stm32笔记 -

? 次元立方 IT资讯 | 编程 | 数据库 | 安全 | 系统 | 服务器 | 嵌入式 | 平面设计 | 网页设计 | 基础 | 组网 | QQ | 下载 | JS特效 | 嵌入式 首页 > 嵌入式 > 单片机 > 正文 嵌入式 http://www.it165.net/embed 零死角玩转stm32-初级篇之流水灯的前后今生 作者：tyzhgf 发布日期：2013-07-08 13:20:38 我来说两句(0)收藏本文 ? 作为大家的第一个STM32例程，野火认为很有必要进行足够深入的分析，才能从根本上扫清读者对使用库函数的困惑。而且，只要读者利用这个LED例程，真正领会了库开发的流程以及原理，再进行其它外设的开发就变得相当简单了。 所以本章的任务是： 从STM32库的实现原理上解答库到底是什么、为什么要用库、用库与直接配置寄存器的区别等问题。 让读者了解具体利用库的开发流程，熟悉库函数的结构，达到举一反三的效果，这次可就不是喝稀粥了，保证有吃干饭，所学就是所用的效果。 5.1 STM32的GPIO 想要控制LED灯，当然是通过控制STM32芯片的I/O引脚电平的高低来实现。在STM32芯片上，I/O引脚可以被软件设置成各种不同的功能，如输入或输出，所以被称为GPIO (General-purpose I/O)。而GPIO引脚又被分为GPIOA、GPIOB……GPIOG不同的组，每组端口分为0~15，共16个不同的引脚，对于不同型号的芯片，端口的组和引脚的数量不同，具体请参考相应芯片型号的datasheet。 www.it165.net

于是，控制LED的步骤就自然整理出来了： GPIO端口引脚多 -->就要选定需要控制的特定引脚 GPIO功能如此丰富 -->配置需要的特定功能 控制LED的亮和灭 -->设置GPIO输出电压的高低

继续思考，要控制GPIO端口，就要涉及到控制相关的寄存器。这时我们就要查一查与GPIO相关的寄存器了，可以通过《STM32参考手册》来查看，见图 5-1

图 5-1

图中的7个寄存器，相应的功能在文档上有详细的说明。可以分为以下4类，其功能简要概括如下：

配置寄存器：选定GPIO的特定功能，最基本的如：选择作为输入还是输出端口。 数据寄存器：保存了GPIO的输入电平或将要输出的电平。 位控制寄存器：设置某引脚的数据为1或0，控制输出的电平。 锁定寄存器：设置某锁定引脚后，就不能修改其配置。

注：要想知道其功能严谨、详细的描述，请读者养成习惯在正式使用时，要以官方的datasheet为准，在这里只是简单地概括其功能进行说明。

关于寄存器名称上标号x 的意义，如：GPIOx_CRL、GPIOx_CRH ，这个x的取值可以为图中括号内的值(A……E)，表示这些寄存器也跟GPIO一样，也是分组的。也就是说，对于端口GPIOA和GPIOB，它们都有互不相干的一组寄存器，如控制GPIOA的寄存器名

为GPIOA_CRL、GPIOA_CRH等，而控制GPIOB的则是不同的、被命名为GPIOB_CRL、GPIOB_CRH等寄存器。

我们的程序代码以野火STM32第二代开发板为例，根据其硬件连接图来分析，见图 5-2及图 5-3错误！未找到引用源。

图 5-2 图 5-3

从这个图我们可以知道STM32的功能，实际上也是通过配置寄存器来实现的。配置寄存器的具体参数，需要参考《STM32参考手册》的寄存器说明。见图 5-4。

图 5-4

如图，对于GPIO端口，每个端口有16个引脚，每个引脚的模式由寄存器的4个位控制，每四位又分为两位控制引脚配置(CNFy[1:0])，两位控制引脚的模式及最高速度(MODEy[1:0])，其中y表示第y个引脚。这个图是GPIOx_CRH寄存器的说明，配置GPIO引脚模式的一共有两个寄存器，CRH是高寄存器，用来配置高8位引脚：pin8~pin15。还有一个称为CRL寄存器，如果我们要配置pin0~pin7引脚，则要在寄存器CRL中进行配置。

举例说明对CRH的寄存器的配置：当给GPIOx_CRH寄存器的第28至29位设置为参数“11”，并在第30至31位设置为参数“00”，则把x端口第15个引脚的模式配置成了“输出的最大速度为50MHz的通用推挽输出模式、”，其它引脚可通过其GPIOx_CRH或GPIOx_CRL的其它寄存器位来配置。至于x端口的x是指端口GPIOA还是GPIOB还要具体到不同的寄存器基址，这将在后面分析。

