第四章 什么是寄存器

目录

4.1 芯片的内部结构

4.1.1 STM32芯片外观

4.1.2 STM32芯片的内部结构

4.2 寄存器的基本概念及作用

4.2.1 寄存器是什么

4.2.2 寄存器的作用

4.2.3 STM32中寄存器的种类

4.3 存储器映射

4.3.1 存储器区域功能划分

4.4 寄存器映射

4.4.1 STM32的外设地址映射

4.5 C语言对寄存器的封装

4.5.1 封装总线和外设基地址

4.5.2 封装寄存器列表

4.5.3 修改寄存器的位操作方法

4.1 芯片的内部结构

4.1.1 STM32芯片外观

        芯片正面是丝印， ARM 应该是表示该芯片使用的是 ARM 的内核， STM32F103ZET6 是芯片型号，后面的字应该是跟生产批次相关，最上面的是 ST 的 LOGO。

        芯片四周是引脚，左下角的小圆点表示 1 脚，然后从 1 脚起按照逆时针的顺序排列（所有芯片的引脚顺序都是逆时针排列的）。开发板中把芯片的引脚引出来，连接到各种传感器上，然后在STM32 上编程（实际就是通过程序控制这些引脚输出高电平或者低电平）来控制各种传感器工作，通过做实验的方式来学习 STM32 芯片的各个资源。开发板是一种评估板，板载资源非常丰富，引脚复用比较多，力求在一个板子上验证芯片的全部功能。

 STM32芯片引脚分布图：

4.1.2 STM32芯片的内部结构

        STM32是一种高性能、低功耗的32位微控制器，其内部结构包括以下几个关键组成部分：

        ARM Cortex-M内核：STM32芯片的核心部分是基于ARM Cortex-M内核的。ARM Cortex-M内核是ARM公司专门为嵌入式应用设计的一款高性能、低功耗的32位RISC处理器。它具有出色的指令执行效率、代码密度和低功耗等特点，非常适合于嵌入式应用场景。STM32芯片采用的是Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4或者Cortex-M7内核。

         芯片（这里指内核，或者叫 CPU）和外设之间通过各种总线连接，其中驱动单元有 4 个，被动单元也有 4 个，具体见图 STM32F10xx 系统框图。为了方便理解，我们都可以把驱动单元理解成是CPU 部分，被动单元都理解成外设。下面我们简单介绍下驱动单元和被动单元的各个部件

4.1.2.1 ICode 总线

        ICode 中的 I 表示 Instruction，即指令。我们写好的程序编译之后都是一条条指令，存放在 FLASH中，内核要读取这些指令来执行程序就必须通过 ICode 总线，它几乎每时每刻都需要被使用，它是专门用来取址的。

4.1.2.2 驱动单元

        DCode 总线

        DCode 中的 D 表示 Data，即数据，那说明这条总线是用来取数的。我们在写程序的时候，数据有常量和变量两种，常量就是固定不变的，用 C 语言中的 const 关键字修饰，是放到内部的 FLASH当中的，变量是可变的，不管是全局变量还是局部变量都放在内部的 SRAM。因为数据可以被Dcode 总线和 DMA 总线访问，所以为了避免访问冲突，在取数的时候需要经过一个总线矩阵来仲裁，决定哪个总线在取数。

        系统总线

        系统总线主要是访问外设的寄存器，我们通常说的寄存器编程，即读写寄存器都是通过这根系统总线来完成的。

        DMA 总线

        DMA 总线也主要是用来传输数据，这个数据可以是在某个外设的数据寄存器，可以在 SRAM，可以在内部的 FLASH。因为数据可以被 Dcode 总线和 DMA 总线访问，所以为了避免访问冲突，在取数的时候需要经过一个总线矩阵来仲裁，决定哪个总线在取数。

4.1.2.2 被动单元

        内部的闪存存储器

        内部的闪存存储器即 FLASH，我们编写好的程序就放在这个地方。内核通过 ICode 总线来取里面的指令。

        内部的SRAM

        内部的 SRAM，即我们通常说的 RAM，程序的变量，堆栈等的开销都是基于内部的 SRAM。内核通过 DCode 总线来访问它。

        FSMC

        FSMC 的英文全称是 Flexible static memory controller，叫灵活的静态的存储器控制器，是STM32F10xx 中一个很有特色的外设，通过 FSMC，我们可以扩展内存，如外部的SRAM， NANDFLASH 和 NORFLASH。但有一点我们要注意的是， FSMC 只能扩展静态的内存，即名称里面的S： static，不能是动态的内存，比如 SDRAM 就不能扩展。

