LPC824-头文件应用

通过前面的分析，大家已经了解了预定义部分的内容。但如果每次设计程序都把需要的头文件内容全部写出来，不仅代码占用较多的篇幅，还会影响程序的结构化。因此，规范的程序设计都会把这部分内容通过头文件包含的形式引入进来。下面就来讨论如何实现这一形式。
头文件是以“.h”为后缀的文本文件，它的名称、数量都与开发环境有关，不同的开发环境（甚至同一开发环境的不同版本）所带的头文件都不一定相同。因此本节在讨论LPC824开发的头文件配置时，都以ARM-MDK5.26.2版本开发环境为准，其他版本的可参考使用。
先来看，同样实现LED交替闪烁的功能，若用包含头文件的写法，代码可换成如下形式： 

#include
//************************使用外部晶振**********************************
void Ext_osc(void)
{
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL |= (1 << 18); //使能IOCON时钟
LPC_IOCON->PIO0_8 &= ~(3 << 3); //把P0_8引脚配置为无上下拉电阻方式
LPC_IOCON->PIO0_9 &= ~(3 << 3); //把P0_9引脚配置为无上下拉电阻方式
LPC_SWM->PINENABLE0 &= ~(3 << 6); //把P0_8、P0_9引脚配置为XTALIN、XTALOUT引脚
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKCTRL &= ~(1 << 18); //禁止IOCON时钟
}
//************************时钟初始化***********************************
void SysCLK_config(void)
{
uint8_t i;
LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= ~(1 << 5); //给系统振荡器上电
LPC_SYSCON->SYSOSCCTRL = 0x00000000; //系统振荡器未旁路，1~12MHz输入
for (i = 0; i < 200; i++) __nop(); //延时等待振荡器稳定
LPC_SYSCON->SYSPLLCLKSEL = 0x00000001; //PLL输入选择外部晶体振荡
LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN = 0x00;
LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN = 0x01; //先写0后写1更新时钟源
while (!(LPC_SYSCON->SYSPLLCLKUEN & 0x01)); //等待更新完成
LPC_SYSCON->SYSPLLCTRL = 0x00000041; //M=2、P=4，倍频后的时钟为24MHz
LPC_SYSCON->PDRUNCFG &= ~(1 << 7); //给PLL上电
while (!(LPC_SYSCON->SYSPLLSTAT & 0x01)); //等待PLL锁定
LPC_SYSCON->MAINCLKSEL = 0x00000003; //主时钟选择PLL倍频后的时钟
LPC_SYSCON->MAINCLKUEN = 0x00;
LPC_SYSCON->MAINCLKUEN = 0x01; //先写0后写1更新时钟源
while (!(LPC_SYSCON->MAINCLKUEN & 0x01)); //等待更新完成
LPC_SYSCON->SYSAHBCLKDIV = 0x00000001; //AHB为1分频，AHB时钟为24MHz
}
//************************系统初始化***********************************
void SystemInit(void)
{
Ext_osc(); //调用使用外部晶振
SysCLK_config(); //调用时钟配置函数
}
//************************端口初始化***********************************
void Port_init(void)
{
LPC_GPIO_PORT->DIR0 = 0x1FFFFFFF; //设置端口为输出方向
LPC_GPIO_PORT->PIN0 = 0x10090080; //输出相应电平交替点亮LED
}
//************************定时器初始化*********************************
void SysTick_init(void)
{
SysTick->LOAD = (((12000)*1000)-1);
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL |= ((1<<1)|(1<<0));
}
//***************************主函数************************************
int main(void)
{
SystemInit(); //调用系统初始化
Port_init(); //调用端口初始化
SysTick_init(); //调用定时器初始化
while(1)
{
;
}
}
//************************定时器中断***********************************
void SysTick_Handler(void)
{
LPC_GPIO_PORT->PIN0 = ~LPC_GPIO_PORT->PIN0; //取反赋值
}

从上面的代码可以看出，代码量明显比原来的减小了很多。这是由于执行了第一句“#include ”语句，就把所有需要的预定义部分的内容全都包含进来了。换句话说，头文件“LPC82x.h”中包含了本程序需要的全部预定义内容。但要想程序编译成功还需要注意三点：1、开发环境中必须存在这样一个名称的头文件；2、这个头文件所在的路径要引入正确；3、这个头文件中确实要包含在本程序所需要的预定义内容。

在默认配置下，“LPC82x.h”这个头文件位于路径“C:Keil_v5ARMPACKKeilLPC800_DFP1.2.0DeviceInclude”下（假设MDK-ARM安装在C盘下）。通过记事本打开它，可看到程序中用到的三个结构体“SYSCON”、“IOCON”、“GPIO”都定义在其中，并且都做了结构体指针的基址强制转换宏定义，所以主程序包含了头文件“LPC82x.h”后，这三个结构体就可以直接引用了。此外，头文件“LPC82x.h”中还定义了很多其他结构体，这些结构体都对应到相应模块的寄存器，原理和前面分析的一样，大家可自行分析。可见，只须包含一个头文件，就可以减少很多的工作量。
头文件还可以嵌套包含，即在一个头文件中还可以再包含其他的头文件。比如在“LPC82x.h”这个头文件中，并没有找到像“#typedef unsigned char  uint8_t;”这样的定义。但为何编译能通过呢？仔细观察会发现，其实在“LPC82x.h”这个头文件中还包含了“system_LPC82x.h”这个头文件，而在“system_LPC82x.h”这个头文件中又包含了“stdint.h”这个头文件，在“stdint.h”这个头文件中就包含有像“#typedef unsigned char  uint8_t;”这样的定义，这样做可以让功能结构非常明了。同样，像“#define __IO volatile”这样的定义位于头文件“core_cm0plus.h”中，结构体“SysTick”的定义也在头文件“core_cm0plus.h”中，而“core_cm0plus.h”又包含于头文件“LPC82x.h”中。默认情况下，“core_cm0plus.h”这个头文件位于路径“C:Keil_v5ARMPACKARMCMSIS5.4.0CMSISInclude”下，而“stdint.h”则位于路径“C:Keil_v5ARMARMCCinclude”下。
 ARM公司曾于2008年发布过一个Cortex微处理器软件接口标准（CMSIS，Cortex Microcontroller Software Interface Standard），现在这个标准已经升级到了2.0版本。基于此标准的软件构架主要分为4层：用户应用层、操作系统层、CMSIS层和硬件寄存器层。其中CMSIS层起着承上启下的作用。一方面该层对硬件寄存器层进行了统一的实现，屏蔽了不同厂商对Cortex-M系列微处理器核内外设寄存器的不同定义；另一方面又向上层的操作系统和应用层提供接口，简化了应用程序开发的难度，让开发人员能够在完全透明的情况下进行一些应用程序的开发。CMSIS层的实现较为复杂，有兴趣的可自行查询学习。开发环境MDK-ARM中的头文件结构正是基于CMSIS规范的，CMSIS提供的文件很多，在实际开发中要结合实际的器件选型来进行选择。

