原创 【TI博客大赛】TMS320F28x源码解读一

1.2 外设位域结构体方法综述

DSP281x 头文件和外设示例使用位域结构体方法，映射和访问基于F28x 外设寄存器。本节将介绍这种方法，并把它和传统的#define 方法加以比较。

1.2.1 传统#define 方法

C代码访问寄存器的传统方法是使用#define宏为每一个寄存器分配一个地址。例如：

1. //*****************************************************************************
2. //传统的头文件
3. //*****************************************************************************
4. //存储器映像地址寄存器
5. #define CPUTIMER0_TIM (volatile unsigned long *)0x0C00
6. //0xC00定时器0 计数器低位
7. //0xC01定时器0 计数器高位
8. #define CPUTIMER0_PRD (volatile unsigned long *)0x0C02
9. //0xC02定时器0 周期寄存器低位
10. //0xC03定时器0 周期寄存器高位
11. #define CPUTIMER0_TCR (volatile unsigned int *)0x0C04
12. //0xC04定时器0 控制寄存器
13. //0xC05保留
14. #define CPUTIMER0_TPR (volatile unsigned int *)0x0C06
15. //0xC06定时器0 预定标寄存器低位
16. #define CPUTIMER0_TPRH (volatile unsigned int *)0x0C07
17. //0xC07定时器0 预定标寄存器高位

同样的#define 方法将在每个外设寄存器上不断重复。甚至对于诸如SCI-A 和SCI-B这样完全相同的外设，每个寄存器都必须被一一分配地址。传统#define 方法有以下显著弊端：

（1）不容易访问寄存器中的位域部分；

（2）不容易在CCS 观察窗内显示位域的值；

（3）不能利用CCS 的自动完成功能；

（4）对于重复的外设，头文件开发者不能获得重复使用的便利。

1.2.2 位域及结构体方法

位域及结构体方法采用C 代码结构体方式，将属于某个指定外设的所有寄存器组成一个集合。通过链接器，每个C 代码结构体就是外设寄存器的内存映射。这一映射允许编译器通过使用CPU 数据页指针（DP）直接访问外设寄存器。另外，多数寄存器都定义了位域，从而使编译器能读取或者操作某个寄存器中的单个位域。

1）外设寄存器结构体

在1.2.1节中，我们使用传统#define方法定义了CPU定时器0寄存器（CPU -Timer0）。本节改为采用C 代码结构体方法将CPU 定时器的寄存器集合在一起，定义同一个CPU定时器0 寄存器。通过使用链接器，将结构体映射到内存CPU-Timer0 寄存器上。

以下代码示例是一个与DSP281x CPU 定时器外设对应的C 代码结构体类型：

1. //*****************************************************************************
2. //采用结构体形式的CPU 定时器头文件
3. //*****************************************************************************
4. struct CPUTIMER_REGS //仅仅定义了一个结构体类型CPUTIMER_REGS，还没有
5. //定义变量
6. { Uint32 TIM; //定时器计数寄存器
7. Uint32 PRD; //定时器周期寄存器
8. Uint16 TCR; //定时器控制寄存器
9. Uint16 rsvd1; //保留
10. Uint16 TPR; //定时器预定标寄存器低位
11. Uint16 TPRH; //定时器预定标寄存器高位
12. };

该结构体类型由6 个成员组成，前后顺序与它们在内存中的顺序相同。“CPUTIMER_ REGS”代表了一个结构体类型。即它和系统已经定义的标准类型（如int，char 等）一样可以用来作为定义变量的类型。

注意以下几点：

（1）寄存器名出现的顺序必须与它们在内存中被安排的顺序相同；

（2）在结构体中，通过使用保留变量（rsvd1，rsvd2 等）来预留内存中的保留位置。这种保留结构仅仅用以预留内存中的空间；

（3）Uint16 和Uint32 分别是无符号16 位或者32 位数的类型定义，在DSP281x 中，则用来定义无符号整型和无符号长整型。这样使用起来就方便一些。相应的类型定义声明由DSP281x_Device.h 文件建立。

