独家吐血原创奉献 !!! - - - - - - 仅需一个头文件,就可以彻底甩开库函数进行STM32高效编程

2019-07-20 22:18发布

本帖最后由 warship 于 2019-6-3 16:42 编辑

初入原子的STM32开发板,学习MCU编程的同学,
总是为寄存器版本或库函数版本而难以取舍,
其实是各有千秋的。

寄存器版本比较繁琐,学习起来难度要大一些,但掌握之后可以随心所欲地控制;
库函数版本则入手容易一起,但往往最后一知半解,遇到问题后不知如何下手调试。

我当初也是从库函数入手的,但最后还是觉得直接控制寄存器比较爽。
对于开发MCU的攻城狮来说,搞通硬件是必须的功课,对于寄存器的了解是回避不了的,
即使STM32全部用库,许多外部硬件如NRF24L01等等,也大多是寄存器控制的,从某种程度上来说,了解和使用外设的寄存器属于硬件基本功之一。
话说STM32的库虽然入手容易,其实编程时,也是需要去熟悉库中的各种函数,翻看库函数的定义以及各种参数设置的,
功夫一点儿也不少费,何况库还有各种版本,现在又开始推广HAL库,标准库即将被放弃,
对于许多习惯了标准库的老手来说,转库也是一件比较头大的事儿。
寄存器编程虽然说无须依赖库,但编写代码时查核寄存器名、控制位的作用、具体BIT位置等确实让人烦,
编写出的代码也比较难懂,估计一两个星期不看,自己编写的代码都要再去翻看手册才能看懂。

有没有彻底不依赖库函数,而代码又相对易记易懂,比直接寄存器编程还要高效的编程方法呢?
我可以负责任地告诉你,有!

一年多来(从这个帖子http://www.openedv.com/forum.php?mod=viewthread&tid=274196开始),本人对此进行了尝试,效果还不错。
方法是:大量采用STM32所特有的高效的单BIT位段操作模式,同时辅以多BIT读写模式,
通过宏定义进行简单封装以提高代码的可读易记性。

重要的是:只须一个头文件就可以实现。头文件不占用任何资源,对你原有的寄存器编程或库函数编程没有任何
影响,达到全兼容(即你完全可以在一个工程中部分采用本人宏定义中的方法,部分仍采用寄存器编程或库函数编程)。

这个头文件共约2300多行,是本人长时间吐血原创、修改、测试,已在多个项目中试用成功,效果很好。
文件中包含大量的注释,包括寄存器各BIT位的定义、用法,基本无须再翻看器件手册了。
本着开源精神,不敢独享,现分享给大家。
顺便也想借着更多人的应用,找点儿BUG,使之更加完善。
请同好者多提宝贵意见(我会酌情采纳更新),不喜欢也请勿喷。

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
下面给出头文件,使用起来非常非常简单只须在你的工程中包含这个头文件
解压下面的包,得到一个MyBITBAND.h头文件,复制到你的工程目录中,然后#include "MyBITBAND.h"
就可以尽情地自由使用本文所述的编程方法,你可以把你手头上的程序改几句试一下,不甜不要钱,哈哈。
如果有要求具体程序范例的话,我会在后续给出(后计: 范例工程模板也已提供在下面)。
另外,需要说明一下的是,文件是以STM32 F1XX为目标的,其它型号楼主还没有测试过。
//本程序只供学习使用,未经作者许可,不得用于其它任何用途
//测试平台:ALIENTEK战舰STM32开发板
//引用请注明出处:http://www.openedv.com/forum.php?mod=viewthread&tid=294788,有问题可在本帖中提出讨论,谢谢。
//敬请关注我的开源页https://github.com/ShuifaHe/STM32/tree/BITBAND如果觉得对您有用的话,请按 “星” 号点一下赞
//修改日期:2019/05/28
//Made by warship
回复后可获取解压密码,谢谢支持。游客,如果您要查看本帖隐藏内容请回复







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50条回答
zc123
1楼-- · 2019-07-20 23:31
本帖最后由 zc123 于 2019-6-4 09:24 编辑

虽然我也讨厌HAL库的雍肿,效率低,但你这是实现stm32f10x.h这个头文件的在封装而已,HAL库实现的是接口API和软件逻辑,这才是主要功能,类似USART,RCC,ETH模块,它是实现初始化,读写接口的,中断响应,状态读取/清除这整套API应用的,你的封装思路是没有这部分逻辑的,其实你的思路和寄存器操作一样的,库和寄存器的使用这方面争论已经持续很久,我是认为没比较的理由,因为设计的目的都不一样,库是为了脱离硬件的封装,寄存器则为了更高的效率,没有任何可比性。
你的优势就是和直接的寄存器操作的比较,大部分情况比直接包含stm32f10x.h更直观。但是实际上按照你的API,脱离寄存器文档是不可能,因为涉及位的操作,特别是多位的操作,不去查文档,单靠命名并不能完全解决问题,我的建议是需要先理清楚这个是否是伪需求,不然花了大量时间并不值得,而且这里面大部分是替换的工作量,核心的就位操作或者位域的知识。
warship
2楼-- · 2019-07-21 05:02
本帖最后由 warship 于 2019-6-3 12:36 编辑

