單芯片解決方案，開啟全新體驗(yàn)——W55MH32 高性能以太網(wǎng)單片機(jī)

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗(yàn)。這顆芯片將強(qiáng)大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內(nèi)置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達(dá)216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協(xié)議棧、內(nèi)置MAC以及PHY，擁有獨(dú)立的32KB以太網(wǎng)收發(fā)緩存，可供8個(gè)獨(dú)立硬件socket使用。如此配置，真正實(shí)現(xiàn)了All-in-One解決方案，為開發(fā)者提供極大便利。

在封裝規(guī)格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復(fù)雜工控場(chǎng)景設(shè)計(jì)。它擁有66個(gè)GPIO、3個(gè)ADC、12通道DMA、17個(gè)定時(shí)器、2個(gè)I2C、5個(gè)串口、2個(gè)SPI接口（其中1個(gè)帶I2S接口復(fù)用）、1個(gè)CAN、1個(gè)USB2.0以及1個(gè)SDIO接口。如此豐富的外設(shè)資源，能夠輕松應(yīng)對(duì)工業(yè)控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執(zhí)行器的通信，還是對(duì)復(fù)雜工業(yè)協(xié)議的支持，都能游刃有余，成為復(fù)雜工控領(lǐng)域的理想選擇。 同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網(wǎng)關(guān)模組等場(chǎng)景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請(qǐng)進(jìn)入http://www.w5500.com/網(wǎng)站或者私信獲取。

此外，本W(wǎng)55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應(yīng)用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網(wǎng)絡(luò)通信安全再添保障。

為助力開發(fā)者快速上手與深入開發(fā)，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發(fā)板。開發(fā)板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數(shù)據(jù)線，就能輕松實(shí)現(xiàn)調(diào)試、下載以及串口打印日志等功能。開發(fā)板將所有外設(shè)全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發(fā)者全面評(píng)估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發(fā)板的更多詳細(xì)信息，包括產(chǎn)品特性、技術(shù)參數(shù)以及價(jià)格等，歡迎訪問官方網(wǎng)頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第四章 什么是寄存器

本章參考資料：《W55MH32_數(shù)據(jù)手冊(cè)_V1.0.0》、《W55MH 32參考手冊(cè)_V1.0.0》

學(xué)習(xí)本章時(shí)，配合《W55MH 32參考手冊(cè)_V1.0.0》“存儲(chǔ)器和總線架構(gòu)”及“通用I/O(GPIO)”章節(jié)一起閱讀，效果會(huì)更佳，特別是涉及到寄存器說明的部分。

1 什么是寄存器

我們經(jīng)常說寄存器，那么什么是寄存器？這是我們本章需要講解的內(nèi)容，在學(xué)習(xí)的過程中，大家?guī)е@個(gè)疑問好好思考下，到最后看看大家能否用一句話給寄存器下一個(gè)定義。

2 W55MH32

我們開發(fā)板中使用的芯片是100pin的W55MH32L，具體見下圖。這個(gè)就是我們接下來要學(xué)習(xí)的高性能以太網(wǎng)單片機(jī)，它將帶領(lǐng)我們進(jìn)入嵌入式的殿堂。

芯片四周是引腳，開發(fā)板中把芯片的引腳引出來，連接到各種傳感器上，然后在W55MH32L上編程（實(shí)際就是通過程序控制這些引腳輸出高電平或者低電平）來控制各種傳感器工作， 通過做實(shí)驗(yàn)的方式來學(xué)習(xí)W55MH32芯片的各個(gè)資源。開發(fā)板是一種評(píng)估板，板載資源非常豐富，引腳復(fù)用比較多， 力求在一個(gè)板子上驗(yàn)證芯片的全部功能。

3 芯片里面有什么

我們看到的芯片是已經(jīng)封裝好的成品，主要由內(nèi)核和片上外設(shè)組成。若與電腦類比，內(nèi)核與外設(shè)就如同電腦上的CPU與主板、內(nèi)存、顯卡、硬盤的關(guān)系。

W55MH32采用的是Cortex-M3內(nèi)核，內(nèi)核即CPU，負(fù)責(zé)在內(nèi)核之外設(shè)計(jì)部件并生產(chǎn)整個(gè)芯片，這些內(nèi)核之外的部件被稱為核外外設(shè)或片上外設(shè)。 如GPIO、USART（串口）、I2C、SPI等都叫做片上外設(shè)。

