STM32入门系列-使用C语言封装寄存器

前面介绍了存储器映射、寄存器和寄存器映射，这些都是为了介绍使用 C语言封装寄存器做铺垫。这里我们通过一个实例来对 C 语言封装寄存器进行介绍。

具体实例：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。

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
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000) 2)
//定义 GPIOC 外设基地址
#define GPIOC_BASE (AHB1PERIPH_BASE + 0x0800) 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：

• 定义外设的基地址，这个地址也是 Block2 的基地址。

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• 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。

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• 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。

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• 定义 GPIO 外设寄存器基地址，这里以 GPIOC 端口为例，因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);

我们知道 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。

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。

于是，我们定义的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));
我们这里仅仅以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。