【STM32】HAL庫USB虛擬U盤MSC實現配置及采用自帶的Flash作為文件系統
本文將自帶的Flash作為文件系統 通過配置USB的MSC功能實現虛擬U盤
沒有單獨建立FATFS文件系統 僅僅是配置USB和Flash讀寫而已
當然 這里也可以用外部Flash等等 也可以配置文件系統來進行套殼
但總體而言不如FATFS下的USB Disk方便(USB需要配置為Host Only)
想要了解USB Disk 可以看另外一篇文章
文章目錄
- MSC
- 工程配置
- Flash讀寫函數
- 測試
- 附錄:Cortex-M架構的SysTick系統定時器精準延時和MCU位帶操作
- SysTick系統定時器精準延時
- 延時函數
- 阻塞延時
- 非阻塞延時
- 位帶操作
- 位帶代碼
- 位帶宏定義
- 總線函數
- 一、位帶操作理論及實踐
- 二、如何判斷MCU的外設是否支持位帶
MSC
本文以STM32F407為開發環境進行測試 用的板子為極海的F407板子
其USB引腳連接如下:
開啟USB_FS即可 這里選擇Device_Only
NVIC中開啟中斷 其他不用改
如果使用HS(高速) 需要物理芯片
而FS則上拉電阻即可
具體看手冊
在外設中配置MSC 并配置扇區大小(最好與Flash的最小讀寫單元保持一致)
這里是用的最大值4096
因為407的Flash扇區是128K 但如果超過了4096 則無法進行格式化
這里我用到了從扇區5開始的7個扇區
總共大小就是4*7=28K
工程配置
添加如下文件
并添加USB內核和MSC的頭文件路徑:
最后編譯就行了
然后修改usbd_storage_if.c
文件
設備初始化:
讀寫鎖(判斷是否繁忙):
讀寫函數:
另外 頭部定義修改為cubemx中一致
這樣就可以在電腦中搜索到了 如果需要使用 還需要格式化操作
在格式化時 則會調用讀寫函數
Flash讀寫函數
此MCU的Flash如下:
注意 不同的芯片扇區分區不一樣 譬如F407系列(這里截圖的是極海的F407) 扇區大小前面幾個都是16k 后面則是64k 128k
那么就需要修改flash_dat.Page
以及其他參數
在HAL庫中 FLASH_EraseInitTypeDef
的定義完全不一樣
這里是用扇區SECTOR來進行操作的 而不是頁Page
擦除類型則變成了FLASH_TYPEERASE_SECTORS
另外還有一個電壓選擇VoltageRange
根據MCU本身來進行配置
在這里 我是每次操作4字節
所以讀寫函數可以如下:
#define Flash_Page_Size 4096
//讀取SPI FLASH
//在指定地址開始讀取指定長度的數據
//pBuffer:數據存儲區
//ReadAddr:開始讀取的地址(24bit)
//NumByteToRead:要讀取的字節數(最大65535)
void Read_Flash(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead)
{if(Flag_Flash_Busy==1)return;Flag_Flash_Busy=1;uint32_t Current_ADD = 0x08020000+0x20000*(ReadAddr/Flash_Page_Size)+ReadAddr%Flash_Page_Size;uint8_t page = (Current_ADD-0x08020000)/0x20000+5;uint32_t read_dat = 0;uint16_t i =0;uint16_t j = NumByteToRead/4;uint32_t add =0;uint32_t first_add = Current_ADD;uint32_t judg_add = (page-5)*0x20000+0x08020000+Flash_Page_Size;for(i=0;i<j;i++){add = Current_ADD+i*4;if(add>judg_add){Flag_Flash_Busy=0;Read_Flash(pBuffer+i*4,add-first_add,NumByteToRead-i*4);return;}read_dat = *(__I uint32_t *)(add);pBuffer[i*4+0]=(uint8_t)(read_dat&0xFF);pBuffer[i*4+1]=(uint8_t)((read_dat>>8)&0xFF);pBuffer[i*4+2]=(uint8_t)((read_dat>>16)&0xFF);pBuffer[i*4+3]=(uint8_t)((read_dat>>24)&0xFF);}Flag_Flash_Busy=0;
}//讀取SPI FLASH
//在指定地址開始讀取指定長度的數據
//pBuffer:數據存儲區
//ReadAddr:開始讀取的地址(24bit)
//NumByteToWrite:要讀取的字節數(最大65535)
void Write_Flash(uint8_t* pBuffer,uint32_t ReadAddr,uint16_t NumByteToRead)
{if(Flag_Flash_Busy==1)return;Flag_Flash_Busy=1;uint32_t Current_ADD = 0x08020000+0x20000*(ReadAddr/Flash_Page_Size)+ReadAddr%Flash_Page_Size;uint8_t page = (Current_ADD-0x08020000)/0x20000+5;uint32_t error = 0;uint32_t read_dat = 0;uint16_t i =0;uint16_t j = NumByteToRead/4;uint32_t add =0;uint32_t first_add = Current_ADD;uint32_t judg_add = (page-5)*0x20000+0x08020000+Flash_Page_Size;FLASH_EraseInitTypeDef flash_dat; //定義一個結構體變量,里面有擦除操作需要定義的變量HAL_FLASH_Unlock(); //第二步:解鎖 flash_dat.TypeErase = FLASH_TYPEERASE_SECTORS; //擦除類型是“Page Erase” 僅刪除頁面 另外一個參數是全部刪除flash_dat.Sector = page; //擦除地址對應的頁flash_dat.NbSectors = 1; //一次性擦除1頁,可以是任意頁flash_dat.Banks=FLASH_BANK_1;flash_dat.VoltageRange=FLASH_VOLTAGE_RANGE_3;HAL_FLASHEx_Erase(&flash_dat,&error); //第三步:參數寫好后調用擦除函數FLASH_WaitForLastOperation(0xFFFF); for(i=0;i<j;i++){add = Current_ADD+i*4;if(add>judg_add){HAL_FLASH_Lock(); //第五步:上鎖Flag_Flash_Busy=0;Write_Flash(pBuffer+i*4,add-first_add,NumByteToRead-i*4);return;}read_dat = pBuffer[i*4+0]|(pBuffer[i*4+1]<<8)+(pBuffer[i*4+2]<<16)+(pBuffer[i*4+3]<<24); error = HAL_FLASH_Program(FLASH_TYPEPROGRAM_WORD, add, read_dat);//第四步:寫入數據}HAL_FLASH_Lock(); //第五步:上鎖Flag_Flash_Busy=0;
}
實際上 每個扇區的128K只用到了4K
但如果想全部用完 那么在寫入時 就必須先將128K全部緩存 然后4K為一個單位整合后 再將128K寫入
代碼實現比較麻煩 所以這里測試就干脆以4K來進行測試
其中 在讀寫時 需要進行上鎖
為了防止地址溢出 要進行地址超出判斷
并且由于兩個扇區之間的地址不連續 需要進行地址轉換
測試
以4K為扇區大小測試如下:
注意 這里跑起來后 由于MSC會頻繁讀取狀態繁忙的標志 所以無法調試
只能在完全進入U盤模式前進行調試
格式化只在第一次需要(建立FAT文件系統) 所以掉電不會重新格式化 也不會刪除文件
其中 第一個扇區存放U盤信息:
格式化后 除了第一個扇區外 其他都是0
新建一個文件:
第4個扇區數據發生變化
若增加文件則:
若再刪除文件(其實就是在文件前面打一個標志位):
附錄:Cortex-M架構的SysTick系統定時器精準延時和MCU位帶操作
SysTick系統定時器精準延時
延時函數
SysTick->LOAD中的值為計數值
計算方法為工作頻率值/分頻值
比如工作頻率/1000 則周期為1ms
以ADuCM4050為例:
#include "ADuCM4050.h"void delay_ms(unsigned int ms)
{SysTick->LOAD = 26000000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能52MHz的系統定時器while(ms--){while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待}SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
void delay_us(unsigned int us)
{SysTick->LOAD = 26000000/1000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能52MHz的系統定時器while(us--){while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待}SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