芯片（這里指內(nèi)核，或者叫CPU）和外設(shè)之間通過各種總線連接，其中驅(qū)動(dòng)單元有4個(gè)，被動(dòng)單元也有4個(gè)， 具體見圖 W55MH32系統(tǒng)框圖 。為了方便理解，我們都可以把驅(qū)動(dòng)單元理解成是CPU部分，被動(dòng)單元都理解成外設(shè)。 下面我們簡(jiǎn)單介紹下驅(qū)動(dòng)單元和被動(dòng)單元的各個(gè)部件。

3.1 ICode總線

ICode中的I表示Instruction，即指令。我們寫好的程序編譯之后都是一條條指令，存放在FLASH中， 內(nèi)核要讀取這些指令來執(zhí)行程序就必須通過ICode總線，它幾乎每時(shí)每刻都需要被使用，它是專門用來取指的。

3.2 驅(qū)動(dòng)單元

3.2.1 DCode總線

DCode中的D表示Data，即數(shù)據(jù)，那說明這條總線是用來取數(shù)的。我們?cè)趯懗绦虻臅r(shí)候，數(shù)據(jù)有常量和變量?jī)煞N， 常量就是固定不變的，用C語言中的const關(guān)鍵字修飾，是放到內(nèi)部的FLASH當(dāng)中的，變量是可變的，不管是全局變量還是局部變量都放在內(nèi)部的SRAM。 因?yàn)閿?shù)據(jù)可以被Dcode總線和DMA總線訪問，所以為了避免訪問沖突，在取數(shù)的時(shí)候需要經(jīng)過一個(gè)總線矩陣來仲裁，決定哪個(gè)總線在取數(shù)。

3.2.2 系統(tǒng)總線

系統(tǒng)總線主要是訪問外設(shè)的寄存器，我們通常說的寄存器編程，即讀寫寄存器都是通過這根系統(tǒng)總線來完成的。

3.2.3 DMA總線

DMA總線也主要是用來傳輸數(shù)據(jù)，這個(gè)數(shù)據(jù)可以是在某個(gè)外設(shè)的數(shù)據(jù)寄存器，可以在SRAM，可以在內(nèi)部的FLASH。 因?yàn)閿?shù)據(jù)可以被Dcode總線和DMA總線訪問，所以為了避免訪問沖突，在取數(shù)的時(shí)候需要經(jīng)過一個(gè)總線矩陣來仲裁，決定哪個(gè)總線在取數(shù)。

3.3 被動(dòng)單元

3.3.1 內(nèi)部的閃存存儲(chǔ)器

內(nèi)部的閃存存儲(chǔ)器即FLASH，我們編寫好的程序就放在這個(gè)地方。內(nèi)核通過ICode總線來取里面的指令。

3.3.2 內(nèi)部的SRAM

內(nèi)部的SRAM，即我們通常說的RAM，程序的變量，堆棧等的開銷都是基于內(nèi)部的SRAM。內(nèi)核通過DCode總線來訪問它。

3.3.3 FSMC

FSMC的英文全稱是Flexible static memory controller，叫靈活的靜態(tài)的存儲(chǔ)器控制器， 是W55MH32中一個(gè)很有特色的外設(shè)， 通過FSMC，我們可以擴(kuò)展內(nèi)存，如外部的SRAM，NANDFLASH和NORFLASH。但有一點(diǎn)我們要注意的是，F(xiàn)SMC只能擴(kuò)展靜態(tài)的內(nèi)存， 即名稱里面的S：static，不能是動(dòng)態(tài)的內(nèi)存，比如SDRAM就不能擴(kuò)展。

3.3.4 AHB到APB的橋

從AHB總線延伸出來的兩條APB2和APB1總線，上面掛載著W55MH32各種各樣的特色外設(shè)。我們經(jīng)常說的GPIO、串口、I2C、SPI這些外設(shè)就掛載在這兩條總線上， 這個(gè)是我們學(xué)習(xí)W55MH32的重點(diǎn)，就是要學(xué)會(huì)編程這些外設(shè)去驅(qū)動(dòng)外部的各種設(shè)備。

