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零基础自学STM３２－复习篇２——使用结构体封装GPIO寄存器
2022-07-06 02:12:00 【Fecter11】
我们首先要了解寄存器的一个特点，他不是只针对一个外设，而是所有的外设都。
就拿GPIO的CRL，ODR寄存器来说
对于GPIOA——GPIＯE都有一组功能相同的寄存器只是地址不一样而已Ａ（主要是外设地址不同，比如GPIOＡ的外设地址和GPIOB的外设地址就不一样，即便寄存器的偏移量一样的），没必要每个寄存器都配置一遍。
这里就引入一个基本操作那就是：使用结构体对GPIO寄存器进行一次封装
主要参考：野火的《开发指南》
typedef unsigned int uint32_t;
typedef unsigned short int uint16_t;
// unsigned int 占32位unsigned short int占16位
//下面使用结构体来封装
/*********************************/
//定义一个结构体变量使用关键字struct,并将这个结构体命名为GPIO_Typdef如下（不懂结构体的可以去找个视频看看看，不必深究会用就行。）
typedef struct
{
uint32_t CRL;//GPIO端口配置低寄存器器
uint32_t CRH;//GPIO端口配置高寄存器
uint32_t IDR;//GPIO端口输入寄存器
uint32_t ODR;//GPIO端口输出寄存器
uint32_t BSRR;//GPIO端口位置位/清除寄存器
uint32_t BRR;//GPIO端口位清除寄存器
uint32_t LCKR;//GPIO端口配置锁定寄存器
}GPIO_TypeDef;
这里还使用了typedef关键字命名了所创建的结构体类型为GPIO＿TypeDef
其中结构体成员有７个变量，变量名正是所对应的寄存器名字。
Ｃ语言规定了结构体变量的存储空间是连续的（这个正好和我们的寄存器的地址是连续的特点相对应起来。这一点很重要，我们在封装的时候一定要按顺序去封装）。
比如我们定义的这个结构体GPIO＿TypeDef。这个结构体的首个寄存器的地址就是CRL寄存器的地址也就是0x4001 0C00(这个地址也是GPIOＢ这个外设的总线地址)，那么结构体第二个成员CRH的地址就是0x4001 0C00再加上一个0x04这个偏移量，为什么？
我们的寄存器是３２位的，也就是４个字节为一个寄存器的存储空间，从CRL到CRH加上0x04也就是CRH的地址。其他成员也是相应的去加上偏移量就可以。（注意这个偏移量是相对于总线APB２的基地址的偏移量）
我们这里依然以代码为分析对象
//这里是stm32f103.h头文件
//用来存放stm32寄存器映射的代码
//GPIOB
//外设基地址 peripheral
# define PERIPHBASE ((unsigned int)0x40000000) //片内外设基地址
//总线基地址
# define APB1PERIPH_BASE PERIPHBASE //APB1总线基地址与片内外设基地址是一样的
# define APB2PERIPH_BASE (PERIPHBASE + 0x10000) //APB2总线基地址
# define AHBPERIPH_BASE (PERIPHBASE + 0x20000) //AHB总线基地址（为了后面操作RCC时钟），这里采用的DMA1的地址作为基地址
# define RCC_BASE (AHBPERIPH_BASE + 0x1000) //RCC复位时钟控制地址，想让IO工作必须配置
# define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00) //GPIOB地址，操作GPIO的前提是找到总线地址
# define RCC_APB2ENR *(unsigned int* )(RCC_BASE + 0x18) //APB2外设时钟使能，想让IO工作必须配置 0x18就是APB2使能寄存器相对于RCC时钟总线的偏移量
//下面的代码使用宏定义重新命名一个指针变量，并通过操作寄存器的绝对地址指针从而操作寄存器工作
//# define GPIOB_CRL *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x00) //端口配置地寄存器
//# define GPIOB_CRH *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x04) //端口配置高寄存器
//# define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x0C) //数据输出寄存器
