C语言直接操作寄存器地址的三种方法与原理_c语言寄存器 取地址

MCU中的特殊功能寄存器SFR，实际上就是SRAM地址已经确定的SRAM单元，在C语言环境下对其访问归纳起来有3种方法。

1.对C编译器进行语法扩充

对C编译器进行语法扩充。例如MCS51系列单片机的C-51语法中扩充了sfr关键字，举例如下：
sfr P0 = 0x80;

这样操作0x80单元直接写P0即可。

又如Atmel的AVR系列单片机，其ICCAVR和GCCAVR编译器都没有定义新的数据类型，只能采用标准C的强制类型转换和指针来实现访问MCU的寄存器。而IAR和CodeVisionAVR编译器对ANSI C进行了扩充，定义了新的数据类型，使C语言可以直接访问MCU的有关寄存器，例如在IAR中可以使用：

SFR_B(DDRB, 0x28);

CodeVisionAVR中可以使用：

sfrb DDRB = 0x28;

2.使用标准C的强制类型转换和指针来实现

采用标准C的强制转换和指针的概念来实现访问MCU的寄存器，例如:

#define DDRB (*(volatile unsigned char *)0x25)

分析如下：
1.(unsigned char *)0x25中的0x25只是个值，前面加(unsigned char *)表示把这个值强制类型转换为unsigned char型的指针。再在前面加”*”，即*(volatile unsigned char *)0x25表示对这个指针解引用，相当于
(unsigned char *)0x25是一个指针p，而这个宏定义为#define DDRB *p。

这样当读/写以0x25为地址的寄存器时，直接书写DDRB即可，即写：
DDRB = 0xff；
相当于：

unsigned char *p, i;
p = 0x25;
i = *p;        //把地址为0x25单元中的数据读出送入i变量
*p = 0xff;     //向地址为0x25的单元中写入0xff

这样经过一层宏定义的封装就变得直观和方便的多了。

2.关键字volatile确保本指令不会以为C编译器的优化而被省略，且要求每次直接读值。例如使用while(*(unsigned char *)0x25)时，有时系统可能不能真正去读0x25的值，而是用第一次读出的值，如果这样，这个循环可能就是个死循环。用了volatile则要求每次都去读0x25的实际值。

GCCAVR工具链中就使用了这样的方式，例如在iomx8.h文件中一个定义如下：
#define PORTB _SFR_IO8(0x25)
而在sfr_defs.h中可以找到如下两个宏定义：

#define _SFR_IO8(io_addr)     _MMIO_BYTE((io_addr)+0x20)
#define _MMIO_BYTE(mem_addr)  (*(volatile unit8_t *)(mem_addr))

实质上与直接的强制类型转换和指针定义是一样的。

3.使用结构体实现

使用指针的方式来访问特殊功能寄存器的优势在于完全符合标准的ANSI-C，而无需扩展语法，形成“方言”，拥有更好的兼容性和可移植性。

这种方式适合简单的应用程序，而当系统用到多个同种外设时，就需要为每一个这种外设定义寄存器，这样就会使程序的维护变得非常困难。而且，由于每次寄存器操作都会有对应的常量存储在程序Flash里，为每个寄存器定义单独的指针还会增加程序代码。

为了简化程序代码，可以将寄存器组定义为结构体，而将外设当做指向这个结构体的指针。例如：

typedef struct {
    volatile unsigned long DATA;    //0x00
    volatile unsigned long RSR;     //0x04
    unsigned long RESERVED0[4];     //0x08-0x14
    volatile unsigned long FLAG;    //0x18
    ...
}UART_TypeDef;
 
#define Uart0 ((UART_Type *)0x40003000)
#define Uart1 ((UART_Type *)0x40004000)
#define Uart2 ((UART_Type *)0x40005000)
 
int getkey(UART_TypeDef * uartptr)
{
    while((uartptr->FLAG & 0x40) == 0);    //无数据，等待
    return uartptr->DATA;                  // 读取字符
}
 
int main(void)
{
    unsigned long data;
 
    data = getkey(Uart0);
}

在这种设定下，同一个外设寄存器的结构体可以被多个外设实体共用，这样也使得程序维护变得容易。另外，由于立即数存储的减少，编译出的程序代码也会变小。