2019年06月01日 | STM32寄存器的简介、地址查找，与直接操作寄存器

什么是寄存器

提到单片机，就不得不提到寄存器。根据百度百科介绍，寄存器是中央处理器内的组成部分。寄存器是有限存贮容量的高速存贮部件，它们可用来暂存指令、数据和地址。

　　简单来说，寄存器就是存放东西的东西。从名字来看，跟火车站寄存行李的地方好像是有关系的。只不过火车站行李寄存处，存放的行李；寄存器可能存放的是指令、数据或地址。

　　存放数据的寄存器是最好理解的，如果你需要读取一个数据，直接到这个寄存器所在的地方来问问他，数据是多少就行了。问寄存器这个动作，叫做访问寄存器。不同的数据会存放在不同的寄存器，例如引脚PA2与PB8的高低电平数据（1或0）肯定放在不同的寄存器里，那么怎么区分不同的寄存器呢？通过地址，不同的寄存器有不同的地址，就像老张行李寄存处在101号店铺，老王行李寄存处在258号店铺。

　　指令、地址寄存器与数据寄存器类似，里边存放的都是0和1，毕竟单片机也只认识机器码，机器码都是0或1，只是特别的规定下，数据寄存器里面存放的0和1表示数据，指令寄存器里存放的表示指令。

　　个人理解：给CPU存储东西的地方。等CPU转到寄存器这个地方的时候，就拿出寄存器里存放的东西，或是根据寄存器里的命令做一些事情。比如厨房就是个寄存器，负责做饭。仓库也是个寄存器，负责存东西。需要某些功能的时候，就要操作某个寄存器。可以把寄存器类比为，有特殊功能的地方，既然是个地方当然就有地址了，所以，可以把寄存器想象为特殊的地址。

怎么找到某个寄存器的地址？查看数据手册。

手册中没有直接给出所有的寄存器的地址，需要读者稍加计算。STM32给不同的寄存器分配了不同的地址，有点像划分了片区。在《STM32中文参考手册_V10》的第28页，有不同寄存器的地址范围。

　　现在，假如我们想读取PB3引脚的电平，该怎么找到相关的寄存器？

第一步，找到GPIOB的基地址

　　也就是找到GPIOB的小区。结论是，所有GPIOB相关的寄存器，都住在0x4001 0C00到0x4001 0FFF范围内。

第二步，找到端口输入寄存器的地址偏移

　　找到存储数据的那个屋子，结论是0x4001 0C00+8 = 0x4001 0C08

第三步，找到知道数据的那个人

　　PB3的数据位于从右往左数第4个。

　　而这个寄存器的位数是32位（虽然高16位没有用到），这就是32位的单片机的意思。每个寄存器都占据4字节，32位。而CPU的总线一次可以操作32位，所以比8位单片机厉害一点。

　　经过这三步查找，我们可以做出以下结论：

PB3的输入数据位于0x4001 0C08这个地址上，这个地址上存放数据的右起第4个位就是PB3引脚对应的高低电平。

　　我们可以简单粗暴地直接访问这个地址：

 unsigned int *pGPIOB_IDR = (unsigned int *)0x40010C08;

 unsigned char PB3 = *pGPIOB_IDR & 0x8;//取出从右往左数的第4位

直接访问的操作并不好用，每操作一个寄存器就必须去查看数据手册，然后找找这个寄存器的地址。

　　意法半导体公司为了方便大家使用，就把这些寄存器都起了一目了然的名字，把寄存器与地址映射关系放在他们提供的头文件里。这个文件就是stm32f10x.h。

直接操作寄存器来点亮LED。

我的板子对应的LED是PB8。

首先要配置时钟使能。

为什么配置时钟？为了省电，默认的时钟都是关闭的。配置STM32的任何资源前，都必须首先使能时钟。

　　配置哪个时钟？

时钟的信息在参考手册里边，参考手册十分巨大，不用通读，就像一个字典，需要什么查什么。

　　参考手册，搜索"时钟"，在表1里可以看到。

时钟控制名字叫做RCC，属于AHB总线。GPIOB属于APB2。

　　下图系统结构可以看到时钟的从属关系，此图位于手册P25页，十分重要。可以看出AHB总线包含RCC时钟控制，GPIO是属于APB2的。

　　我们已经知道，GPIO端口B的地址从0x4001 0C00开始。接下来只寻找时钟使能寄存器的地址：

　　复位和时钟控制RCC的地址从0x4002 1000开始；

　　可以在6.3.7小节找到APB2外设时钟使能寄存器（RCC_APB2ENR），偏移地址是0x18,所以APB2的地址就是0x4002 1018。

　　看手册RCC_APB2ENR，位3是IOPBEN，名字是IO端口B时钟使能，就是我们想要的。把RCC_APB2ENR的位3赋值为1，就是开启GPIOB时钟。

配置为通用输出

既然叫做IO，那么肯定就是可以输入，可以输出，到底是输入还是输出呢？

　　控制LED需要输出高电平或是低电平，所以需要配置为输出。

　　由于STM32的每个IO都需要4个位来配置，所以一个32位的寄存器最大只能配置8个IO（32位的单片机的寄存器就是32位的）。STM32中，用端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）来配置引脚Px0-Px7, 用端口配置高寄存器（GPIOx_CRH）来配置引脚Px8-Px15。