其中的52000000表示芯片的系統定時器頻率 32系列一般為外部定時器頻率的兩倍
Cortex-M架構SysTick系統定時器阻塞和非阻塞延時
阻塞延時
首先是最常用的阻塞延時
void delay_ms(unsigned int ms)
{SysTick->LOAD = 50000000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系統定時器while(ms--){while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待}SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
void delay_us(unsigned int us)
{SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系統定時器while(us--){while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待}SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
50000000表示工作頻率
分頻后即可得到不同的延時時間
以此類推
那么 不用兩個嵌套while循環 也可以寫成:
void delay_ms(unsigned int ms)
{SysTick->LOAD = 50000000/1000*ms-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系統定時器while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
void delay_us(unsigned int us)
{SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000*us-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系統定時器while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
但是這種寫法有個弊端
那就是輸入ms后,最大定時不得超過計數值,也就是不能超過LOAD的最大值,否則溢出以后,則無法正常工作
而LOAD如果最大是32位 也就是4294967295
晶振為50M的話 50M的計數值為1s 4294967295計數值約為85s
固最大定時時間為85s
但用嵌套while的話 最大可以支持定時4294967295*85s
非阻塞延時
如果采用非阻塞的話 直接改寫第二種方法就好了:
void delay_ms(unsigned int ms)
{SysTick->LOAD = 50000000/1000*ms-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系統定時器//while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待//SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
void delay_us(unsigned int us)
{SysTick->LOAD = 50000000/1000/1000*us-1; // Count from 255 to 0 (256 cycles) 載入計數值 定時器從這個值開始計數SysTick->VAL = 0; // Clear current value as well as count flag 清空計數值到達0后的標記SysTick->CTRL = 5; // Enable SysTick timer with processor clock 使能26MHz的系統定時器//while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);// Wait until count flag is set 等待//SysTick->CTRL = 0; // Disable SysTick 關閉系統定時器
}
將等待和關閉定時器語句去掉
在使用時加上判斷即可變為阻塞:
delay_ms(500);
while ((SysTick->CTRL & 0x00010000)==0);
SysTick->CTRL = 0;
在非阻塞狀態下 可以提交定時器后 去做別的事情 然后再來等待
不過這樣又有一個弊端 那就是定時器會自動重載 可能做別的事情以后 定時器跑過了 然后就要等85s才能停下
故可以通過內部定時器來進行非阻塞延時函數的編寫
基本上每個mcu的內部定時器都可以配置自動重載等功能 網上資料很多 這里就不再闡述了
位帶操作
位帶代碼
M3、M4架構的單片機 其輸出口地址為端口地址+20 輸入為+16
M0架構的單片機 其輸出口地址為端口地址+12 輸入為+8
以ADuCM4050為列:
位帶宏定義
#ifndef __GPIO_H__
#define __GPIO_H__
#include "ADuCM4050.h"
#include "adi_gpio.h"#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))#define GPIO0_ODR_Addr (ADI_GPIO0_BASE+20) //0x40020014
#define GPIO0_IDR_Addr (ADI_GPIO0_BASE+16) //0x40020010#define GPIO1_ODR_Addr (ADI_GPIO1_BASE+20) //0x40020054
#define GPIO1_IDR_Addr (ADI_GPIO1_BASE+16) //0x40020050#define GPIO2_ODR_Addr (ADI_GPIO2_BASE+20) //0x40020094
#define GPIO2_IDR_Addr (ADI_GPIO2_BASE+16) //0x40020090#define GPIO3_ODR_Addr (ADI_GPIO3_BASE+20) //0x400200D4
#define GPIO3_IDR_Addr (ADI_GPIO3_BASE+16) //0x400200D0#define P0_O(n) BIT_ADDR(GPIO0_ODR_Addr,n) //輸出
#define P0_I(n) BIT_ADDR(GPIO0_IDR_Addr,n) //輸入 #define P1_O(n) BIT_ADDR(GPIO1_ODR_Addr,n) //輸出
#define P1_I(n) BIT_ADDR(GPIO1_IDR_Addr,n) //輸入 #define P2_O(n) BIT_ADDR(GPIO2_ODR_Addr,n) //輸出
#define P2_I(n) BIT_ADDR(GPIO2_IDR_Addr,n) //輸入 #define P3_O(n) BIT_ADDR(GPIO3_ODR_Addr,n) //輸出
#define P3_I(n) BIT_ADDR(GPIO3_IDR_Addr,n) //輸入 #define Port0 (ADI_GPIO_PORT0)
#define Port1 (ADI_GPIO_PORT1)
#define Port2 (ADI_GPIO_PORT2)
#define Port3 (ADI_GPIO_PORT3)#define Pin0 (ADI_GPIO_PIN_0)
#define Pin1 (ADI_GPIO_PIN_1)
#define Pin2 (ADI_GPIO_PIN_2)
#define Pin3 (ADI_GPIO_PIN_3)
#define Pin4 (ADI_GPIO_PIN_4)
#define Pin5 (ADI_GPIO_PIN_5)
#define Pin6 (ADI_GPIO_PIN_6)
#define Pin7 (ADI_GPIO_PIN_7)
#define Pin8 (ADI_GPIO_PIN_8)
#define Pin9 (ADI_GPIO_PIN_9)
#define Pin10 (ADI_GPIO_PIN_10)
#define Pin11 (ADI_GPIO_PIN_11)
#define Pin12 (ADI_GPIO_PIN_12)
#define Pin13 (ADI_GPIO_PIN_13)
#define Pin14 (ADI_GPIO_PIN_14)
#define Pin15 (ADI_GPIO_PIN_15)void GPIO_OUT(unsigned int port,unsigned int pin,unsigned int flag);
void GPIO_BUS_OUT(unsigned int port,unsigned int num);void P0_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int P0_BUS_I(void);void P1_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int P1_BUS_I(void);void P2_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int P2_BUS_I(void);void P3_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int P3_BUS_I(void);#endif
總線函數
#include "ADuCM4050.h"
#include "adi_gpio.h"
#include "GPIO.h"void GPIO_OUT(unsigned int port,unsigned int pin,unsigned int flag)