基于CMSIS构架下，程序的结构化会非常的明晰，同时在开发环境的辅助下，有时复杂的工作也会变得出奇简洁。利用CMSIS构架，前面的程序还可以做到进行一步简洁，比如时钟配置部分和系统初始化部分，可以不写在主程序中，而只需要把文件“system_LPC82x.c”引入进来就可以了（该文件位于“C:Keil_v5ARMPACKKeilLPC800_DFP1.2.0DeviceSource”）。前面讨论过，在LPC824开发前，必须有时钟配置和系统初始化部分，否则程序编译不能通过。然而，通过CMSIS构架的规范，时钟配置和系统初始化的内容已经被写在了“system_LPC82x.c”文件中，只须把它引入进来就可以了。但引入时要注意，由于它不是“.h”的头文件形式，所以不需要用“include”语句，只需要在开发环境中把它添加进来就可以了。完成后的文件树结构如下图所示。 

这样一来，上述的程序代码还会变得更加简洁，如下：

#include

//************************端口初始化***********************************
void Port_init(void)
{
LPC_GPIO_PORT->DIR0 = 0x1FFFFFFF; //设置端口为输出方向
LPC_GPIO_PORT->PIN0 = 0x10090080; //输出相应电平交替点亮LED
}
//************************定时器初始化*********************************
void SysTick_init(void)
{
SysTick->LOAD = (((12000)*1000)-1);
SysTick->VAL = 0;
SysTick->CTRL |= ((1<<1)|(1<<0));
}
//***************************主函数************************************
int main(void)
{
Port_init(); //调用端口初始化
SysTick_init(); //调用定时器初始化
while(1)
{
;
}
}
//************************定时器中断***********************************
void SysTick_Handler(void)
{
LPC_GPIO_PORT->PIN0 = ~LPC_GPIO_PORT->PIN0; //取反赋值
}

由此可见，在CMSIS构架的配合下，开发者可专注于主要的业务工作，而不必被其他细节所打扰，减少了很多麻烦事情。可能有人会问，那需要修改时钟配置时怎么办呢？最有效的方法当然是直接打开“system_LPC82x.c”文件，找到系统初始化函数“SystemInit()”，再去修改其中相应的时钟配置部分。其实，依靠开发环境的支持，修改时钟配置也变得简单了。MDK-ARM支持图形化的时钟配置，在环境中双击左边的“system_LPC82x.c”文件，会以文本形式打开该文件，在该标签页的下方，单击“Configuration Wizard”，会发现刚才的文本配置转换成了图形配置的形式，如下图所示。 

从上图中可以看到，在每一项内容里面都可以通过鼠标点击来进行配置，而不必去代码中修改，非常方便。这里我们需要把系统振荡时钟更改为外部振荡（默认为内部RC振荡），用鼠单击上图中第5行“System PLL Clock Soure Oscillator Frequency Range”一项后面的“IRC Oscillator”，会形成一个下拉列表框，在其中选择“Crystal Oscillator(SYSOSC)”一项即可。选择了外部振荡SYSOSC以后，连接外部晶振的两个引脚P0_8、P_9引脚也同时被配置为了XTALIN、XTALOUT引脚，所以在程序代码中就不再需要Ext_Osc函数了，非常方便。如果发现上图界面中的选项不允许修改（为灰色），这是因为文件system_LPC82x.c为只读属性造成的，只要把它的只读属性去掉就可以了（具有只读属性的文件在MDK中的图标上会显示有一把钥匙）。另外，同样可以使用图形化方法进行配置的文件还有系统启动文件“startup_LPC82x.s”。
由于LED交替闪烁的程序比较简单，所以在MDK-ARM中并没有对文件进行分类。其实在规范的程序开发中，都会给程序文件通过目录的形式来分一下类，这有利于结构化，条理明晰，在开发大型项目时尤为适用。至于需要分配多少个目录，没有统一的规定，可根据需要自行决定。

把上述使用头文件精简过的代码放到MDK环境中去编译，发现会报一个错，说找不到文件core_cm0plus.h，这时要把该文件所在的路径通知MDK。打开配置对话框，选择C/C++标签页，在“Include Paths”后面的方框中填入core_cm0plus.h文件所在的路径，如下图所示。

以后在开发项目过程中如果还有自己定义的头文件，也在此处把路径一并包含进来，这样就能顺利通过编译了。把编译后的目标文件下载到LPC824中，可发现运行效果跟前面的实例是一模一样的。