从 51 到 ARM, 这路怎么走?

原帖: http://www.amobbs.com/thread-5462507-1-1.html

说的不错, 尤其是 23 楼的那哥们, 嘿嘿......抓住, 记录下来, 分享.

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很多人说：有 51 基础的人很容易入门 ARM。我想说，坑爹啊，我就是 51 走过来的，看 ARM 几个月了，一点进展都没有，也不太知道从何入手，下面说下我的问题吧，我想也有很多人跟我一样遇上这些问题，所以希望大家仔细看看，并回复我一下，指条明道。51 都是有地址映射的（即 SFR，特殊功能寄存器），在头文件 reg52.h 里面，不知道ARM有没有，且不知道如何调用。以 STM32 为例，官方有提供个固件库，也就是好几个文件夹和几十个文件，里面有会汇编写的，也有用 C 写的，貌似也有地址映射，貌似里面的地址映射语句不是像 51 里面用 sfr 来表示的，貌似是用 #define 来定义的，这边搞糊涂了。固件库中还包含了很多打包好的程序，比如说各种传输协议要用到的程序。但我的思维还停留在 51，并且我不知道停留在51的这种思维是否是正确的：那就是，完全自己编码，除了 sfr 定义，包括很多包装好的函数，自己写出来才算学会。这种思维，不知道在 ARM 学习上是否同等适用，难道学 ARM 时上了个层次，就直接在别人打包好程序的基础上做产品了吗？必须强调，在上位机，PC 软件方面，是得调用操作系统的很多函数、库，这个没办法，因为强大的 PC 界面及功能，如果底层驱动什么的都自己写的话会累死，而且不一定有成效。但 ARM 不同，不同在他比 PC 低一层次，但同时又高 51 一个层次，所以我纠结了。并且我现在不知何从入手，就算是将固件库搞明白也得花不少时间。但我觉得，如果让ARM点亮一个小 LED，应该用不上那么多固件库或函数，只要能点亮个 LED 就行，这么低的要求，应该是用到很少的语句及配置程序，但网上所有的教程基本上首先就教你：如何调用所有的官方库。这无疑让初学者陷入泥潭，晕。说得很乱，初学者就这样，我现在回头看看我之前学 51 时问的问题，也觉得那些问题很没逻辑。但请理解，如果有什么问得无厘头的地方，多多包含！
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上面是楼主的问题: 

下面 ABC 是 Etual 的回复:

A. 楼主，不要急，任何东西都是有一个学习的过程的。
从本质上看，STM32 只是功能强一点的单片机，所以跟 51 没啥很大的区别，特别是开发环境都是 Keil ，可以说大部分都差不多。
而 ST 提供的库本身的目的就是要你快速的能访问底层硬件，而不用关心太多。你只需要学会怎么调用库函数就完成了对硬件的操作，很方便。上面也有人说了，你的 C 语言不熟悉，连库代码都看不懂，这就没啥好说的了。

B. 本来只是路过，写详细一点。我看楼主浮躁得不得了。现在什么都不要做了，先去看几遍《不要做浮躁的嵌入式工程师》这篇文章，想清楚了，再动手吧。

我做了个实例，不用 ST 的库来点 LED，解答你的问题
我的 KeilMDK 3.5
我的 STM32 板子奋斗版是 ，IC 是 STM32F103VET6
调试工具 JLINK V8
LED 接在 PB5 ，高电平点亮

既然楼主说一定懂 C 语言了，那么对于下面我的问题，不查百度，完全靠自己，懂多少？然后查了百度之后又能懂多少？
（一）新建 keil 工程，IC选择 ST 公司的 STM32F103VE，keil提示是否copy 启动文件，选择是。
这里有问题问楼主，
你有没有读过这个启动头文件？ 51 也是同样的启动文件，51 的那个启动文件有没有读过？你知道头文件里面做了什么吗？ C 语言真的从 main 函数开始吗？运行时库是什么？这些资料从什么地方知道？keil 编译器的行为？(如果你说头文件是汇编的，没有必要看，那我当我没说).  

