🦒 💅🏼 💣 शुरू हो रही STM32: रजिस्टर क्या हैं? उनके साथ कैसे काम करना है? 👩🏼‍✈️ 🛳️ ✋🏾

बुनियादी मुद्दों पर लगातार विचार

पिछले पाठ में, हमने बिट संचालन और बाइनरी नंबर के साथ काम करने की जांच की, जिससे एक नए विषय पर विचार करने के लिए नींव रखी गई। इस पाठ में, हम एक और प्रश्न पर विचार करेंगे: क्या रजिस्टर हैं और उनके साथ कैसे काम करना है ?

लेखों की सूची:

मेमोरी और रजिस्टर

माइक्रोकंट्रोलर के साथ काम करते समय आवश्यक सबसे महत्वपूर्ण कौशल रजिस्टरों के साथ बातचीत करने की क्षमता है। आइए अपने बारे में जानें कि यह क्या है ?

सामान्य तौर पर, एक रजिस्टर एक विशेष प्रकार की मेमोरी है जो एक माइक्रोकंट्रोलर के अंदर होती है जिसका उपयोग प्रोसेसर और बाह्य उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। एआरएम आर्किटेक्चर में प्रत्येक रजिस्टर एक मेमोरी सेल है और इसकी लंबाई 32 बिट्स है, जहां प्रत्येक बिट को एक छोटे स्विच के रूप में दर्शाया जा सकता है जिसकी मदद से माइक्रोकंट्रोलर के एक या दूसरे पैरामीटर को नियंत्रित किया जाता है।

रजिस्टरों में से प्रत्येक का अपना सीरियल नंबर - पता है। रजिस्टर पता हेक्साडेसिमल नोटेशन में दर्शाए गए 32-बिट नंबर द्वारा इंगित किया गया है। रजिस्टर पते पर लिखकर लोगों और शून्य का एक निश्चित संयोजन, जो आमतौर पर हेक्साडेसिमल में प्रस्तुत किया जाता है, एमके में एक या दूसरे नोड के कॉन्फ़िगरेशन और नियंत्रण का प्रदर्शन किया जाता है। याद रखें कि बिट संचालन के साथ काम करने के लिए एक कार्यक्रम में, हम हेक्साडेसिमल संख्या के रूप में लोगों और शून्य के एक मनमाना सेट का प्रतिनिधित्व कर सकते हैं। सामान्य तौर पर, यह ध्यान देने योग्य है कि दो प्रकार के रजिस्टर हैं: सामान्य उद्देश्य रजिस्टर और विशेष रजिस्टर। पूर्व एमके कोर के अंदर स्थित हैं, और बाद वाले रैम मेमोरी का हिस्सा हैं।

यह भी ध्यान देने योग्य है कि संदर्भ मैनुअल , जिसे हमने पहले पाठ में डाउनलोड किया था, लक्ष्य माइक्रोकंट्रोलर में निहित रजिस्टरों की एक बड़ी निर्देशिका है, और सीएमएसआईएस लाइब्रेरी हमें संख्यात्मक पतों के बजाय प्रतीकात्मक रजिस्टर नामों से संचालित करने की अनुमति देती है। उदाहरण के लिए, हम केवल प्रतीकात्मक नाम GPIOC_BSSR का उपयोग करके रजिस्टर 0x40011018 तक पहुंच सकते हैं। हम पहले पाठ से हमारे कार्यक्रम के विश्लेषण के दौरान कॉन्फ़िगरेशन के विशिष्ट उदाहरणों पर विचार करेंगे।

इसलिए, आमतौर पर रजिस्टर की संरचना को इंगित करने वाली एक छोटी तालिका के रूप में वर्णित किया गया है:

इसके उद्देश्य के नाम और विवरण पंजीकृत करें
आधार पते से पते या ऑफसेट रजिस्टर करें
रीसेट के बाद डिफ़ॉल्ट मान
कोशिकाओं को पंजीकृत करने के लिए पहुंच का प्रकार (पढ़ना, लिखना, पढ़ना / लिखना)
रिकॉर्ड किए गए बिट्स के मापदंडों का मान और विवरण

आइए माइक्रोकंट्रोलर सेटअप के सिद्धांतों का एक सामान्य विचार प्राप्त करने के लिए एक विशिष्ट स्थिति में रजिस्टरों के साथ काम करने का एक उदाहरण देखें।

पहले पाठ से पार्सिंग कोड

तो, चलिए उस समस्या को याद करते हैं, जिसे हमने पहले पाठ में तैयार उदाहरण कोड का उपयोग करके हल किया था: हमें एक प्रोग्राम लिखने की ज़रूरत थी जो डिस्कवरी बोर्ड पर दो एल ई डी के वैकल्पिक समावेश को सुनिश्चित करेगा (हो सकता है कि दो नहीं तो आपके पास डिस्कवरी बोर्ड का एक अलग संस्करण हो) एक समय अंतराल के साथ ।

आइए उस प्रोग्राम के कोड पर एक और नज़र डालते हैं, जिसका इस्तेमाल हम अपने एमके जम्प के दो पैरों के साथ करते हैं, जिस पर हमारे एल ई डी स्थित हैं:

कोड main.c

/*      */ #include "stm32f0xx.h" /*    */ int main(void) { /*     GPIO */ RCC->AHBENR |= RCC_AHBENR_GPIOCEN; /*     PC8  PC9  Output*/ GPIOC ->MODER = 0x50000; /*  Output type   Push-Pull */ GPIOC->OTYPER = 0; /*      Low */ GPIOC->OSPEEDR = 0; while(1) { /*   PC8,  PC9 */ GPIOC->ODR = 0x100; for (int i=0; i<500000; i++){} //   /*   PC9,  PC8 */ GPIOC->ODR = 0x200; for (int i=0; i<500000; i++){} //   } }

