STM32学习笔记——四、存储器和寄存器映射_stm32存储器映射

1 存储器映射

STM32系统框图

• 在图中，被控单元的FLASH、RAM、FSMC 和AHB 到APB 的桥（即片上外设），这些功能部件共同排列在一个4GB 的地址空间内。
• 编程时我们通过地址操作他们

1.1 存储器映射

• 存储器映射：存储器本身不具有地址信息，芯片厂商或用户，给存储器分配地址的过程。
• 存储器重映射：给存储器再分配一个地址

1.2 存储区域功能划分

在这4GB 的地址空间中，ARM 已经粗线条的平均分成了8 个块，每块512MB。

• Block0 用来设计成内部FLASH
• Block1 用来设计成内部RAM
• Block2 用来设计成片上的外设

1.2.1 存储器Block0内部区域功能划分

Block0 主要用于设计片内的FLASH:STM32F103ZET6的FLASH是512KB，属于大容量。

1.2.3 储存器Block1内部区域功能划分

Block1 用于设计片内的SRAM:STM32F103ZET6的SRAM 都是64KB，

1.2.4 储存器Block2内部区域功能划分

Block2 用于设计片内的外设，根据外设的总线速度不同，Block 被分成了APB 和AHB 两部分，其中APB 又被分为APB1 和APB2

2 寄存器映射

1. 使用寄存器原由：

• 片上外设每个单元对应一个起始地址，可以通过C语言指针的操作方式来访问这些单元。
• 但是每次通过地址方式访问，不好记忆且容易出错

// GPIOB 端口全部输出高电平
 *(unsigned int*)(0x4001 0C0C) = 0xFFFF;
 //在编译器看来，这只是一个普通的变量，是一个立即数，得进行强制类型转换，转换成指针，让编译器认为是指针
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2. 寄存器（内存单元的别名）：根据每个单元功能不同，以功能为名给这个内存单元取一个别名，这个别名就是寄存器
3. 寄存器映射(过程)：给已经分配好地址的有特定功能的内存单元取别名的过程

// GPIOB 端口全部输出高电平
#define GPIOB_ODR (unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)
* GPIOB_ODR = 0xFF;
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把指针操作“*”也定义到寄存器别名里面

// GPIOB 端口全部输出高电平
#define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)
GPIOB_ODR = 0xFF;
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3 STM32外设地址映射

片上外设区：分为三条总线

• APB1：低速外设
• APB2、AHB：高速外设

3.1 总线基地址

总线的基地址：总线的最低地址，挂载在该总线上的首个外设的地址
相对外设基地址偏移:该总线地址与“片上外设”基地址0x4000 0000 的差值

3.2 外设基地址

外设基地址：APB1总线地址最低，片上外设从这里开始

• 以GPIO外设来为例了解外设的基地址，GPIO 属于高速的外设，挂载到APB2 总线上
  

3.3外设寄存器

在XX 外设的地址范围内，分布着的就是该外设的寄存器

3.3.1 了解外设寄存器（以GPIO外设为例）（通用输入输出端口，STM32可控制的引脚，控制引脚输出高低电平）

• GPIO 有很多个寄存器，每一个都有特定的功能。
• 每个寄存器为32bit，占四个字节。
• 在该外设的基地址上按照顺序排列，寄存器的位置都以相对该外设基地址的偏移地址来描述。
  
• 编程时，需要反复的查阅外设的寄存器说明，避免用错。

3.3.2 如何理解寄存器的说明（以“GPIO 端口置位/复位寄存器”为例）

1. 名称：寄存器的名称“(GPIOx_BSRR)(x=A⋯E)”

• 指寄存器名为“GPIOx_BSRR”其中的“x”可以为A-E，
• 这个寄存器说明适用于GPIOA、GPIOB 至GPIOE
• 这些GPIO 端口都有这样的一个寄存器。

2. 偏移地址：本寄存器相对于这个外设的基地址的偏移

• 本寄存器的偏移地址是0x10，
• 从参考手册中查到GPIOA 外设的基地址为0x4001 0800
• 算出GPIOA 的这个GPIOA_BSRR 寄存器的地址为：0x4001 0800+0x10；