4 存儲(chǔ)器映射

在W55MH32系統(tǒng)框圖中，程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、寄存器和輸入輸出端口被組織在同一個(gè) 4GB 的線性地址空間內(nèi)。數(shù)據(jù)字節(jié)以小端格式存放在存儲(chǔ)器中。一個(gè)字里的最低地址字節(jié)被認(rèn)為是該字的最低有效字節(jié)，而最高地址字節(jié)是最高有效字節(jié)?？稍L問的存儲(chǔ)器空間被分成 8 個(gè)主要塊，每個(gè)塊為 512MB。我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候，可以通過他們的地址找到他們，然后來操作他們（通過C語言對(duì)它們進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀和寫）。

4.1 存儲(chǔ)器映射

存儲(chǔ)器本身不具有地址信息，它的地址是由芯片廠商或用戶分配，給存儲(chǔ)器分配地址的過程就稱為存儲(chǔ)器映射， 具體見圖 存儲(chǔ)器映射 。如果給存儲(chǔ)器再分配一個(gè)地址就叫存儲(chǔ)器重映射。

4.1.1 存儲(chǔ)器區(qū)域功能劃分

在這4GB的地址空間中，ARM已經(jīng)粗線條的平均分成了8個(gè)塊，每塊512MB，每個(gè)塊也都規(guī)定了用途，具體分類見表格 存儲(chǔ)器功能分類 。 每個(gè)塊的大小都有512MB，顯然這是非常大的，芯片廠商在每個(gè)塊的范圍內(nèi)設(shè)計(jì)各具特色的外設(shè)時(shí)并不一定都用得完，都是只用了其中的一部分而已。

在這8個(gè)Block里面，有3個(gè)塊非常重要，也是我們最關(guān)心的三個(gè)塊。Block0用來設(shè)計(jì)成內(nèi)部FLASH，Block1用來設(shè)計(jì)成內(nèi)部RAM， Block2用來設(shè)計(jì)成片上的外設(shè)，下面我們簡(jiǎn)單的介紹下這三個(gè)Block里面的具體區(qū)域的功能劃分。

4.1.1.1 存儲(chǔ)器Block0內(nèi)部區(qū)域功能劃分

Block0主要用于設(shè)計(jì)片內(nèi)的FLASH，要在芯片內(nèi)部集成更大的FLASH或者SRAM都意味著芯片成本的增加，往往片內(nèi)集成的FLASH都不會(huì)太大， W55MH32能在追求性價(jià)比的同時(shí)做到512KB，實(shí)乃良心之舉。Block內(nèi)部區(qū)域的功能劃分具體見表格 存儲(chǔ)器Block0內(nèi)部區(qū)域功能劃分 。

4.1.1.2 儲(chǔ)存器Block1內(nèi)部區(qū)域功能劃分

Block1用于設(shè)計(jì)片內(nèi)的SRAM,Block內(nèi)部區(qū)域的功能劃分具體見表格 存儲(chǔ)器Block1內(nèi)部區(qū)域功能劃分 。

4.1.1.3 儲(chǔ)存器Block2內(nèi)部區(qū)域功能劃分

Block2用于設(shè)計(jì)片內(nèi)的外設(shè)，根據(jù)外設(shè)的總線速度不同，Block被分成了APB和AHB兩部分，其中APB又被分為APB1和APB2， 具體見表格 存儲(chǔ)器Block2內(nèi)部區(qū)域功能劃分 。

5 寄存器映射

我們知道，存儲(chǔ)器本身沒有地址，給存儲(chǔ)器分配地址的過程叫存儲(chǔ)器映射，那什么叫寄存器映射？寄存器到底是什么？

在存儲(chǔ)器Block2這塊區(qū)域，設(shè)計(jì)的是片上外設(shè)，它們以四個(gè)字節(jié)為一個(gè)單元，共32bit，每一個(gè)單元對(duì)應(yīng)不同的功能， 當(dāng)我們控制這些單元時(shí)就可以驅(qū)動(dòng)外設(shè)工作。我們可以找到每個(gè)單元的起始地址，然后通過C語言指針的操作方式來訪問這些單元， 如果每次都是通過這種地址的方式來訪問，不僅不好記憶還容易出錯(cuò)，這時(shí)我們可以根據(jù)每個(gè)單元功能的不同，以功能為名給這個(gè)內(nèi)存單元取一個(gè)別名， 這個(gè)別名就是我們經(jīng)常說的寄存器，這個(gè)給已經(jīng)分配好地址的有特定功能的內(nèi)存單元取別名的過程就叫寄存器映射。

