【寄存器作用】

寄存器讲解(exynos4412开发板)

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前言

详细介绍：单片机怎么控制程序，变量数据，硬件模块，寄存器的理解，地址映射，指针写法，封装等等

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一、单片机两大作用

单片机（处理器）作用：
第一：逻辑算数数据运算（程序控制）
第二：控制硬件模块

二、外设举例，ROM,RAM

1.地址空间：

一个单片机，它能够读写一段存储范围（储存器），将一个处理器能够读或者写的范围称为地址空间（寻址空间），地址空间的大小一般由地址总线的宽度决定，简单来说就说硬件设计有关。存储器有很多，比如ROM,RAM,IO,RSV等等。

2.ROM,RAM对于单片机运行而言具体区别

存储器有很多，比如ROM,RAM,IO,RSV等等。而我们一般写的程序就存在ROM（存在这里面的东西只能读）当中，然后处理器（单片机）去进行读操作（执行程序），对于一个处理器来说，它除了执行程序而外，它在运行的时候还要经常处理一些变量（数据），这些变量存在哪里？

对于RAM来说：有点像内存，里面的东西可读可写，但是当给单片机断电之后，里面的数据会消失。当程序运行时，其程序本身不用改，但是里面的变量会经常改动，读写操作，所以一般变量数据（value)存放于RAM中

3.硬件外设控制原理

而不管是ROM,还是RAM，这些都是单片机的第一个功能，对于单片机来说除了有CPU（准确是MCU）之外，还有很多硬件，硬件如何控制？在一个处理器可寻址空间范围内，还开出了一段空间给了寄存器，硬件控制器…（比如：网卡，UART（串口控制器）（用于通讯，对外进行数据发送，接收外部数据），ADC转换器（外部的模拟信号转化为数字信号），GPIO（对外输出一些高低电平信号，当然也可以检测外部输入内部的电平信号）…) 而每一个硬件控制器它都有对应的寄存器，寄存器的本质是什么呢？就是储存器，只要往寄存器里面（读）写特定的值，就可以控制对应硬件模块的工作。这也是硬件控制的原理

4.cpu间接控制

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而单片机里面有cpu，还有硬件控制器。而cpu本身是不能直接控制硬件的，硬件一般是由其对应的控制器来控制，处理器中将各个硬件控制器的寄存器映射到cpu地址空间中的一段范围，这样cpu可以通过读写寄存器的地址来间接控制硬件。

三.地址映射表

在一个处理器中，一般会将RAM,ROM，寄存器等储存设备分别映射到寻址空间中的不同地址段，我们将这个映射关系称为这个处理器的地址映射表。如果要读程序，就在特定的地址空间访问，如果要读写变量，就在RAM对应的地址空间访问；同理硬件控制（而外设的控制一般位于芯片内部）

1.基于ARM exynos4412开发板举例

Exynos4412芯片（它是32位的处理器）（地址映射表）

所以它的地址空间2^32即4G，即一次能够读写4G的空间大小数据
32位：二进制转十六进制是4个位对应一个位，而这里0x0000_0000转二进制即8*4=32位对应起来了

这里的第一行0x0000_0000到0x0001_0000:一共64KB空间大小，分配给ROM
再比如第三行0x0202_0000到0x0206_0000:一共256KB空间大小，分配给了RAM
再比如倒数第三行0x1000_0000到0x1400_0000:这段空间地址大小分配给了特殊功能寄存器（SFR region）
最后两行，一共3G空间地址大小，分配给了内存条，其实也是RAM
当然这里空间范围没有细说，比如串口1，串口2对应的地址范围在芯片数据手册上有细分。一个寄存器能存储的字节数，不同的芯片不一样。而这里举例的寄存器占4字节。

基于ARM exynos4412开发板LED点亮

GPX2CON[7]寄存器

比如LED点亮实验，是由GPIO来控制输出高低电平，同样的GPIO也有寄存器，通过对寄存器（register）写值来控制（至于怎么写值，如何写值，要根据芯片手册写）