        AHP到APB的桥

        从 AHB 总线延伸出来的两条 APB2 和 APB1 总线，上面挂载着 STM32 各种各样的特色外设。我们经常说的 GPIO、串口、 I2C、 SPI 这些外设就挂载在这两条总线上，这个是我们学习 STM32 的重点，就是要学会编程这些外设去驱动外部的各种设备。

         总结：芯片的内部结构大致分为以下部分：

        存储器：STM32芯片集成了Flash存储器、SRAM存储器和EEPROM存储器。Flash存储器是用于存储程序代码和数据的非易失性存储器，可保存数据甚至在断电时。SRAM存储器是用于存储程序中的临时数据的易失性存储器，断电后数据会被清空。EEPROM存储器是一种非易失性存储器，可用于存储应用程序或数据，它可以被多次写入和擦除。

        外设接口：STM32芯片内部集成了多种外设接口，例如：通用异步收发器（UART）、同步串行接口（SPI）、I2C接口、通用定时器（TIM）、模数转换器（ADC）、数字到模拟转换器（DAC）等等，这些接口可以用于实现芯片与外部设备的通信和控制。

        时钟和复位电路：STM32芯片内部还包括时钟和复位电路。时钟电路提供了时钟信号给内核和外设，用于同步各个部分的操作。复位电路可以在芯片上电时确保芯片进入正确的状态，以及在芯片发生异常情况时复位芯片，确保芯片正常运行。

        中断控制器：STM32芯片内部还包括中断控制器。中断控制器用于管理芯片上的中断，使芯片能够在多个任务之间切换，提高系统的响应速度和效率。

4.2 寄存器的基本概念及作用

4.2.1 寄存器是什么

        STM32中的寄存器是一种内部存储器，用于存储和操作芯片的各种状态和控制信息。这些寄存器通常由硬件实现，并且在芯片启动时就已经被初始化。开发者可以使用编程语言或者专用的编译器来访问这些寄存器，从而实现对芯片的控制和配置。

        在STM32中，每个寄存器通常有一个唯一的名称和一个固定的内存地址，用于访问该寄存器的值。这些寄存器被分为不同的类型，包括控制寄存器（CR）、状态寄存器（SR）、数据寄存器（DR）等。

        控制寄存器用于控制芯片的各种功能和模式，例如时钟控制、GPIO模式设置、外设模块使能等。状态寄存器用于存储芯片的各种状态信息，例如外设状态、中断状态、错误状态等。数据寄存器用于存储芯片的各种数据，例如ADC采样结果、UART传输数据、定时器计数器值等。

        在编程过程中，开发者需要了解各个寄存器的具体作用和使用方法，从而实现对芯片的控制和操作。同时，由于寄存器对芯片的性能和功耗等方面都有影响，因此开发者需要根据具体的应用场景和需求，合理地配置和使用这些寄存器，以达到最优的性能和功耗表现。

4.2.2 寄存器的作用

        控制芯片功能，STM32的许多功能都可以通过寄存器进行控制和配置。例如，GPIO模式设置、定时器计数器控制、ADC采样触发方式、串口波特率设置等都需要通过对相应寄存器的配置来实现。

        存储芯片状态，许多寄存器被用于存储芯片的各种状态信息，例如外设状态、中断状态、错误状态等。通过读取这些寄存器，开发者可以了解芯片当前的运行状态，从而实现相应的处理和控制。

        提高代码效率，通过使用寄存器，可以直接读取和写入内部状态，从而避免了频繁的访问外部内存，提高了代码效率。例如，可以将一些常用的状态值存储在寄存器中，从而避免了反复读取外部内存的开销。

        实现低功耗设计，由于许多寄存器对芯片的功耗和性能都有影响，因此在设计低功耗系统时，需要仔细配置和使用这些寄存器。例如，可以通过设置相应寄存器来实现睡眠模式和唤醒模式的转换，从而降低芯片的功耗。

