3 (理论概念-常见嵌入式岗位面试题) 通过以上实践，结合阅读ARM、STM32技术手册，深入思考STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理，GPIO端口的初始化设置的一般步骤。回答：1）嵌入式C程序代码对内存(RAM)中的各变量的修改操作，与对外部设备（寄存器--->对应相关管脚）的操作有哪些相同与差别？2）为什么51单片机的LED点灯编程要比STM32的简单？

4.与PC平台上的一般程序不同，嵌入式C程序经常会看见 register和volatile 关键字，请解释这两个变量修饰符的作用，并用C代码示例进行说明。

二、过程呈现

2.1.C51程序设计与仿真

2.1.1.Proteus原理图的绘制

完成proteus软件的安装与配置，这里从略。安装好界面如下：

具体创建工程的步骤也从略，这里直接进入仿真图的绘制

将如下图所示的元器件界面打开，搜索绘制原理图所需的元件：

将AT89C51，res，led-red添加到左侧元气列表中，如下图所示：

然后我们可以将需要的元器依次放置在面板上，可以双击元气件设置好参数，然后用鼠标将各元器件连线，最终原理图的绘制如下：

2.1.2.编写51程序

准备：Keil c51

过程：

我们可以点击project创建新项目并命名，然后选中c51芯片，依次选择下去，然后创建新的文件，我们命名为main.c，点击左上角保存键。在软件左侧右击source grup1，将main.c加入到文件夹中如下：

我们可以看见main.c文件已经在目录中了。

然后我们可以在新文件中编写51程序，如下：

附上参考代码：


#include <reg51.h>
	#include <intrins.h>
	//延迟函数
	void delay_ms(int a)
	{
		int i,j;
		for(i=0;i<a;i++)
		{
			for(j=0;j<1000;j++) _nop_();
	
		}
	}
	
	void main(void)
	{
		while(1)
		{
			P0=0xfe;
			delay_ms(50);
			P0=0xfd;
			delay_ms(50);
			P0=0xfb;
			delay_ms(50);
			P0=0xf7;
			delay_ms(50);
			P0=0xef;
			delay_ms(50);
			P0=0xdf;
			delay_ms(50);
			P0=0xbf;
			delay_ms(50);
			P0=0x7f;
			delay_ms(50);
		}
	}

然后进行配置，点击界面中的魔法棒，选择output，再勾选Create HEX fil，然后点击ok即可，如下图所示：

2.1.3.进行仿真

选中AT89C51器件，双击后进入如下界面：

点击Program File

选中我们刚才生成的hex文件

点击左下角仿真按钮，开始仿真，仿真结果如下所示：

2.2.完成一个stm32的简单的通过寄存器方式，用某一个GPIO端口点亮LED等程序

2.2.1.安装mdk5软件与stm32包以及软件的基本设置

参考链接中的安装装包可做参考，提取后解压，打开应用程序文件，如下

点击同意后点击next

选择安装路径

填写信息后点击

点击安装

点击Finish，完成了安装

然后我们要进行Pack包的安装，安装好后就可以进行STM32程序的编写。不过，在这之前我们要对keil软件进行必要的设置。首先点击Edit→Configuration…，或者直接点工具栏的扳手图标，进入设置界面，如下

设置编码形式为Chinese GB2312(Simplified)，如果不设置，你从其它地方粘贴过来的代码含有中文的话，就会出现乱码，然后设置Tab size为4，如下

进入Color & Fonts，选中C/C++ Editor files，选中中间窗口内的元素后，可以在右侧修改样式，比如设置字体、大小、颜色、背景，Sample是设置后预览效果