接下来分析要控制引脚电平高低，需要对寄存器进行什么具体的操作。见图 5-5。

图 5-5

由寄存器说明图可知，一个引脚y的输出数据由GPIOx_BSRR寄存器位的2个位来控制分别为BRy (Bit Reset y)和BSy (Bit Set y)，BRy位用于写1清零，使引脚输出低电平，BSy位用来写1置1，使引脚输出高电平。而对这两个位进行写零都是无效的。(还可以通过设置寄存器ODR来控制引脚的输出。)

例如：对x端口的寄存器GPIOx_BSRR的第0位(BS0) 进行写1，则x端口的第0引脚被设置为1，输出高电平，若要令第0引脚再输出低电平，则需要向GPIOx_BSRR的第16位(BR0) 写1。

5.2 STM32的地址映射

温故而知新——stm32f10x.h文件

首先请大家回顾一下在51单片机上点亮LED是怎样实现的。这太简单了，几行代码就搞定。

#include int main (void) { P0=0; while(1); }

以上代码就可以点亮P0端口与LED阴极相连的LED灯了，当然，这里省略了启动代码。为什么这个P0 =0; 句子就能控制P0端口为低电平?很多刚入门51单片机的同学还真解释不来，关键之处在于这个代码所包含的头文件。

在这个文件下有以下的定义：

view sourceprint?

01./* BYTE Registers */ 02.

03.sfr P0 = 0x80; 04.

05.sfr P1 = 0x90; 06.

07.sfr P2 = 0xA0; 08.

09.sfr P3 = 0xB0; 10.

11.sfr PSW = 0xD0; 12.

13.sfr ACC = 0xE0; 14.

15.sfr B = 0xF0; 16.

17.sfr SP = 0x81; 18.

19.sfr DPL = 0x82; 20.

21.sfr DPH = 0x83; 22.

23.sfr PCON = 0x87; 24.

25.sfr TCON = 0x88; 26.

27.sfr TMOD = 0x89; 28.

29.sfr TL0 = 0x8A; 30.

31.sfr TL1 = 0x8B; 32.

33.sfr TH0 = 0x8C; 34.

35.sfr TH1 = 0x8D; 36.

37.sfr IE = 0xA8; 38.

39.sfr IP = 0xB8; 40.

41.sfr SCON = 0x98; 42.

43.sfr SBUF = 0x99;

这些定义被称为地址映射。

所谓地址映射，就是将芯片上的存储器甚至I/O等资源与地址建立一一对应的关系。如果某地址对应着某寄存器，我们就可以运用c语言的指针来寻址并修改这个地址上的内容，从而实现修改该寄存器的内容。

正是因为头文件中有了对于各种寄存器和I/O端口的地址映射，我们才可以在51单片机程序中方便地使用P0 =0xFF; TMOD =0xFF等赋值句子对寄存器进行配置，从而控制单片机。

Cortex-M3的地址映射也是类似的。Cortex-M3有32根地址线，所以它的寻址空间大小为2^32 bit=4GB。ARM公司设计时，预先把这4GB的寻址空间大致地分配好了。它把地址从0x4000 0000至0x5FFF FFFF( 512MB )的地址分配给片上外设。通过把片上外设的寄存器映射到这个地址区，就可以简单地以访问内存的方式，访问这些外设的寄存器，从而控制外设的工作。结果，片上外设可以使用 C 语言来操作。M3存储器映射见图 5-7

图 5-7

stm32f10x.h这个文件中重要的内容就是把STM32的所有寄存器进行地址映射。如同51单片机的头文件一样，stm32f10x.h像一个大表格，我们在使用的时候就是通过宏定义进行类似查表的操作，大家想像一下没有这个文件的话，我们要怎样访问STM32的寄存器？有什么缺点？

不进行这些宏定义的缺点有： 1、地址容易写错

2、我们需要查大量的手册来确定哪个地址对应哪个寄存器

3、看起来还不好看，且容易造成编程的错误，效率低，影响开发进度。

当然，这些工作都是由ST的固件工程师来完成的，只有设计M3的人才是最了解M3的，才能写出完美的库。

在这里我们以外接了LED灯的外设GPIOC为例，在这个文件中有这样的一系列宏定义：

#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000) #define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000) #define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000)

这几个宏定义是从文件中的几个部分抽离出来的，具体的读者可参考stm32f10x.h源码。

外设基地址

首先看到PERIPH_BASE这个宏，宏展开为0x4000 0000,并把它强制转换为uint32_t的32位类型数据，这是因为地STM32的地址是32位的，是不是觉得0x4000 0000这个地址很熟？是的，这个是Cortex-M3核分配给片上外设的从0x4000 0000至0x5FFF FFFF的512MB寻址空间中的第一个地址，我们把0x4000 0000称为外设基地址。