        总之，STM32中的寄存器具有非常重要的作用，可以帮助开发者控制和配置芯片的各种功能和状态，提高代码效率和系统性能，实现低功耗设计等。因此，了解和掌握这些寄存器的使用方法是进行STM32开发的必备知识。

4.2.3 STM32中寄存器的种类

        在STM32微控制器中，有多种不同类型的寄存器，包括：

        通用寄存器（General-purpose registers）：包括32位的通用寄存器（R0-R15），可以用于存储数据和地址。

        系统控制寄存器（System control registers）：用于控制系统的各种特性，例如时钟、中断和复位。

        例如，RCC（Reset and Clock Control）寄存器用于控制系统时钟和复位

        外设寄存器（Peripheral registers）：用于控制和配置外设，例如GPIO（General Purpose Input/Output）控制器、定时器、串行接口等。每个外设都有自己的一组寄存器，可以用于配置和控制该外设的各种功能。

        中断控制器寄存器（Interrupt controller registers）：用于配置和控制中断。中断控制器包括NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）寄存器，用于管理中断优先级、中断向量表等。

        状态寄存器（Status registers）：用于记录某些系统状态的信息，例如标志寄存器（Flag registers）用于记录某些条件是否已经满足。

        Flash存储器寄存器（Flash memory registers）：用于控制和管理内部Flash存储器，例如Flash存储器控制寄存器、Flash地址寄存器等。

        这些寄存器在STM32中起着非常重要的作用，可以用于控制和配置系统的各种功能，并且可以通过编程来访问和操作它们。

4.3 存储器映射

        存储器映射指的是将不同的存储器区域映射到不同的地址空间上，使得程序员可以使用统一的地址空间来访问所有的存储器。

4.3.1 存储器区域功能划分

        在这 4GB 的地址空间中， ARM 已经粗线条的平均分成了 8 个块，每块 512MB，每个块也都规定了用途，具体分类见表格存储器功能分类。每个块的大小都有 512MB，显然这是非常大的，芯片厂商在每个块的范围内设计各具特色的外设时并不一定都用得完，都是只用了其中的一部分而已。

         在这 8 个 Block 里面，有 3 个块非常重要，也是我们最关心的三个块。 Block0 用来设计成内部FLASH， Block1 用来设计成内部 RAM， Block2 用来设计成片上的外设，下面我们简单的介绍下这三个 Block 里面的具体区域的功能划分。

4.3.1.1 存储器Block0内部区域功能划分

        Block0 主要用于设计片内的 FLASH，我们使用的 STM32F103ZET6（霸道）和 STM32F103ZET6（指南者）的 FLASH 都是 512KB，属于大容量。要在芯片内部集成更大的 FLASH 或者 SRAM 都意味着芯片成本的增加，往往片内集成的 FLASH 都不会太大， ST 能在追求性价比的同时做到512KB，实乃良心之举。 Block 内部区域的功能划分具体见表格存储器 Block0 内部区域功能划分。

 4.3.1.2 存储器Block1内部区域功能划分

        Block1 用于设计片内的 SRAM。我们使用的 STM32F103ZET6（霸道）和 STM32F103ZET6（指南者）的 SRAM 都是 64KB， Block 内部区域的功能划分具体见表格存储器 Block1 内部区域功能划分

4.3.1.3 存储器Block2内部区域功能划分

        Block2 用于设计片内的外设，根据外设的总线速度不同， Block 被分成了 APB 和 AHB 两部分，其中 APB 又被分为 APB1 和 APB2，具体见表格存储器 Block2 内部区域功能划分。

4.4 寄存器映射

        我们知道，存储器本身没有地址，给存储器分配地址的过程叫存储器映射，那什么叫寄存器映射？寄存器到底是什么？

        在存储器 Block2 这块区域，设计的是片上外设，它们以四个字节为一个单元，共 32bit，每一个单元对应不同的功能，当我们控制这些单元时就可以驱动外设工作。我们可以找到每个单元的起始地址，然后通过 C 语言指针的操作方式来访问这些单元，如果每次都是通过这种地址的方式来访问，不仅不好记忆还容易出错，这时我们可以根据每个单元功能的不同，以功能为名给这个内存单元取一个别名，这个别名就是我们经常说的寄存器，这个给已经分配好地址的有特定功能的内存单元取别名的过程就叫寄存器映射。