此芯片GPX2CON寄存器来控制功能（GPX2这一组引脚）
寄存器的地址=首地址+offset（偏移量）
offset芯片手册上对偏移量的描述，比如这里就是0x0c40,这里的description描述了具体怎么写值。
这里的Bit位即表示第28位到31位的寄存器GPX2CON[7]的值用于控制GPX2_7引脚
它的功能由表可知：输入input，输出output，中断EXT_INT42，键盘功能，调式功能…等

当要求是输出功能的时候，看description的第二行，对应的寄存器值为0x1

1.ARM exynos4412开发板LED电路

由电路图知：GPX2_7管脚控制第一个LED亮灭

那比如led点亮实验，就要求GPIO的输出功能，那我们只需要在地址0x1100_0000+0x0C40对应的28位到31位（共4位）设置成0x1（0001）即可,此时就指定了GPIO现在是输出功能。

GPX2DAT寄存器

那当要求点亮led，则除了要求输出功能，还得要求对外输出的具体电平，则就需要另外的寄存器来控制了（GPX2DAT）,它有32位，但我们只用了低8位（0-7）

在功能描述中：When configuring as output port then pin state should be same as corresponding bit :意思为引脚的状态和对应的位一样，什么意思呢？如下：

那代码如下：

Int main(void)
{
*0x11000c40=0x10000000;//c语言认不到GPX2CON，所以直接*地址就是访问里面内容
  return 0;
}

0x11000c40地址怎么来的：芯片手册上Address=Base Address+0x0c40

但是上述写法错误，编译器会理解0x11000c40就是一个普通的数，它没看芯片手册并不知道这是一个地址，就不会用指针方式操作访问里面的内容，解决方法就是c语言中的强制类型转换。

int main(void)
{
    *（unsigned int*）0x11000c40=0x10000000; 
    return 0;
}

告诉编译器0x11000c40是unsigned int类型指针，在指针前面+取地址符 则访问里面的内容，再赋值（输出功能的值）

unsigned int它指向的int（4字节）32位空间，才能对应起来，所以不可以转换成unsigned char型指针

接下来是GPX2DAT寄存器设置，让其输出高电平，对应的值应该是1000_0000即0x80

int main(void)
{
    *（unsigned int*）0x11000c40=0x10000000;
    While(1)
    {
	*(unsigned int *)0x11000c44=0x80;//让第7个管脚led亮，就是10000000
	Delay_10us(100);
    } 
    return 0;
}

但是这样写可读性太差，不好维护，一般在main前加宏，给GPX2COND等寄存器封装，就很好看了。

再细看可知：一个寄存器占4个字节，
GPX2CON[7]地址为0x11000c40
而 GPX2DAT地址为0x11000c44
说明他们两个在内存里面地址是连续的，在c语言，只有数组类型地址是连续的，连续存储的。在STM32编程中，结构体成员在内存地址也是连续的，自然而然可以想到把这两个东西封装成一个结构体。

typedef struct{
	unsigned  int  CON;
    unsigned  int  DAT;
}GPX2;

#define GPX2  (*(GPX2*)0x11000c40)

对GPX2宏定义， 告诉编译器，这个数0x11000c40是GPX2*指针，一个结构体指针，再在前面+*号即是结构体内容(两个寄存器）

那么芯片手册上面的Base Address：0x1100_0000就是整个结构体的首地址但是这个地址是GPX2CON，我们现在在讲GPX2CON[7]，所以结构体首地址以0x11000c40为准。

封装后代码如下：

void delay_10us(unsigned int ten_us)
{
	While(ten_us--);
}

typedef struct{
	unsigned  int  CON;
    unsigned  int  DAT;
}GPX2;

#define GPX2  (*(GPX2*)0x11000c40)

Int main(void)
{	
	GPX2.CON=0x10000000;

	While(1)
    {
	     GPX2.DAT=0x80;//让第7个引脚对应的led亮
	     delay_10us（10000）；
	     GPX2.DAT=0x00；//全灭
         delay_10us（10000）；
    }
}

再升级一点，即是把结构体等相关声明放入头文件中，再main.c中包含include头文件就行。

总结

实际上对于led亮，就是对两个寄存器写值，对于怎么写值，学会看芯片数据手册即可，c语言代码规范。