总体说明

    利用本文件,可以比较方便、高效精准地以位段方式访问寄存器,结合多BIT访问、寄存器直接访问等方式,能够最终完全抛开库函数。

     一、以外设原有名称为基础,在外设名称前面加前缀b, 与库函数区分的同时,指示这用作bitband操作。

     二、进一步强化助记,将部分具体寄存器名称弱化,比如某外设有多个控制寄存器CR1、CR2、CR3,则统一省略为CR,不必记忆是第几个CR。
尝试对于常用的外设如RCC,进一步根据功能进行了改造,比如将所有使能时钟控制归纳成bRCC_ENABLE_XXX(其中XXX为外设名),
便于记忆,不用再考虑某外设挂在哪条具体总线上等细节,相当于进行了一个小小的二次封装。

     三、BIT位的名称尽量采用原名称,以便对照查阅芯片数据手册。寄存器地址偏移量按一般用户手册以十六进制填充。

     四、考虑到位操作的优势在精准高效地对位进行操作,这也是编写此文件的出发点。但考虑到两位以上的组合操作也无法避免,
并且直接访问寄存器某几位也比较麻烦, 这里采用带参的宏定义制定了统一的访问格式.

     五、对于一般没有位定义、通常整字访问的寄存器,仍可沿用传统的寄存器方式,这里也尝试定义了形如wBKP_DR1的宏指令方式对其进行访问,
即:wRTC_ALRH的效果等同于寄存器直接访问的RTC->ALRH;
而对于有多个同类外设时,对于外设某寄存器整体的读写,则引入类似如下的宏定义,
                        pTIM(bTIM3)->PSC        前缀“p”表示这是一个指向结构体的指针,等效于寄存器直接访问的TIM3->DR1
但引入带参宏定义的好处是,实现了与访问多组外设单BIT位或多BIT位时形参的统一,便于移植(详见6楼的描述)
warship
3楼-- · 2019-07-21 10:36
 精彩回答 2  元偷偷看……
warship
4楼-- · 2019-07-21 14:20
本帖最后由 warship 于 2019-6-3 12:34 编辑

编程使用的统一格式
单BIT位访问方式
                bRCC_ENABLE_RTC=1或0;                                                                                    //唯一外设
                bTIM_CR_DIR(bTIM2)=1或0;                                                                             //多组外设
                bGPIO_BRR(bGPIOA,n)=1或0;                                                                              //多组外设多个端口
                也可读,或者用于逻辑判断,EX:if(!bRCC_ENABLE_RTC)

多BIT位访问方式
                SET_RCC_PLLMUL(a);(设置PLL倍频值为a)                    写                                      //唯一外设
                val=GET_RCC_PLLMUL;(获取PLL倍频设置值)                读

                SET_SPI_CR_BR(bSPI2,a);        (设置bSPI2接口的速率值为a)        写                        //多组外设
                val=GET_SPI_CR_BR(bSPI1);(获取bSPI1x接口的速率值)               读

寄存器整体访问方式
              一般仍沿用寄存器直接访问方式不变:如BKP->DR1

warship
5楼-- · 2019-07-21 15:30
 精彩回答 2  元偷偷看……
warship
6楼-- · 2019-07-21 19:07
本帖最后由 warship 于 2019-6-3 12:30 编辑

简化宏定义、便于代码移植   
     为减少宏定义的工作量,对于多个同类的外设,尤其是两个以上,如定时器、通信串口等,避免大量类似的宏定义
使用带参数的宏,形如bCR_CEN(bTIM1),其中bTIM1为基址宏

以b开头的基址宏定义(如bTIM1)的值,其原始本质就是一个u32的数值,所以
当有需要,想将它也作为一个可变参数时,可以定义形参的类型为u32
比如:想写一个设置任意SPI接口速率的函数
可编写如下函数:
        void SET_SPIx_SPEED(u32 MySPIx_Base, u8 SPI_SPEED)
        {
                SET_SPI_CR_BR(MySPIx_Base,SPI_SPEED);//设置SPI速率
        }
        调用时,入口参数MySPIx_Base分别使用bSPI1、bSPI2或bSPI3就可作用于不同的SPI口
   另外,在编程需要时,可用
((SPI_TypeDef *)MySPIx_Base)->DR; 取代SPIx->DR;
((SPI_TypeDef *)bSPI1)->DR;                          取代SPI1->DR;

在进一步地增加了宏定义 #define pSPI(bSPIx)                                ((SPI_TypeDef *)bSPIx)
之后,使得上两句可简写为:pSPI(bSPI1)->DR; //前缀“p”表示这是一个指向结构体的指针。
接近了寄存器编程的风格,也就是说,对于寄存器整体的访问,
除了仍可沿用原有的SPI1->DR外,也可以使用带参的宏定义方式:pSPI(bSPI1)->DR
使用者可以视情任意选择其一,但使用后者的好处是使得bSPIx成了与单BIT、多BIT访问时统一的参数,便于移植
比如:下列函数即向串口发送一个字符,如果移植时,只须替换bURT1为bURT2就可以从串口1改成串口2
void USART_SendData(u8 ch)
{
  pURT(bURT1)->DR  = ch ;
  while ( bURT_SR_TXE(bURT1) ==0 );
}
对比一下,如果第一句仍沿用传统的寄存器访问风格,则移植的时候就需要修改两种符号:
void USART_SendData(u8 ch)
{
  USART1->DR  = ch ;
  while ( bURT_SR_TXE(bURT1) ==0 );
}
后者比前者需要增加的工作量:还须将USART1改成USART2
而且,前者还可以很容易地写成向任意串口发送字符的通用函数:
void USART_SendData(u32 bURTx, u8 ch)
{
  pURT(bURTx)->DR  = ch ;
  while ( bURT_SR_TXE(bURTx) ==0 );
}





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