        比如，我们找到 GPIOB 端口的输出数据寄存器 ODR 的地址是 0x40010C0C（至于这个地址如何找到可以先跳过，后面我们会有详细的讲解）， ODR 寄存器是 32bit，低 16bit 有效，对应着 16 个外部 IO，写 0/1 对应的的 IO 则输出低/高电平。现在我们通过 C 语言指针的操作方式，让 GPIOB的 16 个 IO 都输出高电平。

// GPIOB 端口全部输出 高电平 
*(unsigned int*)(0x4001 0C0C) = 0xFFFF;

0x4001 0C0C 在我们看来是 GPIOB 端口 ODR 的地址，但是在编译器看来，这只是一个普通的变量，是一个立即数，要想让编译器也认为是指针，我们得进行强制类型转换，把它换成指针，即 (unsigned int *)0x4001 0C0C，然后再对这个指针进行 * 操作。刚刚我们说了，通过绝对地址访问内存单元不好记忆且容易出错，我们可以通过寄存器的方式来操作。

// GPIOB 端口全部输出 高电平

#define GPIOB_ODR (unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)

* GPIOB_ODR = 0xFF;

为了方便操作，我们干脆把指针操作“*”也定义到寄存器别名里面。

// GPIOB 端口全部输出 高电平

#define GPIOB_ODR *(unsigned int*)(GPIOB_BASE+0x0C)

GPIOB_ODR = 0xFF;

4.4.1 STM32的外设地址映射

        片上外设区分为三条总线，根据外设速度的不同，不同总线挂载着不同的外设， APB1 挂载低速外设， APB2 和 AHB 挂载高速外设。相应总线的最低地址我们称为该总线的基地址，总线基地址也是挂载在该总线上的首个外设的地址。其中 APB1 总线的地址最低，片上外设从这里开始，也叫外设基地址。

4.4.1.1 总线基地址

表格总线基地址 的“相对外设基地址偏移”即该总线地址与“片上外设”基地址 0x4000 0000 的差值。

4.4.1.2 外设基地址

        总线上挂载着各种外设，这些外设也有自己的地址范围，特定外设的首个地址称为“XX外设基地址”，也叫 XX 外设的边界地址。具体有关 STM32F10xx 外设的边界地址请参考《STM32F10xx参考手册》的 2.3 小节的存储器映射的表 1： STM32F10xx 寄存器边界地址。这里面我们以 GPIO 这个外设来讲解外设的基地址， GPIO 属于高速的外设，挂载到 APB2 总线上。

4.4.1.3 外设寄存器

        在 XX 外设的地址范围内，分布着的就是该外设的寄存器。以 GPIO 外设为例， GPIO 是通用输入输出端口的简称，简单来说就是 STM32 可控制的引脚，基本功能是控制引脚输出高电平或者低电平。最简单的应用就是把 GPIO 的引脚连接到 LED 灯的阴极， LED 灯的阳极接电源，然后通过 STM32 控制该引脚的电平，从而实现控制 LED 灯的亮灭。GPIO 有很多个寄存器，每一个都有特定的功能。每个寄存器为 32bit，占四个字节，在该外设的基地址上按照顺序排列，寄存器的位置都以相对该外设基地址的偏移地址来描述。这里我们以GPIOB 端口为例，来说明 GPIO 都有哪些寄存器。

有关外设的寄存器说明可参考《STM32F10xx 参考手册》中具体章节的寄存器描述部分，在编程的时候我们需要反复的查阅外设的寄存器说明。这里我们以“GPIO 端口置位/复位寄存器”为例，教大家如何理解寄存器的说明。

         ① 名称寄存器说明中首先列出了该寄存器中的名称，“(GPIOx_BSRR)(x=A… E)”这段的意思是该寄存器名为“GPIOx_BSRR”其中的“x”可以为 A-E，也就是说这个寄存器说明适用于 GPIOA、 GPIOB 至 GPIOE，这些 GPIO 端口都有这样的一个寄存器。

        ② 偏移地址偏移地址是指本寄存器相对于这个外设的基地址的偏移。本寄存器的偏移地址是0x10，从参考手册中我们可以查到 GPIOA 外设的基地址为 0x4001 0800 ，我们就可以算出 GPIOA 的这个 GPIOA_BSRR 寄存器的地址为： 0x4001 0800+0x10；同理，由于 GPIOB 的外设基地址为 0x4001 0C00，可算出 GPIOB_BSRR 寄存器的地址为： 0x4001 0C00+0x10。其他 GPIO 端口以此类推即可。

