有51基础很容易入门ARM?牛人分析得很到位

时间:2018-03-07

  提问 : 从51到ARM,这路怎么走?

  很多人说:有51基础的人很容易入门ARM。我想说,坑爹啊,我就是51走过来的,看ARM几个月了,一点进展都没有...

  51都是有地址映射的(即SFR,特殊功能寄存器),在头文件reg52.h里面,不知道ARM有没有,且不知道如何调用。以STM32为例,有提供个固件库,也就是好几个文件夹和几十个文件,里面有会汇编写的,也有用C写的,貌似也有地址映射,貌似里面的地址映射语句不是像51里面用sfr来表示的,貌似是用#define来定义的,这边搞糊涂了。固件库中还包含了很多打包好的程序,比如说各种传输协议要用到的程序。但我的思维还停留在51,并且我不知道停留在51的这种思维是否是正确的:那就是,完全自己编码,除了sfr定义,包括很多包装好的函数,自己写出来才算学会。这种思维,不知道在ARM学习上是否同等适用,难道学ARM时上了个层次,就直接在别人打包好程序的基础上做产品了吗?必须强调,在上位机,PC软件方面,是得调用操作系统的很多函数、库,这个没办法,因为强大的PC界面及功能,如果底层驱动什么的都自己写的话会累死,而且不一定有成效。但ARM不同,不同在他比PC低一层次,但同时又高51一个层次,所以我纠结了。并且我现在不知何从入手,就算是将固件库搞明白也得花不少时间。但我觉得,如果让ARM点亮一个小LED,应该用不上那么多固件库或函数,只要能点亮个LED就行,这么低的要求,应该是用到很少的语句及配置程序,但网上所有的教程基本上首先就教你:如何调用所有的库。这无疑让初学者陷入泥潭,晕。

  良心答主:

  我做了个实例,不用ST的库来点LED,解答你的问题

  我的 KeilMDK 3.5

  我的STM32板子奋斗版是 ,IC 是 STM32F103VET6

  调试工具 JLINK V8

  LED 接在 PB5 ,高电平点亮

  既然说一定懂C语言了,那么对于下面我的问题,不查百度,完全靠自己,懂多少?然后查了百度之后又能懂多少?

  (一)新建 keil 工程,IC选择 ST 公司的 STM32F103VE,keil提示是否copy 启动文件,选择是。

  这里有问题,你有没有读过这个启动头文件? 51 也是同样的启动文件,51的那个启动文件有没有读过?你知道头文件里面做了什么吗? C语言真的从 main 函数开始吗?运行时库是什么?这些资料从什么地方知道?keil编译器的行为?

  (如果你说头文件是汇编的,没有必要看,那我当我没说)

  例如启动文件里面有这么一句,我的问题是 __main 这个标号在哪里实现的,注意,这里肯定不是 main 函数这里跳到哪里去了?还有个问题 [WEAK] 这里是什么意思?有什么用????

  Reset_Handler   PROC

  EXPORT  Reset_Handler             [WEAK]

  IMPORT  __main

  LDR     R0, =__main

  BX      R0

  (二)新建一个 main.c 并且写一个 main函数,什么都不做,这和51一样了。

  void main(void)

  {

  while (1)

  {

  }

  }

  然后因为我需要调试,则设置jlink调试器,在项目属性里面 Debug 标签,Use J-LINK/J-TRACE ,然后到 utilities 标签,同样选择J-LINK /J-TRACK ,并且选择 Setting 按钮,里面的 Programming Algorithm 还是空的,表示keil 不知道目标是什么,我添加一个 STM32F10X High-density Flash ,问题,为什么是 High-desity ?依据是什么???全部确认返回。

  这个时候已经可以编译,开发板上电,已经可以仿真的,虽然程序什么都没有写

  (三)既然硬件,仿真器,调试都准备好了,接着就开始写程序了。

  我一直推荐新手花钱买学习板和仿真器,因为可以排除硬件的问题,让初学者集中精力去写程序,而不用怀疑硬件有问题,这点很重要。

  这阶段主要是看书,了解这个IC 的架构,了解指令集,了解寄存器(别跟我说你找不到这些资料? .....)

