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C語(yǔ)言訪問(wèn)MCU寄存器的三種方式
C語(yǔ)言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供一種能以簡(jiǎn)易的方式編譯、處理低級(jí)存儲(chǔ)器、產(chǎn)生少量的機(jī)器碼以及不需要任何運(yùn)行環(huán)境支持便能運(yùn)行的編程語(yǔ)言。那么C語(yǔ)言訪問(wèn)MCU寄存器的三種方式分別是怎樣的呢？以下僅供參考！
1.對(duì)C編譯器進(jìn)行語(yǔ)法擴(kuò)充
對(duì)C編譯器進(jìn)行語(yǔ)法擴(kuò)充。例如MCS51系列單片機(jī)的C-51語(yǔ)法中擴(kuò)充了sfr關(guān)鍵字，舉例如下：
sfr P0 = 0x80;
這樣操作0x80單元直接寫P0即可。
又如Atmel的AVR系列單片機(jī)，其ICCAVR和GCCAVR編譯器都沒(méi)有定義新的數(shù)據(jù)類型，只能采用標(biāo)準(zhǔn)C的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和指針來(lái)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)MCU的寄存器。而IAR和CodeVisionAVR編譯器對(duì)ANSI C進(jìn)行了擴(kuò)充，定義了新的數(shù)據(jù)類型，使C語(yǔ)言可以直接訪問(wèn)MCU的有關(guān)寄存器，例如在IAR中可以使用：
SFR_B(DDRB, 0x28);
CodeVisionAVR中可以使用：
sfrb DDRB = 0x28;
2.使用標(biāo)準(zhǔn)C的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和指針來(lái)實(shí)現(xiàn)
采用標(biāo)準(zhǔn)C的強(qiáng)制轉(zhuǎn)換和指針的概念來(lái)實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)MCU的寄存器，例如:
#define DDRB (*(volatile unsigned char *)0x25)
分析如下：
1.(unsigned char *)0x25中的0x25只是個(gè)值，前面加(unsigned char *)表示把這個(gè)值強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換為unsigned char型的指針。再在前面加”*”，即*(volatile unsigned char *)0x25表示對(duì)這個(gè)指針解引用，相當(dāng)于
(unsigned char *)0x25是一個(gè)指針p，而這個(gè)宏定義為#define DDRB *p。
這樣當(dāng)讀/寫以0x25為地址的寄存器時(shí)，直接書寫DDRB即可，即寫：
DDRB = 0xff；
相當(dāng)于：
unsigned char *p, i; p = 0x25; i = *p; //把地址為0x25單元中的數(shù)據(jù)讀出送入i變量*p = 0xff; //向地址為0x25的單元中寫入0xff
這樣經(jīng)過(guò)一層宏定義的封裝就變得直觀和方便的多了。
2.關(guān)鍵字volatile確保本指令不會(huì)以為C編譯器的優(yōu)化而被省略，且要求每次直接讀值。例如使用while(*(unsigned char *)0x25)時(shí)，有時(shí)系統(tǒng)可能不能真正去讀0x25的值，而是用第一次讀出的值，如果這樣，這個(gè)循環(huán)可能就是個(gè)死循環(huán)。用了volatile則要求每次都去讀0x25的實(shí)際值。
GCCAVR工具鏈中就使用了這樣的方式，例如在iomx8.h 文件中一個(gè)定義如下：
#define PORTB _SFR_IO8(0x25)
而在sfr_defs.h中可以找到如下兩個(gè)宏定義：
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr)+0x20)#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile unit8_t *)(mem_addr))
實(shí)質(zhì)上與直接的強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換和指針定義是一樣的。
3.使用結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)
使用指針的方式來(lái)訪問(wèn)特殊功能寄存器的優(yōu)勢(shì)在于完全符合標(biāo)準(zhǔn)的ANSI-C，而無(wú)需擴(kuò)展語(yǔ)法，形成“方言”，擁有更好的兼容性和可移植性。
這種方式適合簡(jiǎn)單的應(yīng)用程序，而當(dāng)系統(tǒng)用到多個(gè)同種外設(shè)時(shí)，就需要為每一個(gè)這種外設(shè)定義寄存器，這樣就會(huì)使程序的維護(hù)變得非常困難。而且，由于每次寄存器操作都會(huì)有對(duì)應(yīng)的常量存儲(chǔ)在程序Flash里，為每個(gè)寄存器定義單獨(dú)的指針還會(huì)增加程序代碼。
為了簡(jiǎn)化程序代碼，可以將寄存器組定義為結(jié)構(gòu)體，而將外設(shè)當(dāng)做指向這個(gè)結(jié)構(gòu)體的指針。例如：