        ③ 寄存器位表紧接着的是本寄存器的位表，表中列出它的 0-31 位的名称及权限。表上方的数字为位编号，中间为位名称，最下方为读写权限，其中 w 表示只写， r 表示只读，rw 表示可读写。本寄存器中的位权限都是 w，所以只能写，如果读本寄存器，是无法保证读取到它真正内容的。而有的寄存器位只读，一般是用于表示 STM32外设的某种工作状态的，由 STM32 硬件自动更改，程序通过读取那些寄存器位来判断外设的工作状态。

        ④ 位功能说明位功能是寄存器说明中最重要的部分，它详细介绍了寄存器每一个位的功能。

例如本寄存器中有两种寄存器位，分别为 BRy 及 BSy，其中的 y 数值可以是 0-15，这里的 0-15 表示端口的引脚号，如 BR0、 BS0 用于控制 GPIOx 的第 0 个引脚，若x 表示 GPIOA，那就是控制 GPIOA 的第 0 引脚，而 BR1、 BS1 就是控制 GPIOA第 1 个引脚。其中 BRy 引脚的说明是“0：不会对相应的 ODRx 位执行任何操作； 1：对相应ODRx 位进行复位”。这里的“复位”是将该位设置为 0 的意思，而“置位”表示将该位设置为 1；说明中的 ODRx 是另一个寄存器的寄存器位，我们只需要知道ODRx 位为 1 的时候，对应的引脚 x 输出高电平，为 0 的时候对应的引脚输出低电平即可 (感兴趣的读者可以查询该寄存器 GPIOx_ODR 的说明了解)。所以，如果对 BR0 写入“1”的话，那么 GPIOx 的第 0 个引脚就会输出“低电平”，但是对 BR0 写入“0”的话，却不会影响 ODR0 位，所以引脚电平不会改变。要想该引脚输出“高电平”，就需要对“BS0”位写入“1”，寄存器位 BSy 与 BRy 是相反的操作。

4.5 C语言对寄存器的封装

4.5.1 封装总线和外设基地址

        在编程上为了方便理解和记忆，我们把总线基地址和外设基地址都以相应的宏定义起来，总线或者外设都以他们的名字作为宏名。

/* 外设基地址 */ 
#define PERIPH_BASE ((unsigned int)0x40000000) 
/* 总线基地址 */ 
#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE 
#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00010000) 
#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x00020000) 
/* GPIO 外设基地址 */ 
#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800) 
#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00) 
#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000) 
#define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)  
#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800) 
#define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00) 
#define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000) 
/* 寄存器基地址，以 GPIOB 为例 */ 
#define GPIOB_CRL (GPIOB_BASE+0x00)
#define GPIOB_CRH (GPIOB_BASE+0x04)
#define GPIOB_IDR (GPIOB_BASE+0x08)
#define GPIOB_ODR (GPIOB_BASE+0x0C)
#define GPIOB_BSRR (GPIOB_BASE+0x10) 
#define GPIOB_BRR (GPIOB_BASE+0x14) 
#define GPIOB_LCKR (GPIOB_BASE+0x18)

         首先定义了“片上外设”基地址 PERIPH_BASE，接着在 PERIPH_BASE 上加入各个总线的地址偏移，得到 APB1、 APB2 总线的地址 APB1PERIPH_BASE、 APB2PERIPH_BASE，在其之上加入外设地址的偏移，得到 GPIOA-G 的外设地址，最后在外设地址上加入各寄存器的地址偏移，得到特定寄存器的地址。一旦有了具体地址，就可以用指针读写。

/* 控制 GPIOB 引脚 0 输出低电平 (BSRR 寄存器的 BR0 置 1) */ 
*(unsigned int *)GPIOB_BSRR = (0x01<
/* 控制 GPIOB 引脚 0 输出高电平 (BSRR 寄存器的 BS0 置 1) */ 
*(unsigned int *)GPIOB_BSRR = 0x01<
unsigned int temp; 
/* 读取 GPIOB 端口所有引脚的电平 (读 IDR 寄存器) */ 
temp = *(unsigned int *)GPIOB_IDR;