{switch(port){case 0:{switch(pin){case 0:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_0));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_0));};break;case 1:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_1));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_1));};break;case 2:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_2));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_2));};break;case 3:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_3));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_3));};break;case 4:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_4));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_4));};break;case 5:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_5));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_5));};break;case 6:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_6));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_6));};break;case 7:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_7));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_7));};break;case 8:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_8));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_8));};break;case 9:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_9));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_9));};break;case 10:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_10));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_10));};break;case 11:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_11));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_11));};break;case 12:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_12));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_12));};break;case 13:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_13));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_13));};break;case 14:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_14));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_14));};break;case 15:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_15));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT0),(ADI_GPIO_PIN_15));};break;default:pin=0;break;}}break;case 1:{switch(pin){case 0:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_0));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_0));};break;case 1:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_1));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_1));};break;case 2:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_2));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_2));};break;case 3:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_3));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_3));};break;case 4:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_4));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_4));};break;case 5:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_5));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_5));};break;case 6:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_6));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_6));};break;case 7:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_7));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_7));};break;case 8:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_8));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_8));};break;case 9:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_9));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_9));};break;case 10:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_10));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_10));};break;case 11:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_11));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_11));};break;case 12:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_12));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_12));};break;case 13:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_13));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_13));};break;case 14:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_14));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_14));};break;case 15:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_15));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT1),(ADI_GPIO_PIN_15));};break;default:pin=0;break;}}break;case 2:{switch(pin){case 0:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_0));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_0));};break;case 1:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_1));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_1));};break;case 2:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_2));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_2));};break;case 3:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_3));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_3));};break;case 4:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_4));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_4));};break;case 5:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_5));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_5));};break;case 6:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_6));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_6));};break;case 7:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_7));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_7));};break;case 8:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_8));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_8));};break;case 9:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_9));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_9));};break;case 10:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_10));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_10));};break;case 11:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_11));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_11));};break;case 12:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_12));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_12));};break;case 13:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_13));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_13));};break;case 14:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_14));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_14));};break;case 15:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_15));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT2),(ADI_GPIO_PIN_15));};break;default:pin=0;break;}}break;case 3:{switch(pin){case 0:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_0));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_0));};break;case 1:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_1));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_1));};break;case 2:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_2));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_2));};break;case 3:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_3));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_3));};break;case 4:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_4));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_4));};break;case 5:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_5));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_5));};break;case 6:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_6));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_6));};break;case 7:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_7));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_7));};break;case 8:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_8));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_8));};break;case 9:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_9));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_9));};break;case 10:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_10));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_10));};break;case 11:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_11));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_11));};break;case 12:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_12));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_12));};break;case 13:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_13));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_13));};break;case 14:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_14));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_14));};break;case 15:if(flag==1){adi_gpio_SetHigh((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_15));}else{adi_gpio_SetLow((ADI_GPIO_PORT3),(ADI_GPIO_PIN_15));};break;default:pin=0;break;}}break;default:port=0;break;}
}void GPIO_BUS_OUT(unsigned int port,unsigned int num) //num最大為0xffff
{int i;for(i=0;i<16;i++){GPIO_OUT(port,i,(num>>i)&0x0001);}