总线基地址

接下来是宏APB2PERIPH_BASE，宏展开为PERIPH_BASE（外设基地址）加上偏移地址0x1 0000，即指向的地址为0x4001 0000。这个APB2PERIPH_BASE宏是什么地址呢？STM32不同的外设是挂载在不同的总线上的，见图 5-8。有AHB总线、APB2总线、APB1总线，挂载在这些总线上的外设有特定的地址范围。

图 5-8

其中像GPIO、串口1、ADC及部分定时器是挂载这个被称为APB2的总线上，挂载到APB2总线上的外设地址空间是从0x4001 0000至地址0x4001 3FFF。这里的第一个地址，也就是0x4001 0000,被称为APB2PERIPH_BASE (APB2总线外设的基地址)。

而APB2总线基地址相对于外设基地址的偏移量为0x1 0000个地址，即为APB2相对外设基地址的偏移地址。

见表：

由这个表我们可以知道，stm32f10x.h这个文件中必然还有以下的宏： #define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE 因为偏移量为零，所以APB1的地址直接就等于外设基地址 寄存器组基地址

最后到了宏GPIOC_BASE，宏展开为APB2PERIPH_BASE (APB2总线外设的基地址)加上相对APB2总线基地址的偏移量0x1000得到了GPIOC端口的寄存器组的基地址。这个所谓的寄存器组又是什么呢？它包括什么寄存器？

细看stm32f10x.h文件，我们还可以发现以下类似的宏： #define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800) #define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00) #define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000) #define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)

除了GPIOC寄存器组的地址，还有GPIOA、GPIOB、GPIOD的地址，并且这些地址是不一样的。

前面提到，每组GPIO都对应着独立的一组寄存器，查看stm32的datasheet，看到寄存器说明如下图：

图 5-9

注意到这个说明中有一个偏移地址：0x04，这里的偏移地址的是相对哪个地址的偏移呢？下面进行举例说明。

对于GPIOC组的寄存器，GPIOC含有的端口配置高寄存器(GPIOC_CRH) 寄存器地址为：GPIOC_BASE +0x04。

假如是GPIOA组的寄存器，则GPIOA含有的端口配置高寄存器(GPIOA_CRH)寄存器地址为：GPIOA_BASE+0x04。

也就是说，这个偏移地址，就是该寄存器相对所在寄存器组基地址的偏移量。 于是，读者可能会想，大概这个文件含有一个类似如下的宏( 当初野火也是这么想的 )： #define GPIOC_CRH (GPIOC_BASE + 0x04)

这个宏，定义了GPIOC_CRH寄存器的具体地址，然而，在stm32f10x.h文件中并没有这样的宏。ST公司的工程师采用了更巧妙的方式来确定这些地址，请看下一小节——STM32库对寄存器的封装。

5.3 STM32库对寄存器的封装

ST的工程师用结构体的形式，封装了寄存器组，c语言结构体学的不好的同学，可以在这里补补课了。在stm32f10x.h文件中，有以下代码：

#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) #define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE) #define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)

有了这些宏，我们就可以定位到具体的寄存器地址，在这里发现了一个陌生的类型GPIO_TypeDef ，追踪它的定义，可以在stm32f10x.h 文件中找到如下代码：

typedef struct {

__IO uint32_t CRL;

__IO uint32_t CRH; __IO uint32_t IDR; __IO uint32_t ODR; __IO uint32_t BSRR; __IO uint32_t BRR; __IO uint32_t LCKR; } GPIO_TypeDef;

其中 __IO 也是一个ST库定义的宏，宏定义如下：

#define __O volatile /*!< defines 'write only' permissions */ #define __IO volatile /*!< defines 'read / write' permissions */

volatitle 是c语言的一个关键字，有关volatitle的用法可查阅相关的C语言书籍。 回到GPIO_TypeDef 这段代码，这个代码用typedef 关键字声明了名为

GPIO_TypeDef的结构体类型，结构体内又定义了7个 __IO uint32_t 类型的变量。这些变量每个都为32位，也就是每个变量占内存空间4个字节。在c语言中，结构体内变量的存储空间是连续的，也就是说假如我们定义了一个GPIO_TypeDef ，这个结构体的首地址（变量CRL的地址）若为0x4001 1000，那么结构体中第二个变量（CRH）的地址即为0x4001 1000 +0x04 ,加上的这个0x04 ，正是代表4个字节地址的偏移量。

细心的读者会发现，这个0x04偏移量，正是GPIOx_CRH寄存器相对于所在寄存器组的偏移地址，见图 5-9。同理，GPIO_TypeDef 结构体内其它变量的偏移量，也和相应的寄存器偏移地址相符。于是，只要我们匹配了结构体的首地址，就可以确定各寄存器的具体地址了。

有了这些准备，就可以分析本小节的第一段代码了： #define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) #define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/s6h2.html