что такое регистры в микроконтроллере
Урок 2. Регистры микроконтроллера. Порты ввода/вывода
Как известно из первого урока, каждый микроконтроллер имеет регистры общего назначения, которые представляю собой оперативную память, хранящую числа, обрабатываемые арифметико-логическим устройством (АЛУ). Причем, по ходу исполнения программы, эти числа могут изменяться: увеличиваться, уменьшаться, сбрасываться, снова загружаться и т.д. Вся память разбита на ячейки. Размер ячейки зависит от разрядности процессора 8, 16 или 32 бита. Каждой ячейке памяти соответствует свой адрес, используя который в нее можно записать число.
Для программиста понятие регистр может ассоциироваться с понятием переменной. В нашем курсе по микроконтроллерам мы будем учиться писать программы на языке С. Конечно же для более глубокого понимания принципа работы микроконтроллера лучше изучить его программирование на языке Assembler, но на мой взгляд этот язык будет сложен в понимания для начинающих программистов. В принципе, на ассемблере можно писать только небольшие и несложные программы, ну или подпрограммы (функции), где требуется высокое быстродействие. Лично я начинал изучать микроконтроллеры на языке C.
Данный курс рассчитан на людей, знающих азы языка программирования Си. Могу посоветовать для изучения Си следующие книги:
Нет желания писать прошивку для микроконтроллера? А может нет времени на изучение основ программирования микроконтроллера? А может нужно срочно выполнять дипломную работу, в которую входит написание программы для микроконтроллера? Какими бы не были причины, мы можем помочь Вам запрограммировать Ваше устройство. Если Вам нужна наша помощь, сделайте заказ, заполнив форму.
Итак, регистрам в программе на Си присваиваются имена. Когда создается какая-либо переменная, то она автоматически связывается с адресом свободной ячейки памяти.
unsigned char my_variable;
Данные, записываемые в эту переменную, будут занимать в оперативной памяти 1 байт, т.к. переменная типа unsigned char имеет размер 1 байт. Если мы захотим сложить два числа и получить результат, мы можем создать три переменных:
unsigned char var1, var2, sum;
Затем произвести арифметическую операцию сложения:
Значение из регистров, которые связаны с переменными var1 и var2, поступят на обработку АЛУ. Затем АЛУ выдаст результат операции (в данном случае сложения) в ячейку памяти, связанную с переменной sum.
Помимо регистров общего назначения, в микроконтроллере есть регистры специального назначения, которые играют очень важную роль. Без них микроконтроллер был бы бессмысленной «железкой». С помощью регистров специального назначения выполняется управление функциями ядра и периферийными модулями микроконтроллера (таймеры, АЦП, аналоговые компараторы, UART, USB и т.д.), а также портами ввода-вывода. В отличие от регистров общего назначения, регистрам специального назначения строго присвоены свои адреса. Меняя значения регистров специального назначения можно управлять работой всех модулей микроконтроллера. Для примера рассмотрим карту памяти микроконтроллера PIC12F675.
Ячейки, обозначенные серым цветом – не используемая область памяти. Как видно, данный микроконтроллер имеет 64 байта ОЗУ (General Purpose Registers– регистры общего назначения) и два банка памяти. Если необходимо писать программу на ассемблере, то всегда нужно помнить в каком банке памяти находится необходимый регистр и на протяжении всей программы нужно постоянно переключаться между банками памяти. Написание программы на языке Си избавляет программиста от этой головной боли.
Микроконтроллер PIC12F675 представляет собой 8-выводную микросхему, у которой есть только 6 цифровых входов/выходов:
Рассмотрим более детально описание регистров GPIO и TRISIO:
Если записать в программе следующие строки
то это означает, что пины 7,6,4 и 2 будут работать на выход. Пины 7,6 и 2 будут установлены в 1, а пин 4 будет иметь низкий уровень – 0. Биты 6 и 7, обозначенные серым цветом, в регистрах не используются и то, что будет в них записано не имеет никакого смысла. 0b00100011 – буква b данной записи обозначает двоичное представление числа.
