AVR I/O 宏定义如何工作以允许访问寄存器？

Question

我正在查看 ATmega2560 寄存器映射 ( iom2560.h) 的标头，其中包含寄存器的所有定义。例如：

#define PINA    _SFR_IO8(0X00)
//Macro definition:
#define _SFR_IO8(io_addr) ((io_addr) + 0X20)

所以PINA是一个8位的十六进制值，对应于8位单片机寄存器的地址。当我编写代码时，我只需输入以下代码即可更改寄存器内的值：

PINA |= (1 << 3); // Setting the third bit.

问题是：为什么我可以_SFR_IO8(0X00)通过将值赋给PINA来写入寄存器值（“由他的地址指向”）？这不是指向的寄存器的地址吗？编译器如何工作？

预先非常感谢

Answer 1

简短的回答 - 隐藏在 Atmel 包含的标头中的是创建指向寄存器位置的指针的宏集合。以下是该过程的简要概述：

您的 Makefile 定义要使用的设备，然后将定义传递给编译器。

DEVICE = atmega2560
...
-D__$(DEVICE)__

然后，您包含 io.h，它会根据您的设备自动包含必要的标头：

// In main source file
#include <io.h>    

// In io.h
#include <avr/sfr_defs.h>
// ...
#elif defined (__AVR_ATmega2560__)
    #  include <avr/iom2560.h>

// In sfr_defs.h
#define _MMIO_BYTE(mem_addr) (*(volatile uint8_t *)(mem_addr))
#define __SFR_OFFSET 0x20
#define _SFR_IO8(io_addr) _MMIO_BYTE((io_addr) + __SFR_OFFSET)

// In iom2560.h
#include <avr/iomxx0_1.h>
// Other device specific definitions

// Om iomxx0_1.h
#define PINA    _SFR_IO8(0X00)
// Other device family shared definitions

因此，如果您展开所有这些，您将得到一个指向寄存器地址的易失性指针。当您在代码中使用 PINA 时，预编译器会将其替换为所有扩展宏：

PINA
_SFR_IO8(0X00)
_MMIO_BYTE((0X00) + __SFR_OFFSET)
(*(volatile uint8_t *)((0X00) + 0x20))

其中指定 PINA 是指向易失性 8 位内存地址 0x20 的指针。然后，无论何时访问该地址，内部芯片架构都会将该地址映射到适当的外设寄存器。