}void P0_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){P0_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int P0_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(P0_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void P1_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){P1_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int P1_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(P1_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void P2_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){P2_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int P2_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(P2_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void P3_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){P3_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int P3_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(P3_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}
一、位帶操作理論及實踐
位帶操作的概念其實30年前就有了,那還是 CM3 將此能力進化,這里的位帶操作是 8051 位尋址區的威力大幅加強版
位帶區: 支持位帶操作的地址區
位帶別名: 對別名地址的訪問最終作 用到位帶區的訪問上(注意:這中途有一個 地址映射過程)
位帶操作對于硬件 I/O 密集型的底層程序最有用處
支持了位帶操作后,可以使用普通的加載/存儲指令來對單一的比特進行讀寫。在CM4中,有兩個區中實現了位帶。其中一個是SRAM區的最低1MB范圍,第二個則是片內外設區的最低1MB范圍。這兩個區中的地址除了可以像普通的RAM一樣使用外,它們還都有自己的“位帶別名區”,位帶別名區把每個比特膨脹成一個32位的字。當你通過位帶別名區訪問這些字時,就可以達到訪問原始比特的目的。
位操作就是可以單獨的對一個比特位讀和寫,類似與51中sbit定義的變量,stm32中通過訪問位帶別名區來實現位操作的功能
STM32中有兩個地方實現了位帶,一個是SRAM,一個是片上外設。
(1)位帶本質上是一塊地址區(例如每一位地址位對應一個寄存器)映射到另一片地址區(實現每一位地址位對應一個寄存器中的一位),該區域就叫做位帶別名區,將每一位膨脹成一個32位的字。
(2)位帶區的4個字節對應實際寄存器或內存區的一個位,雖然變大到4個字節,但實際上只有最低位有效(代表0或1)
只有位帶可以直接用=賦值的方式來操作寄存器 位帶是把寄存器上的每一位 膨脹到32位 映射到位帶區 比如0x4002 0000地址的第0個bit 映射到位帶區的0地址 那么其對應的位帶映射地址為0x00 - 0x04 一共32位 但只有LSB有效 采用位帶的方式用=賦值時 就是把位帶區對應的LSB賦值 然后MCU再轉到寄存器對應的位里面 寄存器操作時 如果不改變其他位上面的值 那就只能通過&=或者|=的方式進行
要設置0x2000 0000這個字節的第二個位bit2為1,使用位帶操作的步驟有:
1、將1寫入位 帶別名區對應的映射地址(即0x22000008,因為1bit對應4個byte);
2、將0x2000 0000的值 讀取到內部的緩沖區(這一步驟是內核完成的,屬于原子操作,不需要用戶操作);
3、將bit2置1,再把值寫 回到0x2000 0000(屬于原子操作,不需要用戶操作)。
關于GPIO引腳對應的訪問地址,可以參考以下公式
寄存器位帶別名 = 0x42000000 + (寄存器的地址-0x40000000)32 + 引腳編號4
如:端口F訪問的起始地址GPIOF_BASE
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *)GPIOF_BASE)
但好在官方庫里面都幫我們定義好了 只需要在BASE地址加上便宜即可
例如:
GPIOF的ODR寄存器的地址 = GPIOF_BASE + 0x14
寄存器位帶別名 = 0x42000000 + (寄存器的地址-0x40000000)32 + 引腳編號4
設置PF9引腳的話:
uint32_t *PF9_BitBand =
*(uint32_t *)(0x42000000 + ((uint32_t )&GPIOF->ODR– 0x40000000) *32 + 9*4)
封裝一下:
#define PFout(x) *(volatile uint32_t *)(0x42000000 + ((uint32_t )&GPIOF->ODR – 0x40000000) *32 + x*4)
現在 可以把通用部分封裝成一個小定義:
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
那么 設置PF引腳的函數可以定義:
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+20) //0x40021414
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+16) //0x40021410 #define PF_O(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //輸出
#define PF_I(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //輸入
若使PF9輸入輸出則:
PF_O(9)=1; //輸出高電平
uint8_t dat = PF_I(9); //獲取PF9引腳的值
總線輸入輸出:
void PF_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PF_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PF_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PF_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}
STM32的可用下面的函數:
#ifndef __GPIO_H__
#define __GPIO_H__
#include "stm32l496xx.h"#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+20) //0x40020014
#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+20) //0x40020414
#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+20) //0x40020814
#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+20) //0x40020C14
#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+20) //0x40021014
#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+20) //0x40021414
#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+20) //0x40021814
#define GPIOH_ODR_Addr (GPIOH_BASE+20) //0x40021C14
#define GPIOI_ODR_Addr (GPIOI_BASE+20) //0x40022014 #define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+16) //0x40020010
#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+16) //0x40020410
#define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+16) //0x40020810
#define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10
#define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+16) //0x40021010
#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+16) //0x40021410
#define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+16) //0x40021810
#define GPIOH_IDR_Addr (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10
