抽象引脚和端口——使用指针

Question

我正在从事一个嵌入式项目，试图了解对嵌入式板进行编程的一些来龙去脉。正如人们可能已经猜到的那样，这涉及到用 C 语言编写代码。我在掌握正确设置方面并没有太多困难（根据 ports/pins/etc..），但我希望抽象出我的一些代码使其更具可读性。

例如，以下代码打开电路板上的绿色 LED：

// Required CPU Speed Define
#define F_CPU 16000000

// Include the necissary library header files
#include <avr/io.h>

int main() {
     DDRD |= (1 << DDD5);
     PORTD |= (1 << PD5);

     PORTD ^= (1 << PD5);

     for(;;) { }    
}

另一方面，我可以 #define 端口的名称，这样它们就更清楚了，但这似乎不是理想的解决方案（不幸的是，这是我目前使用的方法） .

我想抽象一些启用板载 LED 的 setting/functionality（我最终希望扩展到其他概念，例如 timers/interrupts/etc..）。

我如何使用 Struct/Pointers 正确抽象它？

我目前正在尝试以下方法，但效果不佳，LED 无法打开：

OnBoardLED.h

typedef struct {
    unsigned int dataDirectionRegister;
    unsigned int portNumber;
    unsigned int pinNumber;
} OnBoardLED;

void setDataDirectionRegister(OnBoardLED* led, unsigned int DDR);
void setPortNumber(OnBoardLED* led, unsigned int port);
void setPinNumber(OnBoardLED* led, unsigned int pin);

void turnOn(OnBoardLED* led);
void turnOff(OnBoardLED* led);

和

main.c

#include "inc/OnBoardLED.h"

int main(void) {
    OnBoardLED greenLED;
    setDataDirectionRegister(&greenLED, DDRD);
    setPortNumber(&greenLED, PORTD);
    setPinNumber(&greenLED, 5);

    turnOn(&greenLED);

    for(;;) { }
}

我知道我应该在这种情况下使用指针，特别是数据方向寄存器和端口（以便我正确引用该内存位置），但我不知道如何正确引用它们。

我在这里错过了什么？

注意：如果需要，我将 post 我当前对每个功能的实现，在 OnBoardLED.c

中定义

编辑：

OnBoardLED.c

#include "inc/OnBoardLED.h"

void setDataDirectionRegister(OnBoardLED* led, unsigned int DDR) {
    led->dataDirectionRegister = DDR;
}

void setPortNumber(OnBoardLED* led, unsigned int port) {
    led->portNumber = port;
}

void setPinNumber(OnBoardLED* led, unsigned int pin) {
    led->pinNumber = pin;
}

void turnOn(OnBoardLED* led) {
    led->dataDirectionRegister |= (1 << led->pinNumber);
    led->portNumber |= (1 << led->pinNumber);

    led->portNumber ^= (1 << led->pinNumber);
}

Answer 1

我对 AVR 工具链不太实用，但据我所知，DDRD 是宏，它将地址从地址 space 映射到 CPU 的寄存器.

因此，通过检查源代码，您可以获得如下信息：

#define __SFR_OFFSET 0
#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr))
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + __SFR_OFFSET)
#define DDRD _SFR_IO8(0x0A)

这意味着替换 DDRD 会产生如下内容：

*(volatile uint8_t*)((0x0A) + 0)

这是一个智能宏，当用作左手操作数时允许您在该内存地址存储一个值，当用作右手操作数时您可以读取寄存器的值。但这仍然是一个宏，宏可以像在这种情况下隐藏邪恶的细节。

你的代码是

led->dataDirectionRegister = *(volatile uint8_t*)((0x0A) + 0);
led->dataDirectionRegister |= (1 << led->pinNumber);

所以你所做的只是将数据方向寄存器的值保存到结构成员中，然后用你想保存到寄存器中的值覆盖它。所以基本上什么都没有发生。

您需要保存数据方向寄存器的地址，以便稍后在调用 turnOn 方法时能够取消引用它。这很容易通过将成员声明为

来实现

volatile uint8_t* dataDirectionRegister;

这样你就可以做到

void setDataDirectionRegister(OnBoardLED* led, volatile uint8_t* DDR) {
  led->dataDirectionRegister = DDR;
}

并将其调用为 setDataDirectionRegister(&led, &DDRD);。注意 & 运算符用于获取寄存器的内存位置的地址。

但是现在您有了一个地址，所以在您的 turnOn 方法中您必须取消引用变量以将数据存储到其中：

void turnOn(OnBoardLED* led) {
  *led->dataDirectionRegister |= (1 << led->pinNumber);
  ...

所以让我们制作一个 concrete example 来向您展示问题以及如何解决它：

#include <stdio.h>
#include <stdint.h>
#include <string.h>

#define __SFR_OFFSET 0
#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(&buffer[0] + mem_addr))
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + __SFR_OFFSET)
#define DDRD _SFR_IO8(0x0A) 

uint8_t buffer[256];

int main(void) {
    memset(&buffer[0], 0, 256);
    DDRD = 0x40;
    printf("value: %x\n", (int)DDRD);
    *(volatile uint8_t*)(&buffer[0] + (0x0A + 0)) = 0x41;
    printf("value: %x\n", (int)DDRD);

    // now let's do what you are doing in your struct
    unsigned int dataDirectionRegister = DDRD; // value of register is copied into variable
    dataDirectionRegister = 0x80; // variable is changed but not real register
    printf("register: %x, variable: %x\n", (int)DDRD, dataDirectionRegister);

    // you must save an address to do what you need
    volatile uint8_t* realDataDirectionRegister = &DDRD;
    *realDataDirectionRegister = 0x80;
    printf("register: %x, variable: %x\n", (int)DDRD, (int)*realDataDirectionRegister);


    return 0;
}

请注意，我使用了 buffer 作为我的假内存 space，因为您没有像在 x86 架构中那样可以像在微控制器中那样免费使用的平面内存模型。

抽象引脚和端口——使用指针

Abstracting Pins and Ports - Using Pointers

c

embedded

pointers

avr