Бывают также десятичное (привычное для нас), восьмеричное и шестнадцатеричное представление числа. В начале шестнадцатеричного числа записывается 0x, восьмеричного – цифра 0. Подробнее о системах счисления можно почитать здесь.
На этом второй урок по микроконтроллерам заканчивается. В следующих уроках рассмотрим необходимые инструменты для программирования микроконтроллера PIC12F675. Всю необходимою информацию по микроконтроллеру можно получить из даташита на него, который нужно будет скачать для следующих уроков.
Радиолюбитель
Последние комментарии
Радиодетали – почтой
Регистры общего назначения, регистры ввода/вывода, стек, счетчик команд
Регистры общего назначения, регистры ввода/вывода, стек, счетчик команд
Процессорное ядро микроконтроллеров:
— регистры общего назначения
– регистры ввода/вывода
– стек
– счетчик команд
Доброго дня уважаемые радиолюбители!
Приветствую вас на сайте “ Радиолюбитель “
Сегодня мы с вами продолжим более подробное изучение процессорного ядра микроконтроллера.
В прошлый раз мы рассмотрели арифметико-логическое устройство и организацию памяти микроконтроллера. В этой статье я постараюсь кратко, но и в тоже время как можно подробнее рассмотреть оставшиеся вопросы:
— регистры общего назначения
– регистры ввода/вывода
– стек
– счетчик команд
и очень подробно, но чуть позже, рассмотрим порты ввода/вывода.
Регистры общего назначения
Надо помнить, что физически РОН (как и рассматриваемые ниже регистры ввода/вывода) не входят в память данных, но для повышения эффективности работы МК и его производительности, РОН (и регистры ввода/вывода) располагаются в адресном пространстве памяти данных, и к ним можно обращаться как по их именам, так и как к ячейкам памяти ОЗУ (SRAM).
Так как все РОН восьмиразрядные (однобайтовые) то и оперировать они могут только с однобайтными данными. В случае, если необходимо проводить операции с двухбайтными данными (шестнадцатиразрядными), то РОН с R26 по R31 могут образовывать сдвоенные регистры, которые в свою очередь могут выступать в роли самостоятельных шестандцатиразрядных регистров и тогда они имеют другие имена (такие сдвоенные регистры иногда называют “словом”, по аналогии с ячейками памяти программ):
R26 и R27 – сдвоенный регистр “Х”,
R28 и R29 – сдвоенный регистр “Y”,
R30 и R31 – сдвоенный регистр “Z”.
При этом первый регистр в такой паре (R26, или R28, или R30) играет роль младшего байта и обозначается дополнительной буквой “L”. Например: XL, YL, ZL.
Второй регистр в паре играет роль старшего байта и обозначается дополнительной буквой “H”. Например: XH, YH, ZH.
Это позволяет нам записать (или считать значение), к примеру, двухбайтовое число непосредственно в двойной регистр, обратившись к его буквенному обозначению X, Y или Z, а также считать любой байт (или записать в любой байт) выбрав буквенное обозначение младшего или старшего байта двойного регистра (к примеру XL или XH).
Кроме того необходимо помнить, что хотя и все регистры общего назначения одинаковы, но не все из них могут участвовать в некоторых операциях. При этом, регистрам с R16 по R31 доступны все операции, а регистрам с R0 по R15 – не все.
И еще. В некоторых МК (Tiny) двойной регистр только один – Z (R30,R31).
В описание каждой команды указывается, какие РОН могут участвовать в данной операции, к примеру:
Регистры ввода/вывода
Как мы уже знаем, в МК присутствует много различных периферийных устройств. Кроме них, в МК есть и внутренние устройства. Всеми этими устройствами необходимо управлять, задавать необходимые режимы работы. Для этих целей в МК существуют регистры ввода/вывода.
