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# New meaning of C
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> Author：肖扬
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在上一篇文章中，我们介绍了嵌入式相关的产品，其中芯片充当着及其重要的作用，本篇我们将以孵化器实验室的部分考核流程与教程作为参考，并且加以一定的概念解析，逐步地为大家解开单片机裸机开发的面纱。
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PS：在学习此模块之前，我希望你们能熟练掌握 C 语言的基础知识，特别是指针方面的内容。
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如果你还没有完成 C 语言的学习，可以参考此文章：[3.4C 语言](../3.%E7%BC%96%E7%A8%8B%E6%80%9D%E7%BB%B4%E4%BD%93%E7%B3%BB%E6%9E%84%E5%BB%BA/3.4C%E8%AF%AD%E8%A8%80.md)
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## STC89C52--一款入门级的芯片
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### 相关介绍
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Intel 的 STC89C51\C52 系列早在上世纪 80 年代就已经广泛运用，考虑到其精简但较为充足的硬件资源以及其低廉的价格，笔者十分建议可以从 51 单片机系列开始去接触整个嵌入式行业（因为你需要知道自己适不适合进入到嵌入式行业，大学本就是一个试错的过程，而低廉的价格使得其试错成本变得很低）
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以下是比较推荐的学习路线：
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1、购买 51 单片机：[CZ0001「普中 51 单片机学习板开发板 stc89c52 单片机实验板 C51 单片机 diy 套件」](https://m.tb.cn/h.UuGJR5G?tk=kN94dm040JX)
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2、推荐学习视频：[【51 单片机入门教程 -2020 版 程序全程纯手打 从零开始入门】](https://b23.tv/KmaWgUK)
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3、相关学习资料：
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软件安装包、开发板资料、课件及程序源码百度网盘链接：
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[https://pan.baidu.com/s/1vDTN2o8ffvczzNQGfyjHng](https://pan.baidu.com/s/1vDTN2o8ffvczzNQGfyjHng) 提取码：gdzf，链接里压缩包的解压密码：51，如果打不开请复制链接到浏览器再打开
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## 寄存器（VERRY--IMPORTANT!!!）
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相信学完 C51 的内容，你已经对寄存器有了一定的了解。
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但是由于其重要性，以及为了巩固各位的基础知识，防止出现有些人学了 A 只会 A，学了 B 只会 B，而不会 CDEF...的现象，所以这里我必须要着重重新讲解一下寄存器的概念。
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在 C 语言中我们有 int、short、long 等变量，实际上 C 语言中还可以定义一个寄存器变量（register）。
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那么为什么需要寄存器呢，或者说我们为什么需要一个寄存器变量呢。
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这里我不从计算机组成原理或者微机接口与技术的概念入手，而是举一个简单的例子：
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如果我们在图书馆上准备看书，去获取知识，此时我们是 CPU、书则是数据。
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如果我们去图书馆里的书架上拿书并观看，则需要：走到对应书架 - 拿书（获取数据）- 回到书桌，这需要花费相当一部分的时间，此时硬盘相当于书架；如果我们直接拿书桌上的书，则相对速度会快很多，此时书桌相当于主存；如果我们手上就有一本书，那么我们低头就可以看到，手就相当于寄存器。所以，寄存器是 CPU 内部用来存放数据的一些小型的存储区域，用来暂时存放参与运算的数据和运算结果以及一些 CPU 运行所需要的信息。
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以我举例而言，**可见寄存器获得数据的速度会快于主存与硬盘，而存储数据的大小将会小于主存与硬盘**，如果这块不清楚的话也可以去看 也许你会用上的基础知识 中的存储器知识部分。
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而从汇编语言的角度来讲（此为 Intel 的汇编语法）：
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```asm
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WAIT_FOR_TIMER:
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MOV A, LED_COUNT ;读取当前亮灯的编号
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CJNE A, #00H, NOT_FIRST_LED ;如果不是第一个灯，则跳转到NOT_FIRST_LED标签
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MOV A, #03H ;如果是第一个灯，则将延时设为3秒
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SJMP DELAY ;跳转到延时
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NOT_FIRST_LED:
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.......
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DELAY:
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.......
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;此汇编代码块中，累加器A作为一个常用的特殊寄存器，充当着暂时存储数据信息的作用
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;存储LED_COUNT的编号并用于比较大小，存储所需延时时间并用于DELAY块
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```
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```asm
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ORG 0BH
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PUSH ACC ; 保存寄存器状态
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PUSH PSW
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......
