谈一个IO口操作需要注意的问题

Pony279 · 发表于 2012-3-10 13:14:32

在学习STM32的GPIO的时候，看过参考手册，
印象中有个地方提到，在操作某几个IO引脚的时候使用BSRR和BRR寄存器会比直接操作ODR好，
（当然，原子哥提供的宏对于操作单个IO引脚也是非常方便的）

然后我就好奇，想了一下为什么，印象中还有中断这两个字眼，
我想应该是这样的：

比如：
我的PA0 - PA7 连着一个8位总线的IC，PA8 - PA15 又连着另一个IC，
然后，当我的程序需要向IC送数据u8 a的时候，我该怎么办？
对于PA0 - PA7，我的第一反应是这样子，
GPIOA->ODR = ((GPIOA->ODR & 0xff00) | (u16)a);
乍一看，代码很完美，写了PA0 - PA7，又不影响PA8 - PA15，呵呵，我最初确实是这么想的

再看看代码，代码右边有读ODR的操作，这个就是问题的关键所在，请看分析：
假设我的主函数需要向低8位写数据，用了刚才的代码，代码右边有读ODR的操作，
从读ODR到写ODR的过程中会有运算，一定会有时间差的，
如果在这个时间段内，发生了中断，中断向PA8 - PA15的外设送数据，也用了我刚才的那种方式，
这样，PA8 - PA15上的数据就改变了，
然后中段返回了，
想一想，这个时候，主函数刚才读到的ODR还会是当前ODR的值吗？
主函数的代码操作确实没有改变读到的 ODR 的值的高8位，但是之前读的ODR已经不是现在的ODR了！！！
然后主函数写了ODR，就相当于，中断刚刚写的高8位的值，又被主函数改回去了！！！
这样做会有什么后果？我也不知道，用老外的话说，it depends on how unlucky you are !

那么有没有更好的方案呢？
酝酿当中。。。如果网友有自己的想法，希望网友补充。

Pony279 · 发表于 2012-3-10 13:28:43

继续补充：
对于写BSRR和BRR的操作，就没有这个隐患，因为它不需要读ODR寄存器，一次性写入，无时间差，
比如说，如果我需要操作低8位写一个数据u8 a，注意对于a的数据类型是8位的才可以这样写，这个涉及到C语言的数据类型转换。
BSRR = ( (u16)a ) | (((u16)(~a)) << 8) ;

Pony279 · 发表于 2012-3-10 14:01:24

有时候需要考虑通用性的问题，所以我经常喜欢用宏或者内联函数的方式来实现这些寄存器操作，我说过，我的逻辑与或非等等计算一直不好。。。
对于几个连续的引脚和芯片外部的设备相连的时候，
#define WritePins(port, LSB, width, val) \
port->BSRR = ( ( (u16)val * LSB) & ( (((u16)LSB) <<width) - LSB ) ) | ( (u32) ( ( ( ( (u16)val * LSB) ^ ( (((u16)LSB) <<width) - LSB ) ) ) \
& ( ( (((u16)LSB) <<width) - LSB ) ) ) << 16 )

写得可能比较复杂，不太好懂,
比如向PA0 - PA7 写数据a可以这样做：
WritePins(GPIOA, Bit(0), 8, a);
(注：Bit宏的定义可以看这里http://www.openedv.com/posts/list/3134.htm)
其实是这样的，
右边的表达式中，左边黄色括号内得到的是要置1的几个IO位，
右边黄色括号内得到的是要清0的IO位，因为最后是要写到寄存器BSRR的，所以可以看到里面有左移16位的操作

关于这个宏的效率，我没测试，我这里只是提供一种方案而已，一般参数 LSB 和 width 都是常数，编译器可以自动优化，但是优化到什么程度？我也不清楚，测试了才知道。

Pony279 · 发表于 2012-3-10 14:32:52

楼上的代码的功能，通过内联的方式测试通过：
finline void WritePins(GPIO_TypeDef* port,u16 LSB,u16 width,u16 val)
{
port->BSRR = (( (u16)val * LSB) & ( (((u16)LSB) <<width) - LSB ) )
     | ( ((u32)( ( ( (val * LSB) ^ ( ((LSB) <<width) - LSB ) ) )
      & ( ( (( LSB) <<width) - LSB ) ) ))      << 16 ) ;
}

测试代码：
WritePins(GPIOA, Pin(0), 8, BByte(10010110));
WritePins(GPIOA, Pin(8), 8, BByte(10111010));

WritePins(GPIOB, Pin(3), 8, BByte(10100101));