Еще раз напомню, что хотя РОН и РВВ выделяется место в памяти данных, но доступное пространство памяти данных для нас от этого не уменьшается, ведь физически они там не располагаются. Если написано, что МК имеет память данных 128 байт, то значит мы можем использовать эти 128 байт в своих целях. Просто первый адрес памяти данных будет начинаться не с нуля, как в памяти программ или энергонезависимой памяти.
Кусочек из таблицы регистров ввода/вывода (первое число – номер регистра, и оно же его адрес в адресном пространстве РВВ, в скобках указывается адрес регистра в адресном пространстве памяти данных, т.е. номер +32):
Назначение и работу РВВ мы будем изучать постепенно, по мере изучения работы устройств МК.
Следующую статью мы посвятим изучению одного, но самого главного, чаще всего используемого в программах – регистру состояния, под названием SREG.
Стек
Стек, или указатель стека – это специальный регистр, который предназначен для организации стековой памяти.
Можно сказать, что стек (точнее стековая память, стек состоит из двух частей: указатель стека и стековая память) – это туннель с тупиком в конце, состоящий из ячеек памяти. По мере заполнения ячеек памяти первые данные уходят в глубь стека, и добраться до них можно, только вытащив сначала последние введенные данные. Допустим, если мы запишем в стек последовательно три числа: 10,20 и 30, то для того, чтобы затем извлечь из стековой памяти число 10, предварительно придется извлечь числа 30 и 20. Т.е., значение записанное последним всегда будет прочитано первым.
Стек широко используются не только МК в своих целях, но и программистами.
К примеру, при выполнении команды перехода к подпрограмме, МК самостоятельно записывает в стек адрес следующей команды, с которой будет продолжено выполнение основной программы после возвращения из подпрограммы. Возвращаясь из подпрограммы, МК извлекает этот адрес и загружает в счетчик команд, в результате чего выполнение программы продолжается с прерванного места.
Для нас тоже очень удобно сохранять в стеке данные при входе в подпрограмму, а затем извлекать их по возвращению из подпрограммы. Также удобно в стеке сохранять промежуточные результаты вычислений, а затем, по мере необходимости, извлекать их.
В микроконтроллерах, в которых отсутствует память данных (ОЗУ), а это часть МК семейства Tiny, стек организуется аппаратно. В таких МК стек располагается в собственной памяти а глубина его равна трем уровням. Аппаратный стек не доступен программисту, его в своих целях использует только сам МК, сохраняя в нем адреса команд при переходе к подпрограммам. Так как возможности аппаратного стека мы использовать в своих целях не можем, то на этом и закончим его изучение.
Во всех остальных МК, которые имеют память данных, стек организуется программно. Стек в этом случае не имеет собственной памяти а использует память данных (ОЗУ). Такой стек доступен для наших целей и рассмотрим его подробней.
Для организации процесса записи данных в стек и их чтения предназначен указатель стека.
В качестве указателя стека используются один или два регистра ввода/вывода:
– если память данных небольшая (до 256 байт), используется один восьмиразрядный РВВ – SPL;
– если память данных большая (более 256 байт), к первому РВВ – SPL, добавляется второй – SPH, и вместе они составляют один шестнадцатиразрядный указатель стека.
В указателе стека содержится адрес ячейки памяти, в которую будут записаны или считаны данные.
Для программиста в системе команд МК есть две специальные команды:
— PUSH – команда записи в стек
– POP – команда чтения из стека
Давайте рассмотри как происходит запись в стек и чтение из него.
Запись данных в стек:
Для того, чтобы записать данные в стек, их предварительно необходимо загрузить в любой РОН.
По команде PUSH МК записывает данные из указанного нами РОН в память данных по адресу, на который указывает указатель стека, а затем уменьшает содержимое стека на 1 (если указатель восьмиразрядный) или на 2 (если указатель шестнадцатиразрядный). Новая команда PUSH запишет данные в следующую ячейку ОЗУ и опять уменьшит содержимое указателя стека. И так, далее.
