【STM32教程】一文搞懂ARM内核是如何控制外设寄存器的

1、ARM内核寄存器组（M3为例）

     Cortex‐M3 处理器拥有 R0‐R15 的寄存器组。其中 R13 作为堆栈指针 SP。SP 有两个，但在同一 时刻只能有一个可以看到，这也就是所谓的“banked”寄存器。

R0-R12：通用寄存器 

  通用寄存器，用于数据操作。比如我们常用的加减乘除。MOV R0，#1（给R0寄存器赋值1）

R13(SP): 两个堆栈指针：

  主堆栈指针（MSP）：复位后缺省使用的堆栈指针，用于操作系统内核以及异常处理例程（包 括中断服务例程） 

  进程堆栈指针（PSP）：由用户的应用程序代码使用。

R15  (PC)：程序计数寄存器

  PC寄存器指向我们当前运行程序的地址，修改PC寄存器的值能够改变程序的执行位置。

R14（LR）：连接寄存器

   当我们的程序调用子程序时，PC寄存器的值被改变，执行完子程序，想要返回主程序执行，就需要将PC修改回，调用子程序之前的地址。这个地址就存储在LR当中。

注意：

    到这里我们应该知道了，程序的执行就是内核根据PC中的地址，找到程序执行位置，对内存中的程序进行读取，期间通过通用寄存器进行数据的存储运算。

2、内存映射（M3为例）

   内核可以直接读写R0、R2、PC这些寄存器，但是我们在单片机的程序设计中经常需要控制片上外设，像GPIO、USART、IIC等这些外设有自己独立的寄存器，该怎么去访问？这是今天的重点，搞懂了这个，我们对单片机的认知就会提升一大截档次。尤其是对单片机程序的编写会更上一层楼。

   前面的内容介绍过了，内核使用通用寄存器进行数据的运算，PC的读写控制程序执行的地址，返回地址用LR进行存储，外面的寄存器肯定是不能这样了。但是内核可以通过对内存的读写操作来读写内核外部的寄存器。下面我们先来看下M3内核的内存映射图。

    如图这是M3内核的存储器映射图（推荐的厂商可以根据这个设计，也可以自己设计。当然基本上芯片厂商是根据这个设计的）。

   在内存映射中有程序的存储地址、 外围设备地址等。硬件结构上，片上外设的寄存器连在了外围设备这段地址上（0X40000000--0x5FFFFFFF）。

   这里我们再看个片上外设的寄存器，以GPIO的为例。

   这个寄存器是控制GPIO端口模式的，我们可以看到偏移地址为0x00，这里还需要个基地址，基地址加上偏移地址就是我们寄存器的准确地址了。基地址我们可以理解为在上面的存储器映射表中，0X40000000开始接片上外设的寄存器，这个地址就可以理解为基地址，偏移地址就是在这个地址的基础上向上偏移了多少，接的我们需要使用的寄存器。当然实际中，这段 0X40000000开始的地址还会被细分，比如我们的GPIOA、GPIOB。但是追根到底是我们需要用到的每一个寄存器，都会在这上面找到一个具体的地址，这个地址就相当于内核对外的接口，一共排列了4G大小的长度，寄存器在某一个位置通过导线连接这样就能够和内核通信了。

  我们控制时，以上面的寄存器为例，内核对该寄存器的地址0和1位写11就可以控制PIN0引脚为模拟模式了。这里的可以看到32位一个分成了16组，每2位控制一个PIN引脚。

  再举个例子如果我们想将GPIOA的第0个引脚，即PA0配置为通用输出模式，那么我们就可以找到GPIOA的端口模式寄存器地址，然后直接给这个地址里的0和1位分别赋值1和0。

   本篇文章到这里就结束了，原理是这个原理，其他片上外设寄存器的读写也是这个道理，找到地址给对应位赋值，或者读取对应位就可以了。

   下篇文章，我们来使用C语言一步步写寄存器操作，来实现自己的程序函数库。