typedef struct { volatile unsigned long DATA; //0x00 volatile unsigned long RSR; //0x04 unsigned long RESERVED0[4]; //0x08-0x14 volatile unsigned long FLAG; //0x18 ... }UART_TypeDef;#define Uart0 ((UART_Type *)0x40003000)#define Uart1 ((UART_Type *)0x40004000)#define Uart2 ((UART_Type *)0x40005000)int getkey(UART_TypeDef * uartptr) { while((uartptr->FLAG & 0x40) == 0); //無(wú)數(shù)據(jù)，等待 return uartptr->DATA; // 讀取字符}int main(void) { unsigned long data; data = getkey(Uart0); }
在這種設(shè)定下，同一個(gè)外設(shè)寄存器的結(jié)構(gòu)體可以被多個(gè)外設(shè)實(shí)體共用，這樣也使得程序維護(hù)變得容易。另外，由于立即數(shù)存儲(chǔ)的減少，編譯出的程序代碼也會(huì)變小。
拓展：c語(yǔ)言的優(yōu)點(diǎn)介紹
1、簡(jiǎn)潔緊湊、靈活方便
C語(yǔ)言一共只有32個(gè)關(guān)鍵字，9種控制語(yǔ)句，程序書寫形式自由，區(qū)分大小寫。把高級(jí)語(yǔ)言的基本結(jié)構(gòu)和語(yǔ)句與低級(jí)語(yǔ)言的實(shí)用性結(jié)合起來(lái)。C 語(yǔ)言可以像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元。
2、運(yùn)算符豐富
C語(yǔ)言的運(yùn)算符包含的范圍很廣泛，共有34種運(yùn)算符。C語(yǔ)言把括號(hào)、賦值、強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換等都作為運(yùn)算符處理。從而使C語(yǔ)言的運(yùn)算類型極其豐富，表達(dá)式類型多樣化。靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)在其它高級(jí)語(yǔ)言中難以實(shí)現(xiàn)的運(yùn)算。
3、數(shù)據(jù)類型豐富
C語(yǔ)言的數(shù)據(jù)類型有：整型、實(shí)型、字符型、數(shù)組類型、指針類型、結(jié)構(gòu)體類型、共用體類型等。能用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。并引入了指針概念，使程序效率更高。
4、表達(dá)方式靈活實(shí)用
C語(yǔ)言提供多種運(yùn)算符和表達(dá)式值的方法，對(duì)問(wèn)題的表達(dá)可通過(guò)多種途徑獲得，其程序設(shè)計(jì)更主動(dòng)、靈活。它語(yǔ)法限制不太嚴(yán)格，程序設(shè)計(jì)自由度大，如對(duì)整型量與字符型數(shù)據(jù)及邏輯型數(shù)據(jù)可以通用等。
5、允許直接訪問(wèn)物理地址，對(duì)硬件進(jìn)行操作
由于C語(yǔ)言允許直接訪問(wèn)物理地址，可以直接對(duì)硬件進(jìn)行操作，因此它既具有高級(jí)語(yǔ)言的功能，又具有低級(jí)語(yǔ)言的許多功能，能夠像匯編語(yǔ)言一樣對(duì)位(bit)、字節(jié)和地址進(jìn)行操作，而這三者是計(jì)算機(jī)最基本的工作單元，可用來(lái)寫系統(tǒng)軟件。
6、生成目標(biāo)代碼質(zhì)量高，程序執(zhí)行效率高
C語(yǔ)言描述問(wèn)題比匯編語(yǔ)言迅速，工作量小、可讀性好，易于調(diào)試、修改和移植，而代碼質(zhì)量與匯編語(yǔ)言相當(dāng)。C語(yǔ)言一般只比匯編程序生成的目標(biāo)代碼效率低10%～20%。
7、可移植性好
C語(yǔ)言在不同機(jī)器上的C編譯程序，86%的代碼是公共的，所以C語(yǔ)言的編譯程序便于移植。在一個(gè)環(huán)境上用C語(yǔ)言編寫的程序，不改動(dòng)或稍加改動(dòng)，就可移植到另一個(gè)完全不同的環(huán)境中運(yùn)行。
8、表達(dá)力強(qiáng)
C語(yǔ)言有豐富的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和運(yùn)算符。包含了各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如整型、數(shù)組類型、指針類型和聯(lián)合類型等，用來(lái)實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的運(yùn)算。C語(yǔ)言的運(yùn)算符有34種，范圍很寬，靈活使用各種運(yùn)算符可以實(shí)現(xiàn)難度極大的運(yùn)算。
C語(yǔ)言能直接訪問(wèn)硬件的物理地址，能進(jìn)行位(bit)操作。兼有高級(jí)語(yǔ)言和低級(jí)語(yǔ)言的許多優(yōu)點(diǎn)。
它既可用來(lái)編寫系統(tǒng)軟件，又可用來(lái)開發(fā)應(yīng)用軟件，已成為一種通用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。
另外C語(yǔ)言具有強(qiáng)大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動(dòng)器。且計(jì)算功能、邏輯判斷功能強(qiáng)大。
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