一、地址映射和寄存器映射原理
首先要清楚的一点,所有操作,最终目的都是操作寄存器
1.地址映射
存储器本身不具有地址信息，它的地址是由芯片厂商或用户分配，给物理存储器分配逻辑地址的过程就称为存储器映射（地址映射），通过这些逻辑地址就可以访问到相应的存储器的物理存储单元。如果给存储器再分配一个地址就叫存储器重映射。
2.寄存器映射
- 由于Cortex-M3 内核是32 位的，所以存储器内部是以四个字节为一个单元，每个部分都有自己的功能。比如我们单片机里的Flash存储器在分组block0里面，单片机里的SRAM存储器在分组Block1里面，当我们控制这些单元时就可以驱动外设工作。我们可以找到每个单元的起始地址，然后通过C语言指针的操作方式来访问这些单元，如果每次都是通过这种地址的方式来访问，不仅不好记忆还容易出错，这时我们可以根据每个单元功能的不同，以功能为名给这个内存单元取一个别名，这个别名就是我们经常说的寄存器，这个给已经分配好地址的有特定功能的内存单元取别名的过程就叫寄存器映射。
- 比方说我们找到0x4001 1010 这个单元地址，那么可以通过查阅相关资料了解到此单元具有GPIOC 端口置位/复位功能。因此为了更好区分此单元的功能和方便后续的程序开发，可以给这个单元取一个别名GPIOC_BSRR，那么这个GPIOC_BSRR 就是寄存器，并且这个寄存器地址就是0x4001 1010。这个过程就是寄存器映射。
二、GPIO端口的初始化
- GPIO（GeneralPurposeI/OPorts）意思为通用输入/输出端口，通俗地说，就是一些引脚，可以通过它们输出高低电平或者通过它们读入引脚的状态。
- 最基本的输出功能是由STM32控制引脚输出高、低电平，实现开关控制，如把GPIO引脚接入到LED灯，那就可以控制LED灯的亮灭，引脚接入到继电器或三极管，那就可以通过继电器或三极管控制外部大功率电路的通断。
- 最基本的输入功能是检测外部输入电平，如把GPIO引脚连接到按键，通过电平高低区分按键是否被按下。
- GPIO初始化步骤：
- 时钟配置：由于 STM32的 外设很多，为了降低功耗，每个外设都对应着一个时钟，在芯片刚上电的时候这些时钟都是被关闭的，如果想要外设工作，必须把相应的时钟打开。本次实验采用GPIOA、B、C三个端口。所有的 GPIO 都挂载到 APB2 总线上，具体的时钟由 APB2 外设时钟使能寄存器(RCC_APB2ENR)来控制。
// 开启 GPIOB 端口 时钟
RCC_APB2ENR |= (1<<3);
- 输入输出模式和输出速率设置：本次实验采用通用推挽输出模式，分别用到PA7、PB9、C15三个引脚。其中PA7、PB9属于端口配置低寄存器偏移地址为0x00，C13属于端口配置高寄存器偏移地址为0x04。
三、c语言实现LED灯
- 1.新建项目
- 2.选择STM32F103C8版，后面选择startup和core
- 3.点击魔法棒，在output里选择create hex file
- 4.在source group里创建led.c，并写入代码，注意项目结构，使用的引脚是PA7，PB9，PC15。
//--------------APB2使能时钟寄存器------------------------
#define RCC_AP2ENR *((unsigned volatile int*)0x40021018)
//----------------GPIOA配置寄存器 ------------------------
#define GPIOA_CRL *((unsigned volatile int*)0x40010800)
#define GPIOA_ORD *((unsigned volatile int*)0x4001080C)
//----------------GPIOB配置寄存器 ------------------------
#define GPIOB_CRH *((unsigned volatile int*)0x40010C04)
#define GPIOB_ORD *((unsigned volatile int*)0x40010C0C)
//----------------GPIOC配置寄存器 ------------------------
#define GPIOC_CRH *((unsigned volatile int*)0x40011004)
#define GPIOC_ORD *((unsigned volatile int*)0x4001100C)
//-------------------简单的延时函数-----------------------
void Delay_ms( volatile unsigned int t)
{
unsigned int i;
while(t--)
for (i=0;i<800;i++);
}
void A_LED_LIGHT(){
GPIOA_ORD=0x0<<7; //PA7低电平
GPIOB_ORD=0x1<<9; //PB9高电平
GPIOC_ORD=0x1<<15; //PC15高电平
}
void B_LED_LIGHT(){
GPIOA_ORD=0x1<<7; //PA7高电平
GPIOB_ORD=0x0<<9; //PB9低电平
GPIOC_ORD=0x1<<15; //PC15高电平
}
void C_LED_LIGHT(){
GPIOA_ORD=0x1<<7; //PA7高电平
GPIOB_ORD=0x1<<9; //PB9高电平
GPIOC_ORD=0x0<<15; //PC15低电平
}
//------------------------主函数--------------------------
int main()
{
int j=100;
