5 . 如何用c语言封装寄存器

Posted 2022-12-08 技术世界低调点儿

前面我们介绍了存储器映射、寄存器和寄存器映射，这些都是为使用 C语言封装寄存器做铺垫。我们通过一个实例来对 C 语言封装寄存器进行介绍。
**实例 **：控制 GPIOC 端口的第 0 管脚输出一个低电平。首先我们需要知道GPIOC 端口外设是挂接在哪个总线上的，然后根据总线基地址和本身的偏移地址得到 GPIOC 外设基地址，最后通过这个外设基地址得到里面各种寄存器基地址。

（1）总线和外设基地址封装
根据寄存器的概念，我们可以使用 C 语言中的宏定义对寄存器进行定义。具体代码如下：

**//定义外设基地址**
#define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000)    1)
**//定义 APB2 总线基地址**
#defineAPB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000)    2)
**//定义 GPIOC 外设基地址**
#define GPIOC_BASE (AHB2PERIPH_BASE + 0x1000)     3)
**//定义寄存器基地址 这里以 GPIOC 为例**
#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)

上述代码中我们在后面备注了数字，下面对其进行简单介绍下其功能：
1）定义外设的基地址，这个地址也是 Block2 的基地址。
2）定义 APB2 总线基地址，因为 Block2 的第一个总线是 APB1，而 APB2 总线地址只需要加上对应的地址偏移量即可。
3）定义 GPIO 外设基地址，因为 GPIOC 是挂接在 APB2 总线上的，所以找到对应的端口地址偏移量即可知道 GPIOC 端口基地址。
4）定义 GPIO 外设寄存器基地址，这里以 GPIOC 端口为例，因为 GPIOC_CRL是 GPIOC 外设的第一个寄存器，所以基地址就是 GPIOC 地址，其他寄存器地址只需要在 GPIOC 基地址上加上相应的偏移量即可。我们得到了寄存器具体的地址，那么就可以使用 C 语言指针来操作读写。例如我们需要 GPIOC0 输出一个低电平或者高电平，可以使用下面语句来操作。

//控制 GPIOC 第 0 管脚输出一个低电平
GPIOC_BSRR = (0x01<<(16+0));
//控制 GPIOC 第 0 管脚输出一个高电平
GPIOC_BSRR = (0x01<<0);

GPIOC_BSRR 的值是这个寄存器的地址，但是编译器不知道它是地址，而是把它当做立即数，所以我们必须要强制转换为（unsigned int ）指针类型才可以对其操作，这一点特别要注意。然后再在前面加上一个“”作取指针操作，表示对该地址内内容进行写，读操作也同样使用“*”取指针操作。如下：

unsigned int temp;
temp =GPIOC_IDR;

将寄存器内的数据保存在变量 temp 中，使用到变量时一定要进行定义。

（2）寄存器封装
通过前面讲解，我们已经可以对寄存器进行操作，但是还稍有不足，因为STM32 的 GPIO 比较多，我们不可能每使用一个 GPIO 都做前面一样的一大堆定义。根据 GPIO 寄存器的特点，我们知道不论 GPIOA 还是 GPIOB 等都拥有一组功能相同的寄存器，如 GPIOA_ODR/GPIOB_ODR/GPIOC_ODR 等等，它们只是地址不一样。为了更方便地访问寄存器，我们引入 C 语言中的结构体对寄存器进行封装，具体代码如下：

typedef unsigned int uint32_t; /*无符号 32 位变量*/
typedef unsigned short int uint16_t; /*无符号 16 位变量*/
/* 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 数据输入寄存器 地址偏移: 0x08 */
uint32_t ODR; /*GPIO 数据输出寄存器 地址偏移: 0x0C */
uint32_t BSRR; /*GPIO 位设置/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 端口配置锁定寄存器 地址偏移: 0x18 */
GPIO_TypeDef;

这段代码用 typedef 关键字声明了名为 GPIO_TypeDef 的结构体类型，结构体内有 7 个成员变量，变量名正好对应寄存器的名字。C 语言的语法规定，结构体内变量的存储空间是连续的，其中 32 位的变量占用 4 个字节，16 位的变量占用 2 个字节。也就是说，我们定义的这个 GPIO_TypeDef ，假如这个结构体的首地址为0x4001 1000（这也是第一个成员变量 CRL 的地址），那么结构体中第二个成员变量 CRH 的地址即为 0x4001 1000 +0x04 ，加上的这个 0x04 ，正是代表 CRH所占用的 4 个字节地址的偏移量，其它成员变量相对于结构体首地址的偏移，在上述代码右侧注释已给出。**这样的地址偏移与 STM32 GPIO 外设定义的寄存器地址偏移一一对应，只要给结构体设置好首地址，**就能把结构体内成员的地址确定下来，然后就能以结构体的形式访问寄存器了，比如我们还是将 GPIOC0 输出低电平，具体代码如下：

GPIO_TypeDef * GPIOx; //定义一个 GPIO_TypeDef 型结构体指针 GPIOx
GPIOx = GPIOC_BASE; //把指针地址设置为宏 GPIOC_BASE 地址
GPIOx->BSRR =(1<<(16+0)); //通过指针访问并修改 GPIOC_BSRR 寄存器

这段代码先用 GPIO_TypeDef 类型定义一个结构体指针 GPIOx，并让指针指向 GPIOC 基地址 GPIOC_BASE，地址确定下来，然后根据 C 语言访问结构体的内容，用 GPIOx->BSRR 写寄存器。为了操作更简便灵活，我们直接使用宏定义好GPIO_TypeDef 类型的指针，而且指针指向各个 GPIO 端口的首地址，使用时我们直接用该宏访问寄存器即可。具体代码如下：

#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));

这里仅仅以 GPIO 这个外设为例，给大家讲解了如何使用 C 语言对寄存器封装，对于其他的外设也是使用同样方法。其实到了后面的实验程序的编写，我们都是使用 ST 公司提供的固件库，他们把 STM32 所有外设都已经封装好了，我们只需要调用即可。我们这里分析这个封装过程只是想让大家更加清楚理解如何使用 C 来封装寄存器的。