3.4

如何用C語言操作寄存器

3.4.1

C語言對寄存器的封裝

前面的所有關于存儲器映射的內容，最終都是為大家更好地理解如何用C語言控制讀寫外設寄存器做準備，因此此處是本章的重點內容。

3.4.1.1

外設模塊基地址定義

在編程上為了方便理解和記憶，我們要把外設模塊基地址以相應的宏定義起來，外設基地址都以它們的名字作為宏名的組成部分。以下是IO端口外設基地址的宏定義。

列表1:代碼清單3?1 IOPORT外設基地址宏定義

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/* 外設基地址 */
#defineR_PORT0_BASE 0x40080000
#defineR_PORT1_BASE 0x40080020
#defineR_PORT2_BASE 0x40080040
#defineR_PORT3_BASE 0x40080060
#defineR_PORT4_BASE 0x40080080
#defineR_PORT5_BASE 0x400800A0
#defineR_PORT6_BASE 0x400800C0
#defineR_PORT7_BASE 0x400800E0
#defineR_PORT8_BASE 0x40080100
#defineR_PORT9_BASE 0x40080120
#defineR_PORT10_BASE 0x40080140
#defineR_PORT11_BASE 0x40080160
#defineR_PFS_BASE 0x40080800
#defineR_PMISC_BASE 0x40080D00

3.4.1.2

寄存器結構體定義

由于寄存器的數(shù)量是非常之多的，如果每個寄存器都用像*（（uint32_t*）（0x40080000+0x0020*1））這樣的方式去訪問的話，會顯得很繁瑣、很麻煩。為了更方便地訪問寄存器，我們會借助C語言結構體的特性去定義寄存器和寄存器位域，這是通用的做法。

列表2:代碼清單3?2使用結構體封裝外設寄存器

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// 注：關于輸入輸出端口的聲明
/* C 語言: IO definitions (access restrictions to peripheral registers) */
//#define __I volatile const /*!< Defines 'read only'?
,
→permissions */
//#define __O volatile /*!< Defines 'write only'?
,
→permissions */
//#define __IO volatile /*!< Defines 'read / write'?
,
→permissions */


/* 下面的宏定義用于結構體成員 */
/* following defines should be used for structure members */
//#define __IM volatile const /*! Defines 'read only'?
,
→structure member permissions */
//#define __OM volatile /*! Defines 'write only'?
,
→structure member permissions */
//#define __IOM volatile /*! Defines 'read / write'?
,
→structure member permissions */


//typedef unsigned char uint8_t;
//typedef unsigned short int uint16_t; /* 無符號 16 位整型變量 */
//typedef unsigned int uint32_t; /* 無符號 32 位整型變量 */


/**
* @brief I/O Ports (R_PORT0)
*/
typedefstruct?/*!< (@ 0x40040000) R_PORT0?
,
→Structure */
{
union
{
union
{
__IOM?uint32_t?PCNTR1;?/*!< (@ 0x00000000) Port Control?
,
→Register 1 */


struct
{
__IOM?uint32_t?PDR :?16;?/*!< [15..0] Pmn Direction（引腳
Pmn 方向）*/
__IOM?uint32_t?PODR :?16;?/*!< [31..16] Pmn Output Data（引腳
Pmn 輸出數(shù)據）*/
} PCNTR1_b;
};
/* ... 代碼過長省略 ... */
};


union
{
union
{
__IM?uint32_t?PCNTR2;?/*!< (@ 0x00000004) Port Control?
,
→Register 2 */


struct
{
__IM?uint32_t?PIDR :?16;?/*!< [15..0] Pmn Input Data（引腳
Pmn 輸入數(shù)據）*/
__IM?uint32_t?EIDR :?16;?/*!< [31..16] Pmn Event Input Data
（引腳 Pmn 事件輸入數(shù)據）*/
} PCNTR2_b;
};


/* ... 代碼過長省略 ... */
};


union
{


union
{
__OM?uint32_t?PCNTR3;?/*!< (@ 0x00000008) Port Control?
,
→Register 3 */
struct
{
__OM?uint32_t?POSR :?16;?/*!< [15..0] Pmn Output Set（引腳
Pmn 輸出置位）*/
__OM?uint32_t?PORR :?16;?/*!< [31..16] Pmn Output Reset（引腳
Pmn 輸出復位）*/
} PCNTR3_b;
};