Чтение данных из стека:
По команде POP, МК сначала увеличивает содержимое указателя стека на 1 или 2, а затем считывает данные с ячейки ОЗУ, на которую указывает указатель стека. И так, далее.
После сброса МК содержимое указателя стека равно нулю. Т.е. получается, что после сброса, указатель стека указывает на нулевую ячейку памяти ОЗУ.
А теперь смотрите, что получится, если мы попробуем что-то записать в стек:
– первая команда PUSH – содержимое РОН будет записано в нулевую ячейку памяти,а затем МК попытается уменьшить содержимое стека на 1 или 2 – и ни чего не получится – адрес ячейки памяти не может быть меньше нуля!
Поэтому, прежде чем пользоваться стековой памятью, необходимо записать в указатель стека значение его вершины – адрес конечной ячейки памяти с которой начнется запись в стек.
Обычно вершиной стека указывают адрес последней ячейки памяти данных. Если у вашего МК ОЗУ составляет 128 байт, то указывают адрес 128 ячейки памяти. Под стек можно использовать всю память, если только вы не будете хранить в ней свои переменные. Если в качестве вершины стека вы укажите конечную ячейку памяти, то следить за стековой памятью в большинстве случаев не обязательно. А если вершиной стека указать ячейку памяти поближе к началу, и при этом использовать ОЗУ для хранения своих данных, то следить за размерностью стека придется – он может залезть на ячейки в которых вы будете хранить свои данные.
Счетчик команд
Счетчик команд – представляет собой регистр, в котором содержится адрес следующей исполняемой команды.
Размер счетчика команд может быть от нескольких разрядов до шестнадцати (двухбайтовый). Размерность счетчика зависит об объема памяти программ. Счетчик команд не доступен для программиста, в него мы не можем ничего записать и не можем из него ничего считать. Работой счетчика команд руководит единолично МК.
При включении питания устройства или сброса микроконтроллера, счетчик команд устанавливается в ноль, т.е. указывает на нулевой адрес памяти программ. Поэтому адресу начинается наша программа (если мы не используем прерывания) или адрес, по которому начинается наша программа (если мы используем прерывания). При нормальном ходе программы содержимое счетчика команд автоматически увеличивается на 1 или 2 (в зависимости от выполняемой команды) в каждом машинном цикле. Т.е., после выполнения команды, счетчик будет указывать адрес следующей команды. Этот порядок будет нарушен, если на пути МК при выполнении программы встретится команда перехода, команда вызова подпрограммы (или возврата из подпрограммы), а также при возникновении прерывания. В этом случае содержимое счетчика – адрес следующей команды, записывается в стек, а в счетчик записывается адрес по которому надо перейти по команде перехода или по прерыванию. По команде возвращения из подпрограммы, в счетчик записывается адрес команды сохраненный в стеке, программа продолжается дальше. Все это проделывается автоматически, без нашего участия.
В продолжении этой статьи, а точнее – окончании, мы очень подробно рассмотрим порты ввода/вывода микроконтроллера.
После этого, вся теория пойдет вперемешку с практикой. Легче понимать работу микроконтроллера разрабатывая практическое устройство.
Расскажу немного о том, что будет дальше.
После портов ввода/вывода мы начнем собирать цифровой вольтметр, попутно изучая и необходимые для этого теоритические вопросы.
Вольтметр я буду собирать на основе МК ATiny26 – самый подходящий (как мне кажется) для этого микроконтроллер. Для вывода информации, в целях изучения вопроса подключения к МК различных типов устройств для отображения информации, мы будем использовать сначала светодиодные сегментные индикаторы, которые потом заменим сегментным LCD дисплеем, который потом заменим буквенно-цифровым ЖК индикатором, а его, в свою очередь, если не погибнем в процессе, графическим ЖК индикатором. Затем добавим к вольтметру амперметр, а сверху этого бутерброда положим частотомер. Что будет дальше, честно говоря, я пока не знаю.