2）声明可访问寄存器的变量

寄存器结构体类型可被用于声明一个可访问寄存器的变量，对器件的每个外设都采用这一相同的做法，同一种外设的复用外设可以采用同样的结构体类型定义。例如，如果一个器件上有3 个CPU-Timers，可以创建如下所示的3 个具有“struct CPUTIMER_REGS”结构体类型的变量。

1. //*****************************************************************************
2. //采用结构体形式的CPU 定时器头文件
3. //*****************************************************************************
4. volatile struct CPUTIMER_REGS CpuTimer0Regs; //定义CpuTimer0Regs 是
5. //一个具有CPUTIMER_REGS
6. //类型的变量，下同
7. volatile struct CPUTIMER_REGS CpuTimer1Regs;
8. volatile struct CPUTIMER_REGS CpuTimer2Regs;

这里，关键字volatile 在变量声明中十分重要。它告诉编译器，这些变量的内容可由硬件改变，并且编译器无须优化使用volatile 变量的代码。

注意：定义结构体类型变量都需要关键字struct。变量CpuTimer0Regs，CpuTimer1-Regs，CpuTimer2Regs 都是具有CPUTIMER_REGS 结构体类型的结构体变量。这里把CPUTIMER_REGS 看做是CPU 定时器的同一种外设，而把CpuTimer0Regs，CpuTimer1-Regs，CpuTimer2Regs 看做是同一外设的3 次复用。每一次复用均包含前一个代码框定义的那些专用寄存器变量。这种定义方式与F28x 外设寄存器的分配相对应。

SPRC097 1.00 版本用头文件方式为F28x 的所有外设提供了一个完整的位域结构体体系。对接触C 语言时间不长的读者，花点时间把它弄懂是非常必要的。

单有上面两个定义是不够的，还必须为3 个CPU 定时器分配数据区。分配给某个定时器在数据区的起始地址必须与系统定义的该定时器的内存地址一致。这可通过#pragmaDATA_SECTION 等指令完成。否则，编译器将其视为普通的结构体类型变量，统一分配数据区，导致对CPU 定时器不能有效地访问。

3）分配专用的数据区

在DSP281x_GlobalVariableDefs.c 文件中（该文件位于DSP281x_Headers\common\source 目录内），通过使用编译器的#pragma DATA_SECTION 指令，与外设寄存器结构体类型相对应的每一个变量都将被分配一个专用的数据区。在下面所示的代码中，变量CpuTimer0Regs 被分配到CpuTimer0RegsFile 的数据区。

1. //*****************************************************************************
2. //DSP281x_headers\source\DSP281x_GlobalVariableDefs.c
3. //*****************************************************************************
4. //采用#pragma 编译器声明，将CpuTimer0Regs 变量分配到CpuTimer0RegsFile 数据
5. //区。C 或C++采用不同的#pragma 声明方式。当对一个C++程序进行编译时，编译器自
6. //动定义__cplusplus。
7. #ifdef __cplusplus //用于 C++代码
8. #pragma DATA_SECTION("CpuTimer0RegsFile");
9. #else //用于C 代码
10. #pragma DATA_SECTION(CpuTimer0Regs,"CpuTimer0RegsFile");
11. #endif
12. Volatile structCPUTIMER_REGS CpuTimer0Regs; //定义CpuTimer0Regs 是一
13. //个具有CPUTIMER_REGS 类
14. //型的变量
15. //#ifdef、#else 及#endif 为预处理器条件编译指令。其中#ifdef 和#else 格式类似
16. //C 中的if 和else。主要差异为预处理器不能识别标记代码块的大括号"{}"，因此使用
17. //#else（如果需要）和#end if（必须存在）来标记指令块。上面指令的含义为：如果采
18. //用的是C++，则执行语句#pragma DATA_SECTION("CpuTimer0RegsFile");
19. //倘若采用的是C，则执行语句#pragma DATA_SECTION(CpuTimer0Regs,
20. //"CpuTimer0RegsFile");