  Cortex-M3权威指南CnR2(电子书).pdf

  STM3210x参考手册.pdf

  学习板原理图

  博客,论坛等多个帖子,务必要对整个IC有个初步的了解。这个过程有点痛苦,但是值得花这个时间。

  (四)开始写 LED

  既然我们要操作 IO 口,当然就要看IO口相关的知识。打开 STM3210x参考手册.pdf ,我的目的只是操作 GPIO 所以我只需要将第五章看完就OK了。章节比较多,懒得看,根据一般的经验(你缺经验了吧?),不说多就AVR 和 PIC 而已。操作IO一般是两个步骤,,操作IO控制寄存器,设置IO为输出,第二就是送数据。

  那么很明显,只可能是 GPIOx_CRL  GPIOx_CRH , GPIOx_ODR 三个寄存器会有想要仔细阅读这几个寄存器的介绍后知道,GPIOx_CRL 是控制 PIN 0-7 的属性的,GPIOx_CRH 控制PIN 8-15,ODR寄存器当然就是输出数据了,将数据送到这里就行了。

  然后,这几个寄存器的地址是多少?首先看 stm32f103ve.pdf 这个是的datasheet、,看第四章, Mmeory Mapping

  为什么看这章?会英文都能猜到吧?,看 PORTB 的地址是 0x40010C00 - 0x40010FFF ,这个就是基地址了。基地址

  加上偏移量就能找到具体的寄存器。

  例如我需要操作 GPIOB_CRL 的偏移为 00H ,(看STM3210x参考手册.pdf) ODR 寄存器的偏移为 0CH

  那么很自然得出

  GPIOB_CRL = 0x40010C00

  GPIOB_ODR = 0x40010C0C

  怎么验证我的结论正确?先看 keil 给的头文件 \Keil\ARM\INC\ST\STM32F10x\stm32f10x_map.h

  #define PERIPH_BASE           ((u32)0x40000000)

  #define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)

  #define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)

  这样怎么算都能算出 0x40010C00 出来吧??ODR 寄存器同理

  为了点亮 LED ,我需要将 PB5 (也就是 GPIOB5)设置为输出,并且ODR相应的位写入 1 ,看资料得出 MODE5 是bit 20 21 控制的,CNF5 是bit 22,23

  MODE5应该设置 10(0x2) 选择 2MHZ 输出,CNF5 选择00(0x0),通用推挽模式,于是将这个值写入

  (*volatile unsigned long)0x40010C00 = (2<<20) | (0<<22);  // 为简单起见,不管其他位了

  你是否能看懂这句C语言??volatile 什么意思什么用?指针的本质是什么?为什么能这样用?2<<20 是什么意思,为什么能这样用?我真的不是为难你,嵌入式都这么写的,ST的头文件也是这么定义

  同理,设置 ODR 寄存器

  *(volatile unsigned long *)0x40010C0C = 1<<5;

  *(volatile unsigned long *)0x40010C0C = 0;

  STM32 没有SFR ,没有bit,没有sbit 的概念的了。是不是就不如 51 了?