比如，我們找到GPIOB端口的輸出數(shù)據(jù)寄存器ODR的地址是0x40010C0C（至于這個(gè)地址如何找到可以先跳過，后面我們會(huì)有詳細(xì)的講解）， ODR寄存器是32bit，低16bit有效，對(duì)應(yīng)著16個(gè)外部IO，寫0/1對(duì)應(yīng)的的IO則輸出低/高電平?，F(xiàn)在我們通過C語言指針的操作方式， 讓GPIOB的16個(gè)IO都輸出高電平，具體見代碼清單:寄存器-1。

代碼清單:寄存器-1 通過絕對(duì)地址訪問內(nèi)存單元

// GPIOB 端口全部輸出 高電平
*(unsigned int*)(0x4001 0C0C) = 0xFFFF;

0x4001 0C0C在我們看來是GPIOB端口ODR的地址，但是在編譯器看來，這只是一個(gè)普通的變量，是一個(gè)立即數(shù)， 要想讓編譯器也認(rèn)為是指針，我們得進(jìn)行強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，把它轉(zhuǎn)換成指針， 即(unsigned int *)0x4001 0C0C，然后再對(duì)這個(gè)指針進(jìn)行 * 操作。

剛剛我們說了，通過絕對(duì)地址訪問內(nèi)存單元不好記憶且容易出錯(cuò)，我們可以通過寄存器的方式來操作，具體見代碼清單:寄存器-2。

代碼清單:寄存器-2 通過寄存器別名方式訪問內(nèi)存單元

// GPIOB 端口全部輸出 高電平
#define GPIOB_ODR (unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)
* GPIOB_ODR = 0xFF;

為了方便操作，我們干脆把指針操作“*”也定義到寄存器別名里面，具體見代碼清單:寄存器-3。

代碼清單:寄存器-3 通過寄存器別名訪問內(nèi)存單元

// GPIOB 端口全部輸出 高電平
#define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)
GPIOB_ODR = 0xFF;

5.1 W55MH32的外設(shè)地址映射

片上外設(shè)區(qū)分為三條總線，根據(jù)外設(shè)速度的不同，不同總線掛載著不同的外設(shè)，APB1掛載低速外設(shè)，APB2和AHB掛載高速外設(shè)。 相應(yīng)總線的最低地址我們稱為該總線的基地址，總線基地址也是掛載在該總線上的首個(gè)外設(shè)的地址。其中APB1總線的地址最低，片上外設(shè)從這里開始，也叫外設(shè)基地址。

5.1.1 總線基地址

表格 總線基地址 的“相對(duì)外設(shè)基地址偏移”即該總線地址與“片上外設(shè)”基地址0x4000 0000的差值。關(guān)于地址的偏移我們后面還會(huì)講到。

5.1.2 外設(shè)基地址

在XX外設(shè)的地址范圍內(nèi)，分布著的就是該外設(shè)的寄存器。以GPIO外設(shè)為例，GPIO是通用輸入輸出端口的簡(jiǎn)稱， 簡(jiǎn)單來說就是W55MH32可控制的引腳，基本功能是控制引腳輸出高電平或者低電平。最簡(jiǎn)單的應(yīng)用就是把GPIO的引腳連接到LED燈的陰極， LED燈的陽極接電源，然后通過W55MH32控制該引腳的電平，從而實(shí)現(xiàn)控制LED燈的亮滅。

GPIO有很多個(gè)寄存器，每一個(gè)都有特定的功能。每個(gè)寄存器為32bit，占四個(gè)字節(jié)，在該外設(shè)的基地址上按照順序排列， 寄存器的位置都以相對(duì)該外設(shè)基地址的偏移地址來描述。這里我們以GPIOB端口為例，來說明GPIO都有哪些寄存器， 具體見表格 GPIOB端口的寄存器地址列表：

有關(guān)外設(shè)的寄存器說明可參考《W55MH32參考手冊(cè)》中具體章節(jié)的寄存器描述部分，在編程的時(shí)候我們需要反復(fù)的查閱外設(shè)的寄存器說明。

