SAM4E單片機(jī)之旅——1、LED閃爍之空循環(huán)

　　最近因?yàn)閷?dǎo)師要寫一本關(guān)于SAME4單片機(jī)的書籍，而我也作為一個(gè)嵌入式的初學(xué)者看了這本書?，F(xiàn)在也讓我寫寫幾個(gè)小的程序，做做示例。既然寫了文檔之類的，就發(fā)到博客上來吧。

　　目前關(guān)于這芯片能參考的書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(xí)單片機(jī)，就沒有使用asf框架，而是直接采用訪問寄存器的方法了。

　　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

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

　　二、寄存器的訪問和CMSIS

　　對單片機(jī)的操作需要通過對相關(guān)寄存器的訪問來實(shí)現(xiàn)。比如，為調(diào)節(jié)PA0引腳上的電平，首先我們需要允許PIOA控制PA0引腳。通過查看寄存器說明可知，這只要向相應(yīng)的PIO使能寄存器(PIO_PER)寫入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。所以通過如下代碼就可以達(dá)到目的：

　　/* 假設(shè) unsigned int長度為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。 而且當(dāng)我們換一塊開發(fā)板的時(shí)候，外設(shè)的寄存器地址可能會不同，導(dǎo)致移植起來十分困難。

　　所以CMSIS出現(xiàn)了。

　　ARM® Cortex™ 微控制器軟件接口標(biāo)準(zhǔn) (CMSIS) 是 Cortex-M 處理器系列的與供應(yīng)商無關(guān)的硬件抽象層。CMSIS 可實(shí)現(xiàn)與處理器和外設(shè)之間的一致且簡單的軟件接口，從而簡化軟件的重用，縮短微控制器開發(fā)人員新手的學(xué)習(xí)過程，并縮短新設(shè)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。通過跨所有 Cortex-M 芯片供應(yīng)商產(chǎn)品將軟件接口標(biāo)準(zhǔn)化(尤其是在創(chuàng)建新項(xiàng)目或?qū)F(xiàn)有軟件遷移到新設(shè)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用頭文件(我們這使用的就是sam.h了)，這里提供里外設(shè)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(xiàn)思路

　　PIO的引腳是復(fù)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。可以通過向PIO_SODR、PIO_CODR寫入特定的值來直接控制引腳的電平。

　　然后，通過讓程序執(zhí)行一個(gè)次數(shù)較長的空循環(huán)就可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)功能。

　　四、代碼

　　實(shí)現(xiàn)較為簡單，直接看代碼就可以了(需要運(yùn)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輸出寫使能 */

　　PIOA->PIO_OWER = (uint32_t)0x01;

　　while (1) {

　　/* 設(shè)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(shè)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，通過空循環(huán)實(shí)現(xiàn)延遲的語句出現(xiàn)了兩次。很自然的會想到要將這些語句提出成一個(gè)函數(shù)，甚至可以使用一個(gè)參數(shù)來大致控制延遲時(shí)間的長短：

　　void Delay(int num)

　　{

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

　　}

　　然后試著通過這個(gè)函數(shù)來進(jìn)行延遲。很遺憾，再運(yùn)行程序時(shí)我們發(fā)現(xiàn)LED會一直亮著，而不會閃爍。即使是在Debug模式下，編譯器也把這個(gè)函數(shù)調(diào)用給優(yōu)化掉。類似的情況也會出現(xiàn)不少，這給我們對程序的調(diào)試造成一定的不便。 原因是Atmel Studio默認(rèn)的Debug配置中，使用了O1級別的優(yōu)化，可以在項(xiàng)目屬性中關(guān)閉它。

　　我們試著使用宏來實(shí)現(xiàn)這個(gè)“函數(shù)”：

　　#define Delay(num) 

　　do{ 

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

　　}while(0)

　　再運(yùn)行一下，很好，LED又開始閃爍了。

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

　　我們可以使用如下語句阻止編譯器的優(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 ) ;