Электроника для всех
Блог о электронике
AVR. Учебный курс. Архитектура.
Основой любого микроконтроллера является вычислительное ядро. Во всех моделях AVR оно практически одинаковое и это большой плюс. Именно единство архитектуры обеспечивает легкую переносимость кода.
Итак, что же у нас в основе микроконтроллера, взгляни на диаграмму:
 |
Ядро состоит, в первую очередь, из памяти программ (Flash Programm Memory) и Арифметико-логического устройства (ALU), блока управления (на диаграмме не показан) и программного счетчик (Program Counter). Также есть тактовый генератор, задающий импульсы относительно которых работают блоки микроконтроллера. Тактовый генератор можно сравнить с маятником и собачкой в будильнике: маятник туда сюда, собачка тикает по одному зубчику — шестеренки крутятся. Встала собачка — встал весь будильник.
При старте микроконтроллера значение программного счетчика равно 0000 — это адрес первой команды в нашей flash ROM. Микроконтроллер хватает оттуда два байта (код команды и ее аргументы) и отдает на выполнение в декодер команд (Instruction Decoder).
А дальнейшая судьба зависит от команды. Если это просто команда работы с какими-либо действиями, то они будут выполнены, а на следующем такте значение программного счетчика будет увеличено и из следующей пары ячеек памяти будут взяты еще два байта команды и также отправлены на выполнение.
Все интересней становится когда встречается команда перехода. В этом случае в Программный счетчик загружается адрес указанный в команде (абсолютный переход) или его значение увеличивается не на 1, а на столько сколько нужно и на следующем такте микроконтроллер возьмет команду уже с нового адреса.
Декодер команд загребает команду и скармливает ее логике блока управления, который уже пинает все остальные блоки, заставляя их делать нужные действия в нужном порядке.
Вся математика и обработка делается посредством ALU. Это, своего рода, калькулятор. Он может складывать, вычитать, сравнивать, сдвигать разными способами, иногда делить и умножать (это считается круто, встречается редко).
В качестве промежуточных операндов используются 32 ячейки — Оперативные регистры общего назначения РОН. Доступ к этим ячейкам самый быстрый, а число операций с их содержимым наиболее богатое. В ассемблере регистры эти называются просто R0,R1,R2 … R31. Причем делятся они на три группы:
Младшие R0..R15
Обычные регистры общего назначения, но какие то ущербные. С ними не работают многие команды, например, такие как загрузка непосредственного числа. Т.е. нельзя, например, взять и присвоить регистру число. Зато можно скопировать число из любого другого регистра.
Старшие R16..R31
Полноценные регистры, работающие со всеми командами без исключения.
Индексные R26…R31
Шесть последних регистров из старшей группы особенные. В принципе, их можно юзать и как обычные регистры общего назначения. Но, кроме этого, они могут образовывать регистровые пары X(R26:R27), Y(R28,R29), Z(R30:R31) которые используются как указатели при работе с памятью.
ОЗУ
Кроме 32 регистров в микроконтроллере есть оперативная память. Правда не везде — в младших семействах AVR Tiny12 и Tiny11 оперативной памяти нет, так что приходиться вертеться в 32 ячейках.
Оперативная память это несколько сотен ячеек памяти. От 64 байт до 4килобайт, в зависимости от модели. В этих ячейках могут храниться любые данные, а доступ к ним осуществляется через команды Load и Store.
То есть нельзя взять, например, и прибавить к ячейке в памяти, скажем, единицу. Нам сначала сделать операцию Load из ОЗУ в РОН, потом в регистре прибавить нашу единицу и операцией Store сохранить ее обратно в память. Только так.
