SAM4E單片機之旅——1、LED閃爍之空循環

　　最近因為導師要寫一本關于SAME4單片機的書籍，而我也作為一個嵌入式的初學者看了這本書。現在也讓我寫寫幾個小的程序，做做示例。既然寫了文檔之類的，就發到博客上來吧。

　　目前關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。既然是學習單片機，就沒有使用asf框架，而是直接采用訪問寄存器的方法了。

　　第一個程序就是控制板子上一個LED燈的閃爍了。

　　一、電路

　　通過查看電路圖，可以發現有一個藍色的LED燈連接在PA0引腳上。我們可以通過改變PA0輸出的電平實現LED燈的閃爍。

　　二、寄存器的訪問和CMSIS

　　對單片機的操作需要通過對相關寄存器的訪問來實現。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。通過查看寄存器說明可知，這只要向相應的PIO使能寄存器(PIO_PER)寫入0x01就可以了。同時，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到目的：

　　/* 假設 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。 而且當我們換一塊開發板的時候，外設的寄存器地址可能會不同，導致移植起來十分困難。

　　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關的硬件抽象層。CMSIS 可實現與處理器和外設之間的一致且簡單的軟件接口，從而簡化軟件的重用，縮短微控制器開發人員新手的學習過程，并縮短新設備的上市時間。

　　軟件的創建是嵌入式產品行業的一個主要成本因素。通過跨所有 Cortex-M 芯片供應商產品將軟件接口標準化(尤其是在創建新項目或將現有軟件遷移到新設備時)，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。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，通過讓程序執行一個次數較長的空循環就可以實現延時功能。

　　四、代碼

　　實現較為簡單，直接看代碼就可以了(需要運行Debug模式下產生的代碼)：

　　#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、編譯器優化的副作用

　　上面的示例代碼中，通過空循環實現延遲的語句出現了兩次。很自然的會想到要將這些語句提出成一個函數，甚至可以使用一個參數來大致控制延遲時間的長短：

　　void Delay(int num)

　　{

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

　　}

　　然后試著通過這個函數來進行延遲。很遺憾，再運行程序時我們發現LED會一直亮著，而不會閃爍。即使是在Debug模式下，編譯器也把這個函數調用給優化掉。類似的情況也會出現不少，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級別的優化，可以在項目屬性中關閉它。

　　我們試著使用宏來實現這個“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又開始閃爍了。

　　程序發布的時候，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“不負眾望”，把這個空循環語句直接優化掉了。

　　我們可以使用如下語句阻止編譯器的優化：

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

　　asm ("");

　　或者使用volatile關鍵字：

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