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STM32入門系列-使用C語言封裝寄存器
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前面介紹了存儲器映射、寄存器和寄存器映射，這些都是為了介紹使用 C語言封裝寄存器做鋪墊。這里我們通過一個(gè)實(shí)例來對 C 語言封裝寄存器進(jìn)行介紹。
具體實(shí)例：控制 GPIOC 端口的第 0 管腳輸出一個(gè)低電平。首先我們需要知道GPIOC 端口外設(shè)是掛接在哪個(gè)總線上的，然后根據(jù)總線基地址和本身的偏移地址得到 GPIOC 外設(shè)基地址，最后通過這個(gè)外設(shè)基地址得到里面各種寄存器基地址。
總線和外設(shè)基地址封裝
根據(jù)寄存器的概念，我們可以使用 C 語言中的宏定義對寄存器進(jìn)行定義。具體代碼如下：
//定義外設(shè)基地址
#define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000) 1)
//定義 APB2 總線基地址
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000) 2)
//定義 GPIOC 外設(shè)基地址
#define GPIOC_BASE (AHB1PERIPH_BASE + 0x0800) 3)
//定義寄存器基地址 這里以 GPIOC 為例
#define GPIOC_CRL *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x00) 4)
#define GPIOC_CRH *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x04)
#define GPIOC_IDR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x08)
#define GPIOC_ODR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x0C)
#define GPIOC_BSRR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x10)
#define GPIOC_BRR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x14)
#define GPIOC_LCKR *(unsigned int*)(GPIOC_BASE+0x18)
上述代碼中我們在后面?zhèn)渥⒘藬?shù)字，下面對其進(jìn)行簡單介紹下其功能：
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定義外設(shè)的基地址，這個(gè)地址也是 Block2 的基地址。
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定義 APB2 總線基地址，因?yàn)?Block2 的第一個(gè)總線是 APB1，而 APB2 總線地址只需要加上對應(yīng)的地址偏移量即可。
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定義 GPIO 外設(shè)基地址，因?yàn)?GPIOC 是掛接在 APB2 總線上的，所以找到對應(yīng)的端口地址偏移量即可知道 GPIOC 端口基地址。
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定義 GPIO 外設(shè)寄存器基地址，這里以 GPIOC 端口為例，因GPIOC_CRL是 GPIOC 外設(shè)的第一個(gè)寄存器，所以基地址就是 GPIOC 地址，其他寄存器地址只需要在 GPIOC 基地址上加上相應(yīng)的偏移量即可。
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我們得到了寄存器具體的地址，那么就可以使用 C 語言指針來操作讀寫。例如我們需要 GPIOC0 輸出一個(gè)低電平或者高電平，可以使用下面語句來操作。
//控制 GPIOC 第 0 管腳輸出一個(gè)低電平
GPIOC_BSRR = (0x01<<(16+0));
//控制 GPIOC 第 0 管腳輸出一個(gè)高電平
GPIOC_BSRR = (0x01<<0);
我們知道 GPIOC_BSRR 的值是這個(gè)寄存器的地址，但是編譯器不知道它是地址，而是把它當(dāng)做立即數(shù)，所以我們必須要強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為（unsigned int *）指針類型才可以對其操作，這一點(diǎn)特別要注意。嵌入式物聯(lián)網(wǎng)智能硬件等系統(tǒng)學(xué)習(xí)企鵝意義氣嗚嗚吧久零就易，然后再在前面加上一個(gè)“*”作取指針操作，表示對該地址內(nèi)內(nèi)容進(jìn)行寫，讀操作也同樣使用“*”取指針操作。如下：