#define GPIOI_IDR_Addr (GPIOI_BASE+16) //0x40022010 #define PA_O(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //輸出
#define PA_I(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //輸入 #define PB_O(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //輸出
#define PB_I(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //輸入 #define PC_O(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //輸出
#define PC_I(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //輸入 #define PD_O(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //輸出
#define PD_I(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //輸入 #define PE_O(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //輸出
#define PE_I(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //輸入#define PF_O(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //輸出
#define PF_I(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //輸入#define PG_O(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //輸出
#define PG_I(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //輸入#define PH_O(n) BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n) //輸出
#define PH_I(n) BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n) //輸入#define PI_O(n) BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n) //輸出
#define PI_I(n) BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n) //輸入void PA_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PA_BUS_I(void);void PB_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PB_BUS_I(void);void PC_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PC_BUS_I(void);void PD_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PD_BUS_I(void);void PE_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PE_BUS_I(void);void PF_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PF_BUS_I(void);void PG_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PG_BUS_I(void);void PH_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PH_BUS_I(void);void PI_BUS_O(unsigned int num);
unsigned int PI_BUS_I(void);#endif
#include "GPIO.h"void PA_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PA_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PA_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PA_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PB_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PB_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PB_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PB_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PC_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PC_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PC_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PC_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PD_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PD_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PD_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PD_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PE_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PE_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PE_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PE_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PF_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PF_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PF_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PF_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PG_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PG_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PG_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PG_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PH_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PH_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PH_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PH_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}void PI_BUS_O(unsigned int num) //輸入值num最大為0xFFFF
{int i;for(i=0;i<16;i++){PI_O(i)=(num>>i)&0x0001;}
}
unsigned int PI_BUS_I(void) //輸出值num最大為0xFFFF
{unsigned int num;int i;for(i=0;i<16;i++){num=num+(PI_I(i)<<i)&0xFFFF;}return num;
}
二、如何判斷MCU的外設是否支持位帶
根據《ARM Cortex-M3與Cortex-M4權威指南(第3版)》中第6章第7節描述
也就是說 要實現對GPIO的位帶操作 必須保證GPIO位于外設區域的第一個1MB中
第一個1MB應該是0x4010 0000之前 位帶不是直接操作地址 而是操作地址映射 地址映射被操作以后 MCU自動會修改對應寄存器的值
位帶區只有1MB 所以只能改0x4000 0000 - 0x400F FFFF的寄存器
像F4系列 GPIO的首地址為0x4002 0000 就可以用位帶來更改
STM32L476的GPIO就不行:
AHB2的都不能用位帶
ABP 還有AHB1都可以用
但是L476的寄存器里面 GPIO和ADC都是AHB2