        该代码使用 (unsigned int *) 把 GPIOB_BSRR 宏的数值强制转换成了地址，然后再用“*”号做取指针操作，对该地址的赋值，从而实现了写寄存器的功能。同样，读寄存器也是用取指针操作，把寄存器中的数据取到变量里，从而获取 STM32 外设的状态。

4.5.2 封装寄存器列表

        用上面的方法去定义地址，还是稍显繁琐，例如 GPIOA-GPIOE 都各有一组功能相同的寄存器，如 GPIOA_ODR/GPIOB_ODR/GPIOC_ODR 等等，它们只是地址不一样，但却要为每个寄存器都定义它的地址。为了更方便地访问寄存器，我们引入 C 语言中的结构体语法对寄存器进行封装。

typedef unsigned int uint32_t; /* 无符号 32 位变量 */ 
typedef unsigned short int uint16_t; /* 无符号 16 位变量 */ 
/* GPIO 寄存器列表 */ 
typedef struct { 
uint32_t CRL; /*GPIO 端口配置低寄存器 地址偏移: 0x00 */
uint32_t CRH; /*GPIO 端口配置高寄存器 地址偏移: 0x04 */ 
uint32_t IDR; /*GPIO 数据输入寄存器 地址偏移: 0x08 */ 
uint32_t ODR; /*GPIO 数据输出寄存器 地址偏移: 0x0C */ 
uint32_t BSRR; /*GPIO 位设置/清除寄存器 地址偏移: 0x10 */ 
uint32_t BRR; /*GPIO 端口位清除寄存器 地址偏移: 0x14 */ 
uint16_t LCKR; /*GPIO 端口配置锁定寄存器 地址偏移: 0x18 */ 
} GPIO_TypeDef;

        这段代码用 typedef 关键字声明了名为 GPIO_TypeDef 的结构体类型，结构体内有 7 个成员变量，变量名正好对应寄存器的名字。 C 语言的语法规定，结构体内变量的存储空间是连续的，其中 32位的变量占用 4 个字节， 16 位的变量占用 2 个字节。

        也就是说，我们定义的这个 GPIO_TypeDef ，假如这个结构体的首地址为 0x4001 0C00（这也是第一个成员变量 CRL 的地址），那么结构体中第二个成员变量 CRH 的地址即为 0x4001 0C00 +0x04，加上的这个 0x04，正是代表 CRL 所占用的 4 个字节地址的偏移量，其它成员变量相对于结构体首地址的偏移，在上述代码右侧注释已给。

        这样的地址偏移与 STM32 GPIO 外设定义的寄存器地址偏移一一对应，只要给结构体设置好首地址，就能把结构体内成员的地址确定下来，然后就能以结构体的形式访问寄存器。

GPIO_TypeDef * GPIOx; //定义一个 GPIO_TypeDef 型结构体指针 GPIOx 
GPIOx = GPIOB_BASE; //把指针地址设置为宏 GPIOB_BASE 地址 
GPIOx->IDR = 0xFFFF; 
GPIOx->ODR = 0xFFFF; 
uint32_t temp; 
temp = GPIOx->IDR; //读取 GPIOB_IDR 寄存器的值到变量 temp 

         这 段 代 码 先 用 GPIO_TypeDef 类 型 定 义 一 个 结 构 体 指 针 GPIOx， 并 让 指 针 指 向 地 址GPIOB_BASE(0x4001 0C00)，使用地址确定下来，然后根据 C 语言访问结构体的语法，用 GPIOx->ODR 及 GPIOx->IDR 等方式读写寄存器。最后，我们更进一步，直接使用宏定义好 GPIO_TypeDef 类型的指针，而且指针指向各个 GPIO端口的首地址，使用时我们直接用该宏访问寄存器即可。

