Exynos4412特殊功能寄存器的封裝
作者：秦老師,華清遠(yuǎn)見教育科技集團(tuán)講師。
特殊功能寄存器英文縮寫為SFR，是Special Function Register的縮寫。特殊功能寄存器是芯片功能實(shí)現(xiàn)的載體，可以理解為芯片廠商留給嵌入式開發(fā)人員的控制接口，用于控制片內(nèi)外設(shè)，比如GPIO、UART、ADC等等。每個(gè)片內(nèi)外設(shè)都有對(duì)應(yīng)的特殊寄存器，用于存放相應(yīng)功能部件的控制命令，數(shù)據(jù)或者狀態(tài)。
對(duì)于特殊功能寄存器的封裝是每個(gè)嵌入式工程師都應(yīng)該掌握的。那如何封裝芯片的特殊控制寄存器呢，我們以Exynos4412的GPIO片內(nèi)外設(shè)為例說明。
（1）查看Exynos4412芯片的地址映射表
查看Exynos4412芯片手冊(cè)的第二章2 Memory Map（30頁）地址映射表，我們可以看到Exynos4412的特殊功能寄存器絕大部分都放到了0x1000_0000到0x1400_0000的地址空間。
（2）查看GPIO模塊的寄存器描述表
查看芯片手冊(cè)，第四章4 General Purpose Input/Output (GPIO) Control，4.3節(jié)（41頁）寄存器描述，有完整的GPIO模塊的寄存器描述表。我們可以得到GPIO模塊的基地址和每個(gè)寄存器相對(duì)基地址的偏移量。
GPIO模塊的基地址是:0x1140_0000
GPA0組的配置寄存器GPA0CON的地址是: 基地址 + 偏移量
0x11400000 + 0x0000 = 0x11400000
（3）封裝寄存器的第一種方式是直接一對(duì)一封裝
例如：
#define GPA0CON （*（volatile unsigned int *）0x11400000）
分析：
這是一個(gè)宏定義，宏定義在預(yù)處理階段進(jìn)行直接替換，為了方便理解，我們可以先把volatile去掉，關(guān)鍵是理解（*（unsigned int *）0x11400000）。
0x11400000 是一個(gè)16進(jìn)制的數(shù)據(jù)，前面用（unsigned int *）修飾，表示把0x11400000強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成了一個(gè)指向unsigned int型變量的指針。簡(jiǎn)單的說，（unsigned int *）0x11400000指向了內(nèi)存中從0x11400000開始的連續(xù)的4個(gè)字節(jié)空間。（0x11400000—0x11400003）。
（*（unsigned int *）0x11400000）是在（unsigned int *）0x11400000又加了一個(gè)指針運(yùn)算符*，表示取內(nèi)存單元里的數(shù)據(jù)。
volatile是C語言的32個(gè)關(guān)鍵字之一，是一種類型修飾符，用它聲明的類型變量表示可以被某些編譯器未知的因素更改，比如：操作系統(tǒng)、硬件中斷或者線程等。遇到這個(gè)關(guān)鍵字聲明的變量，編譯器對(duì)訪問該變量的代碼就不再進(jìn)行優(yōu)化，每次讀取這個(gè)變量的值都是要從內(nèi)存單元里讀取，而不是直接使用放在高速緩存或寄存器里的備份。從而可以提供對(duì)特殊地址的穩(wěn)定訪問。
使用：
我們像unsigned int變量一樣訪問特殊功能寄存器。
GPA0CON = (GPA0CON & ~(0xf<<4))| 1<<4; //將GPA0_1引腳設(shè)置為輸出功能
（4）封裝寄存器的第二種方式是結(jié)構(gòu)體封裝
例如：
/* GPA0 */
typedef struct {
unsigned int CON;
unsigned int DAT;
unsigned int PUD;
unsigned int DRV;
unsigned int CONPDN;
unsigned int PUDPDN;
}gpa0;
#define GPA0 (* (volatile gpa0 *)0x11400000)
分析：
typedef 關(guān)鍵字聲明了名為gpa0的結(jié)構(gòu)體類型，結(jié)構(gòu)體內(nèi)又定義了 6個(gè)unsigned int類型的變量。unsigned int 類型變量為 32 位，在內(nèi)存內(nèi)存空間 中占4 個(gè)字節(jié)。
#define GPA0 (* (volatile gpa0 *)0x11400000)聲明了一個(gè)gpa0類型結(jié)構(gòu)體的宏，結(jié)構(gòu)體名是結(jié)構(gòu)體首成員的地址，GPA0這個(gè)結(jié)構(gòu)體的首成員CON地址為0x11400000，占4個(gè)字節(jié)，在c語言中結(jié)構(gòu)體內(nèi)的成員變量是連續(xù)的，那么GPA0結(jié)構(gòu)體的第二個(gè)成員DAT得地址為：0x11400000+0x04 = 0x11400004。這個(gè) 0x04 偏移量，正是GPA0DAT寄存器相對(duì)于GPIO基地址的偏移地址。
結(jié)構(gòu)體內(nèi)其它成員的偏移量，也和相應(yīng)的寄存器偏移地址相符。因此，我們匹配了結(jié)構(gòu)體的首地址，就可以確定各寄存器的具體地址了。
使用：
我們用訪問結(jié)構(gòu)體變量成員的方式，訪問寄存器。
GPA0.CON = (GPA0.CON & ~(0xf<<4))| 1<<4; //將GPA0_1引腳設(shè)置為輸出功能
（5）使用集成開發(fā)環(huán)境的芯片寄存器封裝
嵌入式開發(fā)中我們把常用的寄存器寫到一個(gè)頭文件中，每次使用的時(shí)候直接包含就可以。也有很多集成開發(fā)環(huán)境會(huì)提供這樣的芯片特殊寄存器頭文件，比如在keil中創(chuàng)建arm7三星s3c2410芯片相關(guān)的工程，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵可以添#include <S3C2410A.H>頭文件。但不是所有芯片都支持。