例如启动文件里面有下面这么一句: 

Reset_Handler   PROC                EXPORT  Reset_Handler            [WEAK]                IMPORT  __main                LDR     R0, =__main                BX      R0

我的问题是 __main 这个标号在哪里实现的，注意，这里肯定不是 main 函数这里跳到哪里去了？还有个问题 [WEAK] 这里是什么意思？有什么用？？？？

（二）新建一个 main.c 并且写一个 main函数，什么都不做，这和 51 一样了。

void main(void){    while (1)    {        //code    }}

然后因为我需要调试，则设置jlink调试器，在项目属性里面 Debug 标签，Use J-LINK/J-TRACE ，然后到 
utilities 标签，同样选择 J-LINK /J-TRACK ，并且选择 Setting 按钮，里面的 Programming Algorithm 
还是空的，表示 keil 不知道目标是什么，我添加一个 STM32F10X High-density Flash ，问题，为什么是 
High-desity ？依据是什么？？？
全部确认返回。

这个时候已经可以编译，开发板上电，已经可以下载仿真的，虽然程序什么都没有写

（三）既然硬件，仿真器，调试都准备好了，接着就开始写程序了。

我一直推荐新手花钱买学习板和仿真器，因为可以排除硬件的问题，让初学者集中精力去写程序，而不用怀疑
硬件有问题，这点很重要。

这阶段主要是看书，了解这个 IC  的架构，了解指令集，了解寄存器（别跟我说你找不到这些资料？ .....）
Cortex-M3权威指南CnR2（电子书）.pdf 
STM3210x参考手册.pdf
学习板原理图
博客，论坛等多个帖子，务必要对整个IC有个初步的了解。这个过程有点痛苦，但是值得花这个时间。

（四）开始写 LED
既然我们要操作 IO 口，当然就要看 IO 口相关的知识。打开 STM3210x参考手册.pdf ，我的目的只是操作 GPIO 
所以我只需要将第五章看完就 OK 了。章节比较多，懒得看，根据一般的经验（楼主，你缺经验了吧？），不说多
就 AVR 和 PIC 而已。操作 IO 一般是两个步骤，第一，操作 IO 控制寄存器，设置 IO 为输出，第二就是送数据。

那么很明显，只可能是 GPIOx_CRL  GPIOx_CRH ， GPIOx_ODR 三个寄存器会有想要
仔细阅读这几个寄存器的介绍后知道，GPIOx_CRL 是控制 PIN 0-7 的属性的，GPIOx_CRH 控制PIN 8-15，ODR寄存器
当然就是输出数据了，将数据送到这里就行了。

然后，这几个寄存器的地址是多少？首先看 stm32f103ve.pdf 这个是官方的 datasheet、，看第四章， Mmeory Mapping
为什么看这章？会英文都能猜到吧？，看 PORTB 的地址是 0x40010C00 - 0x40010FFF ，这个就是基地址了。基地址
加上偏移量就能找到具体的寄存器。 

例如我需要操作 GPIOB_CRL 的偏移为 00H ，（看STM3210x参考手册.pdf） ODR 寄存器的偏移为 0CH 
那么很自然得出

GPIOB_CRL  = 0x40010C00GPIOB_ODR  = 0x40010C0C

怎么验证我的结论正确？先看 keil 给的头文件 \Keil\ARM\INC\ST\STM32F10x\stm32f10x_map.h

#define PERIPH_BASE           ((u32)0x40000000)#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)

这样怎么算都能算出 0x40010C00 出来吧？？ODR 寄存器同理

为了点亮 LED ，我需要将 PB5 （也就是 GPIOB5）设置为输出，并且ODR相应的位写入 1 ，看资料得出 MODE5 是
bit 20 21 控制的，CNF5 是 bit 22,23
MODE5 应该设置 10（0x2) 选择 2MHZ 输出，CNF5 选择 00（0x0），通用推挽模式，于是将这个值写入

(*volatile unsigned long)0x40010C00 = (2<<20) | (0<<22);  // 为简单起见，不管其他位了

楼主你是否能看懂这句C语言？？volatile 什么意思什么用？指针的本质是什么？为什么能这样用？2<<20 是什么
意思，为什么能这样用？楼主我真的不是为难你，嵌入式都这么写的，ST 的头文件也是这么定义.
同理，设置 ODR 寄存器

*(volatile unsigned long *)0x40010C0C = 1<<5;*(volatile unsigned long *)0x40010C0C = 0;

STM32 没有 SFR ，没有 bit，没有 sbit 的概念的了。是不是就不如 51 了？

下载运行，还不行，因为 GPIOB 的 CLK 没有使能，这时其实 GPIOB 是不能工作的，这是 STM32 特殊的地方，上电
默认外设的时钟都是关的，初学者没有注意这里，是可以原谅的，多看看书，多实践，多问问就是了。

找到问题的原因，则再 RCC_APB2ENR 设置，其中 BIT 3 就是 IOPBEN 是时钟使能位，同上，先找到 RCC_APB2ENR
的地址 

#define PERIPH_BASE           ((u32)0x40000000)#define AHBPERIPH_BASE        (PERIPH_BASE + 0x20000)#define RCC_BASE              (AHBPERIPH_BASE + 0x1000)