/* ... 代碼過長省略 ... */
};


union
{
union
{
__IOM?uint32_t?PCNTR4;?/*!< (@ 0x0000000C) Port Control?,
→Register 4 */


struct
{
__IOM?uint32_t?EOSR :?16;?/*!< [15..0] Pmn Event Output Set
（引腳 Pmn 事件輸出置位）*/
__IOM?uint32_t?EORR :?16;?/*!< [31..16] Pmn Event Output?
→Reset（引腳 Pmn 事件輸出復位）*/
} PCNTR4_b;
};


/* ... 代碼過長省略 ... */
};
} R_PORT0_Type;?/*!< Size = 16 (0x10) */

3.4.1.3

外設模塊寄存器定義

我們在上一步已經定義好了R_PORT0_Type類型的結構體，它包含了IOPORT的寄存器定義。接下來使用宏定義來表示結構體指針，指針指向IOPORT外設的每個端口的寄存器首地址。

列表3:代碼清單3?3寄存器定義

#defineR_PORT0 ((R_PORT0_Type *) R_PORT0_BASE)
#defineR_PORT1 ((R_PORT0_Type *) R_PORT1_BASE)
#defineR_PORT2 ((R_PORT0_Type *) R_PORT2_BASE)
#defineR_PORT3 ((R_PORT0_Type *) R_PORT3_BASE)
#defineR_PORT4 ((R_PORT0_Type *) R_PORT4_BASE)
#defineR_PORT5 ((R_PORT0_Type *) R_PORT5_BASE)
#defineR_PORT6 ((R_PORT0_Type *) R_PORT6_BASE)
#defineR_PORT7 ((R_PORT0_Type *) R_PORT7_BASE)
#defineR_PORT8 ((R_PORT0_Type *) R_PORT8_BASE)
#defineR_PORT9 ((R_PORT0_Type *) R_PORT9_BASE)
#defineR_PORT10 ((R_PORT0_Type *) R_PORT10_BASE)

這樣便大功告成了，我們就可以使用這些宏來訪問各個IO端口的每一個寄存器了。

3.4.2

修改寄存器操作的本質：讀-改-寫

有了以上的對IOPORT這個外設模塊的寄存器的定義，我們便完成了“C語言對寄存器的封裝”這個步驟，接下來我們便可以使用C語言對寄存器進行各種操作了。

對寄存器進行操作可以是忽略寄存器原本的值，而直接覆蓋寫入新的值；但是更為一般的操作是根據原本的寄存器值進行修改，即：先讀出寄存器原本的值，然后修改該值，最后重新寫入到寄存器里面，讓新的值生效。

接下來將介紹修改寄存器的幾種通用方法。

3.4.2.1

清零寄存器上的某N個位

使用C語言的按位與“&”運算符可以將位進行清零。

列表4:代碼清單3?4位清零：按位與&

//清零某個位
R_PORT0->PODR &= ~(1u<<0); //清零 PODR 寄存器的第 0?位
R_PORT0->PODR &= ~(1u<<6); //清零 PODR 寄存器的第 6?位


//清零多個位
R_PORT0->PODR &= ~(3u<<0); //清零 PODR 寄存器的第 0,1 位
R_PORT0->PODR &= ~(3u<<6); //清零 PODR 寄存器的第 6,7 位

3.4.2.2

對寄存器上的某N個位進行置位

使用C語言的按位或“|”運算符可以將位進行置一。

列表5:代碼清單3?5位置位：按位或|

//置位某個位
R_PORT0->PODR |= 1u<<0; //PODR 寄存器的第 0?位置 1
R_PORT0->PODR |= 1u<<6; //PODR 寄存器的第 6?位置 1


//置位多個位
R_PORT0->PODR |= 3u<<0; //PODR 寄存器的第 0,1 位置 1
R_PORT0->PODR |= 3u<<6; //PODR 寄存器的第 6,7 位置 1

3.4.2.3

對寄存器上的某N個位進行取反

使用C語言的按位異或“^”運算符可以將位進行取反。

列表6:代碼清單3?6位取反：按位異或^

//取反某個位
R_PORT0->PODR ^= 1u<<0; //取反 PODR 寄存器的第 0?位
R_PORT0->PODR ^= 1u<<6; //取反 PODR 寄存器的第 6?位


//取反多個位
R_PORT0->PODR ^= 3u<<0; //取反 PODR 寄存器的第 0,1 位
R_PORT0->PODR ^= 3u<<6; //取反 PODR 寄存器的第 6,7 位