RCC_AP2ENR|=1<<2; //APB2-GPIOA外设时钟使能
RCC_AP2ENR|=1<<3; //APB2-GPIOB外设时钟使能
RCC_AP2ENR|=1<<4; //APB2-GPIOC外设时钟使能
//这两行代码可以合为 RCC_APB2ENR|=1<<3|1<<4;
GPIOA_CRL&=0x0FFFFFFF; //设置位 清零
GPIOA_CRL|=0x20000000; //PA7推挽输出
GPIOA_ORD|=1<<7; //设置PA7初始灯为灭
GPIOB_CRH&=0xFFFFFF0F; //设置位 清零
GPIOB_CRH|=0x00000020; //PB9推挽输出
GPIOB_ORD|=1<<9; //设置初始灯为灭
GPIOC_CRH&=0x0FFFFFFF; //设置位 清零
GPIOC_CRH|=0x30000000; //PC15推挽输出
GPIOC_ORD|=0x1<<15; //设置初始灯为灭
while(j)
{
A_LED_LIGHT();
Delay_ms(10000000);
B_LED_LIGHT();
Delay_ms(10000000);
C_LED_LIGHT();
Delay_ms(10000000);
}
}
- 点击build会在对应的object文件夹下生成.hex文件，将板子boot0置1，boot1置0，并按下reset，连接串口，在烧录软件中进行烧录
- 实验结果
四、汇编语言实现
- 1.新建一个工程，步骤和上面差不多，不过不选择startup，选了会有错误，烧录过程也是一致
- 2.汇编代码如下，注意把引脚这些改为自己的
RCC_APB2ENR EQU 0x40021018;配置RCC寄存器,时钟,0x40021018为时钟地址
GPIOC_CRH EQU 0x40011004;配置GPIOC_CRH寄存器，是端口配置高寄存器，高位的偏移地址为0x04
GPIOC_ORD EQU 0x4001100c;配置GPIOC_ORD寄存器，是端口输出寄存器，输出由这里控制
GPIOA_CRL EQU 0x40010800;配置GPIOC_CRH寄存器，是端口配置高寄存器，高位的偏移地址为0x04
GPIOA_ORD EQU 0x4001080C;配置GPIOC_ORD寄存器，是端口输出寄存器，输出由这里控制
GPIOB_CRH EQU 0x40010C04;配置GPIOC_CRH寄存器，是端口配置高寄存器，高位的偏移地址为0x04
GPIOB_ORD EQU 0x40010C0C;配置GPIOC_ORD寄存器，是端口输出寄存器，输出由这里控制
Stack_Size EQU 0x00000400;栈的大小
;分配一个stack段，该段不初始化，可读写，按8字节对齐。分配一个大小为Stack_Size的存储空间，并使栈顶的地址为__initial_sp。
AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3 ;NOINIT： = NO Init，不初始化。READWRITE : 可读，可写。ALIGN =3 : 2^3 对齐，即8字节对齐。
Stack_Mem SPACE Stack_Size
__initial_sp
AREA RESET, DATA, READONLY
__Vectors DCD __initial_sp ; Top of Stack
DCD Reset_Handler ; Reset Handler
AREA |.text|, CODE, READONLY
THUMB
REQUIRE8
PRESERVE8
ENTRY
Reset_Handler
bl LED_Init;bl：带链接的跳转指令。当使用该指令跳转时，当前地址(PC)会自动送入LR寄存器
MainLoop BL LED_ON_C
BL Delay
BL LED_OFF_C
BL Delay
BL LED_ON_A
BL Delay
BL LED_OFF_A
BL Delay
BL LED_ON_B
BL Delay
BL LED_OFF_B
BL Delay
B MainLoop;B:无条件跳转。
LED_Init;LED初始化
PUSH {R0,R1, LR};R0,R1,LR中的值放入堆栈
LDR R0,=RCC_APB2ENR;LDR是把地址装载到寄存器中(比如R0)。
ORR R0,R0,#0x1c;ORR 按位或操作,11100将R0的第二位置1，其他位不变
LDR R1,=RCC_APB2ENR
STR R0,[R1];STR是把值存储到寄存器所指的地址中，将r0里存储的值给rcc寄存器
;上面一部分汇编代码是控制时钟的
;初始化GPIOA部分
LDR R0,=GPIOA_CRL
BIC R0,R0,#0x0fffffff;BIC 先把立即数取反，再按位与
LDR R1,=GPIOA_CRL
STR R0,[R1]
;上面的代码是初始化CPIOC_CRH
LDR R0,=GPIOA_CRL
ORR R0,#0x20000000;开启的是pc15，所以是2，为0100，是推挽输出模式，最大速度为2mhz
LDR R1,=GPIOA_CRL
STR R0,[R1]
;GPIOC的端口配置高寄存器配置完毕，也就是CPIOA_CRH配置完成，端口的输出模式确定，不使用的都设为复位后的状态，为0100，所以上面处理输出为都是4
;将PC15置1
MOV R0,#0x80; 二进制为0b1000 0000 ,第7位就是a7引脚的输出电压
LDR R1,=GPIOA_ORD ;由r1控制ord寄存器
STR R0,[R1] ;将ord寄存器的值变为r0的值
;初始化GPIOB部分
LDR R0,=GPIOB_CRH