EEPROM
Долговременная память. Память которая не пропадает после выключения питания. Если Flash может содержать только код и константы, а писать в нее при выполнении ничего нельзя (Это память Read Only), то в ЕЕПРОМ можно сколько угодно писать и читать. Но в качестве оперативки ее особо не поюзаешь. Дело в том, что цикл записи в EEPROM длится очень долго — миллисекунды. Чтение тоже не ахти какое быстрое. Да и число циклов перезаписи всего 100 000, что не очень много в масштабах работы оперативной памяти. ЕЕПРОМ используется для сохранения всяких настроек, предустановок, собранных данных и прочего барахла, что может потребоваться после включения питания и в основном на чтение. Эта память есть не во всех моделях AVR, но в подавляющем их большинстве.
Периферия
Периферия это внутренний фарш микроконтроллера. То что делает его таким универсальным. ALU, RAM, FLASH и Блок управления это как в компе Мать, Проц, Память, Винт — то без чего комп даже не запустится толком. То периферия это уже как сетевуха, видяха, звуковая карта и прочие прибамбасы. Они могут быть разными, разной степени крутости и навороченности, а также комбинироваться в разном порядке.
Именно по наличию на кристалле той или иной периферии происходит выбор микроконтроллера под задачу.
Периферии всякой придумано великое множество, всего я наверное даже не опишу. Но дам основной набор присутствующий почти во всех AVR, а также в других современных контроллерах.
Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!
А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.
98 thoughts on “AVR. Учебный курс. Архитектура.”
Вопрос возник по этому абзацу:
Блок регистров (РОН), он же регистровый файл.
Если у нас 32 Регистра по 8 бит, то как регистровая пара образует 32 разряда?
Мои представления подсказывают что получается 16 разрядов, но я могу быть не прав.
Начинаем изучать STM32: Что такое регистры? Как с ними работать?
Продолжаем рассмотрение базовых вопросов
В предыдущем уроке мы рассмотрели работу с битовыми операциями и двоичными числами, тем самым заложив основу для рассмотрения новой темы. В этом уроке мы с Вами рассмотрим очередной вопрос: что такое регистры и как с ними работать?
Память и регистры
Одним из самых важных навыков необходимых при работе с микроконтроллерами является умение взаимодействовать с регистрами. Давайте для себя разберемся, что же это такое?
В целом, регистр — это особый вид памяти внутри микроконтроллера, который используется для управления процессором и периферийными устройствами. Каждый регистр в архитектуре ARM представляет собой ячейку памяти и имеет длину в 32 бита, где каждый бит можно представить в виде крошечного выключателя с помощью которого осуществляется управление тем или иным параметром микроконтроллера.
Каждый из регистров имеет свой порядковый номер – адрес. Адрес регистра обозначается 32-битным числом представленным в шестнадцатеричной системе счисления. Путём записи по адресу регистра определённой комбинации единиц и нулей, которые обычно представлены в шестнадцатеричном виде, осуществляется настройка и управление тем или иным узлом в МК. Вспомним, что в программе для работы с битовыми операциями, мы могли представить в виде шестнадцатеричного числа произвольный набор единиц и нулей. В целом стоит отметить, что существует два вида регистров: регистры общего назначения и специальные регистры. Первые расположены внутри ядра МК, а вторые являются частью RAM-памяти.
Так же стоит отметить, что Reference Manual, который мы скачивали в первом уроке, это один большой справочник по регистрам, содержащимся в целевом микроконтроллере, а библиотека CMSIS позволяет нам оперировать символьными именами регистров вместо числовых адресов. Например, к регистру 0x40011018 мы можем обратиться просто, используя символьное имя GPIOC_BSSR. Конкретные примеры конфигурирования мы рассмотрим в ходе разбора нашей программы из первого занятия.
Итак, обычно структура регистра описывается в виде небольшой таблицы с указанием:
Разбор кода из первого занятия
Итак, давайте вспомним задачу, которую мы решили на первом уроке используя готовый код примера: нам было необходимо написать программу, которая бы обеспечила попеременное включение двух светодиодов на плате Discovery (возможно и не двух, если у вас другая версия платы Discovery) с временным интервалом.
