ARM定义特殊寄存器(*(volatile unsigned long *))的理解

本文详细解析了*(volatile unsigned char *)0x5F这类定义的含义及其在嵌入式系统编程中的应用,包括如何利用C语言访问固定内存地址、volatile关键字的作用及内存映射机制。

以前老是对ARM程序中(*(volatile unsigned long *))不理解,今天看了两篇文章,觉得对理解这个很有用,当然这个不止在定义内部特殊寄存器有用,在用到外部总线时,根据具体情况,定义外部器件的地址也可以用。

  下面是文章一

终于理解了#define SREG (*(volatile unsigned  CHAR  *)0x5F)
以前看到#define SREG     (*(volatile unsigned 
CHAR  *)0x5F)
这样的定义,总是感觉很奇怪,不知道为什么,今天终于有了一点点心得,请大虾们多多批砖~~~

    嵌入式系统编程,要求程序员能够利用C语言访问固定的内存地址。既然是个地址,那么按照C语言的语法规则,这个表示地址的量应该是指针类型。所以,知道要访问的内存地址后,比如0x5F,
    第一步是要把它强制转换为指针类型
(unsigned 
CHAR  *)0x5F,AVR的SREG是八位寄存器,所以0x5F强制转换为指向
unsigned 
CHAR 类型。
    volatile(可变的)这个关键字说明这变量可能会被意想不到地改变,这样编译器就不会去假设这个变量的值了。这种“意想不到地改变”,不是由程序去改变,而是由硬件去改变——意想不到。
    第二步,对指针变量解引用,就能操作指针所指向的地址的内容了
    *(volatile unsigned 
CHAR  *)0x5F
    第三步,小心地把#define宏中的参数用括号括起来,这是一个很好的习惯,所以#define SREG     (*(volatile unsigned 
CHAR  *)0x5F)

     类似的,如果使用一个32位处理器,要对一个32位的内存地址进行访问,可以这样定义#define RAM_ADDR      (*(volatile unsigned 
LONG    *)0x0000555F)
     然后就可以用C语言对这个内存地址进行读写操作了
     读:tmp = RAM_ADDR;
     写:RAM_ADDR = 0x55;

已下是文章二

对于不同的计算机体系结构,设备可能是端口映射,也可能是内存映射的。如果系统结构支持独立的IO地址空间,并且是端口映射,就必须使用汇编语言完成实际对设备的控制,因为C语言并没有提供真正的“端口”的概念。如果是内存映射,那就方便的多了。

         以 #define IOPIN   (*((volatile unsigned long *) 0xE0028000))   为例:作为一个宏定义语句,define是定义一个变量或常量的伪指令。首先( volatile unsigned long * )的意思是将后面的那个地址强制转换成 volatile unsigned long * ,unsigned long * 是无符号长整形,volatile 是一个类型限定符,如const一样,当使用volatile限定时,表示这个变量是依赖系统实现的,以为着这个变量会被其他程序或者计算机硬件修改,由于地址依赖于硬件,volatile就表示他的值会依赖于硬件。

        volatile 类型是这样的,其数据确实可能在未知的情况下发生变化。比如,硬件设备的终端更改了它,现在硬件设备往往也有自己的私有内存地址,比如显存,他们一般是通过映象的方式,反映到一段特定的内存地址当中,这样,在某些条件下,程序就可以直接访问这些私有内存了。另外,比如共享的内存地址,多个程序都对它操作的时候。你的程序并不知道,这个内存何时被改变了。如果不加这个voliatile修饰,程序是利用catch当中的数据,那个可能是过时的了,加了 voliatile,就在需要用的时候,程序重新去那个地址去提取,保证是最新的。归纳起来如下:

1. volatile变量可变允许除了程序之外的比如硬件来修改他的内容   
2. 访问该数据任何时候都会直接访问该地址处内容,即通过cache提高访问速度的优化被取消  

       对于((volatile unsigned long *) 0xE0028000)为随硬件需要定义的一种地址,前面加上“*”指针,为直接指向该地址,整个定义约定符号IOPIN代替,调用的时候直接对指向的地址寄存器写内容既可。这实际上就是内存映射机制的方便性了。其中volatile关键字是嵌入式系统开发的一个重要特点。上述表达式拆开来分析,首先(volatile unsigned long *) 0xE0028000的意思是把0xE0028000强制转换成volatile unsigned long类型的指针,暂记为p,那么就是#define A *p,即A为P指针指向位置的内容了。这里就是通过内存寻址访问到寄存器A,可以读/写操作。

对于(volatile unsigned char *)0x20我们再分析一下,它是由两部分组成:
1)(unsigned char *)0x20,0x20只是个值,前面加(unsigned char *)表示0x20是个地址,而且这个地址类型是unsigned char ,意思是说读写这个地址时,要写进unsigned char 的值,读出也是unsigned char 。
2)volatile,关键字volatile 确保本条指令不会因C 编译器的优化而被省略,且要求每次直接读值。例如用while((unsigned char *)0x20)时,有时系统可能不真正去读0x20的值,而是用第一次读出的值,如果这样,那这个循环可能是个死循环。用了volatile 则要求每次都去读0x20的实际值。