//# define GPIOB_IDR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x08) //输入数据寄存器
//# define GPIOB_BSRR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x10) //端口位设置/清除寄存器
//# define GPIOB_BRR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x14) //端口位清除寄存器
//# define GPIOB_LCKR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE + 0x18) //端口配置锁定寄存器
typedef unsigned int uint32_t;//声明一个32位的变量类型
typedef unsigned short uint16_t;//声明一个16位的变量类型
typedef struct
{
/* 这里解释一下为什么可以直接操作而不需要加偏移量 我们的stm32是32位单片机，每次操作32位数，而寄存器也是每个寄存器占用4个字节，也正好是32位， 创建结构体本身就会分配一个连续的内存空间，而我们定义了每个成员作为32位的变量，那正好跟寄存器本身的地址相对应起来。 */
uint32_t CRL;
uint32_t CRH;
uint32_t IDR;
uint32_t ODR;
uint32_t BSRR;
uint32_t BRR;
uint32_t LCKR;
}GPIO_TypeDef;
//让GPIOB的地址GPIOB_BASE转化为一个结构体类类型的变量，并重新命名为GPIOB
# define GPIOB ((GPIO_TypeDef*)(GPIOB_BASE))
//32部分
#include "stm32f10x.h"
void SystemInit(void);//不用管这条代码
int main (void)
{
# if 0 //使用这个语句相当于注释掉下面的代码
//使用寄存器绝对地址操作
*(unsigned int *)0x40021018 |=((1)<<3); //打开gpiob端口时钟
//*(unsigned int *)0x40010C0C &=~(1<<0); //Data_Output CRL_REG 通用推挽输出模式
*(unsigned int *)0x40010C0C &=~((1)<<0); //Data_Output CRL_REG
*(unsigned int *)0x40010C00 |=((1)<<(4*0)); //Set_Output ODR_REG //数据输出寄存器
#elif 0 //注释掉下面的代码
RCC_APB2ENR |= ((1)<<3); //GPIOB时钟使能，在头文件中用宏定义声明过了
GPIOB_CRL |= ((1)<<(4*0)); //端口配置低寄存器
GPIOB_ODR &= ~(unsigned int)(1<<0); //数据输出寄存器
//GPIOB_ODR |= (1<<0);
#elif 1 //执行这部分代码，使用结构封装好的函数去配置寄存器的值（重点掌握）
RCC_APB2ENR |= ((1)<<3); //GPIOB时钟使能
GPIOB->CRL |= ((1)<<(4*0)); //端口配置低寄存器
GPIOB->ODR &= ~(unsigned int)(1<<0); //数据输出寄存器
//GPIOB->ODR |= (1<<0);
#endif
}
//置位 |=
//清零 &=~
void SystemInit(void)
{
//函数体为空
}
这里不得不重新说明一下，什么是结构体。以便更好的理解和使用它：
这里我看的是B站UP主“杜远超官方频道”的视频，可以直接搜索结构体就能看到。我是很推荐这个视频的，希望帮到你！！
下面声明一个结构体类型：
# include <stdio.h>
//创建结构体使用关键字struct
//下面这种形式是创建了一个结构体类型，并且这个类型名为Student，我们可以将其看作是int这种的数据类型的形式，去创建多个变量。
struct Student //结构体的名字为Student，建议首字母大写。这个是类型的名字而不是变量名。（这一点很重要）。比如说float是浮点类型的名称，flaot a,中的a是变量的名称。而struct是一个关键字。
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
};
//显然结构体的内容是基本数据类型组而合成
//我们也可以声明一个空的结构体
struct Emptystruct
{
//空结构体
};
int main ()
{
//基本数据类型 int,float,long, doubel...