這里我們以“GPIO端口置位/復(fù)位寄存器”為例，教大家如何理解寄存器的說明， 具體見圖 GPIO端口置位_復(fù)位寄存器說明 。

1 名稱

寄存器說明中首先列出了該寄存器中的名稱，“(GPIOx_BSRR)(x=A…E)”這段的意思是該寄存器名為“GPIOx_BSRR”其中的“x”可以為A-E， 也就是說這個(gè)寄存器說明適用于GPIOA、GPIOB至GPIOE，這些GPIO端口都有這樣的一個(gè)寄存器。

2 偏移地址

偏移地址是指本寄存器相對(duì)于這個(gè)外設(shè)的基地址的偏移。本寄存器的偏移地址是0x10， 從參考手冊(cè)中我們可以查到GPIOA外設(shè)的基地址為0x4001 0800 ， 我們就可以算出GPIOA的這個(gè)GPIOA_BSRR寄存器的地址為：0x4001 0800+0x10；同理， 由于GPIOB的外設(shè)基地址為0x4001 0C00， 可算出GPIOB_BSRR寄存器的地址為：0x4001 0C00+0x10 。其他GPIO端口以此類推即可。

3 寄存器位表

緊接著的是本寄存器的位表，表中列出它的0-31位的名稱及權(quán)限。表上方的數(shù)字為位編號(hào)，中間為位名稱，最下方為讀寫權(quán)限，其中w表示只寫， r表示只讀，rw表示可讀寫。本寄存器中的位權(quán)限都是w，所以只能寫，如果讀本寄存器，是無法保證讀取到它真正內(nèi)容的。而有的寄存器位只讀， 一般是用于表示W(wǎng)55MH32外設(shè)的某種工作狀態(tài)的，由W55MH32硬件自動(dòng)更改，程序通過讀取那些寄存器位來判斷外設(shè)的工作狀態(tài)。

4 位功能說明

位功能是寄存器說明中最重要的部分，它詳細(xì)介紹了寄存器每一個(gè)位的功能。例如本寄存器中有兩種寄存器位，分別為BRy及BSy， 其中的y數(shù)值可以是0-15，這里的0-15表示端口的引腳號(hào)，如BR0、BS0用于控制GPIOx的第0個(gè)引腳，若x表示GPIOA，那就是控制GPIOA的第0引腳， 而BR1、BS1就是控制GPIOA第1個(gè)引腳。

其中BRy引腳的說明是“0：不會(huì)對(duì)相應(yīng)的ODRx位執(zhí)行任何操作；1：對(duì)相應(yīng)ODRx位進(jìn)行復(fù)位”。這里的“復(fù)位”是將該位設(shè)置為0的意思， 而“置位”表示將該位設(shè)置為1；說明中的ODRx是另一個(gè)寄存器的寄存器位，我們只需要知道ODRx位為1的時(shí)候，對(duì)應(yīng)的引腳x輸出高電平， 為0的時(shí)候?qū)?yīng)的引腳輸出低電平即可(感興趣的讀者可以查詢?cè)摷拇嫫鱃PIOx_ODR的說明了解)。所以，如果對(duì)BR0寫入“1”的話， 那么GPIOx的第0個(gè)引腳就會(huì)輸出“低電平”，但是對(duì)BR0寫入“0”的話，卻不會(huì)影響ODR0位，所以引腳電平不會(huì)改變。要想該引腳輸出“高電平”， 就需要對(duì)“BS0”位寫入“1”，寄存器位BSy與BRy是相反的操作。

5.2 C語言對(duì)寄存器的封裝

以上所有的關(guān)于存儲(chǔ)器映射的內(nèi)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(shè)寄存器做準(zhǔn)備，此處是本章的重點(diǎn)內(nèi)容。

5.2.1 封裝總線和外設(shè)基地址

在編程上為了方便理解和記憶，我們把總線基地址和外設(shè)基地址都以相應(yīng)的宏定義起來，總線或者外設(shè)都以他們的名字作為宏名， 具體見代碼清單:寄存器-4 。

代碼清單:寄存器-4 總線和外設(shè)基址宏定義

/* 外設(shè)基地址 */
#define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000)

/* 總線基地址 */
#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000)
#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000)


/* GPIO外設(shè)基地址 */
#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
#define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
#define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
#define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)