/* 使用 GPIO_TypeDef 把地址强制转换成指针 */ 
#define GPIOA ((GPIO_TypeDef *) GPIOA_BASE) 
#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE) 
#define GPIOC ((GPIO_TypeDef *) GPIOC_BASE) 
#define GPIOD ((GPIO_TypeDef *) GPIOD_BASE) 
#define GPIOE ((GPIO_TypeDef *) GPIOE_BASE) 
#define GPIOF ((GPIO_TypeDef *) GPIOF_BASE) 
#define GPIOG ((GPIO_TypeDef *) GPIOG_BASE)
#define GPIOH ((GPIO_TypeDef *) GPIOH_BASE) 
/* 使用定义好的宏直接访问 */ 
/* 访问 GPIOB 端口的寄存器 */ 
GPIOB->BSRR = 0xFFFF; //通过指针访问并修改 GPIOB_BSRR 寄存器 
GPIOB->CRL = 0xFFFF; //修改 GPIOB_CRL 寄存器 
GPIOB->ODR =0xFFFF; //修改 GPIOB_ODR 寄存器
uint32_t temp; 
temp = GPIOB->IDR; //读取 GPIOB_IDR 寄存器的值到变量 temp 中 
/* 访问 GPIOA 端口的寄存器 */ 
GPIOA->BSRR = 0xFFFF; 
GPIOA->CRL = 0xFFFF; 
GPIOA->ODR =0xFFFF; 
uint32_t temp; 
temp = GPIOA->IDR; //读取 GPIOA_IDR 寄存器的值到变量 temp 中

        这里我们仅是以 GPIO 这个外设为例，给大家讲解了 C 语言对寄存器的封装。以此类推，其他外设也同样可以用这种方法来封装。好消息是，这部分工作都由固件库帮我们完成了，这里我们只是分析了下这个封装的过程，让大家知其然，也只其所以然。

4.5.3 修改寄存器的位操作方法

        使用 C 语言对寄存器赋值时，我们常常要求只修改该寄存器的某几位的值，且其它的寄存器位不变，这个时候我们就需要用到 C 语言的位操作方法了。

4.5.3.1 把变量的某位清零

        此处我们以变量 a 代表寄存器，并假设寄存器中本来已有数值，此时我们需要把变量 a 的某一位清零，且其它位不变。

//定义一个变量 a = 1001 1111 b (二进制数) 
unsigned char a = 0x9f; 
//对 bit2 清零 
a &= ~(1<
//括号中的 1 左移两位， (1<
//按位取反， ~(1<
//假如 a 中原来的值为二进制数： a = 1001 1111 b 
//所得的数与 a 作”位与&”运算， a = (1001 1111 b)&(1111 1011 b), 
//经过运算后， a 的值 a=1001 1011 b 
// a 的 bit2 位被被零，而其它位不变。

4.5.3.2 把变量的某几位连续清零

        由于寄存器中有时会有连续几个寄存器位用于控制某个功能，现假设我们需要把寄存器的某几个连续位清零，且其它位不变。

//若把 a 中的二进制位分成 2 个一组 
//即 bit0、 bit1 为第 0 组， bit2、 bit3 为第 1 组， 
// bit4、 bit5 为第 2 组， bit6、 bit7 为第 3 组 
//要对第 1 组的 bit2、 bit3 清零
a &= ~(3<
//括号中的 3 左移两位， (3<
//按位取反， ~(3<
//假如 a 中原来的值为二进制数： a = 1001 1111 b 
//所得的数与 a 作”位与&”运算， a = (1001 1111 b)&(1111 0011 b), 
//经过运算后， a 的值 a=1001 0011 b 
// a 的第 1 组的 bit2、 bit3 被清零，而其它位不变。 
//上述 (~(3<
//括号中的 (2) 为每组的位数，每组有 2 个二进制位; 若分成 4 个一组，此处即为 4 
//括号中的 (3) 是组内所有位都为 1 时的值; 若分成 4 个一组，此处即为二进制数“1111 b” 
//例如对第 2 组 bit4、 bit5 清零 
a &= ~(3<<2*2);

4.5.3.3 对变量的某几位进行赋值

        寄存器位经过上面的清零操作后，接下来就可以方便地对某几位写入所需要的数值了，且其它位不变，这时候写入的数值一般就是需要设置寄存器的位参数。

//a = 1000 0011 b 
//此时对清零后的第 2 组 bit4、 bit5 设置成二进制数“01 b ” 
a |= (1<
//a = 1001 0011 b，成功设置了第 2 组的值，其它组不变

4.5.3.4 对变量的某几位取反

        某些情况下，我们需要对寄存器的某个位进行取反操作，即 1 变 0 ， 0 变 1，这可以直接用如下操作，其它位不变。

//a = 1001 0011 b 
//把 bit6 取反，其它位不变 
a ^=(1<
//a = 1101 0011 b

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