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入门ARM这条路太吃力?或许你该认真学习51单片机(牛人详细分析)

菜鸟
2019-08-14 19:25:52    评分
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,官方有提供个固件库,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:如何调用所有的官方库。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?aiidol.com
(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,已经可以下载仿真的,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,第一,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。smpeizi.com 

然后,这几个寄存器的地址是多少?首先看 stm32f103ve.pdf 这个是官方的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?

下载运行,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。3sjtw.com 

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 ,所以最终得到地址为 0x40021018,操作方法同上

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


最终的点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 的官方 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 .....idiancai.com 

加入刚才的 GPIOB 寄存器,看看 ST 的官方库是怎么定义的,
\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3sjtw.com 

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,最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 的库下载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 的寄存器在官方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。




菜鸟
2019-11-29 12:51:10    评分
2楼

这是一个过程啦,多交流;很简单的


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