STM32学习笔记-库封装GPIO过程理解

１. C语言对寄存器的封装

1. 封装总线和外设基地址

在编程上为了方便理解和记忆，我们把总线基地址和外设基地址都以相应的宏定义起 来，总线或者外设都以他们的名字作为宏名

/* 外设基地址 */
#define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000)

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


/* GPIO 外设基地址 */
#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 为例 */
#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)

先定义了 “片上外设”基地址 PERIPH_BASE，接着在 PERIPH_BASE 上 加入各个总线的地址偏移，得到 APB1、APB2 总线的地址 APB1PERIPH_BASE、 APB2PERIPH_BASE，在其之上加入外设地址的偏移，得到 GPIOA-G 的外设地址，最后在 外设地址上加入各寄存器的地址偏移，得到特定寄存器的地址。一旦有了具体地址，就可 以用指针读写

/* 控制 GPIOB 引脚 0 输出低电平(BSRR 寄存器的 BR0 置 1) */
*(unsigned int *)GPIOB_BSRR = (0x01<<(16+0));

/* 控制 GPIOB 引脚 0 输出高电平(BSRR 寄存器的 BS0 置 1) */
*(unsigned int *)GPIOB_BSRR = 0x01<<0;

unsigned int temp;
/* 读取 GPIOB 端口所有引脚的电平(读 IDR 寄存器) */
temp = *(unsigned int *)GPIOB_IDR;

该代码使用 (unsigned int ) 把 GPIOB_BSRR 宏的数值强制转换成了地址，然后再用 “”号做取指针操作，对该地址的赋值，从而实现了写寄存器的功能。同样，读寄存器也 是用取指针操作，把寄存器中的数据取到变量里，从而获取 STM32 外设的状态。

2. 封装寄存器列表

用上面的方法去定义地址，还是稍显繁琐，为了更方便地访问寄存器，我们引入 C 语言中的结构体 语法对寄存器进行封装

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

GPIO_TypeDef * GPIOx; //定义一个 GPIO_TypeDef 型结构体指针 GPIOx
GPIOx = GPIOB_BASE; //把指针地址设置为宏 GPIOH_BASE 地址
GPIOx->IDR = 0xFFFF;
GPIOx->ODR = 0xFFFF;


uint32_t temp;
temp = GPIOx->IDR; //读取 GPIOB_IDR 寄存器的值到变量 temp中

这段代码先用 GPIO_TypeDef 类型定义一个结构体指针 GPIOx，并让指针指向地址 GPIOB_BASE(0x4001 0C00)，使用地址确定下来，然后根据 C 语言访问结构体的语法，用 GPIOx->ODR 及 GPIOx->IDR 等方式读写寄存器。 最后，我们更进一步，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

/*使用 GPIO_TypeDef 把地址强制转换成指针*/
#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)

/*使用定义好的宏直接访问*/
/*访问 GPIOB 端口的寄存器*/
GPIOB->BSRR = 0xFFFF; //通过指针访问并修改 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; //读取 GPIOB_IDR 寄存器的值到变量 temp 中

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

uint32_t temp;
temp = GPIOA->IDR; //读取 GPIOA_IDR 寄存器的值到变量 temp 中