/* 寄存器基地址，以GPIOB為例 */
#define GPIOB_CRL (GPIOB_BASE+0x00)
#define GPIOB_CRH (GPIOB_BASE+0x04)
#define GPIOB_IDR (GPIOB_BASE+0x08)
#define GPIOB_ODR (GPIOB_BASE+0x0C)
#define GPIOB_BSRR (GPIOB_BASE+0x10)
#define GPIOB_BRR (GPIOB_BASE+0x14)
#define GPIOB_LCKR (GPIOB_BASE+0x18)

代碼清單:寄存器-4 首先定義了 “片上外設(shè)”基地址PERIPH_BASE，接著在PERIPH_BASE上加入各個(gè)總線的地址偏移， 得到APB1、APB2總線的地址APB1PERIPH_BASE、APB2PERIPH_BASE，在其之上加入外設(shè)地址的偏移，得到GPIOA-G的外設(shè)地址， 最后在外設(shè)地址上加入各寄存器的地址偏移，得到特定寄存器的地址。一旦有了具體地址，就可以用指針讀寫， 具體見代碼清單:寄存器-5 。

代碼清單:寄存器-5 使用指針控制BSRR寄存器

/* 控制GPIOB 引腳0輸出低電平(BSRR寄存器的BR0置1) */
*(unsigned int *)GPIOB_BSRR = (0x01

	

	該代碼使用 (unsigned int *) 把GPIOB_BSRR宏的數(shù)值強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成了地址，然后再用“*”號(hào)做取指針操作，對(duì)該地址的賦值， 從而實(shí)現(xiàn)了寫寄存器的功能。同樣，讀寄存器也是用取指針操作，把寄存器中的數(shù)據(jù)取到變量里，從而獲取W55MH32外設(shè)的狀態(tài)。

	5.2.2 封裝寄存器列表

	用上面的方法去定義地址，還是稍顯繁瑣，例如GPIOA-GPIOE都各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，但卻要為每個(gè)寄存器都定義它的地址。為了更方便地訪問寄存器，我們引入C語言中的結(jié)構(gòu)體語法對(duì)寄存器進(jìn)行封裝， 具體見 代碼清單:寄存器-6 。

	代碼清單:寄存器-6 使用結(jié)構(gòu)體對(duì)GPIO寄存器組的封裝

	
typedef unsigned int uint32_t; /*無符號(hào)32位變量*/
typedef unsigned short int uint16_t; /*無符號(hào)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(duì)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(chǔ)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)， 具體見圖 GPIO_TypeDef結(jié)構(gòu)體成員的地址偏移 。

	

	也就是說，我們定義的這個(gè)GPIO_TypeDef ，假如這個(gè)結(jié)構(gòu)體的首地址為0x4001 0C00（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 0C00 +0x04 ，加上的這個(gè)0x04，正是代表CRL所占用的4個(gè)字節(jié)地址的偏移量， 其它成員變量相對(duì)于結(jié)構(gòu)體首地址的偏移，在上述代碼右側(cè)注釋已給。

	這樣的地址偏移與W55MH32 GPIO外設(shè)定義的寄存器地址偏移一一對(duì)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，具體見 代碼清單:寄存器-7 。

	代碼清單:寄存器-7 通過結(jié)構(gòu)體指針訪問寄存器

	
GPIO_TypeDef * GPIOx; //定義一個(gè)GPIO_TypeDef型結(jié)構(gòu)體指針GPIOx
GPIOx = GPIOB_BASE; //把指針地址設(shè)置為宏GPIOB_BASE地址
GPIOx->IDR = 0xFFFF;
GPIOx->ODR = 0xFFFF;

uint32_t temp;
temp = GPIOx->IDR; //讀取GPIOB_IDR寄存器的值到變量temp中

	

	這段代碼先用GPIO_TypeDef類型定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體指針GPIOx，并讓指針指向地址GPIOB_BASE(0x4001 0C00)，使用地址確定下來， 然后根據(jù)C語言訪問結(jié)構(gòu)體的語法，用GPIOx->ODR及GPIOx->IDR等方式讀寫寄存器。

	最后，我們更進(jìn)一步，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 代碼清單:寄存器-8 。

	代碼清單:寄存器-8 定義好GPIO端口首地址址針

	
/*使用GPIO_TypeDef把地址強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成指針*/
#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)
#define GPIOH ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)


