单片机可以从Flash中直接运行代码的原理

单片机可以从Flash中直接运行代码的原理

探讨单片机直接运行代码的原理

在计算机架构中，CPU从程序或应用程序中获取指令并执行计算。这个过程包含三个关键阶段：提取、解码和执行。提取阶段从RAM中获取指令，解码阶段理解指令的实际内容，执行阶段由CPU的相关部分执行指令。

然而，CPU从ROM读取指令的说法适用于传统PC的处理器。单片机（MCU）在执行程序时，从Flash中直接运行代码，而无需将指令加载到RAM中。

关键原理在于XIP（eXecute In Place），即芯片内执行。这允许CPU直接从存储器读取程序代码执行，无需内存加载。程序代码可直接在Flash内运行，无需占用内存，降低内存需求。

NOR Flash能够支持片内执行，因为它符合CPU取指令、译码和执行的要求。当CPU提供地址时，NOR Flash直接提供数据供CPU执行，无需额外处理。

对于Cortex-M3内核的单片机，其内部Flash通过AHB总线连接，指令和数据访问通过AHB完成。预取模块用于通过ICode总线读取指令。通过ICode总线，CPU直接从片内Flash读取指令。某些单片机提供指令预取缓冲区，以提高程序执行速度。

在STM32单片机中，预取缓冲区大小为64位，每次复位自动打开。预取缓冲区的存在使CPU可以以更高的主频运行，每次取指最多为32位的字，提高了CPU获取指令的效率和执行指令的速度。

51单片机不支持指令预取缓冲区，通过XIP技术直接从Flash中读取指令，接着进行译码和运行。

嵌入式系统中的代码执行方式包括三种主要方式：从RAM中执行、从ROM中执行和从Flash中执行。

深入探讨程序执行原理，期待与您一起探讨。2024-10-26