对器件的每个外设寄存器结构体变量，都会重复这一数据区分配操作。

4）映射到外设寄存器

当每个结构体都分配到自身的数据区之后，通过使用链接命令文件DSP281x_Headers_nonBIOS.cmd，每个数据区都将被直接映射到外设内存映射寄存器上，如以下代码所示：

1. //*****************************************************************************
2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_Headers_nonBIOS.cmd
3. //*****************************************************************************
4. MEMORY /* 定义存储区域。注意：cmd 文件不可以用“//”注释符 */
5. {
6. PAGE 1: /* PAGE 1 在cmd 文件中表示数据区 */
7. CPU_TIMER0 : origin = 0x000C00, length = 0x000008
8. /* 将起始地址为0x0C00，长度为8 个单元的内存区域 */
9. /* 定义为CPU 定时器0 寄存器存储区 */
10. }
11. SECTIONS /* 分配存储区域 */
12. {
13. CpuTimer0RegsFile : > CPU_TIMER0, PAGE = 1
14. /* 将 CpuTimer0RegsFile 段分配到CPU_TIMER0 区域 */
15. }

通过把变量直接映射到外设寄存器的同一内存地址，用户采用C 代码对寄存器进行访问，只需要通过访问变量中所需的成员即可进行。例如，要对CPU-Timer0TCR 寄存器进行写操作，只需访问CpuTimer0Regs 变量中的TCR 成员，如以下代码所示：

1. //*********************************************** ******************************
2. //用户源文件
3. //************************************************** ***************************
4. CpuTimer0Regs.TCR.all = TSS_MASK; //访问TCR 寄存器示例

1.2.3 添加位域结构体

1）增加位域定义

我们经常需要直接访问寄存器中的某个位域。C281x C/C++头文件及外设示例所涉及的位域结构体方法，为多数片上外设寄存器提供了位域定义。例如，可以为CPU 定时器（CPU-Timer）中的每个寄存器定义一个位域结构体类型。CPU 定时器（CPU-Timer）控制寄存器的位域定义如下所示：

1. //*****************************************************************************
2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件
3. //*****************************************************************************
4. struct TCR_BITS //定义一个TCR_BITS 结构体类型（不是变量）
5. { Uint16 rsvd1:4; //3:0 保留，从最低位开始，顺序取位到最高位。取低4 位
6. Uint16 TSS:1; //4 定时器开始/停止，取第5 位
7. Uint16 TRB:1; //5 定时器重装，取第6 位
8. Uint16 rsvd2:4; //9:6 保留，取第7 位到第10 位
9. Uint16 SOFT:1; //10 仿真模式，取第11 位
10. Uint16 FREE:1; //11 仿真模式，取第12 位
11. Uint16 rsvd3:2; //12:13 保留，取第13 位到第14 位
12. Uint16 TIE:1; //14 输出使能，取第15 位
13. Uint16 TIF:1; //15 中断标志，取第16 位
14. };

然后，通过共用体进行声明，以便访问位域结构体定义的各个成员或者16 位或32位寄存器的值。例如，定时器的控制寄存器共用体如下所示：

1. //*****************************************************************************
2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件
3. //*****************************************************************************
4. union TCR_REG //定义共用体类型TCR_REG（不是变量）
5. { Uint16 all;
6. struct TCR_BITS bit; //bit 是一个具有TCR_BITS 结构体类型的变量
7. };
8. //all 和bit 是共用体的两个成员，它们都是16 位结构，占用内存的同一单元

