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C語言訪問MCU寄存器的三種方式

時間:2025-04-07 02:23:18 秀雯 C語言 我要投稿
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C語言訪問MCU寄存器的三種方式

  C語言的設(shè)計目標(biāo)是提供一種能以簡易的方式編譯、處理低級存儲器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運行環(huán)境支持便能運行的編程語言。那么C語言訪問MCU寄存器的三種方式分別是怎樣的呢?以下僅供參考!

  1.對C編譯器進(jìn)行語法擴(kuò)充

  對C編譯器進(jìn)行語法擴(kuò)充。例如MCS51系列單片機(jī)的C-51語法中擴(kuò)充了sfr關(guān)鍵字,舉例如下:

  sfr P0 = 0x80;

  這樣操作0x80單元直接寫P0即可。

  又如Atmel的AVR系列單片機(jī),其ICCAVR和GCCAVR編譯器都沒有定義新的數(shù)據(jù)類型,只能采用標(biāo)準(zhǔn)C的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和指針來實現(xiàn)訪問MCU的寄存器。而IAR和CodeVisionAVR編譯器對ANSI C進(jìn)行了擴(kuò)充,定義了新的數(shù)據(jù)類型,使C語言可以直接訪問MCU的有關(guān)寄存器,例如在IAR中可以使用:

  SFR_B(DDRB, 0x28);

  CodeVisionAVR中可以使用:

  sfrb DDRB = 0x28;

  2.使用標(biāo)準(zhǔn)C的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和指針來實現(xiàn)

  采用標(biāo)準(zhǔn)C的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換和指針的概念來實現(xiàn)訪問MCU的寄存器,例如:

  #define DDRB (*(volatile unsigned char *)0x25)

  分析如下:

  1.(unsigned char *)0x25中的0x25只是個值,前面加(unsigned char *)表示把這個值強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為unsigned char型的指針。再在前面加”*”,即*(volatile unsigned char *)0x25表示對這個指針解引用,相當(dāng)于

  (unsigned char *)0x25是一個指針p,而這個宏定義為#define DDRB *p。

  這樣當(dāng)讀/寫以0x25為地址的寄存器時,直接書寫DDRB即可,即寫:

  DDRB = 0xff;

  相當(dāng)于:

  unsigned char *p, i; p = 0x25; i = *p; //把地址為0x25單元中的數(shù)據(jù)讀出送入i變量*p = 0xff; //向地址為0x25的單元中寫入0xff

  這樣經(jīng)過一層宏定義的封裝就變得直觀和方便的多了。

  2.關(guān)鍵字volatile確保本指令不會以為C編譯器的優(yōu)化而被省略,且要求每次直接讀值。例如使用while(*(unsigned char *)0x25)時,有時系統(tǒng)可能不能真正去讀0x25的值,而是用第一次讀出的值,如果這樣,這個循環(huán)可能就是個死循環(huán)。用了volatile則要求每次都去讀0x25的實際值。

  GCCAVR工具鏈中就使用了這樣的方式,例如在iomx8.h 文件中一個定義如下:

  #define PORTB _SFR_IO8(0x25)

  而在sfr_defs.h中可以找到如下兩個宏定義:

  #define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr)+0x20)#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile unit8_t *)(mem_addr))

  實質(zhì)上與直接的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和指針定義是一樣的。

  3.使用結(jié)構(gòu)體實現(xiàn)

  使用指針的方式來訪問特殊功能寄存器的優(yōu)勢在于完全符合標(biāo)準(zhǔn)的ANSI-C,而無需擴(kuò)展語法,形成“方言”,擁有更好的兼容性和可移植性。

  這種方式適合簡單的應(yīng)用程序,而當(dāng)系統(tǒng)用到多個同種外設(shè)時,就需要為每一個這種外設(shè)定義寄存器,這樣就會使程序的維護(hù)變得非常困難。而且,由于每次寄存器操作都會有對應(yīng)的常量存儲在程序Flash里,為每個寄存器定義單獨的指針還會增加程序代碼。

