STM32-构建库函数雏形

构建库函数雏形

修改寄存器地址封装

代码清单 8-1 封装寄存器列表

//volatile 表示易变的变量，防止编译器优化
#define __IO volatile
typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned short uint16_t;

/* GPIO 寄存器列表 */
typedef struct {
    __IO uint32_t MODER; /*GPIO 模式寄存器 地址偏移: 0x00 */
    __IO uint32_t OTYPER; /*GPIO 输出类型寄存器 地址偏移: 0x04 */
    __IO uint32_t OSPEEDR; /*GPIO 输出速度寄存器 地址偏移: 0x08 */
    __IO uint32_t PUPDR; /*GPIO 上拉/下拉寄存器 地址偏移: 0x0C */
    __IO uint32_t IDR; /*GPIO 输入数据寄存器 地址偏移: 0x10 */
    __IO uint32_t ODR; /*GPIO 输出数据寄存器 地址偏移: 0x14 */
    __IO uint16_t BSRRL; /*GPIO 置位/复位寄存器低 16 位部分 地址偏移: 0x18 */
    __IO uint16_t BSRRH; /*GPIO 置位/复位寄存器 高 16 位部分地址偏移: 0x1A */
    __IO uint32_t LCKR; /*GPIO 配置锁定寄存器 地址偏移: 0x1C */
    __IO uint32_t AFR[2]; /*GPIO 复用功能配置寄存器 地址偏移: 0x20-0x24 */
} GPIO_TypeDef;

/*RCC 寄存器列表*/
typedef struct {
    __IO uint32_t CR; /*!< RCC 时钟控制寄存器,地址偏移: 0x00 */
    __IO uint32_t PLLCFGR; /*!< RCC PLL 配置寄存器,地址偏移: 0x04 */
    __IO uint32_t CFGR; /*!< RCC 时钟配置寄存器,地址偏移: 0x08 */
    __IO uint32_t CIR; /*!< RCC 时钟中断寄存器,地址偏移: 0x0C */
    __IO uint32_t AHB1RSTR; /*!< RCC AHB1 外设复位寄存器,地址偏移: 0x10 */
    __IO uint32_t AHB2RSTR; /*!< RCC AHB2 外设复位寄存器,地址偏移: 0x14 */
    __IO uint32_t AHB3RSTR; /*!< RCC AHB3 外设复位寄存器,地址偏移: 0x18 */
    __IO uint32_t RESERVED0; /*!< 保留, 地址偏移： 0x1C */
    __IO uint32_t APB1RSTR; /*!< RCC APB1 外设复位寄存器,地址偏移: 0x20 */
    __IO uint32_t APB2RSTR; /*!< RCC APB2 外设复位寄存器,地址偏移: 0x24*/
    __IO uint32_t RESERVED1[2]; /*!< 保留,地址偏移： 0x28-0x2C*/
    __IO uint32_t AHB1ENR; /*!< RCC AHB1 外设时钟寄存器,地址偏移: 0x30 */
    __IO uint32_t AHB2ENR; /*!< RCC AHB2 外设时钟寄存器,地址偏移: 0x34 */
    __IO uint32_t AHB3ENR; /*!< RCC AHB3 外设时钟寄存器,地址偏移: 0x38 */
/*RCC 后面还有很多寄存器，此处省略*/
} RCC_TypeDef;

每个结构体成员前增加了一个“__IO”前缀，代表了 C 语言中的关键字“volatile”，在 C 语言中该关键字用于表示变量是易变的，要求编译器不要优化。这些结构体内的成员，都代表着寄存器，而寄存器很多时候是由外设或 STM32 芯片状态修改的，也就是说即使 CPU 不执行代码修改这些变量，变量的值也有可能被外设修改、更新，所以每次使用这些变量的时候，我们都要求 CPU 去该变量的地址重新访问。若没有这个关键字修饰，在某些情况下，编译器认为没有代码修改该变量，就直接从 CPU 的某个缓存获取该变量值，这时可以加快执行速度，但该缓存中的是陈旧数据，与我们要求的寄存器最新状态可能会有出入。

定义访问外设的结构体指针

代码清单 8-2 指向外设首地址的结构体指针

/*定义 GPIOA-H 寄存器结构体指针*/
#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE)
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE)
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE)
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE)
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE)
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
#define GPIOH ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE)

/*定义 RCC 外设 寄存器结构体指针*/
#define RCC ((RCC_TypeDef *) RCC_BASE)

