SAM4E單片機之旅——1、LED閃爍之空循環(huán)

　　最近因為導師要寫(xiě)一本關(guān)于SAME4單片機的書(shū)籍，而我也作為一個(gè)嵌入式的初學(xué)者看了這本書(shū)?，F在也讓我寫(xiě)寫(xiě)幾個(gè)小的程序，做做示例。既然寫(xiě)了文檔之類(lèi)的，就發(fā)到博客上來(lái)吧。

　　目前關(guān)于這芯片能參考的書(shū)籍大概就只有英文手冊了。用的板子是SAM4E16E。IDE用的是Atmel Studio。既然是學(xué)習單片機，就沒(méi)有使用asf框架，而是直接采用訪(fǎng)問(wèn)寄存器的方法了。

　　第一個(gè)程序就是控制板子上一個(gè)LED燈的閃爍了。

　　一、電路

　　通過(guò)查看電路圖，可以發(fā)現有一個(gè)藍色的LED燈連接在PA0引腳上。我們可以通過(guò)改變PA0輸出的電平實(shí)現LED燈的閃爍。

　　二、寄存器的訪(fǎng)問(wèn)和CMSIS

　　對單片機的操作需要通過(guò)對相關(guān)寄存器的訪(fǎng)問(wèn)來(lái)實(shí)現。比如，為調節PA0引腳上的電平，首先我們需要允許PIOA控制PA0引腳。通過(guò)查看寄存器說(shuō)明可知，這只要向相應的PIO使能寄存器(PIO_PER)寫(xiě)入0x01就可以了。同時(shí)，也可以查到PIOA的PIO_PER被映射到地址0x400E0E00上了。所以通過(guò)如下代碼就可以達到目的：

　　/* 假設 unsigned int長(cháng)度為32位 */

　　unsigned int* PIOA_PER_p = (unsigned int*)0x400E0E00u;

　　(*PIOA_PER_p) = 0x01;

　　這樣做非常繁瑣，而且我們也不能保證unsigned int總是32位長(cháng)。 而且當我們換一塊開(kāi)發(fā)板的時(shí)候，外設的寄存器地址可能會(huì )不同，導致移植起來(lái)十分困難。

　　所以CMSIS出現了。

　　ARM® Cortex™ 微控制器軟件接口標準 (CMSIS) 是 Cortex-M 處理器系列的與供應商無(wú)關(guān)的硬件抽象層。CMSIS 可實(shí)現與處理器和外設之間的一致且簡(jiǎn)單的軟件接口，從而簡(jiǎn)化軟件的重用，縮短微控制器開(kāi)發(fā)人員新手的學(xué)習過(guò)程，并縮短新設備的上市時(shí)間。

　　軟件的創(chuàng )建是嵌入式產(chǎn)品行業(yè)的一個(gè)主要成本因素。通過(guò)跨所有 Cortex-M 芯片供應商產(chǎn)品將軟件接口標準化(尤其是在創(chuàng )建新項目或將現有軟件遷移到新設備時(shí))，可以大大降低成本。

　　《CMSIS到底是什么》介紹了大概介紹了CMSIS。在這里，我們可以使用它提供的微控制器專(zhuān)用頭文件(我們這使用的就是sam.h了)，這里提供里外設寄存器的定義，中斷號碼等：

　　#include

　　PIOA->PIO_PER = (uint32_t)0x01;

　　我們在以后的程序代碼中也將使用CMSIS。

　　三、實(shí)現思路

　　PIO的引腳是復用的，但在這里我們直接使用PIO控制器控制引腳的電平就可以了?？梢酝ㄟ^(guò)向PIO_SODR、PIO_CODR寫(xiě)入特定的值來(lái)直接控制引腳的電平。

　　然后，通過(guò)讓程序執行一個(gè)次數較長(cháng)的空循環(huán)就可以實(shí)現延時(shí)功能。

　　四、代碼

　　實(shí)現較為簡(jiǎn)單，直接看代碼就可以了(需要運行Debug模式下產(chǎn)生的代碼)：

　　#include

　　int main(void)

　　{

　　/* PIO控制器直接控制PA0引腳 */

　　PIOA->PIO_PER = (uint32_t)0x01;

　　/* PA0輸出使能 */

　　PIOA->PIO_OER = (uint32_t)0x01;

　　/* PA0輸出寫(xiě)使能 */

　　PIOA->PIO_OWER = (uint32_t)0x01;

　　while (1) {

　　/* 設置PA0引腳為高電平，燈滅 */

　　PIOA->PIO_SODR = (uint32_t)0x01;

　　/* 延遲 */

　　for (int i=0; i<1024*1024*2; ++i)

　　;

　　/* 設置PA0引腳為高電平，燈亮 */

　　PIOA->PIO_CODR = (uint32_t)0x01;

　　for (int i=0; i<1024*1024*2; ++i)

　　;

　　}

　　return 0;

　　}

　　五、編譯器優(yōu)化的副作用

　　上面的示例代碼中，通過(guò)空循環(huán)實(shí)現延遲的語(yǔ)句出現了兩次。很自然的會(huì )想到要將這些語(yǔ)句提出成一個(gè)函數，甚至可以使用一個(gè)參數來(lái)大致控制延遲時(shí)間的長(cháng)短：

　　void Delay(int num)

　　{

　　for (int i = 0; i < 1024 * 1024 * num; ++i );

　　}

　　然后試著(zhù)通過(guò)這個(gè)函數來(lái)進(jìn)行延遲。很遺憾，再運行程序時(shí)我們發(fā)現LED會(huì )一直亮著(zhù)，而不會(huì )閃爍。即使是在Debug模式下，編譯器也把這個(gè)函數調用給優(yōu)化掉。類(lèi)似的情況也會(huì )出現不少，這給我們對程序的調試造成一定的不便。 原因是Atmel Studio默認的Debug配置中，使用了O1級別的優(yōu)化，可以在項目屬性中關(guān)閉它。

　　我們試著(zhù)使用宏來(lái)實(shí)現這個(gè)“函數”：

　　#define Delay(num) 

　　do{ 

　　for (int i = 0; i < 1024 * 1024 * (num); ++i ); 

　　}while(0)

　　再運行一下，很好，LED又開(kāi)始閃爍了。

　　程序發(fā)布的時(shí)候，我們一般會(huì )使用Release模式生成代碼。Atmel Studio使用的gcc編譯器果然“不負眾望”，把這個(gè)空循環(huán)語(yǔ)句直接優(yōu)化掉了。

　　我們可以使用如下語(yǔ)句阻止編譯器的優(yōu)化：

　　for (int i = 0; i < 1024 * 1024 * num; ++i )

　　asm ("");

　　或者使用volatile關(guān)鍵字：

　　for (volatile int i = 0; i < 1024 * 1024 * num; ++i ) ;