  运行,还不行,因为GPIOB 的CLK 没有使能,这时其实 GPIOB 是不能工作的,这是 STM32 特殊的地方,上电默认外设的时钟都是关的,初学者没有注意这里,是可以原谅的,多看看书,多实践,多问问就是了。

  找到问题的原因,则再 RCC_APB2ENR 设置,其中 BIT 3 就是 IOPBEN 是时钟使能位,同上,先找到 RCC_APB2ENR的地址

  #define PERIPH_BASE           ((u32)0x40000000)

  #define AHBPERIPH_BASE        (PERIPH_BASE + 0x20000)

  #define RCC_BASE              (AHBPERIPH_BASE + 0x1000)

  RCC_APB2ENR 的偏移是 18H ,所以终得到地址为 0x40021018,操作方法同上

  *(volatile unsigned long *)0x40021018 |= 1<<3;

  终的点LED的程序就完成了。

  void main(void)

  {

  *(volatile unsigned long *)0x40021018 |= 1<<3;

  *(volatile unsigned long *)0x40010C00 = (2<<20) | (0<<22);

  *(volatile unsigned long *)0x40010C0C = 1<<5;

  while (1)

  {

  }

  }

  如果将寄存器做一个定义,则程序变成如下

  #define RCC_APB2ENR *(volatile unsigned long *)0x40021018

  #define GPIOB_CRL  *(volatile unsigned long *)0x40010C00

  #define GPIOB_ODR *(volatile unsigned long *)0x40010C0C

  void main(void)

  {

  RCC_APB2ENR |= 1<<3;

  GPIOB_CRL = (2<<20) | (0<<22);

  GPIOB_ODR = 1<<5;

  while (1)

  {

  }

  }

  RCC_APB2ENR  RCC 是时钟寄存器 , APB2 是外设2 ,ENR ,可以理解为 enable

  GPIOB_CRL  GPIO B control 控制寄存器

  GPIOB_ODR  GPIO(general purpose input output) B output data register 输出数据寄存器

  都是有意义的名字,哪里难记了??而且名字都来自 ST 的 datasheet、这个程序跟你用 51 写的程序我还真的没看出差别有很大 .....

  加入刚才的 GPIOB 寄存器,看看 ST 的库是怎么定义的,

  \Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\stm32f10x.h

  用 UltraEdit 打开,搜索 GPIOB

  #define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)

  #define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)

  #define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)

  没错,和keil 里面是一模一样的。

  typedef struct

  {

  __IO uint32_t CRL;

  __IO uint32_t CRH;

  __IO uint32_t IDR;

  __IO uint32_t ODR;

  __IO uint32_t BSRR;

  __IO uint32_t BRR;

  __IO uint32_t LCKR;

  } GPIO_TypeDef;

  其中 __IO  的定义在 \Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport\core_cm3.h 为什么我知道在这个文件里面,因为我会用 source insight ...

  #define     __IO    volatile

  __IO uint32_t CRL 其实就是 volatile uint32_t CRL

  为什么用结构体?因为结构体的成员的地址分配(RAM中)是连续(不知道您是否懂得,这还是C语言的问题),而 STM32 的一个模块的功能寄存器都是连续的,每个寄存器都是相当于 基地址加偏移,跟上面的理论一致

  于是就有了结构体指针的用法

  跟踪库函数的源代码,例如 GPIO 的 初始化函数

  void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

  以结构体指针的形式传递 IO 口 GPIO_TypeDef* GPIOx

  访问 CRL 寄存器则用成员的形式 GPIOx->CRL;

  不需要担心这样做的效率,因为都是地址,也就是指针,终的效率是直接寄存器操作,效率是非常高的。

  看不懂库函数,归根究底就是C语言功底不行。不要以为写过几行51就懂C语言了,远的很呢。

  还有,STM 的库的时候包含了很多很多例子,库函数怎么使用在例子里面有很详细的介绍,不用写几行代码,

  都是复制例子做实验,也很很容易的。

  总结的几个问题

  1,ARM 没有SFR,也不需要,SFR 是51的关键字,没有理由 51 有 ARM 就要有。例如ACC,ARM 就没有,但是有

  R0-R15 ,这些就是架构(architecture 的区别了)

  2,STM32 的寄存器在头文件上面已经全部有定义了,上面已经阐述了。(你看不懂不代表没有吧?)

  3,不带库函数的LED程序已经实现了。

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