理居民请求、存储政策和规定，控制城市的各种服务和功能；
外围接口和设备寄存器被视为非传统意义上的存储器
程序地址的固化：确立邮政地址
在单片机设计时，存储器的地址被固化，也就是确认好的，你拿到的芯片地址就固定了，这意味着程序员在编写代码时必须遵循这些预设的地址。当编写程序时，程序员会使用这些固化地址来访问特定的内存区域或控制器，就像邮递员准确地投递邮件到指定地址。
固化地址的例子
例如，一个单片机可能将地址0x0000到0x1FFF固化为程序存储区（存放程序代码），而将0x2000到0x2FFF固化为数据存储区（存放运行时数据）。
如何在程序中使用这些地址
使用预定义的地址
编写单片机程序时，程序员会使用这些预定义的地址来引用特定的内存区域。这就像是在城市地图上找到特定地点的具体地址。
头文件和源代码文件
在单片机编程中，通常使用两种类型的文件：头文件（.h）和源代码文件（.c或.cpp）。
- 头文件：包含了存储器地址的定义，函数声明和宏。这些文件就像是单片机功能的目录，告诉程序在哪里可以找到每个功能。
- 源代码文件：包含具体实现这些功能的代码。这些文件就像是使用指南，告诉单片机如何执行特定的任务。
实际应用
例如，如果要控制一个连接到特定引脚的LED灯，程序员会在头文件中找到那个引脚的地址定义，然后在源代码文件中编写控制该引脚的代码，以点亮或熄灭LED灯。
结论
理解单片机的存储器映射和程序地址的固化是学习单片机编程的基础。这不仅涉及到如何在程序中引用特定的内存地址，还包括如何通过结构化的代码文件（头文件和源代码文件）组织和实现程序逻辑。对于初学者来说，掌握这些基本概念是实现有效和高效单片机编程的第一步。