RCC_APB2ENR 的偏移是 18H ，所以最终得到地址为 0x40021018，操作方法同上:

*(volatile unsigned long *)0x40021018 |= 1<<3;

最终的点LED的程序就完成了。

void main(void){    *(volatile unsigned long *)0x40021018 |= 1<<3;    *(volatile unsigned long *)0x40010C00  = (2<<20) | (0<<22);     *(volatile unsigned long *)0x40010C0C  = 1<<5;    while (1)    {    }}

如果将寄存器做一个定义，则程序变成如下

#define RCC_APB2ENR *(volatile unsigned long *)0x40021018#define GPIOB_CRL   *(volatile unsigned long *)0x40010C00#define GPIOB_ODR   *(volatile unsigned long *)0x40010C0Cvoid main(void){    RCC_APB2ENR |= 1<<3;    GPIOB_CRL    = (2<<20) | (0<<22);     GPIOB_ODR    = 1<<5;    while (1)    {        ;     }}

RCC_APB2ENR  RCC 是时钟寄存器 ， APB2 是外设 2 ，ENR ，可以理解为 enable
GPIOB_CRL  GPIO B control 控制寄存器
GPIOB_ODR  GPIO(general purpose input output) B output data register 输出数据寄存器

都是有意义的名字，哪里难记了？？而且名字都来自 ST 的官方 datasheet、这个程序跟你用 51 写的程序我还真的
没看出差别有很大 .....

加入刚才的 GPIOB 寄存器，看看 ST 的官方库是怎么定义的，
\Libraries\CMSIS\CM3\DeviceSupport\ST\STM32F10x\stm32f10x.h
用 UltraEdit 打开，搜索 GPIOB

#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000)#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)#define GPIOB_BASE            (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)

没错，和keil 里面是一模一样的。

typedef struct{  __IO uint32_t CRL;  __IO uint32_t CRH;  __IO uint32_t IDR;  __IO uint32_t ODR;  __IO uint32_t BSRR;  __IO uint32_t BRR;  __IO uint32_t LCKR;} GPIO_TypeDef;

其中 __IO  的定义在 \Libraries\CMSIS\CM3\CoreSupport\core_cm3.h 为什么我知道在这个文件里面，因为我会
用 source insight ...

#define     __IO    volatile 

__IO uint32_t CRL 其实就是 volatile uint32_t CRL

为什么用结构体？因为结构体的成员的地址分配（RAM中）是连续(不知道楼主是否懂得，这还是C语言的问题)，
而 STM32 的一个模块的功能寄存器都是连续的，每个寄存器都是相当于基地址加偏移，跟上面的理论一致

于是就有了结构体指针的用法 
跟踪库函数的源代码，例如 GPIO 的 初始化函数

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct)

以结构体指针的形式传递 IO 口 GPIO_TypeDef* GPIOx
访问 CRL 寄存器则用成员的形式 GPIOx->CRL;
不需要担心这样做的效率，因为都是地址，也就是指针，最终的效率是直接寄存器操作，效率是非常高的。

看不懂库函数，归根究底就是 C 语言功底不行。不要以为写过几行 51 就懂 C 语言了，远的很呢。

还有，STM 的库下载的时候包含了很多很多例子，库函数怎么使用在例子里面有很详细的介绍，不用写几行代码，
都是复制例子做实验，也很很容易的。

总结楼主的几个问题
1，ARM 没有 SFR，也不需要，SFR 是 51 的关键字，没有理由 51 有 ARM 就要有。例如 ACC，ARM 就没有，但是有 
R0-R15 ，这些就是架构（architecture 的区别了）
2，STM32 的寄存器在官方头文件上面已经全部有定义了，上面已经阐述了。（你看不懂不代表没有吧？）
3，不带库函数的 LED 程序已经实现了。

想进步唯一的办法是多看书，多看代码，多写，多思考，少说话，楼主太浮躁了，反省一下吧。

C. 额，昨天情绪有点问题，帖子里如果语气重了的，也敬请见谅  
帖子本身是意义不是很大，只是你反问了我能不能用裸机实现 LED，于是我给出了一个实例而已
我只是想初学者不要太过浮躁而已，有则改之，无则加冕~ 
我建议先学用库，然后读懂库代码怎么实现的，最后尝试不用库自己裸机写程序。
但是做项目的话还是用库比较好，快速敏捷稳定。
另外，说了那么多还是想说明我之前说过的，STM32 和 51 没啥本质上的区别，只是一个加强型的单片机。
学习应该抓住本质，学的是单片机，而不是 51 或者 ARM