//如果我们要表示一个学生的信息，而学生的信息有学号信息等
}
下面声明一个匿名的结构体类型：
# include <stdio.h>
//我们可以创建一个没有名字的结构体，或者说匿名结构体
//匿名结构体的末尾一定跟着结构体变量的名称。
struct
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
}stu1,stu2;//这里声明了两个学生的变量。
int main ()
{
return 0;
}
下面我们引入typedef：
第一种用法
# include <stdio.h>
//我们可以创建一个没有名字的结构体，或者说匿名结构体
//匿名结构体的末尾一定跟着结构体变量的名称。
struct Student
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
};//这里声明了两个学生的结构体变量，一定要注意这里的是变量而不是类型了。
typedef struct Stdent Stdent;
//上面这一行代码的还以是什么？
//说白了就是用最后的Student这个名字取代替我们的struct Student这个结构体，后面我们创建结构体变量的时候可以直接使用Student,而它所代表的含义就是一个结构体类型。
int main ()
{
//定义变量的基本格式。数据类型+变量名；比如int a;char c
//我们使用结构体比如上面创建的Student，去创建一个变量的话还需要加上一个变量的名字
//struct Student stu;//注意这种创建结构体变量的方式中struct是不可以省略掉
//我们可以使用typedef去定义一个新的数据类
//我们就可以这样创建一个结构体变量
Student stu1;//完美，简洁
return 0;
}
第二种用法
# include <stdio.h>
//我们可以创建一个没有名字的结构体，或者说匿名结构体
//匿名结构体的末尾一定跟着结构体变量的名称。
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
}Student;
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
//定义变量的基本格式。数据类型+变量名；比如int a;char c
//我们使用结构体比如上面创建的Student，去创建一个变量的话还需要加上一个变量的名字
//struct Student stu;//注意这种创建结构体变量的方式中struct是不可以省略掉
//我们可以使用typedef去定义一个新的数据类
//我们就可以这样创建一个结构体变量
Student stu1;//完美，简洁
return 0;
}
下面介绍结构体的嵌套
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student;
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
Student stu;
stu.birthday.year = 1996;//这里就是结构体的访问，我们就是在使用.去访问stu这个结构体下的birthday这个结构体下的year
return 0;
}
结构体变量
声明结构体变量的方式
方式1
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student;
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
//注意我们如果不使用类型去创建变量的话是不会分配内存空间，说白了就是不占用任何内存。
//那么也就是说我们声明的结构体本身是不占用内存的。只有在声明结构体变量的时候才会分配内存。
Student stu1;
Student stu2;
return 0;
}
声明结构体变量的方式
方式2
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量，不建议这样创建，我是不习惯
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
Student stu1;
Student stu2;
return 0;
}
结构体变量的赋值
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
Student stu1 = {
1001,26,"李明",100,
{
1996,10,20}};
//这样就完成了结构体的赋值
Student stu2 = {
1002,22,"李华",99,
{
2000,10,20}};
return 0;
}
如何去创建结构体变量
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量，不建议这样创建，我是不习惯
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
Student stu1;
Student stu2;
return 0;
}
结构体成员的调用
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
int main ()
{
Student stu1 = {
1001,26,"李明",100,
{
1996,10,20}};
//这样就完成了结构体的赋值
Student stu2 = {
1002,22,"李华",99,
{
2000,10,20}};
//访问成员变量使用.操作符
printf("学号：%d 姓名:%s 年龄：%d 成绩：%0.2f 生日：%d-%d-%d",stu1.id,stu1.name,stu1.age,stu1.score,stu1.Birthday.year,stu1.Birthday.month,syu1.Birthday.day);
return 0;
}
显然，结构体的访问格式就是，“结构体名 . 结构体变量”的形式。
如果是嵌套的话也是使用.去调用。
程序优化：单独定义一个打印函数
