如何用C语言操作寄存器——瑞萨RA系列FSP库开发实战指南（10）

3.4

如何用C语言操作寄存器

3.4.1

C语言对寄存器的封装

前面的所有关于存储器映射的内容，最终都是为大家更好地理解如何用C语言控制读写外设寄存器做准备，因此此处是本章的重点内容。

3.4.1.1

外设模块基地址定义

在编程上为了方便理解和记忆，我们要把外设模块基地址以相应的宏定义起来，外设基地址都以它们的名字作为宏名的组成部分。以下是IO端口外设基地址的宏定义。

列表1:代码清单3‑1 IOPORT外设基地址宏定义

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/* 外设基地址 */
#defineR_PORT0_BASE 0x40080000
#defineR_PORT1_BASE 0x40080020
#defineR_PORT2_BASE 0x40080040
#defineR_PORT3_BASE 0x40080060
#defineR_PORT4_BASE 0x40080080
#defineR_PORT5_BASE 0x400800A0
#defineR_PORT6_BASE 0x400800C0
#defineR_PORT7_BASE 0x400800E0
#defineR_PORT8_BASE 0x40080100
#defineR_PORT9_BASE 0x40080120
#defineR_PORT10_BASE 0x40080140
#defineR_PORT11_BASE 0x40080160
#defineR_PFS_BASE 0x40080800
#defineR_PMISC_BASE 0x40080D00

3.4.1.2

寄存器结构体定义

由于寄存器的数量是非常之多的，如果每个寄存器都用像*（（uint32_t*）（0x40080000+0x0020*1））这样的方式去访问的话，会显得很繁琐、很麻烦。为了更方便地访问寄存器，我们会借助C语言结构体的特性去定义寄存器和寄存器位域，这是通用的做法。

列表2:代码清单3‑2使用结构体封装外设寄存器

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// 注：关于输入输出端口的声明
/* C 语言: IO definitions (access restrictions to peripheral registers) */
//#define __I volatile const /*!< Defines 'read only'␣
,
→permissions */
//#define __O volatile /*!< Defines 'write only'␣
,
→permissions */
//#define __IO volatile /*!< Defines 'read / write'␣
,
→permissions */


/* 下面的宏定义用于结构体成员 */
/* following defines should be used for structure members */
//#define __IM volatile const /*! Defines 'read only'␣
,
→structure member permissions */
//#define __OM volatile /*! Defines 'write only'␣
,
→structure member permissions */
//#define __IOM volatile /*! Defines 'read / write'␣
,
→structure member permissions */


//typedef unsigned char uint8_t;
//typedef unsigned short int uint16_t; /* 无符号 16 位整型变量 */
//typedef unsigned int uint32_t; /* 无符号 32 位整型变量 */


/**
* @brief I/O Ports (R_PORT0)
*/
typedefstruct /*!< (@ 0x40040000) R_PORT0␣
,
→Structure */
{
union
{
union
{
__IOM uint32_t PCNTR1; /*!< (@ 0x00000000) Port Control␣
,
→Register 1 */


struct
{
__IOM uint32_t PDR : 16; /*!< [15..0] Pmn Direction（引脚
Pmn 方向）*/
__IOM uint32_t PODR : 16; /*!< [31..16] Pmn Output Data（引脚
Pmn 输出数据）*/
} PCNTR1_b;
};
/* ... 代码过长省略 ... */
};


union
{
union
{
__IM uint32_t PCNTR2; /*!< (@ 0x00000004) Port Control␣
,
→Register 2 */


struct
{
__IM uint32_t PIDR : 16; /*!< [15..0] Pmn Input Data（引脚
Pmn 输入数据）*/
__IM uint32_t EIDR : 16; /*!< [31..16] Pmn Event Input Data
（引脚 Pmn 事件输入数据）*/
} PCNTR2_b;
};


/* ... 代码过长省略 ... */
};


union
{


union
{
__OM uint32_t PCNTR3; /*!< (@ 0x00000008) Port Control␣
,
→Register 3 */
struct
{
__OM uint32_t POSR : 16; /*!< [15..0] Pmn Output Set（引脚
Pmn 输出置位）*/
__OM uint32_t PORR : 16; /*!< [31..16] Pmn Output Reset（引脚
Pmn 输出复位）*/
} PCNTR3_b;
};


