volatile的意义及用法（嵌入式STM32）

摘录自：零死角玩转 STM32—基于野火 F429[挑战者]开发板

8.3 实验：构建库函数雏形
虽然库的优点多多，但很多人对库还是很忌惮，因为一开始用库的时候有很多代码，
很多文件，不知道如何入手。不知道您是否认同这么一句话：一切的恐惧都来源于认知的
空缺。我们对库忌惮那是因为我们不知道什么是库，不知道库是怎么实现的。零死角玩转 STM32
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接下来，我们在寄存器点亮 LED 的代码上继续完善，把代码一层层封装，实现库的最
初的雏形，相信经过这一步的学习后，您对库的运用会游刃有余。这里我们只讲如何实现
GPIO 函数库，其他外设的我们直接参考 ST 标准库学习即可，不必自己写。
下面请打开本章配套例程“构建库函数雏形”来阅读理解，该例程是在上一章的基础
上修改得来的。
8.3.1 修改寄存器地址封装
上一章中我们在操作寄存器的时候，操作的是都寄存器的绝对地址，如果每个外设寄
存器都这样操作，那将非常麻烦。我们考虑到外设寄存器的地址都是基于外设基地址的偏
移地址，都是在外设基地址上逐个连续递增的，每个寄存器占 32 个或者 16 个字节，这种
方式跟结构体里面的成员类似。所以我们可以定义一种外设结构体，结构体的地址等于外
设的基地址，结构体的成员等于寄存器，成员的排列顺序跟寄存器的顺序一样。这样我们
操作寄存器的时候就不用每次都找到绝对地址，只要知道外设的基地址就可以操作外设的
全部寄存器，即操作结构体的成员即可。
在工程中的“stm32f4xx.h”文件中，我们使用结构体封装 GPIO 及 RCC 外设的的寄存
器，见代码清单 8-1。结构体成员的顺序按照寄存器的偏移地址从低到高排列，成员类型
跟寄存器类型一样。如不理解 C 语言对寄存器的封的语法原理，请参考《C 语言对寄存器
的封装》 小节。
代码清单 8-1 封装寄存器列表
1 //volatile 表示易变的变量，防止编译器优化
2 #define __IO volatile
3 typedef unsigned int uint32_t;
4 typedef unsigned short uint16_t;
5
6 /* GPIO 寄存器列表 */
7 typedef struct {
8 __IO uint32_t MODER; /*GPIO 模式寄存器 地址偏移: 0x00 */
9 __IO uint32_t OTYPER; /*GPIO 输出类型寄存器 地址偏移: 0x04 */
10 __IO uint32_t OSPEEDR; /*GPIO 输出速度寄存器 地址偏移: 0x08 */
11 __IO uint32_t PUPDR; /*GPIO 上拉/下拉寄存器 地址偏移: 0x0C */
12 __IO uint32_t IDR; /*GPIO 输入数据寄存器 地址偏移: 0x10 */
13 __IO uint32_t ODR; /*GPIO 输出数据寄存器 地址偏移: 0x14 */
14 __IO uint16_t BSRRL; /*GPIO 置位/复位寄存器低 16 位部分 地址偏移: 0x18 */
15 __IO uint16_t BSRRH; /*GPIO 置位/复位寄存器 高 16 位部分地址偏移: 0x1A /
16 __IO uint32_t LCKR; /GPIO 配置锁定寄存器 地址偏移: 0x1C /
17 __IO uint32_t AFR[2]; /GPIO 复用功能配置寄存器 地址偏移: 0x20-0x24 /
18 } GPIO_TypeDef;
19
20 /RCC 寄存器列表/
21 typedef struct {
22 __IO uint32_t CR; /!< RCC 时钟控制寄存器,地址偏移: 0x00 /
23 __IO uint32_t PLLCFGR; /!< RCC PLL 配置寄存器,地址偏移: 0x04 /
24 __IO uint32_t CFGR; /!< RCC 时钟配置寄存器,地址偏移: 0x08 /
25 __IO uint32_t CIR; /!< RCC 时钟中断寄存器,地址偏移: 0x0C /
26 __IO uint32_t AHB1RSTR; /!< RCC AHB1 外设复位寄存器,地址偏移: 0x10 /
27 __IO uint32_t AHB2RSTR; /!< RCC AHB2 外设复位寄存器,地址偏移: 0x14 /
28 __IO uint32_t AHB3RSTR; /!< RCC AHB3 外设复位寄存器,地址偏移: 0x18 /
29 __IO uint32_t RESERVED0; /!< 保留, 地址偏移： 0x1C /
30 __IO uint32_t APB1RSTR; /!< RCC APB1 外设复位寄存器,地址偏移: 0x20 /零死角玩转 STM32
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31 __IO uint32_t APB2RSTR; /!< RCC APB2 外设复位寄存器,地址偏移: 0x24/
32 __IO uint32_t RESERVED1[2]; /!< 保留,地址偏移： 0x28-0x2C/
33 __IO uint32_t AHB1ENR; /!< RCC AHB1 外设时钟寄存器,地址偏移: 0x30 /
34 __IO uint32_t AHB2ENR; /!< RCC AHB2 外设时钟寄存器,地址偏移: 0x34 /
35 __IO uint32_t AHB3ENR; /!< RCC AHB3 外设时钟寄存器,地址偏移: 0x38 */
36 /RCC 后面还有很多寄存器，此处省略/
37 } RCC_TypeDef;
这段代码在每个结构体成员前增加了一个“__IO”前缀，它的原型在这段代码的第一
行，代表了 C 语言中的关键字“volatile”，在 C 语言中该关键字用于表示变量是易变的，
要求编译器不要优化。这些结构体内的成员，都代表着寄存器，而寄存器很多时候是由外
设或 STM32 芯片状态修改的，也就是说即使 CPU 不执行代码修改这些变量，变量的值也
有可能被外设修改、更新，所以每次使用这些变量的时候，我们都要求 CPU 去该变量的地
址重新访问。若没有这个关键字修饰，在某些情况下，编译器认为没有代码修改该变量，
就直接从 CPU 的某个缓存获取该变量值，这时可以加快执行速度，但该缓存中的是陈旧数
据，与我们要求的寄存器最新状态可能会有出入。