那么(volatile unsigned char *)0x20是一个固定的指针,是不可变的,不是变量。而char   *u则是个指针变量。
再在前面加"*":*(volatile unsigned char *)0x20则变成了变量(普通的unsigned char变量,不是指针变量),如果#define i (*(volatile unsigned char *)0x20),那么与unsigned char i是一样了,只不过前面的i的地址是固定的。

那么你的问题就可解答了,(*(volatile unsigned char *)0x20)可看作是一个普通变量,这个变量有固定的地址,指向0x20。而0x20只是个常量,不是指针更不是变量。

实验一的start.s代码:.global _start _start: // 把外设的基地址告诉CPU ldr r0, =0x70000000 //对于6410来说,内存(0x00000000~0x60000000),外设(0x70000000-0x7fffffff) orr r0, r0, #0x13 //外设大小:256M mcr p15,0,r0,c15,c2,4 //把r0的值(包括了外设基地址+外设大小)告诉cpu // 关看门狗 ldr r0, =0x7E004000 mov r1, #0 str r1, [r0] // 设置GPKCON0 ldr r1, =0x7F008800 ldr r0, =0x11110000 str r0, [r1] mov r2, #0x1000 led_blink: // 设置GPKDAT,使GPK_4/5/6/7引脚输出低电平,LED亮 ldr r1, =0x7F008808 mov r0, #0 str r0, [r1] // 延时 bl delay // 设置GPKDAT,使GPK_4/5/6/7引脚输出高电平,LED灭 ldr r1, =0x7F008808 mov r0, #0xf0 str r0, [r1] // 延时 bl delay sub r2, r2, #1 cmp r2,#0 bne led_blink halt: b halt delay: mov r0, #0x1000000 delay_loop: cmp r0, #0 sub r0, r0, #1 bne delay_loop mov pc, lr 实验四的timer.c:#include "stdio.h" #define GPKCON0 (*((volatile unsigned long *)0x7F008800)) #define GPKDATA (*((volatile unsigned long *)0x7F008808)) #define EINT0CON0 (*((volatile unsigned long *)0x7F008900)) #define EINT0MASK (*((volatile unsigned long *)0x7F008920)) #define EINT0PEND (*((volatile unsigned long *)0x7F008924)) #define PRIORITY (*((volatile unsigned long *)0x7F008280)) #define SERVICE (*((volatile unsigned long *)0x7F008284)) #define SERVICEPEND (*((volatile unsigned long *)0x7F008288)) #define VIC0IRQSTATUS (*((volatile unsigned long *)0x71200000)) #define VIC0FIQSTATUS (*((volatile unsigned long *)0x71200004)) #define VIC0RAWINTR (*((volatile unsigned long *)0x71200008)) #define VIC0INTSELECT (*((volatile unsigned long *)0x7120000c)) #define VIC0INTENABLE (*((volatile unsigned long *)0x71200010)) #define VIC0INTENCLEAR (*((volatile unsigned long *)0x71200014)) #define VIC0PROTECTION (*((volatile unsigned long *)0x71200020)) #define VIC0SWPRIORITYMASK (*((volatile unsigned long *)0x71200024)) #define VIC0PRIORITYDAISY (*((volatile unsigned long *)0x71200028)) #define VIC0ADDRESS (*((volatile unsigned long *)0x71200f00)) #define PWMTIMER_BASE (0x7F006000) #define TCFG0 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x00)) ) #define TCFG1 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x04)) ) #define TCON ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x08)) ) #define TCNTB0 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x0C)) ) #define TCMPB0 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x10)) ) #define TCNTO0 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x14)) ) #define TCNTB1 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x18)) ) #define TCMPB1 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x1C)) ) #define TCNTO1 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x20)) ) #define TCNTB2 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x24)) ) #define TCMPB2 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x28)) ) #define TCNTO2 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x2C)) ) #define TCNTB3 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x30)) ) #define TCMPB3 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x34)) ) #define TCNTO3 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x38)) ) #define