一、如何控制單片機(jī)？

單片機(jī)的內(nèi)存映射圖解析

這里以STM32F429芯片為例，講解下單片機(jī)芯片內(nèi)存映射圖。從此圖中可以看到芯片的外設(shè)被分配了512M的空間，然而真正的外設(shè)其實(shí)沒有使用到512M的內(nèi)存空間。

然后我們操作外設(shè)時(shí)，只需要操作它對(duì)應(yīng)的內(nèi)存地址即可。更加詳細(xì)的外設(shè)內(nèi)存地址，可以參考芯片的用戶手冊(cè)（不是數(shù)據(jù)手冊(cè)）的Memory map章節(jié)。

因?yàn)閱纹瑱C(jī)是將外設(shè)映射到內(nèi)存地址上，所以我們可以像操作內(nèi)存一樣來操作外設(shè)（寫/讀）。

我們?cè)诓僮鲀?nèi)存時(shí)是通過地址來進(jìn)行操作的，由于單片機(jī)已經(jīng)將外設(shè)與內(nèi)存進(jìn)行了映射，所以我們?cè)诓僮鲉纹瑱C(jī)外設(shè)時(shí)只需要操作外設(shè)映射的內(nèi)存地址就行。

內(nèi)存如何操作？

在C語言中操作內(nèi)存，我們可以用指針來進(jìn)行操作。在匯編語言中由于沒有指針這個(gè)概念，所以我們?cè)诓僮鞯刂窌r(shí)只能用一些內(nèi)存讀寫指令來完成。比如：LDR，STR

結(jié)構(gòu)體操作與宏定義操作的對(duì)比

C語言——宏定義形式

?

#define?GPIOA?(*(volatile?uint32_t?*)(0x000800E0))
#define?GPIOA_DR?(*(volatile?uint32_t?*)(0x000800E4))
#define?GPIOA_MR?(*(volatile?uint32_t?*)(0x00080108))
#define?GPIOA_TR?(*(volatile?uint32_t?*)(0x00080108))

?

C語言——結(jié)構(gòu)體操作

?

struct?GPIOA_Reg{
????volatile?uint32_t?dr;
????volatile?uint32_t?mr;
????volatile?uint32_t?tr;
}GPIOA_REG

?

匯編語言操作內(nèi)存

?

LDR?r0,?=0x00800010
MOV?r1,?#2
STR?r1,?[r0]

?

二、寄存器方式操作單片機(jī)

代碼結(jié)構(gòu)框架：

文件結(jié)構(gòu)

一個(gè)芯片頭文件：外設(shè)的地址宏定義以及外設(shè)相關(guān)的結(jié)構(gòu)體定義

查看芯片的用戶手冊(cè)（注意：不是數(shù)據(jù)手冊(cè)）中寄存器對(duì)應(yīng)的相應(yīng)地址。然后使用宏定義來將它們定義好，同時(shí)定義好結(jié)構(gòu)體來更加方便的管理外設(shè)寄存器組。這里以STM32F1系列為例

??一個(gè)啟動(dòng)文件：匯編編寫的、中斷向量表等

??用戶代碼文件：剩余就是用戶代碼文件了

??各個(gè)芯片的外設(shè)驅(qū)動(dòng)函數(shù)編寫（讀/寫、控制）、以及用戶邏輯部分代碼。

三、使用HAL庫方式操作單片機(jī)

HAL庫與固件庫的區(qū)別

HAL全稱Hardware abstract layer（硬件抽象層），這是一個(gè)大家公認(rèn)并且遵守的一種函數(shù)名稱命名、資源定義。因?yàn)槭墙y(tǒng)一的命名規(guī)范，所以當(dāng)用戶更換芯片平臺(tái)后由于函數(shù)命名與所使用的資源都與具體硬件沒有關(guān)系，這樣就不需要修改用戶層代碼了。

而所謂的標(biāo)準(zhǔn)庫其實(shí)就是芯片廠商公司內(nèi)部自己命名與實(shí)現(xiàn)的庫并且各個(gè)廠商的命名規(guī)則不一樣，這樣就會(huì)導(dǎo)致可移植性變差。當(dāng)用戶更換了芯片平臺(tái)后由于它們各自的API函數(shù)不一樣就會(huì)導(dǎo)致用戶需要修改應(yīng)用層代碼。

HAL庫設(shè)計(jì)