BIC R0,R0,#0xffffff0f;BIC 先把立即数取反，再按位与,用的是b9，所以把第二位置零
LDR R1,=GPIOB_CRH
STR R0,[R1]
;上面的代码是初始化CPIOC_CRH
LDR R0,=GPIOB_CRH
ORR R0,#0x00000020;开启的是pc15，所以是2，为0100，是推挽输出模式，最大速度为2mhz
LDR R1,=GPIOB_CRH
STR R0,[R1]
;GPIOC的端口配置高寄存器配置完毕，也就是CPIOA_CRH配置完成，端口的输出模式确定，不使用的都设为复位后的状态，为0100，所以上面处理输出为都是4
;将PC15置1
MOV R0,#0x200; 二进制为0b10 0000 0000,第16位就是b9引脚的输出电压
LDR R1,=GPIOB_ORD ;由r1控制ord寄存器
STR R0,[R1] ;将ord寄存器的值变为r0的值
;初始化GPIOC部分
LDR R0,=GPIOC_CRH
BIC R0,R0,#0x0fffffff;BIC 先把立即数取反，再按位与，就是将三十二位全部置零
LDR R1,=GPIOC_CRH
STR R0,[R1]
;上面的代码是初始化CPIOC_CRH
LDR R0,=GPIOC_CRH
ORR R0,#0x20000000;开启的是pc15，所以是2，为0100，是推挽输出模式，最大速度为2mhz
LDR R1,=GPIOC_CRH
STR R0,[R1]
;GPIOC的端口配置高寄存器配置完毕，也就是CPIOA_CRH配置完成，端口的输出模式确定，不使用的都设为复位后的状态，为0100，所以上面处理输出为都是4
;将PC15置1
MOV R0,#0x8000; 二进制为0b1000 0000 0000 0000,第16位就是c15引脚的输出电压
LDR R1,=GPIOC_ORD ;由r1控制ord寄存器
STR R0,[R1] ;将ord寄存器的值变为r0的值
POP {R0,R1,PC};将栈中之前存的R0，R1，LR的值返还给R0，R1，PC
LED_ON_A;亮灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x00 ;二进制为0b0000 0000 0000 0000，第16位为0，后面将作为pc15的输出电压
LDR R1,=GPIOA_ORD ;将GPIOC的地址赋予r1
STR R0,[R1];将r0的值赋予在GPIOC_ORD中
POP {R0,R1,PC}
LED_OFF_A;熄灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x80 ;二进制为0b 1000 0000 0000 0000，第16位为1，后面将作为pc15的输出电压
LDR R1,=GPIOA_ORD ;将GPIOC的地址赋予r1
STR R0,[R1] ;[]是指对里面的地址操作，所以是将r0的值赋予GPIOC_ORD
POP {R0,R1,PC}
LED_ON_B;亮灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x000 ;二进制为0b0000 0000 0000 0000，第16位为0，后面将作为pc15的输出电压
LDR R1,=GPIOB_ORD ;将GPIOC的地址赋予r1
STR R0,[R1];将r0的值赋予在GPIOC_ORD中
POP {R0,R1,PC}
LED_OFF_B;熄灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x200 ;二进制为0b 1000 0000 0000 0000，第16位为1，后面将作为pc15的输出电压
LDR R1,=GPIOB_ORD ;将GPIOC的地址赋予r1
STR R0,[R1] ;[]是指对里面的地址操作，所以是将r0的值赋予GPIOC_ORD
POP {R0,R1,PC}
LED_ON_C;亮灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x0000 ;二进制为0b0000 0000 0000 0000，第16位为0，后面将作为pc15的输出电压
LDR R1,=GPIOC_ORD ;将GPIOC的地址赋予r1
STR R0,[R1];将r0的值赋予在GPIOC_ORD中
POP {R0,R1,PC}
LED_OFF_C;熄灯
PUSH {R0,R1, LR}
MOV R0,#0x8000 ;二进制为0b 1000 0000 0000 0000，第16位为1，后面将作为pc15的输出电压
LDR R1,=GPIOC_ORD ;将GPIOC的地址赋予r1
STR R0,[R1] ;[]是指对里面的地址操作，所以是将r0的值赋予GPIOC_ORD
POP {R0,R1,PC}
Delay
PUSH {R0,R1, LR}
MOVS R0,#0
MOVS R1,#0
MOVS R2,#0
DelayLoop0
ADDS R0,R0,#1
CMP R0,#330
BCC DelayLoop0
MOVS R0,#0
ADDS R1,R1,#1
CMP R1,#330
BCC DelayLoop0 ;无进位
MOVS R0,#0
MOVS R1,#0
ADDS R2,R2,#1
CMP R2,#15
BCC DelayLoop0
POP {R0,R1,PC}
NOP
END
- 3.运行结果与上述一致
五、总结
用STM32板子来开发还是不难，就是步骤比较繁琐，如GPIO端口配置的三步。
参考文献
存储器映射和寄存器映射
树莓派的GPIO端口详解
使用寄存器点亮LED灯
STM32F103寄存器方式点亮LED流水灯
STM32F103C8T6实现流水灯（c语言和汇编两个版本）