　　配置引脚PB8，使用的寄存器是GPIOB_CRH。下面我们来寻找这个寄存器的地址。

　　关于此寄存器的说明位于8.2.2小节。先看标题GPIOx，表示不管是PA,PB还是PE，都能用。

　　偏移地址是0x04，意思是在基地址的基础上再加0x04，所以，对于GPIOB来说就是0x4001 0c04。如果配置PB0-PB7,那么需要的寄存器是低位的寄存器GPIOB_CRL，它的地址是0x4001 0c00。我们需要配置的寄存器是GPIOB_CRH。

　　找到需要操作的寄存器后，把它配置为通用输出。

　　复位值是0x4444 4444，并不是0x0000 0000。所谓的复位值，就是指如果没有操作这个寄存器时，寄存器存放的默认值。复位值按位拆分0x4 = 0b0100，0x表示16进制，0b表示二进制，也就是默认CNF 01，MODE 00,是浮空输入。

　　我们需要的是输出高低电平，所以要设置为输出。输出模式又有好几种输出：

　　推挽输出:可以输出高,低电平,连接数字器件；推挽结构一般是指两个三极管分别受两互补信号的控制,总是在一个三极管导通的时候另一个截止。

　　开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻才行，适合于做电流型的驱动,其吸收电流的能力相对强(一般20ma以内)。

　　开漏是需要外接上拉电阻才可以输出高电平的，这里并不适合。所以需要设置为推挽输出。

　　功能是否是复用呢？复用的意思是有别的功能在这个脚上，比如USB，CAN，串口等，所以这些个脚就可能有多个功能。暂时讲多了反而会迷惑，等用到了这些功能再讲解，我直接告诉大家，PB8没有复用。

　　所以配置为输出模式，通用推挽输出。速度暂时不关注，随便填写一个50MHz吧，其它速度当然也可以。所以设置GPIOB_CRH的MODE8与CNF8为0b0011,即0x3。此寄存器中其它的位暂时不做修改，使用默认值，也就是GPIOB_CRH设置为：0x4444 4443。

点亮LED需要输出低电平

在单片机的编程中，要想做某件事，必须寻找相应的寄存器。在8.2.4小节，可以找到端口输出数据寄存器，就是我们需要的。我们需要输出0。但是中文手册有一个小小的BUG，0x0C写成了0Ch，可以参考英文原版。得知地址的偏移是0x0C，所以这个数据寄存器的地址就是0x4001 0C0C，把第8位写为0就行。默认就是0，但是也得学一下怎么写，万一是高电平点亮呢。

使用直接赋值的方式写寄存器的地址

在搞清楚我们要用的几个寄存器的地址，以及寄存器中需要装填的数值以后，现在用一个简单粗暴的方法来操作这些寄存器——直接操作。（注意，这段代码不是实用的代码，只是为了写出一个最简单的LED，有些部分是不可取的。）将main函数修改为：

    int main(void)

    {

        unsigned int *pRCC_APB2ENR = (unsigned int *)0x40021018;

        unsigned int *pGPIOB_CRH = (unsigned int *)0x40010c04;

        unsigned int *pGPIOB_ODR = (unsigned int *)0x40010c0c;

        *pRCC_APB2ENR = 0x00000008;

        *pGPIOB_CRH = 0x44444443;

        *pGPIOB_ODR = 0x00000000;

         return 0;             

    }

C语言总是从main函数开始执行。

　　定义几个指针，指向刚刚看到的地址。对于编译器来说，它并不知道0x40021018代表的是数据还是指针，所以用(unsigned int *)作强制的类型转换，告诉编译器0x40021018是个指针。指针可以理解为地址。操作指针，把这些地址存放的值修改。

　　最后的return，代表main函数结束。

总结

我们写了一段另类的代码，直接操作寄存器的地址，就是想得到这么一个结论：不论代码怎么写，不论是寄存器，库函数，还是其他的操作系统，要在STM32F103这个单片机点亮LED灯，肯定需要把时钟和GPIO这几个相关的特殊地址，进行赋值或修改数值的操作。有点像打篮球，不论进攻时有怎样花哨的运球与传切配合，最后都要完成把球放入篮筐的动作，才能得分。