定义初始化结构化GPIO_InitTypeDef

代码清单 8-10 定义 GPIO 初始化结构体

typedef uint8_t unsigned char;
/**
* GPIO 初始化结构体类型定义
*/
typedef struct {
    uint32_t GPIO_Pin; /*!< 选择要配置的 GPIO 引脚可输入 GPIO_Pin_ 定义的宏 */
    uint8_t GPIO_Mode; /*!< 选择 GPIO 引脚的工作模式可输入二进制值：00 、01、10、11表示输入/输出/复用/模拟 */
    uint8_t GPIO_Speed; /*!< 选择 GPIO 引脚的速率可输入二进制值：00 、01、10、11表示2/25/50/100MHz */
    uint8_t GPIO_OType; /*!< 选择 GPIO 引脚输出类型可输入二进制值：0 、1表示推挽/开漏 */
    uint8_t GPIO_PuPd; /*!<选择 GPIO 引脚的上/下拉模式可输入二进制值：00 、01、10表示浮空/上拉/下拉*/
} GPIO_InitTypeDef;

定义引脚模式的枚举类型

代码清单 8-11 GPIO 配置参数的枚举定义

/**
* GPIO 端口配置模式的枚举定义
*/
typedef enum {
    GPIO_Mode_IN = 0x00, /*!< 输入模式 */
    GPIO_Mode_OUT = 0x01, /*!< 输出模式 */
    GPIO_Mode_AF = 0x02, /*!< 复用模式 */
    GPIO_Mode_AN = 0x03 /*!< 模拟模式 */
} GPIOMode_TypeDef;

/**
* GPIO 输出类型枚举定义
*/
typedef enum {
    GPIO_OType_PP = 0x00, /*!< 推挽模式 */
    GPIO_OType_OD = 0x01 /*!< 开漏模式 */
} GPIOOType_TypeDef;

/**
* GPIO 输出速率枚举定义
*/
typedef enum {
    GPIO_Speed_2MHz = 0x00, /*!< 2MHz */
    GPIO_Speed_25MHz = 0x01, /*!< 25MHz */
    GPIO_Speed_50MHz = 0x02, /*!< 50MHz */
    GPIO_Speed_100MHz = 0x03 /*!<100MHz */
} GPIOSpeed_TypeDef;

/**
*GPIO 上/下拉配置枚举定义
*/
typedef enum {
    GPIO_PuPd_NOPULL = 0x00,/*浮空*/
    GPIO_PuPd_UP = 0x01, /*上拉*/
    GPIO_PuPd_DOWN = 0x02 /*下拉*/
} GPIOPuPd_TypeDef;

代码清单 8-12 使用枚举类型定义的 GPIO_InitTypeDef 结构体成员

/**
* GPIO 初始化结构体类型定义
*/

typedef struct {
    uint32_t GPIO_Pin; /*!<选择要配置的GPIO引脚可输入GPIO_Pin_定义的宏 */
    GPIOMode_TypeDef GPIO_Mode; /*!<选择GPIO引脚的工作模式可输入 GPIOMode_TypeDef 定义的枚举值*/
    GPIOSpeed_TypeDef GPIO_Speed; /*!<选择GPIO引脚的速率可输入 GPIOSpeed_TypeDef 定义的枚举值 */
    GPIOOType_TypeDef GPIO_OType; /*!< 选择GPIO引脚输出类型可输入 GPIOOType_TypeDef 定义的枚举值*/
    GPIOPuPd_TypeDef GPIO_PuPd; /*!<选择GPIO引脚的上/下拉模式可输入 GPIOPuPd_TypeDef 定义的枚举值*/
} GPIO_InitTypeDef;

代码清单 8-13 给 GPIO_InitTypeDef 初始化结构体赋值范例

GPIO_InitTypeDef InitStruct;

/* LED 端口初始化 */
/*选择要控制的 GPIO 引脚*/
InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
/*设置引脚模式为输出模式*/
InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
/*设置引脚的输出类型为推挽输出*/
InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
/*设置引脚为上拉模式*/
InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
/*设置引脚速率为 2MHz */
InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;

定义初始化函数

代码清单 8-14 GPIO 初始化函数

/**
*函数功能：初始化引脚模式
*参数说明： GPIOx，该参数为 GPIO_TypeDef 类型的指针，指向 GPIO 端口的地址
* GPIO_InitTypeDef:GPIO_InitTypeDef 结构体指针，指向初始化变量
*/
void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)
{
    uint32_t pinpos = 0x00, pos = 0x00 , currentpin = 0x00;
    
    /*-- GPIO Mode Configuration --*/
    for (pinpos = 0x00; pinpos < 16; pinpos++) {
        /*以下运算是为了通过GPIO_InitStruct->GPIO_Pin算出引脚号0-15*/        
        /*经过运算后pos的pinpos位为1，其余为0，与GPIO_Pin_x宏对应。pinpos 变量每次循环加1*/
        pos = ((uint32_t)0x01) << pinpos;        