Давайте еще разок взглянем на код программы, которую мы использовали для того, чтобы заставить наш МК дрыгать двумя ногами на которых расположены наши светодиоды:
Первым делом, при работе с STM32, даже для такой простой задачи как включение и выключение светодиода нам необходимо предварительно ответить на ряд вопросов:
Куда подключены наши светодиоды? К какому выводу микроконтроллера?
Для того, чтобы посмотреть где что находится на плате Discovery, а в частности, нужные нам светодиоды — нужно открыть Schematic-файл, либо тот который мы скачали с сайта ST, либо прямо из Keil:
Открыв Schematic мы увидим схему всего того, что есть на плате — схему ST-Link, обвязку всей периферии и многое другое. На текущий момент нас интересуют два светодиода, ищем их обозначение:
Как мы видим, наши светодиоды подключены к порту GPIOC на 8 и 9 пин.
Как включить тактирование на нужный порт GPIO?
В целом, любая работа с периферией в микроконтроллерах STM32 сводится к стандартной последовательности действий:
Внимание! Вопрос касательно системы тактирования, её настройки и использования мы подробно рассмотрим в отдельной статье.
Найти к какой шине подключен наш порт GPIOC можно найти в Datasheet’е на наш МК в разделе Memory Mapping в Таблице 16. STM32F051xx peripheral register boundary addresses.
Как вы уже успели заметить, необходимая нам шина именуется как AHB2. Для того чтобы подробнее ознакомиться с регистром, в котором включается тактирование на нужный нам порт GPIO на шине AHB, надо перейти в соответствующий раздел в Reference Manual. По названию регистров мы можем определить тот, который нужен нам:
Переходим в этот пункт, и мы видим наш 32-битный регистр, его адрес смещения, значение по умолчанию, способ доступа к регистру и перечисление того, за что отвечает каждый бит в регистре.
Смотрим на таблицу и видим нечто напоминающее опции включения тактирования на портах GPIO. Переходим к описанию и находим нужную нам опцию:
Соответственно если мы установим 19 бит в значение «1» то это обеспечит включение тактирования на порт I/O C – то есть на наш GPIOC. К тому же — нам нужно включить отдельно один бит из группы, не затрагивая остальные т.к. мы не должны мешать и изменять без надобности другие настройки.
Основываясь на материалах прошлого урока, мы знаем что для того чтобы выставить определенный бит нужно используя логическую операцию «ИЛИ» сложить текущее значение регистра с маской которая содержит те биты которые необходимо включить. Например, сложим значение регистра RCC->AHBENR по умолчанию, т.е. 0x14 и число 0x80000 тем самым включим тактирование GPIOC путем установки 19 бита:
Каким образом мы можем это сделать из программы? Всё достаточно просто. В данном случае у нас два варианта:
То есть, мы могли бы обращаться к адресам регистров напрямую по адресу и написать так:
Второй вариант мне кажется наиболее привлекательным, т.к. библиотека CMSIS организована таким способом, что регистру можно обращаться, используя только его название. Препроцессор в ходе обработки текста программы перед компиляцией подставит все цифровые значения адреса регистра автоматически. Давайте разберем этот вопрос чуть подробнее.
Предлагаю открыть наш проект, который мы сделали в первом занятии, или скачайте предварительно подготовленый отсюда и удалите все содержимое программы оставив только подключенный заголовочный файл, функцию main() и инструкцию для включения тактирования (она нам понадобится для подробного разбора кода).
Наш код будет выглядеть следующим образом:
Давайте для ознакомления копнём вглубь библиотеки CMSIS.
Для того, чтобы быстро перейти к месту где объявлена та или иная константа или переменная в Keil реализована удобная функция. Кликаем правой кнопкой по необходимой нам константе, например, на RCC:
И мы переносимся в глубины библиотеки CMSIS, в которой увидим, что все регистры доступные для управления программным способом имеют вид TypeDef-структур, в том числе и наш RCC:
Провалившись подобным образом в RCC_TypeDef мы увидим структуру в которой описаны все поля нашего регистра:
Соответственно, мы можем спокойно обращаться к нужному нам регистру записью вида PERIPH_MODULE->REGISTER и присваивать ему определенное значение.
