Exynos4412特殊功能寄存器的封裝

作者：秦老師,華清遠見教育科技集團講師。

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現的載體，可以理解為芯片廠商留給嵌入式開發人員的控制接口，用于控制片內外設，比如GPIO、UART、ADC等等。每個片內外設都有對應的特殊寄存器，用于存放相應功能部件的控制命令，數據或者狀態。

對于特殊功能寄存器的封裝是每個嵌入式工程師都應該掌握的。那如何封裝芯片的特殊控制寄存器呢，我們以Exynos4412的GPIO片內外設為例說明。

（1）查看Exynos4412芯片的地址映射表

查看Exynos4412芯片手冊的第二章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，第四章4 General Purpose Input/Output (GPIO) Control，4.3節（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寄存器相對基地址的偏移量。

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一封裝

例如：

#define GPA0CON （*（volatile unsigned int *）0x11400000）

分析：

這是一個宏定義，宏定義在預處理階段進行直接替換，為了方便理解，我們可以先把volatile去掉，關鍵是理解（*（unsigned int *）0x11400000）。

0x11400000 是一個16進制的數據，前面用（unsigned int *）修飾，表示把0x11400000強制轉換成了一個指向unsigned int型變量的指針。簡單的說，（unsigned int *）0x11400000指向了內存中從0x11400000開始的連續的4個字節空間。（0x11400000—0x11400003）。

（*（unsigned int *）0x11400000）是在（unsigned int *）0x11400000又加了一個指針運算符*，表示取內存單元里的數據。

volatile是C語言的32個關鍵字之一，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、硬件中斷或者線程等。遇到這個關鍵字聲明的變量，編譯器對訪問該變量的代碼就不再進行優化，每次讀取這個變量的值都是要從內存單元里讀取，而不是直接使用放在高速緩存或寄存器里的備份。從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。

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引腳設置為輸出功能

（4）封裝寄存器的第二種方式是結構體封裝

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 關鍵字聲明了名為gpa0的結構體類型，結構體內又定義了 6個unsigned int類型的變量。unsigned int 類型變量為 32 位，在內存內存空間 中占4 個字節。

#define GPA0 (* (volatile gpa0 *)0x11400000)聲明了一個gpa0類型結構體的宏，結構體名是結構體首成員的地址，GPA0這個結構體的首成員CON地址為0x11400000，占4個字節，在c語言中結構體內的成員變量是連續的，那么GPA0結構體的第二個成員DAT得地址為：0x11400000+0x04 = 0x11400004。這個 0x04 偏移量，正是GPA0DAT寄存器相對于GPIO基地址的偏移地址。

結構體內其它成員的偏移量，也和相應的寄存器偏移地址相符。因此，我們匹配了結構體的首地址，就可以確定各寄存器的具體地址了。

使用：

我們用訪問結構體變量成員的方式，訪問寄存器。

GPA0.CON = (GPA0.CON & ~(0xf<<4))| 1<<4; //將GPA0_1引腳設置為輸出功能

（5）使用集成開發環境的芯片寄存器封裝

嵌入式開發中我們把常用的寄存器寫到一個頭文件中，每次使用的時候直接包含就可以。也有很多集成開發環境會提供這樣的芯片特殊寄存器頭文件，比如在keil中創建arm7三星s3c2410芯片相關的工程，點擊鼠標右鍵可以添#include <S3C2410A.H>頭文件。但不是所有芯片都支持。