/*使用定義好的宏直接訪問*/
/*訪問GPIOB端口的寄存器*/
GPIOB->BSRR = 0xFFFF; //通過指針訪問并修改GPIOB_BSRR寄存器
GPIOB->CRL = 0xFFFF; //修改GPIOB_CRL寄存器
GPIOB->ODR =0xFFFF; //修改GPIOB_ODR寄存器

uint32_t temp;
temp = GPIOB->IDR; //讀取GPIOB_IDR寄存器的值到變量temp中

/*訪問GPIOA端口的寄存器*/
GPIOA->BSRR = 0xFFFF;
GPIOA->CRL = 0xFFFF;
GPIOA->ODR =0xFFFF;

uint32_t temp;
temp = GPIOA->IDR; //讀取GPIOA_IDR寄存器的值到變量temp中

	

	這里我們僅是以GPIO這個(gè)外設(shè)為例，給大家講解了C語言對(duì)寄存器的封裝。以此類推，其他外設(shè)也同樣可以用這種方法來封裝。好消息是， 這部分工作都由固件庫幫我們完成了，這里我們只是分析了下這個(gè)封裝的過程，讓大家知其然，也只其所以然。

	5.3 修改寄存器的位操作方法

	使用C語言對(duì)寄存器賦值時(shí)，我們常常要求只修改該寄存器的某幾位的值，且其它的寄存器位不變，這個(gè)時(shí)候我們就需要用到C語言的位操作方法了。

	5.3.1 把變量的某位清零

	此處我們以變量a代表寄存器，并假設(shè)寄存器中本來已有數(shù)值，此時(shí)我們需要把變量a的某一位清零，且其它位不變， 方法見 代碼清單:寄存器-9 。

	代碼清單:寄存器-9 對(duì)某位清零

	
//定義一個(gè)變量a = 1001 1111 b (二進(jìn)制數(shù))
unsigned char a = 0x9f;

//對(duì)bit2 清零

a &= ~(1

	

	5.3.2 把變量的某幾個(gè)連續(xù)位清零

	由于寄存器中有時(shí)會(huì)有連續(xù)幾個(gè)寄存器位用于控制某個(gè)功能，現(xiàn)假設(shè)我們需要把寄存器的某幾個(gè)連續(xù)位清零， 且其它位不變，方法見 代碼清單:寄存器-10 。

	代碼清單:寄存器-10 對(duì)某幾個(gè)連續(xù)位清零

	
//若把a(bǔ)中的二進(jìn)制位分成2個(gè)一組
//即bit0、bit1為第0組，bit2、bit3為第1組，
// bit4、bit5為第2組，bit6、bit7為第3組
//要對(duì)第1組的bit2、bit3清零

a &= ~(3

	

	5.3.3 對(duì)變量的某幾位進(jìn)行賦值。

	寄存器位經(jīng)過上面的清零操作后，接下來就可以方便地對(duì)某幾位寫入所需要的數(shù)值了，且其它位不變， 方法見 代碼清單:寄存器-11 ，這時(shí)候?qū)懭氲臄?shù)值一般就是需要設(shè)置寄存器的位參數(shù)。

	代碼清單:寄存器-11 對(duì)某幾位進(jìn)行賦值

	
//a = 1000 0011 b
//此時(shí)對(duì)清零后的第2組bit4、bit5設(shè)置成二進(jìn)制數(shù)“01 b ”

a |= (1

	

	5.3.4 對(duì)變量的某位取反

	某些情況下，我們需要對(duì)寄存器的某個(gè)位進(jìn)行取反操作，即 1變0 ，0變1，這可以直接用如下操作，其它位不變， 見代碼清單:寄存器-12 。

	代碼清單:寄存器-12 對(duì)某位進(jìn)行取反操作

	
//a = 1001 0011 b
//把bit6取反，其它位不變

a ^=(1

	

	WIZnet 是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，成立于 1998 年。產(chǎn)品包括互聯(lián)網(wǎng)處理器 iMCU?，它采用 TOE（TCP/IP 卸載引擎）技術(shù)，基于獨(dú)特的專利全硬連線 TCP/IP。iMCU? 面向各種應(yīng)用中的嵌入式互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

	WIZnet 在全球擁有 70 多家分銷商，在香港、韓國、美國設(shè)有辦事處，提供技術(shù)支持和產(chǎn)品營銷。

	香港辦事處管理的區(qū)域包括：澳大利亞、印度、土耳其、亞洲（韓國和日本除外）。

	審核編輯 黃宇