【ARM】PK51关于内存模式的解析与选择

1、 文档目标

在8051微控制器的开发环境中，Keil C51编译器提供了三种内存模型(Small、Compact、Large)，分别对应不同的存储器分配策略。这些模型直接影响程序的性能、代码密度和内存使用效率。本文将从技术原理、应用场景、性能权衡及设计选择策略四个维度展开分析，为开发者提供系统化的决策框架。

2、 问题场景

在PK51中有三种内存模型可以进行选择，但是这三种内存模型的具体作用以及应用场景大部分工程师都不太清楚。

图2-1

3、软硬件环境

1）、软件版本：Keil PK51 9.60

2）、电脑环境：Windows 11

3）、外设硬件：无

4、解决方法

1）、在PK51中一共有三个内存模型：

（1）、“Small : variables in DATA”：在这个模型中，默认情况下，所有变量都驻留在8051系统的内部数据内存中，就像显式地使用数据内存类型说明符声明了它们一样。在这种内存模型中，变量访问是非常高效的。但所有对象(没有显式位于另一个内存区)和栈都必须能够装入内部物理内存。栈大小至关重要，因为使用的栈空间依赖于各种函数的嵌套深度。通常，如果链接器被配置为覆盖内部数据内存中的变量，那么Small内存模型是最好的模型。

（2）、”Compact : variables in PDATA“：默认情况下，使用Compact模型时，所有变量都驻留在8051系统的外部数据内存的一页中，就像显式地使用pdata内存类型说明符声明的那样。这个内存模型最多可以容纳256字节的变量。这种限制是由于所使用的寻址方案是间接通过寄存器R0和R1 (@R0， @R1)。这种内存模型没有Small模型高效，变量访问也没有Small模型快。然而，Compact模型比Large模型更快。在使用Compact模型时，C51编译器使用@R0和@R1操作数的指令访问外部内存。R0和R1是字节寄存器，只提供地址的低位字节。如果您的目标硬件有超过256字节的外部内存，高位地址字节(或页)由大多数8051设备的端口2提供。必须使用适当的外部内存页(在启动代码中)初始化端口2，并且必须指定链接器PDATA的起始地址。

（3）、“Large : variables in XDATA：”：在Large模型中，默认情况下，所有变量都驻留在外部数据内存中(最高可达64K字节)。这与使用xdata内存类型说明符显式声明它们是一样的。数据指针(DPTR)用于外部内存寻址。需要注意的是，通过数据指针访问内存的效率很低，而且速度很慢，特别是对于两个或两个以上字节长的变量。这种类型的数据访问机制比small model或compact model生成更多的代码。

2）、这三种内存模型的主要差别就是代码大小和变量存储上，如图4-2所示。在代码大小上Large>Compact>Small。而且在Small模型下，大部分的数据存储在Data段，在Compact和Large模型中就存储到XData段了。

图4-2