Помимо мнемонического обозначения регистров есть так же обозначения конкретных битов. Если мы провалимся к объявлению параметра RCC_AHBENR_GPIOCEN из нашей программы, то так же увидим объявление всех параметров:
Таким образом, используя библиотеку CMSIS у нас получается лаконичная читаемая запись нужного нам параметра в регистр, через установку которого мы запускаем тактирование на нужный нам порт:
В качестве задания: определите используя возможности Keil, каким образом получился адрес регистра RCC->AHBENR как 0x40021014.
Как настроить нужные нам пины GPIO для того чтобы можно было включить светодиод?
Итак, мы знаем что нужные нам светодиоды подключены к порту GPIOC к пинам PC8 и PC9. Нам нужно настроить их в такой режим, чтобы загорался светодиод. Хотелось бы сразу же сделать оговорку, что порты GPIO мы рассмотрим подробнее в другой статье и тут мы сконцентрируемся именно на работе с регистрами.
Первым делом нам нужно перевести режим работы пинов PC8 и PC9 в режим Output. Остальные параметры порта можно оставить по умолчанию. Переходим в Reference Manual в раздел 9. General-purpose I/Os (GPIO) и открываем пункт отвечающий за режим работы пинов порта GPIO и видим что за этот параметр отвечает регистр MODER:
Судя по описанию, для установки пинов PC8 и PC9 в режим Output мы должны записать 01 в соответствующие поля регистра GPIOC.
Это можно сделать через прямую установку с помощью числовых значений:
Или через использование определений из библиотеки:
После данной инструкции наши пины PC8 и PC9 перейдут в режим Output.
Как включить светодиод?
Если мы обратим внимание на список доступных регистров для управления портом GPIO то можем увидеть регистр ODR:
Каждый из соответствующих битов отвечает за один из пинов порта. Его структуру вы можете увидеть ниже:
Для того, чтобы обеспечить попеременную смену состояний светодиодов надо с определенным временным интервалом включать/выключать 8 и 9 биты. То есть попеременно присваивать регистру значение 0x100 и 0x200.
Сделать это мы можем через прямое присвоение значений регистру:
Можем через использование определений из библиотеки:
Но так как микроконтроллер работает очень быстро — мы не будем замечать смены состояний светодиодов и визуально будет казаться что они оба горят постоянно. Для того чтобы они действительно моргали попеременно мы внесем искусственную задержку в виде цикла который займет МК бесполезными вычислениями на некоторое время. Получится следующий код:
На этом первоначальное знакомство с регистрами и методами работы с ними мы можем закончить.
Проверка результатов работы нашего кода
Небольшое приятное дополнение в конце статьи: в Keil имеется отличный Debug-инструмент с помощью которого мы можем пошагово выполнить нашу программу и просмотреть текущее состояние любого периферийного блока. Для этого после загрузки прошивки после компиляции мы можем нажать кнопку Start Debug Session:
Рабочая среда Keil переключится в режим отладки. Мы можем управлять ходом программы с помощью данных кнопок:
И есть еще одна удобная функция работы с периферией в режиме отладки, она позволяет просматривать текущее состояние регистров и менять их состояние простым кликом мышкой.
Для того чтобы ей воспользоваться — нужно перейти в соответствующий периферийный блок и справа откроется окно с указанием регистров и их значением.
Если вы кликните по одному из пунктов данного меню, вы увидите адрес регистра и его краткое описание. Так же можно просмотреть описание к каждому отдельному параметру регистра:
Попробуйте самостоятельно пошагово выполнить программу, включить/выключить светодиоды не используя программу, а используя данный режим работы с микроконтроллером. Простор для фантазии тут обширный. Так же попробуйте поиграться с длительностями задержек, сделайте одновременное моргание обоими светодиодами. В общем экспериментируйте! )