3. 寄存器位表：表中列出它的0-31 位的名称及权限

• 表上方的数字为位编号
• 表中间为位名称
• 表最下方为读写权限（w只写，r只读，rw可读写）

4. 位功能说明：介绍了寄存器每一位的功能
   例图中：

• 本寄存器中有两种寄存器位（BRy 、BSy）
• y 数值可以是0-15，表示端口的引脚号
• BR1、BS1 就是控制GPIOA第1 个引脚。

5. 其他内容说明、

• “复位”是将该位设置为0 的意思，而“置位”表示
  将该位设置为1
• 0时引脚输出低电平，1时引脚输出高电平

4 C语言对寄存器的封装

以下内容着重理解，记不住查表看得懂就好

4.1 封装总线和外设基地址

把总线基地址和外设基地址都以相应的宏定义起来
总线或者外设都以他们的名字作为宏名
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• 1、首先，定义了“片上外设”基地址：PERIPH_BASE
• 2、接着，在PERIPH_BASE 上加入各个总线的地址偏移：得到APB1、APB2 总线的地址APB1PERIPH_BASE、APB2PERIPH_BASE
• 3、接着，在APB1、APB2 总线的地址之上加入外设地址的偏移，得到GPIOA-G 的外设地址
• 在GPIOx(A-G) 外设地址上加入各寄存器的地址偏移，得到特定寄存器的地址
  有了具体地址，就可以用指针读写
  使用(unsigned int ) 把GPIOB_BSRR 宏的数值强制转换成了地址，然后再用“”号做取指针操作，对该地址的赋值

4.2 封装寄存器列表

出发点：用上面的方法去定义地址，还是稍显繁琐，例如GPIOA-GPIOE 都各有一组功能相同的寄存器，如GPIOA_ODR/GPIOB_ODR/GPIOC_ODR 等等，它们只是地址不一样，但却要为每个寄存器都定义它的地址。
改进办法：引入C 语言中的结构体语法对寄存器进行封装

• 用typedef 关键字声明了名为GPIO_TypeDef 的结构体类型
• 结构体内有7 个成员变量，变量名正好对应寄存器的名字。
• C语言中，结构体内变量的存储空间是连续的，其中32位的变量占用4 个字节，16 位的变量占用2 个字节
  假如这个结构体的首地址为0x4001 0C00（这也是第一个成员变量CRL 的地址），那么结构体中第二个成员变量CRH 的地址即为0x4001 0C00 +0x04，加上的这个0x04，正是代表CRL 所占用的4 个字节地址的偏移量，其它成员变量相对于结构
• 只要给结构体设置好首地址，就能把结构体内成员的地址确定下来，然后就能以结构体的形式访问寄存器
  用GPIO_TypeDef 类型定义一个结构体指针GPIOx， 并让指针指向地址GPIOB_BASE(0x4001 0C00)，使用地址确定下来，然后根据C 语言访问结构体的语法，用GPIOx->ODR 及GPIOx->IDR 等方式读写寄存器。
• 更进一步，直接使用宏定义好GPIO_TypeDef 类型的指针，而且指针指向各个GPIO端口的首地址，使用时我们直接用该宏访问寄存器即可
  其他外设也同样可以用这种方法来封装。好消息是，这部分工作都由固件库帮我们完成了，这里我们只是分析了下这个封装的过程，让大家知其然，也只其所以然。

5 修改即存在的位操作方法

使用C 语言对寄存器赋值时，要求只修改该寄存器的某几位的值，且其它的寄存器位不变，需要用到C 语言的位操作方法。

5.1 把变量的某位清零

变量a代表寄存器，假设寄存器本来已有数值，需要把a的某一位清零，其他位不变

//定义一个变量a = 1001 1111 b (二进制数)
unsigned char a = 0x9f;
//对bit2 清零
a &= ~(1<<2);
//括号中的1 左移两位，(1<<2) 得二进制数：0000 0100 b
//按位取反，~(1<<2) 得1111 1011 b
//假如a 中原来的值为二进制数： a = 1001 1111 b
//所得的数与a 作”位与&”运算，a = (1001 1111 b)&(1111 1011 b),
//经过运算后，a 的值a=1001 1011 b
// a 的bit2 位被清零，而其它位不变。
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5.2 对变量的某几位进行赋值

寄存器位经过清零操作后，可以对某几位写入所需要的数值，且其它位不变
写入的数值一般就是需要设置寄存器的位参数。

//a = 1000 0011 b
//此时对清零后的第2组bit4、bit5设置成二进制数“01 b ”
a |= (1<<2*2);
//a = 1001 0011 b，成功设置了第2组的值，其它组不变
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5.3 对变量的某位取反

需要对寄存器的某个位进行取反操作，即1变0，0变1，直接如下操作，其它位不变

//a = 1001 0011 b
//把bit6 取反，其它位不变
a ^=(1<<6);
//a = 1101 0011 b
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5.4 操作符总结