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
//此函数的目的是打印学生结构体的信息
//我们需要使用形参，传递需要打印的学生信息
void PrintfStudentInfo(Student stu)
{
printf("学号：%d 姓名:%s 年龄：%d 成绩：%0.2f 生日：%d-%d-%d",stu.id,stu.name,stu.age,stu.score,stu.Birthday.year,stu.Birthday.month,syu.Birthday.day);
}
int main ()
{
Student stu1 = {
1001,26,"李明",100,
{
1996,10,20}};
//这样就完成了结构体的赋值
Student stu2 = {
1002,22,"李华",99,
{
2000,10,20}};
PrintfStudentInfo(Student stu1);
return 0;
}
上面的代码还是有他的局限性，想想看我们即便是定义了一个打印函数，但是对于系统来说，我仍然是拷贝了一份打印的信息并封存在了函数中。
所以引出下面的使用结构体指针。
使用结构体指针
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
//此函数的目的是打印学生结构体的信息
//我们需要使用形参，传递需要打印的学生信息
void PrintfStudentInfo(Student *p_stu) //这里函数的形参就是一个结构体指针p_stu
{
printf("学号：%d 姓名:%s 年龄：%d 成绩：%0.2f 生日：%d-%d-%d",p_stu.id,p_stu.name,p_stu.age,p_stu.score,p_stu.Birthday.year,p_stu.Birthday.month,p_stu.Birthday.day);
}
int main ()
{
Student stu1 = {
1001,26,"李明",100,
{
1996,10,20}};
//这样就完成了结构体的赋值
Student stu2 = {
1002,22,"李华",99,
{
2000,10,20}};
Student*pstu = &stu1;//这一步就是创建一个指针结构体pstu并且这个指针指向了stu1这个结构体变量的地址。
PrintfStudentInfo(pstu);//注意这里传递的是地址（指针）
return 0;
}
上面的代码存在一个致命错误！！！！！
void PrintfStudentInfo(Student *p_stu) //这里函数的形参就是一个结构体指针p_stu
{
printf("学号：%d 姓名:%s 年龄：%d 成绩：%0.2f 生日：%d-%d-%d",p_stu.id,p_stu.name,p_stu.age,p_stu.score,p_stu.Birthday.year,p_stu.Birthday.month,p_stu.Birthday.day);
}
注意上面这一行代码，我们的c语言规定了，如果我们使用的是结构体指针，要求我们在访问结构体成员的时候不再使用“.”。而是改用“->”
正确的写法如下所示：
void PrintfStudentInfo(Student *p_stu) //这里函数的形参就是一个结构体指针p_stu
{
printf("学号：%d 姓名:%s 年龄：%d 成绩：%0.2f 生日：%d-%d-%d",p_stu>id,p_stu->name,p_stu->age,p_stu->score,p_stu->Birthday.year,p_stu->Birthday.month,p_stu->Birthday.day);
}
//注意细节，我们在使用
p_stu->Birthday.month//在Birthday的后面使用的是“.”，因为这里是成员关系而不是指针。
# include <stdio.h>
typedef struct Birthday
{
int year;//年
int month;//月
int day;//日
}Birthday;
typedef struct Stdent //可以不加结构体的名字，但是建议加上结构体名
{
int id;//学号
int age;//年龄
char*name;//姓名
float score;//成绩
Birthday bitthday; //结构体的嵌套
}Student，stu3;//注意这里就是直接创建了一个stu3结构体变量
//说明一下，使用typedef就是将我们创建的sturct Student命名为Student，注意这里的STudent依然是类型的名字而不是变量。（重点）
//此函数的目的是打印学生结构体的信息
//我们需要使用形参，传递需要打印的学生信息
void PrintfStudentInfo(Student *p_stu) //这里函数的形参就是一个结构体指针p_stu
{
printf("学号：%d 姓名:%s 年龄：%d 成绩：%0.2f 生日：%d-%d-%d",p_stu.id,p_stu.name,p_stu.age,p_stu.score,p_stu.Birthday.year,p_stu.Birthday.month,p_stu.Birthday.day);
}
int main ()
{
Student stu1 = {
1001,26,"李明",100,
{
1996,10,20}};
//这样就完成了结构体的赋值
Student stu2 = {
1002,22,"李华",99,
{
2000,10,20}};
Student*pstu = &stu1;//这一步就是创建一个指针结构体pstu并且这个指针指向了stu1这个结构体变量的地址。
PrintfStudentInfo(pstu);//注意这里传递的是地址（指针）
pstu = &stu2;
PrintfStudentInfo(pstu);//打印另一个学生的信息
return 0;
}
本篇完。。。
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