抽象针脚和端口 - 使用指针

Question

我正在研究一个嵌入式项目,试图了解嵌入式电路板编程的一些细节.正如人们可能已经猜到的那样,这涉及到用C编写代码.我没有太多的麻烦来掌握正确的设置(在端口/引脚/等方面......)但是我想要抽象我的一些代码使它更具可读性.

例如,以下代码打开板上的绿色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使用端口的名称,因此它们更清晰,但这似乎不是理想的解决方案(不幸的是,我正在使用的方法).

我想抽象一些启用板载LED的设置/功能(我最终希望扩展到其他概念,如定时器/中断等等).

如何使用Struct/Pointers正确抽象？

我目前正在尝试以下方法,但它正在下降,并且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(;;) { }
}

我知道我应该使用指针,在这种情况下,专门为数据方向寄存器以及端口(让我引用正确内存位置),但我不知道如何正确地引用它们.

我在这里错过了什么？

注意:如果需要,我将发布我在OnBoardLED.c中定义的每个函数的当前实现

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工具链并不太实用,但是从我记忆中了解并理解像DDRD将地址从地址空间映射到CPU寄存器的宏.

因此,通过检查源代码,您可以获得以下内容:

#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产生类似于:

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

这是一个智能宏,当用作左手操作数时,允许您在该存储器地址存储一个值,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,宏可以隐藏邪恶的细节,就像在这种情况下.

你的代码是什么

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

所以你要做的只是将数据方向寄存器的值保存到struct成员中,然后用你想要保存到寄存器中的值覆盖它.所以什么都没发生.

您需要的是保存数据方向寄存器的地址,以便以后在调用turnOn方法时可以取消引用它.这可以通过将成员声明为

volatile uint8_t* dataDirectionRegister;

这样你就可以做到

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

并将其作为setDataDirectionRegister(&led, &DDRD);.注意&操作员用于获取寄存器的存储位置的地址.

但是现在你有了一个地址,所以在你的turnOn方法中你必须取消引用变量以将数据存储到它中:

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

那么让我们举一个具体的例子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,我使用了一个buffer虚假的内存空间,因为你没有像在微控制器中那样在x86架构中使用平面内存模型.