unsigned int temp;
temp =GPIOC_IDR;
將寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)保存在變量 temp 中，使用到變量時(shí)一定要進(jìn)行定義。
寄存器封裝
通過前面講解，我們已經(jīng)可以對寄存器進(jìn)行操作，但是還稍有不足，因?yàn)镾TM32的GPIO比較多， 我們不可能每使用一個(gè)GPIO都做前面一樣的一大堆定義。根據(jù)GPIO寄存器的特點(diǎn)，我們知道不論GPIOA還是GPIOB等都擁有一組功能相同的寄存器，如GPIOA_ODR/GPIOB_ODR/GPIOC_ODR等等，它們只是地址不一樣。
為了更方便地訪問寄存器，我們引入C語言中的結(jié)構(gòu)體對寄存器進(jìn)行封裝，具體代碼如下：
typedef unsigned int uint32_t; /*無符號 32 位變量*/
typedef unsigned short int uint16_t; /*無符號 16 位變量*/
/* GPIO 寄存器列表 */
typedef struct
{
uint32_t CRL; /*GPIO 端口配置低寄存器 地址偏移: 0x00 */
uint32_t CRH; /*GPIO 端口配置高寄存器 地址偏移: 0x04 */
uint32_t IDR; /*GPIO 數(shù)據(jù)輸入寄存器 地址偏移: 0x08 */
uint32_t ODR; /*GPIO 數(shù)據(jù)輸出寄存器 地址偏移: 0x0C */
uint32_t BSRR; /*GPIO 位設(shè)置/清除寄存器 地址偏移: 0x10 */
uint32_t BRR; /*GPIO 端口位清除寄存器 地址偏移: 0x14 */
uint16_t LCKR; /*GPIO 端口配置鎖定寄存器 地址偏移: 0x18 */
}GPIO_TypeDef;
這段代碼用 typedef 關(guān)鍵字聲明了名為GPIO_TypeDef的結(jié)構(gòu)體類型，結(jié)構(gòu)體內(nèi)有7 個(gè)成員變量，變量名正好對應(yīng)寄存器的名字。C 語言的語法規(guī)定，結(jié)構(gòu)體內(nèi)變量的存儲空間是連續(xù)的，其中32位的變量占用4個(gè)字節(jié)，16 位的變量占用2個(gè)字節(jié)。
于是，我們定義的GPIO_TypeDef，假如這個(gè)結(jié)構(gòu)體的首地址為0x4001 1000（這也是第一個(gè)成員變量 CRL的地址），那么結(jié)構(gòu)體中第二個(gè)成員變量CRH的地址即為0x4001 1000 +0x04，加上的這個(gè)0x04，正是代表CRH所占用的4個(gè)字節(jié)地址的偏移量，其它成員變量相對于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移，在上述代碼右側(cè)注釋已給出。
這樣的地址偏移與STM32 GPIO外設(shè)定義的寄存器地址偏移一一對應(yīng)，只要給結(jié)構(gòu)體設(shè)置好首地址，就能把結(jié)構(gòu)體內(nèi)成員的地址確定下來，然后就能以結(jié)構(gòu)體的形式訪問寄存器了，比如我們還是將GPIOC0輸出低電平，具體代碼如下：
GPIO_TypeDef * GPIOx; //定義一個(gè)GPIO_TypeDef型結(jié)構(gòu)體指針GPIOx
GPIOx = GPIOC_BASE; //把指針地址設(shè)置為宏 GPIOC_BASE 地址
GPIOx->BSRR =(1<<(16+0)); //通過指針訪問并修改 GPIOC_BSRR 寄存器
這段代碼先用GPIO_TypeDef類型定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針GPIOx，并讓指針指向GPIOC基地址GPIOC_BASE，地址確定下來，然后根據(jù)C語言訪問結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容，用GPIOx->BSRR寫寄存器。為了操作更簡便靈活，我們直接使用宏定義好GPIO_TypeDef類型的指針，而且指針指向各個(gè)GPIO端口的首地址，使用時(shí)我們直接用該宏訪問寄存器即可。具體代碼如下：
#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
GPIOC->BSRR = (1<<(16+0));
我們這里僅僅以GPIO這個(gè)外設(shè)為例，給大家講解了如何使用C語言對寄存器封裝，對于其他的外設(shè)也是使用同樣方法。其實(shí)到了后面的實(shí)驗(yàn)程序的編寫，我們都是使用ST公司提供的固件庫，他們把STM32所有外設(shè)都已經(jīng)封裝好了，我們只需要調(diào)用即可。 我們這里分析這個(gè)封裝過程只是想讓大家更加清楚理解如何使用C來封裝寄存器的。