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POP PSW ; 恢复寄存器状态
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POP ACC
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RETI ; 返回中断
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;此汇编代码块用于基本的中断处理，我们需要保存ACC、PSW的状态来维持中断以及中断后程序的正常进行
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```
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以上简单例举了寄存器的一般作用，以汇编语言出发去讲的原因是：它能有效地展现底层代码的工作原理，既不会像机器语言那样只用 0、1 表示的晦涩难懂，又不会像高级语言那般难以直观地看到底层的工作方式。但是，我们做嵌入式入门开发的过程中并不会让你直接去写汇编语言，而是以最基础的 C 语言（相比汇编而言，C 在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势），通过 Keil、IAR 等拥有交叉编译器的 C 语言软件开发系统来完成高级语言、汇编语言、机器语言的转码工作，从而通过 C 语言的编写来控制单片机等嵌入式系统的开发。
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而抽象层面的 C 代码需要通过访问寄存器来直接控制硬件。所以在嵌入式开发的过程中，C 有了特殊的含义：**C 里的数字代表的可能只是一个地址或者一个数据，但是在嵌入式开发里，这样一个数字也可以代表着一种寄存器状态。**
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下面引入一个 STM32F1 系列的 GPIO 部分寄存器图（来源正点原子提供的 F1 参考手册）：
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如果我们想做一个简单的实验 - 驱动一个 LED 灯（假设此 LED 灯以 PB5 为输出驱动口），在对相应的 RCC 时钟等配置之外，最重要的是对相应的 GPIO 口的配置，首先我们查阅其寄存器的物理起始地址：
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可见 GPIO 外设通过 APB2 总线进行地址定位与传输数据的，所以我们要控制 PB5 的话首先需要定位到对应的地址：
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```c
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#define PERIPH_BASE ((uint32_t)0x40000000) //外设基址
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#define APB1PERIPH_BASE PERIPH_BASE
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#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000) //APB2 基址
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#define AHBPERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x20000)
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#define AFIO_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0000)
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#define EXTI_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0400)
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#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)
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#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)//GPIOB 基址，计算可得 0x40010C00
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#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)
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#define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)
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#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)
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#define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)
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#define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)
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//APB2 还有相关定时器的基址，这里就不再展示
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#define GPIOB ((GPIO_TypeDef *) GPIOB_BASE)
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```
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根据如上提供的 CRL、ODR 寄存器的功能映射，要使得 PB5 推挽输出且初始电平输出为高，则需要：
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```c
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void LED_Init(void)
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{
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RCC->APB2ENR|=1<<3; //GPIOB 的时钟使能，只有使能对应的时钟后 GPIO 才能正常工作
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GPIOB->CRL&=0XFF0FFFFF; //由图可知，CRL 的第 20-23 位控制 5 口，此举是对第 20-23 位清零
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GPIOB->CRL|=0X00300000; //此举是对第 20-23 位赋值 0011，根据寄存器功能可知此代表 50Mhz 推挽输出
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GPIOB->ODR|=1<<5; //设置 ODR 第 5 位为 1，输出高电平
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}
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```
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其中 GPIOB 的结构体如下所示：
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```c
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typedef struct
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{
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__IO uint32_t CRL;
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__IO uint32_t CRH;
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__IO uint32_t IDR;
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__IO uint32_t ODR;
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__IO uint32_t BSRR;
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__IO uint32_t BRR;
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__IO uint32_t LCKR;
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} GPIO_TypeDef;
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```
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所以由以上提到的例子而言，C 语言可以从如下三方面进行与寄存器之间的控制：
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1. 寄存器的地址可以使用**指针变量**来访问。
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2. C 语言中的**结构体可以用于表示寄存器映射**。
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3. C 语言中的**位域可以用于表示寄存器中的位**。
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而且 C 语言中的内联汇编可以用于直接访问寄存器。在某些情况下，如果我们需要直接访问寄存器来完成复杂的硬件控制操作，则可以使用汇编语言指令来直接访问寄存器，从而实现复杂的硬件控制操作。常见的如，堆栈大小的设置等。
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```asm
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Stack_Size EQU 0x00000400
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AREA STACK, NOINIT, READWRITE, ALIGN=3
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Stack_Mem SPACE Stack_Size
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__initial_sp
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```
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