  為了簡化程序代碼,可以將寄存器組定義為結(jié)構(gòu)體,而將外設(shè)當(dāng)做指向這個結(jié)構(gòu)體的指針。例如:

  typedef struct { volatile unsigned long DATA; //0x00 volatile unsigned long RSR; //0x04 unsigned long RESERVED0[4]; //0x08-0x14 volatile unsigned long FLAG; //0x18 ... }UART_TypeDef;#define Uart0 ((UART_Type *)0x40003000)#define Uart1 ((UART_Type *)0x40004000)#define Uart2 ((UART_Type *)0x40005000)int getkey(UART_TypeDef * uartptr) { while((uartptr->FLAG & 0x40) == 0); //無數(shù)據(jù),等待 return uartptr->DATA; // 讀取字符}int main(void) { unsigned long data; data = getkey(Uart0); }

  在這種設(shè)定下,同一個外設(shè)寄存器的結(jié)構(gòu)體可以被多個外設(shè)實體共用,這樣也使得程序維護(hù)變得容易。另外,由于立即數(shù)存儲的減少,編譯出的程序代碼也會變小。

  拓展:c語言的優(yōu)點介紹

  1、簡潔緊湊、靈活方便

  C語言一共只有32個關(guān)鍵字,9種控制語句,程序書寫形式自由,區(qū)分大小寫。把高級語言的基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作,而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元。

  2、運算符豐富

  C語言的運算符包含的范圍很廣泛,共有34種運算符。C語言把括號、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運算符處理。從而使C語言的運算類型極其豐富,表達(dá)式類型多樣化。靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)在其它高級語言中難以實現(xiàn)的運算。

  3、數(shù)據(jù)類型豐富

  C語言的數(shù)據(jù)類型有:整型、實型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來實現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算。并引入了指針概念,使程序效率更高。

  4、表達(dá)方式靈活實用

  C語言提供多種運算符和表達(dá)式值的方法,對問題的表達(dá)可通過多種途徑獲得,其程序設(shè)計更主動、靈活。它語法限制不太嚴(yán)格,程序設(shè)計自由度大,如對整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等。

  5、允許直接訪問物理地址,對硬件進(jìn)行操作

  由于C語言允許直接訪問物理地址,可以直接對硬件進(jìn)行操作,因此它既具有高級語言的功能,又具有低級語言的許多功能,能夠像匯編語言一樣對位(bit)、字節(jié)和地址進(jìn)行操作,而這三者是計算機(jī)最基本的工作單元,可用來寫系統(tǒng)軟件。

  6、生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高,程序執(zhí)行效率高

  C語言描述問題比匯編語言迅速,工作量小、可讀性好,易于調(diào)試、修改和移植,而代碼質(zhì)量與匯編語言相當(dāng)。C語言一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10%~20%。

  7、可移植性好

  C語言在不同機(jī)器上的C編譯程序,86%的代碼是公共的,所以C語言的編譯程序便于移植。在一個環(huán)境上用C語言編寫的程序,不改動或稍加改動,就可移植到另一個完全不同的環(huán)境中運行。

  8、表達(dá)力強(qiáng)

  C語言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運算符。包含了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),如整型、數(shù)組類型、指針類型和聯(lián)合類型等,用來實現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運算。C語言的運算符有34種,范圍很寬,靈活使用各種運算符可以實現(xiàn)難度極大的運算。

  C語言能直接訪問硬件的物理地址,能進(jìn)行位(bit)操作。兼有高級語言和低級語言的許多優(yōu)點。

  它既可用來編寫系統(tǒng)軟件,又可用來開發(fā)應(yīng)用軟件,已成為一種通用程序設(shè)計語言。

  另外C語言具有強(qiáng)大的圖形功能,支持多種顯示器和驅(qū)動器。且計算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。

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