C语言访问MCU寄存器的方式

MCU中的特殊功能寄存器SFR,实际上就是SRAM地址已经确定的SRAM单元,在C语言环境下对其访问归纳起来有3种方法。

1.对C编译器进行语法扩充

对C编译器进行语法扩充。例如MCS51系列单片机的C-51语法中扩充了sfr关键字,举例如下:

sfr P0 = 0x80;

这样操作0x80单元直接写P0即可。

又如Atmel的AVR系列单片机,其ICCAVR和GCCAVR编译器都没有定义新的数据类型,只能采用标准C的强制类型转换和指针来实现访问MCU的寄存器。而IAR和CodeVisionAVR编译器对ANSI C进行了扩充,定义了新的数据类型,使C语言可以直接访问MCU的有关寄存器,例如在IAR中可以使用:

SFR_B(DDRB, 0x28);

CodeVisionAVR中可以使用:

sfrb DDRB = 0x28;

2.使用标准C的强制类型转换和指针来实现

采用标准C的强制转换和指针的概念来实现访问MCU的寄存器,例如:

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

分析如下:

1.(unsigned char *)0x25中的0x25只是个值,前面加(unsigned char *)表示把这个值强制类型转换为unsigned char型的指针。再在前面加”*”,即*(volatile unsigned char *)0x25表示对这个指针解引用,相当于

(unsigned char *)0x25是一个指针p,而这个宏定义为#define DDRB *p。

这样当读/写以0x25为地址的寄存器时,直接书写DDRB即可,即写:

DDRB = 0xff;

相当于:

unsigned char *p, i;

p = 0x25;

i = *p;        //把地址为0x25单元中的数据读出送入i变量

*p = 0xff;     //向地址为0x25的单元中写入0xff

这样经过一层宏定义的封装就变得直观和方便的多了。

2.关键字volatile确保本指令不会以为C编译器的优化而被省略,且要求每次直接读值。例如使用while(*(unsigned char *)0x25)时,有时系统可能不能真正去读0x25的值,而是用第一次读出的值,如果这样,这个循环可能就是个死循环。用了volatile则要求每次都去读0x25的实际值。

GCCAVR工具链中就使用了这样的方式,例如在iomx8.h文件中一个定义如下:

#define PORTB _SFR_IO8(0x25)

而在sfr_defs.h中可以找到如下两个宏定义:

#define _SFR_IO8(io_addr)     _MMIO_BYTE((io_addr)+0x20)

#define _MMIO_BYTE(mem_addr)  (*(volatile unit8_t *)(mem_addr))

实质上与直接的强制类型转换和指针定义是一样的。

3.使用结构体实现

使用指针的方式来访问特殊功能寄存器的优势在于完全符合标准的ANSI-C,而无需扩展语法,形成“方言”,拥有更好的兼容性和可移植性。

这种方式适合简单的应用程序,而当系统用到多个同种外设时,就需要为每一个这种外设定义寄存器,这样就会使程序的维护变得非常困难。而且,由于每次寄存器操作都会有对应的常量存储在程序Flash里,为每个寄存器定义单独的指针还会增加程序代码。

为了简化程序代码,可以将寄存器组定义为结构体,而将外设当做指向这个结构体的指针。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);    //无数据,等待

    return uartptr->DATA;                  // 读取字符

}

int main(void)

{

    unsigned long data;

    data = getkey(Uart0);

}

在这种设定下,同一个外设寄存器的结构体可以被多个外设实体共用,这样也使得程序维护变得容易。另外,由于立即数存储的减少,编译出的程序代码也会变小。