正点原子 · 发表于 2012-3-10 18:46:00

有点复杂.
你说的问题确实存在,但是没必要这么做.
设置某个IO又不想影响其他IO,直接或就可以了,如果再去读出来,就有点脱裤子放屁了.

lixupeng · 发表于 2012-3-11 16:18:23

mark

Pony279 · 发表于 2012-3-11 16:22:01

回复【5楼】正点原子:
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"设置某个IO又不想影响其他IO,直接或就可以了"

不明白，为什么直接或就可以了？

Pony279 · 发表于 2012-3-11 17:07:12

GPIOA->ODR = ((GPIOA->ODR & 0xff00) | (u16)a);

其实可以近似看成

GPIOA->ODR &= 0xff00;
GPIOA->ODR |= a;

但是从反汇编的情况看来（其实我只认得STR(写store RAM)和LDR(读load RAM)指令。。。），是不一样的

这种只读了一次，也只写了一次，

而这种，读->写，然后又读，然后又写。有一个读应该是可以优化掉的(这个应该是官方把寄存器的类型定义成不可优化的了，，，所以编译器没做优化)
，但是编译器是不会把两个写给优化掉。

两种方式都有我在楼主位提到的问题，
因为第二种方式有两次写操作，而第一次写操作的结果并不是我想要的，并且和第二次写存在着一定的时间差，
结果就是会导致有窄脉冲的出现(软件仿真的结果也是这样的。)
，所以我没有采取第二种方式。

正点原子 · 发表于 2012-3-11 18:02:01

回复【7楼】Pony279:
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比如要设置PA7输出高。
我直接GPIOA->ODR|=1<<7;
就可以了，不用去读其他IO状态的。

Pony279 · 发表于 2012-3-11 18:07:33

回复【9楼】正点原子:
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但是GPIOA->ODR|=1<<7;
其实是
GPIOA->ODR = GPIOA->ODR | ( 1<<7) ;
呀，因为任何运算都还是得在通用寄存器里完成的啊

Pony279 · 发表于 2012-3-11 18:09:57

它们的汇编代码是一样的：

正点原子 · 发表于 2012-3-11 23:22:12

回复【10楼】Pony279:
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原来如此.呵呵.学习了.

lyepng · 发表于 2012-4-7 21:35:40

回复【11楼】Pony279:
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很欣赏楼主较真的精神，我还没有研究过32的汇编，但是似乎记得学51汇编是只有累加器中才可以进行逻辑运算。
我还看了楼主的别的贴感觉很有帮助，我本身也是一名大学生，现在大一，花在额外学东西做东西的精力比较大，比较感兴趣，但是对于基础理论也是尽力抓，至于在时间分配上不知楼主能否给点建议，不胜感激。

shihantu · 发表于 2012-4-7 22:20:39

这个要看CPU架构和编译器处理方式吧，处理器的外设一般不会设计成带运算功能，很多单片机的说明书都着重提到了“读-修改-写”，即“Read-Modify-Write”的具体操作，特别是一些允许被多个访问源修改的寄存器。

为了避免不可预料的操作，对这些寄存器都会有特别的说明。
比如对于原子操作位和中断，可以看stm32RM在8.1.2的描述。这个描述的另一个意思，就是如果对ODR进行位的原子操作，是需要禁止中断的。
另一个表现是一些含有多个标志位的寄存器，因为寄存器可以被硬件和CPU修改，为了避免不可预料的操作，一般设计成写“1”清除标志位，而不是写“0”清除标志位，因为可能在“读-修改-写”过程中有新的标志位写入寄存器。另一种设计是标志位的清除操作是使用各自的方式，比如STM32的串口某些标志位可以通过一些操作序列来清除，而不必直接操作标志位寄存器。

Pony279 · 发表于 2012-4-7 23:08:30

回复【13楼】lyepng:
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“很欣赏楼主较真的精神，我还没有研究过32的汇编，”
我对汇编并不熟，只是稍有了解，汇编不是必须掌握的，但是了解一点的话会对写程序有帮助。

“现在大一，花在额外学东西做东西的精力比较大，比较感兴趣，但是对于基础理论也是尽力抓，至于在时间分配上不知楼主能否给点建议，不胜感激。”
确实需要比较多精力的，我觉得，如果对自己的专业感兴趣的话，应该把主要的时间花在理论的学习上，
如果自己没有扎实的基础的话，感觉很多时候都只是在重复别人做过的工作
个人见解，我也只是大二的，呵呵，共勉啊~