        /* pos与GPIO_InitStruct->GPIO_Pin做&运算，若运算结果currentpin == pos，则表示GPIO_InitStruct->GPIO_Pin的pinpos位也为1，从而可知pinpos 就是GPIO_InitStruct->GPIO_Pin对应的引脚号：0-15*/
        currentpin = (GPIO_InitStruct->GPIO_Pin) & pos;

        /*currentpin == pos 时执行初始化*/
        if (currentpin == pos) {
            /*GPIOx 端口， MODER寄存器的GPIO_InitStruct->GPIO_Pin对应的引脚，MODER位清空*/
            GPIOx->MODER &= ~(3 << (2 *pinpos));
            
            /*GPIOx 端口， MODER寄存器的GPIO_Pin引脚，MODER位设置"输入/输出/复用输出/模拟"模式*/
            GPIOx->MODER |= (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_Mode) << (2 *pinpos));
           
            /*GPIOx端口，PUPDR寄存器的GPIO_Pin引脚，PUPDR位清空*/
            GPIOx->PUPDR &= ~(3 << ((2 *pinpos)));
            
            /*GPIOx端口，PUPDR寄存器的GPIO_Pin引脚，PUPDR位设置"上/下拉"模式*/
            GPIOx->PUPDR |= (((uint32_t)GPIO_InitStruct->GPIO_PuPd) << (2 *pinpos));
            
            /*若模式为"输出/复用输出"模式，则设置速度与输出类型*/
            if ((GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_OUT) ||(GPIO_InitStruct->GPIO_Mode == GPIO_Mode_AF)) {

                /*GPIOx端口，OSPEEDR寄存器的GPIO_Pin引脚，OSPEEDR位清空*/
                GPIOx->OSPEEDR &= ~(3 << (2 *pinpos));

                /*GPIOx端口， OSPEEDR寄存器的GPIO_Pin引脚，OSPEEDR位设置输出速度*/

                GPIOx->OSPEEDR |= ((uint32_t)(GPIO_InitStruct->GPIO_Speed)<<(2 *pinpos));
                
                /*GPIOx端口， OTYPER寄存器的GPIO_Pin引脚，OTYPER位清空*/
                GPIOx->OTYPER &= ~(1 << (pinpos)) ;

                /*GPIOx端口，OTYPER位寄存器的GPIO_Pin引脚，OTYPER位设置"推挽/开漏"输出类型*/
                GPIOx->OTYPER |= (uint16_t)(( GPIO_InitStruct->GPIO_OType)<< (pinpos));
            }
        }
    }
}

使用函数点亮LED灯

代码清单 8-15 使用函数点亮 LED 灯

/*
使用寄存器的方法点亮 LED 灯
*/
#include "stm32f4xx_gpio.h"

void Delay( uint32_t nCount);

/**
* 主函数，使用封装好的函数来控制 LED 灯
*/
int main(void)
{

    GPIO_InitTypeDef InitStruct;

    /*开启GPIOH 时钟，使用外设时都要先开启它的时钟*/
    RCC->AHB1ENR |= (1<<7);

    /* LED 端口初始化 */

    /*初始化 PH10 引脚*/
    /*选择要控制的 GPIO 引脚*/
    InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    /*设置引脚模式为输出模式*/
    InitStruct.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
    /*设置引脚的输出类型为推挽输出*/
    InitStruct.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    /*设置引脚为上拉模式*/
    InitStruct.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    /*设置引脚速率为 2MHz */
    InitStruct.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    /*调用库函数，使用上面配置的 GPIO_InitStructure 初始化 GPIO*/
    GPIO_Init(GPIOH, &InitStruct);

    /*使引脚输出低电平,点亮 LED1*/
    GPIO_ResetBits(GPIOH,GPIO_Pin_10);
    
    /*延时一段时间*/
    Delay(0xFFFFFF);
    
    /*使引脚输出高电平，关闭 LED1*/
    GPIO_SetBits(GPIOH,GPIO_Pin_10);
    
    /*初始化 PH11 引脚*/
    InitStruct.GPIO_Pin = GPIO_Pin_11;
    GPIO_Init(GPIOH,&InitStruct);

    /*使引脚输出低电平，点亮 LED2*/
    GPIO_ResetBits(GPIOH,GPIO_Pin_11);

    while (1);
}

//简单的延时函数，让 cpu 执行无意义指令，消耗时间
//具体延时时间难以计算，以后我们可使用定时器精确延时
void Delay( uint32_t nCount)
{
    for (; nCount != 0; nCount--);
}

// 函数为空，目的是为了骗过编译器不报错
void SystemInit(void)
{
}

参考引用：

1. 野火---《零死角玩转STM32-F429挑战者》
2. 《STM32F4xx中文参考手册》
3. 《Cortex-M4内核编程手册》