至此，我们完成了所有的准备工作，下面开始完成一个简单的STM32程序的编译

2.2.2.stm32程序的简单编译

我们首先要新建工程，打开keil，点击project，选择新建项目

输入工程名后我们选择芯片，这里我们可以选择STM32F103R8

工程创建完毕后，我们点击左上角的新文件，新建一个文件，随后可以在窗口进行程序的编写，如下


//宏定义，用于存放stm32寄存器映射
#define PERIPH_BASE           ((unsigned int)0x40000000)//AHB
#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)
#define GPIOA_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
//GPIOA_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40010800，该地址为GPIOA的基地址
#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)
//GPIOB_BASE=0x40000000+0x10000+0x0C00=0x40010C00，该地址为GPIOB的基地址
#define GPIOC_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
//GPIOC_BASE=0x40000000+0x10000+0x1000=0x40011000，该地址为GPIOC的基地址
#define GPIOD_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
//GPIOD_BASE=0x40000000+0x10000+0x1400=0x40011400，该地址为GPIOD的基地址
#define GPIOE_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
//GPIOE_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40011800，该地址为GPIOE的基地址
#define GPIOF_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
//GPIOF_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40011C00，该地址为GPIOF的基地址
#define GPIOG_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)
//GPIOG_BASE=0x40000000+0x10000+0x0800=0x40012000，该地址为GPIOG的基地址
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C   
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C 
 
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
 
 #define LED0  MEM_ADDR(BITBAND(GPIOA_ODR_Addr,8))
//#define LED0 *((volatile unsigned long *)(0x422101a0)) //PA8
//定义typedef类型别名
typedef  struct
{
   volatile  unsigned  int  CR;
   volatile  unsigned  int  CFGR;
   volatile  unsigned  int  CIR;
   volatile  unsigned  int  APB2RSTR;
   volatile  unsigned  int  APB1RSTR;
   volatile  unsigned  int  AHBENR;
   volatile  unsigned  int  APB2ENR;
   volatile  unsigned  int  APB1ENR;
   volatile  unsigned  int  BDCR;
   volatile  unsigned  int  CSR;
} RCC_TypeDef;
 
#define RCC ((RCC_TypeDef *)0x40021000)
//定义typedef类型别名
typedef  struct
{
volatile  unsigned  int  CRL;
volatile  unsigned  int  CRH;
volatile  unsigned  int  IDR;
volatile  unsigned  int  ODR;
volatile  unsigned  int  BSRR;
volatile  unsigned  int  BRR;
volatile  unsigned  int  LCKR;
} GPIO_TypeDef;
//GPIOA指向地址GPIOA_BASE,GPIOA_BASE地址存放的数据类型为GPIO_TypeDef
#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *)GPIOA_BASE)
 
void  LEDInit( void )
{
     RCC->APB2ENR|=1<<2;  //GPIOA 时钟开启
     GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;
     GPIOA->CRH|=0X00000003; 
}
 
//粗略延时
void  Delay_ms( volatile  unsigned  int  t)
{
     unsigned  int  i,n;
     for (n=0;n<t;n++)
         for (i=0;i<800;i++);
}
 
int main(void)
{
	 LEDInit();
     while (1)
     {
         LED0=0;//LED熄灭
         Delay_ms(500);//延时时间
         LED0=1;//LED亮
         Delay_ms(500);//延时时间
     }
}

软件内截图如下

接下来点击左上角命名保存文件，要保存为c文件，然后我们点击左边的窗口，右键点击source group1，然后点击add，如下

我们也可以在左面的窗口看到我们创建的main.c已经添加在文件夹下面了。

点击左上角我们可以对程序进行编译，如下

2.2.3.stm32程序硬件实践

首先，我们要对程序进行编译，如程序下方窗口所示，0错误，0警告则说明程序编译成功

然后我们要对程序进行烧录，点击左上角

成功后会出现如下效果

烧录成品如下图所示

2.3.思考STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理

2.3.1.问题：

通过以上实践，结合阅读ARM、STM32技术手册，深入思考STM32F103系列芯片的地址映射和寄存器映射原理，GPIO端口的初始化设置的一般步骤。回答：1）嵌入式C程序代码对内存(RAM)中的各变量的修改操作，与对外部设备（寄存器--->对应相关管脚）的操作有哪些相同与差别？2）为什么51单片机的LED点灯编程要比STM32的简单？

2.3.2.解决：

1）嵌入式C程序代码对内存(RAM)中的各变量的修改操作，与对外部设备（寄存器--->对应相关管脚）的操作有哪些相同与差别？

相同之处：

访问内存中的变量和访问外部设备的寄存器都涉及到内存操作，都需要使用指针或者变量来表示内存地址。
在C语言中，修改内存中的变量和修改寄存器的值都需要使用赋值操作符（=）或者位运算来进行相应的操作。
编写C代码时，需要考虑到数据的一致性和正确性，无论是修改内存中的变量还是外部设备的寄存器，都需要注意数据的同步和保护。