1. HAL框架設(shè)計(jì)

2. HAL資源命名規(guī)則

HAL函數(shù)命名規(guī)則：

中斷與時(shí)鐘設(shè)置宏：

回調(diào)函數(shù)命名規(guī)則：

3. 文件結(jié)構(gòu)：

一個(gè)芯片頭文件：外設(shè)的地址宏定義以及外設(shè)相關(guān)的結(jié)構(gòu)體定義

查看芯片的用戶手冊(cè)（注意：不是數(shù)據(jù)手冊(cè)）中寄存器對(duì)應(yīng)的相應(yīng)地址。然后使用宏定義來將它們定義好，同時(shí)定義好結(jié)構(gòu)體來更加方便的管理外設(shè)寄存器組。這里以STM32F1系列為例

一個(gè)啟動(dòng)文件：匯編編寫的、中斷向量表等。

一個(gè)HAL庫全局頭文件：一些全局的宏定義以及包含其他外設(shè)頭文件

HAL庫文件：芯片外設(shè)的驅(qū)動(dòng)函數(shù)

四、HAL庫組成說明

1. HAL庫的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體

??外設(shè)句柄結(jié)構(gòu)體

??初始化和配置結(jié)構(gòu)體

??特定的處理結(jié)構(gòu)體（讀寫/控制）

** 外設(shè)句柄結(jié)構(gòu)體（跟硬件不相關(guān)）：**

比如：下面這個(gè)串口結(jié)構(gòu)體

?

typedef?struct
{
????USART_TypeDef?*Instance;?/*?USART?registers?base?address?*/
????USART_InitTypeDef?Init;?/*?Usart?communication?parameters?*/
????uint8_t?*pTxBuffPtr;/*?Pointer?to?Usart?Tx?transfer?Buffer?*/
????uint16_t?TxXferSize;?/*?Usart?Tx?Transfer?size?*/
????__IO?uint16_t?TxXferCount;/*?Usart?Tx?Transfer?Counter?*/
????uint8_t?*pRxBuffPtr;/*?Pointer?to?Usart?Rx?transfer?Buffer?*/
????uint16_t?RxXferSize;?/*?Usart?Rx?Transfer?size?*/
????__IO?uint16_t?RxXferCount;?/*?Usart?Rx?Transfer?Counter?*/
????DMA_HandleTypeDef?*hdmatx;?/*?Usart?Tx?DMA?Handle?parameters?*/
????DMA_HandleTypeDef?*hdmarx;?/*?Usart?Rx?DMA?Handle?parameters?*/
????HAL_LockTypeDef?Lock;?/*?Locking?object?*/
????__IO?HAL_USART_StateTypeDef?State;?/*?Usart?communication?state?*/
????__IO?HAL_USART_ErrorTypeDef?ErrorCode;/*?USART?Error?code?*/
}USART_HandleTypeDef;

?

初始化結(jié)構(gòu)體（跟硬件相關(guān)）：

比如：下面這個(gè)串口硬件相關(guān)的結(jié)構(gòu)體

?

typedef?struct
{
????uint32_t?BaudRate;?/*!

	?

	特定的處理結(jié)構(gòu)體（跟硬件有關(guān)）：

	比如：下面這個(gè)ADC處理處理結(jié)構(gòu)體

	?
typedef?struct?
{
??uint32_t?Channel;????????????????/*!

	?

	2. HAL庫公共資源

	HAL Status：狀態(tài)枚舉

	?
Typedef?enum
{
HAL_OK?=?0x00,
HAL_ERROR?=?0x01,
HAL_BUSY?=?0x02,
HAL_TIMEOUT?=?0x03
}?HAL_StatusTypeDef;

	?

	HAL Locked：用于防止共享資源被意外訪問

	?
typedef?enum
{
HAL_UNLOCKED?=?0x00,?/*!

	?

	公共的宏定義：NULL 和 HAL_MAX_DELAY

	?
#ifndef?NULL
#define?NULL?(void?*)?0
#endif
#define?HAL_MAX_DELAY?0xFFFFFFFF

	?

	3. HAL庫中斷回調(diào)函數(shù)實(shí)現(xiàn)說明

	（1）使用 __ weak 定義好回調(diào)函數(shù)。如果用戶自己重寫了回調(diào)函數(shù)，那么編譯器就會(huì)使用用戶重寫的這個(gè)回調(diào)函數(shù)。其中__ weak這個(gè)關(guān)鍵字是編譯器定義的。

	（2）使用函數(shù)指針。定義一個(gè)全局的函數(shù)指針變量，在初始化函數(shù)時(shí)將我們自定義的回調(diào)函數(shù)賦值給這個(gè)全局的函數(shù)指針變量（這一步也叫做：注冊(cè)）。然后再中斷函數(shù)中通過這個(gè)全局的函數(shù)指針變量來調(diào)用我們自定義的回調(diào)函數(shù)。

	　　審核編輯：湯梓紅

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