TCNTB4 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x3C)) ) #define TCNTO4 ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x40)) ) #define TINT_CSTAT ( *((volatile unsigned long *)(PWMTIMER_BASE+0x44)) ) typedef void (isr) (void); extern void asm_timer_irq(); void irq_init(void) { /* 在中断控制器里使能timer0中断 */ VIC0INTENABLE |= (1<<23); VIC0INTSELECT =0; isr** isr_array = (isr**)(0x7120015C); isr_array[0] = (isr*)asm_timer_irq; /*将GPK4-GPK7配置为输出口*/ GPKCON0 = 0x11110000; /*熄灭四个LED灯*/ GPKDATA = 0xff; } // timer0中断的中断处理函数 void do_irq() { unsigned long uTmp; GPKDATA = ~GPKDATA; //清timer0的中断状态寄存器 uTmp = TINT_CSTAT; TINT_CSTAT = uTmp; VIC0ADDRESS=0x0; } // 初始化timer void timer_init(unsigned long utimer,unsigned long uprescaler,unsigned long udivider,unsigned long utcntb,unsigned long utcmpb) { unsigned long temp0; // 定时器的输入时钟 = PCLK / ( {prescaler value + 1} ) / {divider value} = PCLK/(65+1)/16=62500hz //设置预分频系数为66 temp0 = TCFG0; temp0 = (temp0 & (~(0xff00ff))) | (uprescaler<<0); TCFG0 = temp0; // 16分频 temp0 = TCFG1; temp0 = (temp0 & (~(0xf<<4*utimer))& (~(1<<20))) |(udivider<<4*utimer); TCFG1 = temp0; // 1s = 62500hz TCNTB0 = utcntb; TCMPB0 = utcmpb; // 手动更新 TCON |= 1<<1; // 清手动更新位 TCON &= ~(1<<1); // 自动加载和启动timer0 TCON |= (1<<0)|(1<<3); // 使能timer0中断 temp0 = TINT_CSTAT; temp0 = (temp0 & (~(1<<utimer)))|(1<<(utimer)); TINT_CSTAT = temp0; } 实验四的main.c:#include "stdio.h" void timer_init(unsigned long utimer,unsigned long uprescaler,unsigned long udivider,unsigned long utcntb,unsigned long utcmpb); int main() { timer_init(0,65,4,62500,0); while (1) { } return 0; } 我现在想做一个大作业实验,内容如下:设计要求: 利用按键设置密码,当输入密码错误时报警。① 初始时,利用K1设定密码的个位,利用K2设定密码的十位。每位密码设置完成后,蜂鸣器均鸣叫1次,同时四个LED灯(LED1~LED4)闪烁1次。②) 按K3启动密码锁,进入等待输入密码状态,四个LED灯按1秒(定时器中断实现)的间隔先从LED1到LED4、再从LED4到LED1逐一点亮(同一个时刻只有一个灯亮),并循环显示。③先按K1、K2输入密码,再按K4确认。若输入的密码与所设定的密码相同,则四个LED灯保持常亮:若输入错误,则四个LED灯按0.5秒(定时器中断实现)的间隔闪烁,且蜂鸣器以相同的频率鸣叫。④ 按K3重新进入等待输入密码状态。说明:若采用查询方式判断按键是否按下,在程序中注意对按键的实时响应处理(即任意一个按键按下后,程序能立即执行对应的功能操作),同时需要对按键进行软件消抖。连续按键的间隔时间自行确定合理即可。LED灯亮1次+灭1次视为闪烁1次。蜂鸣器通过GPF14作为输出口进行控制,输出高电平鸣叫,输出低电平关闭。未特别要求定时器中断实现的时间间隔,均可通过软件延时实现。 现在我按照步骤已经有了的代码:start.s:// 启动代码 .global _start _start: // 把外设的基地址告诉CPU ldr r0, =0x70000000 orr r0, r0, #0x13 mcr p15,0,r0,c15,c2,4 // 关看门狗 ldr r0, =0x7E004000 mov r1, #0 str r1, [r0] // 设置栈 ldr sp, =0x0C002000 // 开启icaches #ifdef CONFIG_SYS_ICACHE_OFF bic r0, r0, #0x00001000 @ clear bit 12 (I) I-cache #else orr r0, r0, #0x00001000 @ set bit 12 (I) I-cache #endif mcr p15, 0, r0, c1, c0, 0 // 调用C函数点灯 bl main halt: b halt makefile:key.bin: start.o main.o arm-linux-ld -Ttext 0x50000000 -o key.elf $^ arm-linux-objcopy -O binary key.elf key.bin arm-linux-objdump -D key.elf > key_elf.dis %.o : %.S arm-linux-gcc -o $@ $< -c %.o : %.c arm-linux-gcc -o $@ $< -c clean: rm *.o *.elf *.bin *.dis -rf main.c:#define GPKCON0 (*(volatile unsigned long *)0x7F008800) #define GPKDAT (*(volatile unsigned long *)0x7F008808) #define GPNCON (*(volatile unsigned long *)0x7F008830) #define GPNDAT (*(volatile unsigned long *)0x7F008834) void main(void) { int dat = 0; // 配置GPK4-7为输出功能 GPKCON0 = 0x11110000; // 所有LED熄灭 GPKDAT = 0x000000f0; // 配置GPN为输入功能 GPNCON = 0; // 轮询的方式查询按键事件 while(1) { //添加操作逻辑 } } 我现在只想慢慢集成功能,现在到了这一步:完成控制led的代码文件,你告诉我需要改自己已有的文件吗,和新创建的文件,是不是要新创建led.h LED模块头文件 led.c LED模块实现文件,那具体要怎么创建,你教教我
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