/* ... 代码过长省略 ... */
};


union
{
union
{
__IOM uint32_t PCNTR4; /*!< (@ 0x0000000C) Port Control␣,
→Register 4 */


struct
{
__IOM uint32_t EOSR : 16; /*!< [15..0] Pmn Event Output Set
（引脚 Pmn 事件输出置位）*/
__IOM uint32_t EORR : 16; /*!< [31..16] Pmn Event Output␣
→Reset（引脚 Pmn 事件输出复位）*/
} PCNTR4_b;
};


/* ... 代码过长省略 ... */
};
} R_PORT0_Type; /*!< Size = 16 (0x10) */

3.4.1.3

外设模块寄存器定义

我们在上一步已经定义好了R_PORT0_Type类型的结构体，它包含了IOPORT的寄存器定义。接下来使用宏定义来表示结构体指针，指针指向IOPORT外设的每个端口的寄存器首地址。

列表3:代码清单3‑3寄存器定义

#defineR_PORT0 ((R_PORT0_Type *) R_PORT0_BASE)
#defineR_PORT1 ((R_PORT0_Type *) R_PORT1_BASE)
#defineR_PORT2 ((R_PORT0_Type *) R_PORT2_BASE)
#defineR_PORT3 ((R_PORT0_Type *) R_PORT3_BASE)
#defineR_PORT4 ((R_PORT0_Type *) R_PORT4_BASE)
#defineR_PORT5 ((R_PORT0_Type *) R_PORT5_BASE)
#defineR_PORT6 ((R_PORT0_Type *) R_PORT6_BASE)
#defineR_PORT7 ((R_PORT0_Type *) R_PORT7_BASE)
#defineR_PORT8 ((R_PORT0_Type *) R_PORT8_BASE)
#defineR_PORT9 ((R_PORT0_Type *) R_PORT9_BASE)
#defineR_PORT10 ((R_PORT0_Type *) R_PORT10_BASE)

这样便大功告成了，我们就可以使用这些宏来访问各个IO端口的每一个寄存器了。

3.4.2

修改寄存器操作的本质：读-改-写

有了以上的对IOPORT这个外设模块的寄存器的定义，我们便完成了“C语言对寄存器的封装”这个步骤，接下来我们便可以使用C语言对寄存器进行各种操作了。

对寄存器进行操作可以是忽略寄存器原本的值，而直接覆盖写入新的值；但是更为一般的操作是根据原本的寄存器值进行修改，即：先读出寄存器原本的值，然后修改该值，最后重新写入到寄存器里面，让新的值生效。

接下来将介绍修改寄存器的几种通用方法。

3.4.2.1

清零寄存器上的某N个位

使用C语言的按位与“&”运算符可以将位进行清零。

列表4:代码清单3‑4位清零：按位与&

//清零某个位
R_PORT0->PODR &= ~(1u<<0); //清零 PODR 寄存器的第 0 位
R_PORT0->PODR &= ~(1u<<6); //清零 PODR 寄存器的第 6 位


//清零多个位
R_PORT0->PODR &= ~(3u<<0); //清零 PODR 寄存器的第 0,1 位
R_PORT0->PODR &= ~(3u<<6); //清零 PODR 寄存器的第 6,7 位

3.4.2.2

对寄存器上的某N个位进行置位

使用C语言的按位或“|”运算符可以将位进行置一。

列表5:代码清单3‑5位置位：按位或|

//置位某个位
R_PORT0->PODR |= 1u<<0; //PODR 寄存器的第 0 位置 1
R_PORT0->PODR |= 1u<<6; //PODR 寄存器的第 6 位置 1


//置位多个位
R_PORT0->PODR |= 3u<<0; //PODR 寄存器的第 0,1 位置 1
R_PORT0->PODR |= 3u<<6; //PODR 寄存器的第 6,7 位置 1

3.4.2.3

对寄存器上的某N个位进行取反

使用C语言的按位异或“^”运算符可以将位进行取反。

列表6:代码清单3‑6位取反：按位异或^

//取反某个位
R_PORT0->PODR ^= 1u<<0; //取反 PODR 寄存器的第 0 位
R_PORT0->PODR ^= 1u<<6; //取反 PODR 寄存器的第 6 位


//取反多个位
R_PORT0->PODR ^= 3u<<0; //取反 PODR 寄存器的第 0,1 位
R_PORT0->PODR ^= 3u<<6; //取反 PODR 寄存器的第 6,7 位