差异之处：

外部设备的寄存器通常包含了硬件配置和控制信息，修改这些寄存器可能会影响硬件的行为，因此需要更小心谨慎。而内存中的变量通常只包含数据，修改不会对硬件产生直接影响。
对外部设备的寄存器进行访问可能需要使用特定的寄存器映射地址，而内存中的变量通常是通过指针来访问的。
外部设备的寄存器操作可能需要考虑硬件的时序和同步，需要确保按照设备手册的要求来进行操作，而内存中的变量通常不需要考虑这些问题。

2）为什么51单片机的LED点灯编程要比STM32的简单？

这个问题涉及到不同芯片架构和开发环境的差异，因此不能简单地说一个比另一个简单，但可以提出一些可能的原因：

a. 体系结构差异：STM32系列芯片通常采用ARM Cortex-M架构，而51单片机采用的是8051架构。ARM Cortex-M架构更为现代和强大，但也更复杂，需要更多的配置和设置。8051架构相对较简单，适用于一些基本的任务。

b. 开发环境和工具：不同的芯片通常有不同的开发工具和集成开发环境（IDE）。某些IDE可能会更容易使用，具有更好的可视化工具和调试功能，这可能会使51单片机的编程看起来更简单。

c. 生态系统和文档：STM32系列芯片具有广泛的生态系统和大量的技术文档和示例代码可用。这些资源可以帮助开发人员更轻松地入门和解决问题。相比之下，某些较老的单片机系列可能缺乏这些资源。

d. 任务复杂性：LED点灯是一个相对简单的任务，但在不同的芯片上可能有不同的方法和配置。某些芯片可能需要更多的初始化步骤或设置，这可能会导致看起来更复杂。

总的来说，简单与否取决于具体的任务、开发环境、个人经验和需求。无论使用哪种芯片，了解其架构和开发工具，以及参考相关文档和示例代码，都是成功开发嵌入式应用程序的关键。

2.4 用C语言解释register和volatile这两个关键词的作用

2.4.1.问题：

与PC平台上的一般程序不同，嵌入式C程序经常会看见 register和volatile 关键字，请解释这两个变量修饰符的作用，并用C代码示例进行说明。

2.4.2.解决：

1.register 关键字：

示例如下：


int main() {
    register int x; // 将x存储在寄存器中（建议）
    int y; // 编译器自行决定y的存储方式
    // ...
    return 0;
}

2.volatile 关键字：

volatile 关键字用于告诉编译器不要对变量进行优化，以确保每次访问该变量都会从内存中读取或写入，而不会使用缓存或寄存器中的值。这在嵌入式系统中非常有用，因为某些变量的值可能会在程序执行期间由外部因素更改（例如硬件寄存器）。

示例如下：


volatile int sensorValue; // 声明一个volatile变量
// ...
while (1) {
    int reading = sensorValue; // 从外部传感器读取值
    // 处理reading的值
}

在上面的示例中，sensorValue 被声明为 volatile，这告诉编译器不要假设它的值在编译时不会更改。这是因为 sensorValue 的值可能会被外部硬件设备随时更改，因此每次访问它时都需要从内存中读取最新的值。

三、总结

这次作业完成的还是有一些问题，对于第一各问题，关于51程序的仿真，这个由于之前课程有过涉及因此对于我来说还是可以做出来，最终也是完成了仿真，不过关于stm32程序的仿真却遇到了困难这个也是没有很好的完成，不过好在在同学的帮助下最终做好了硬件的实践。关于最后两个问题，自己也是参考了附件，以及查阅了相关资料，最后结合自己的一点思考，加以总结而成的。总的来说，这个实验还是看到了自己的许多问题，希望在下一次课程作业中可以得到提升。

四、参考资料

1、https://blog.csdn.net/ssj925319/article/details/108929227

2、https://blog.csdn.net/ssj925319/article/details/108919862

3、https://blog.csdn.net/xwmrqqq/article/details/108838225

4、https://blog.csdn.net/qq_46467126/article/details/120737655

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