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C语言访问MCU寄存器的两种方式

单片机的特殊功能寄存器SFR,是SRAM地址已经确定的SRAM单元,在C语言环境下对其访问归纳起来有两种方法。

1、采用标准C的强制类型转换和指针来实现
采用标准C的强制转换和指针的概念来实现访问MCU的寄存器,例如:
#define DDRB (*(volatile unsigned char *)0x25)

分析如下:
A:(unsigned char *)0x25中的0x25只是个值,前面加(unsigned char *)表示0x25是个地址,而且这个地址所存储的数据的数据类型是unsigned char,意思就是说读/写这个地址时,要写进unsigned char的值,读出也是unsigned char的值。

(*(volatile unsigned char *)0x25)是一个固定的指针,是不可变的,而不是指针变量。再在前面加"*",即*(volatile unsigned char *)0x25则变成了变量(普通的unsigned char变量,不是指针变量),如果是#define i (*(volatile unsigned char *)0x25),则与unsigned char i是一样的,只不过前面i的地址是固定的。

B:关键字volatile确保本指令不会以为C编译器的优化而被省略,且要求每次直接读值。例如使用while(*(unsigned char *)0x25)时,有时系统可能不能真正去读0x25的值,而是用第 一次读出的值,如果这样,这个循环可能就是个死循环。用了volatile则要求每次都去读0x25的实际值。

这样读/写以0x25为地址的SRAM单元,直接书写DDRB即可,即DDRB为变量,只不过变量的地址固定为0x25。例如:
DDRB = 0xff;
这样比直接采用指针变量的方法直观和方便的多,例如:
unsigned char *p, i;
p = 0x25;
i = *p; //把地址为0x25单元中的数据读出送入i变量
*p = 0; //向地址为0x25的单元中写入0

总结一下,就是(*(volatile unsigned char *)0x25)可以看作是一个普通变量,这个变量哟固定的地址,指向0x25。而0x25只是个常量,不是指针,更不是变量。

2、对C编译器进行语法扩充
对C编译器进行语法扩充。例如MCS51系列KeilC中扩充sfr关键字,举例如下:
sfr P0 = 0x80;
这样操作0x80单元直接写P0即可。

下面对AVR的歌C编译器对访问MCU寄存器的方法进行简介。

A:采用标准C的强制类型转换和指针来实现访问MCU的寄存器,每一个C编译器都支持,原因很简单,这是标准C。

B:ICCAVR和GCCAVR没有定义新的数据类型,只能采用标准C的强制类型转换和指针来实现访问MCU的寄存器。而IAR和CodeVisionAVR编译器对ANSI C进行了扩充,都定义了新的数据类型,是C语言可以直接访问MCU的有关寄存器,例如,IAR中:
SFR_B(DDRB, 0x28)
CodeVisionAVR中:
sfrb DDRB = 0x28
这样,PORTB=0xff;等同于(*(volatile unsigned char *)0x05) = 0xff;而0x25正好是寄存器PORTB在器件ATmega48/88/168中的地址。

GCCAVR每个AVR器件在头文件不采用直接定义特殊功能寄存器宏,例如在iomx8.h文件中一个定义如下:
#define PORTB _SFR_IO8(0x25)
而在sfr_defs.h中可以找到如下两个宏定义:
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr)+0x20)
#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile unit8_t *)(mem_addr))
实质上与直接的强制类型转换和指针定义是一样的。

另外,GCCAVR中宏_BV(bit)是操作I/O寄存器是频繁用到的,avr-libc建议使用这一宏进行寄存器的位操作,他在文件sfr_defs.h中定义如下:
#define _BV(bit) (1<<(bit))

以下是他的使用示例;
DDRB = _BV(PB0) | _BV(PB1); //器件头文件中已经定义PB0代表0,PB1代表1
他等同于“DDRB=0x03;”,这样写的目的是为了提供程序的可读性。不要担心它会生成比“DDRB=0x03;”更大的代码,编译器会处理这种事情,更终会输出与“DDRB=0x03;”同样的结果。