一旦每个寄存器的位域结构体类型和共用体的定义都建立起来了，则在CPU 定时器（CPU-Timer）的寄存器结构体类型中，各个成员可通过采用共用体定义的形式重写：

1. //*****************************************************************************
2. //DSP281x_headers\include\DSP281x_CpuTimers.h CPU 定时器头文件
3. //*****************************************************************************
4. struct CPUTIMER_REGS
5. { union TIM_GROUP TIM; //定时器计数寄存器，TIM 是一个具有 TIM_GROUP 共
6. //用体类型的变量
7. union PRD_GROUP PRD; //定时器周期寄存器
8. union TCR_REG TCR; //定时器控制寄存器
9. Uint16 rsvd1; //保留
10. union TPR_REG TPR; //定时器预定标寄存器低位
11. union TPRH_REG TPRH; //定时器预定标寄存器高位
12. };

现在，既可以通过C 代码以位域的方法访问CpuTimer 寄存器中的某位，也可以对整个寄存器进行访问：

1. //*****************************************************************************
2. //用户源文件
3. //*****************************************************************************
4. CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; //访问一个单独的位域的示例
5. CpuTimer0Regs.TCR.all = TSS_MASK; //访问整个寄存器的示例

采用位域结构体的方法具有以下优点：

（1）无须用户确定掩模值，就可对位域进行操作；

（2）可在CCS 观察窗中看到寄存器和位域的值；

（3）当使用CCS 时，编辑器会提供一张现有结构体/位域成员的列表以供选择。这一功能是CCS 自动完成的，它使编写代码变得更容易，而不必查阅寄存器和位域名文件。

掩模值是指位掩码（位屏蔽码），在下面的代码段中，常数TCR_MASK 是位掩码是用于置位或清除较大字段中的一个特殊位的常数值。

1. #define TCR_MASK 0x0010
2. …
3. CpuTimer0Regs.TCR.all = TCR_MASK;

2）使用位域时，“读—修改—写”的注意事项当对寄存器中的单个位域进行写操作时，硬件将执行一个读—修改—写的操作，即读出寄存器中的内容，修改单个位域的值及回写整个寄存器。上述操作在F28x 上的单个周期内完成。当发生回写操作时，寄存器内的其他位将被写入读出时所读到的同一个数值。有些寄存器没有采用共用体定义，是因为不推荐采用这种方式访问，也存在一些例外情况，包括：

（1）具有写1 清除位的寄存器，如事件管理标志寄存器；

（2）无论在什么时候访问寄存器，都必须用特殊方式对位进行写入操作的寄存器，如看门狗控制寄存器。

没有位域结构体和共用体定义的寄存器，不使用*.bit 或*.all 名称进行访问，例如：

1. //*****************************************************************************
2. //用户源文件
3. //*****************************************************************************
4. SysCtrlRegs.WDCR = 0x0068;

3）代码长度考量

采用位域定义访问寄存器，可使代码变得易读、易修改和易维护。当需要对寄存器中单独某位域进行访问或者查询时，使用这种方法也非常有效。然而，值得注意的是：当对一个寄存器进行一定数量的访问时，使用*.bit 位域定义形式进行访问将导致比使用*.all 形式对寄存器进行写操作需要更多的代码，例如：

1. //*****************************************************************************
2. //用户源文件
3. //*****************************************************************************
4. CpuTimer0Regs.TCR.bit.TSS = 1; //1 = 停止定时器
5. CpuTimer0Regs.TCR.bit.TRB = 1; //1 = 重装定时器
6. CpuTimer0Regs.TCR.bit.SOFT = 1; //当SOFT=1 且FREE=1 时，定时器自由运行
7. CpuTimer2Regs.TCR.bit.FREE = 1;
8. CpuTimer2Regs.TCR.bit.TIE = 1; //1 = 使能定时器中断

采用上述的方法，可以得到可读性非常强并且易于修改的代码。不足是代码有些长。如果用户更加关心代码的长度，可使用*.all 结构对寄存器进行一次性的写操作。

1. //*****************************************************************************
2. //用户源文件
3. //*****************************************************************************
4. CpuTimer0Regs.TCR.all = TCR_MASK; //TCR_MASK 可在文件头部用#define 定义