सबसे पहले, जब एसटीएम 32 के साथ काम करना, यहां तक कि एलईडी को बंद करने जैसे सरल कार्य के लिए, हमें सबसे पहले कई सवालों के जवाब देने की आवश्यकता है:

हमारे एलईडी कहां से जुड़े हैं? माइक्रोकंट्रोलर का निष्कर्ष क्या है?
वांछित GPIO पोर्ट पर क्लॉकिंग सक्षम करने के लिए कैसे?
GPIO पोर्ट पिन को कॉन्फ़िगर करने के लिए हमें किस प्रकार की आवश्यकता है ताकि एलईडी को चालू किया जा सके?
एलईडी को कैसे चालू और बंद करें?

हम उन्हें क्रम से उत्तर देंगे।

हमारे एलईडी कहां से जुड़े हैं? माइक्रोकंट्रोलर का निष्कर्ष क्या है?

यह देखने के लिए कि डिस्कवरी बोर्ड पर क्या स्थित है, और विशेष रूप से, हमें जिन एल ई डी की आवश्यकता है, आपको योजनाबद्ध फ़ाइल खोलने की आवश्यकता है, या तो हम एसटी वेबसाइट से या केइल से सीधे डाउनलोड करते हैं :

योजनाबद्ध खुलने पर, हम बोर्ड पर मौजूद हर चीज का एक आरेख देखेंगे - एक एसटी-लिंक आरेख, संपूर्ण परिधि का एक बंधन, और बहुत कुछ। फिलहाल, हम दो एलईडी में रुचि रखते हैं, हम उनके पदनाम की तलाश कर रहे हैं:

जैसा कि हम देख सकते हैं, हमारे एलईडी 8 और 9 पिन पर GPIOC पोर्ट से जुड़े हैं।

वांछित GPIO पोर्ट पर क्लॉकिंग सक्षम करने के लिए कैसे?

सामान्य तौर पर, STM32 माइक्रोकंट्रोलर में बाह्य उपकरणों के साथ कोई भी कार्य, क्रियाओं के मानक क्रम में नीचे आता है:

इसी परिधीय मॉड्यूल की क्लॉकिंग सक्षम करना। यह आरसीसी रजिस्टर के माध्यम से बस से सीधे एक घड़ी संकेत लागू करके किया जाता है जिस पर यह मॉड्यूल स्थित है। डिफ़ॉल्ट रूप से, बिजली की खपत को कम करने के लिए सभी बाह्य उपकरणों की क्लॉकिंग अक्षम है।
एक विशिष्ट परिधीय उपकरण के लिए विशिष्ट मापदंडों को बदलकर, नियंत्रण रजिस्टरों के माध्यम से सेटिंग
मॉड्यूल संचालन परिणामों की प्रत्यक्ष शुरुआत और उपयोग

यही है, आरंभ करने के लिए, हमें GPIOC पोर्ट पर घड़ी चलाने की आवश्यकता है। यह सब कुछ और सब कुछ देखने के लिए जिम्मेदार आरसीसी रजिस्टर को एक्सेस करने और बस से उस घड़ी सिग्नल को चालू करने के लिए किया जाता है जिससे हमारा GPIO पोर्ट जुड़ा हुआ है।

चेतावनी! घड़ी प्रणाली, इसकी सेटिंग्स और उपयोग के बारे में प्रश्न पर एक अलग लेख में विस्तार से चर्चा की जाएगी।

पता लगाएं कि हमारा GPIOC पोर्ट किस बस से जुड़ा है, इसे टेबल 16 में मेमोरी मैपिंग अनुभाग में हमारे एमके पर डेटाशीट में पाया जा सकता है। STM32F051xx परिधीय रजिस्टर सीमा पते।

जैसा कि आप पहले ही देख चुके हैं कि हमें जिस बस की जरूरत है उसे एएचबी 2 कहा जाता है। उस रजिस्टर से खुद को परिचित करने के लिए जिसमें AHB बस में GPIO पोर्ट की क्लॉकिंग की जरूरत है जिसे हमने चालू किया है, आपको संदर्भ मैनुअल में संबंधित सेक्शन में जाने की आवश्यकता है। रजिस्टरों के नाम से, हम वह निर्धारित कर सकते हैं जिसकी हमें आवश्यकता है:

हम इस बिंदु पर जाते हैं और हम अपने 32-बिट रजिस्टर, इसके ऑफसेट पते, डिफ़ॉल्ट मूल्य, रजिस्टर तक पहुंचने का तरीका और सूची को देखते हैं कि रजिस्टर में प्रत्येक बिट क्या जिम्मेदार है।

हम टेबल को देखते हैं और GPIO पोर्ट पर क्लॉकिंग सक्षम करने के लिए विकल्प की याद ताजा करते हैं। विवरण पर जाएं और हमें वह विकल्प ढूंढना चाहिए जिसकी हमें आवश्यकता है:

तदनुसार, यदि हम 19 बिट्स को "1" मान पर सेट करते हैं, तो यह सुनिश्चित करेगा कि I / OC पोर्ट पर क्लॉकिंग सक्षम है - जो कि हमारे GPIOC पर है। इसके अलावा, हमें समूह से एक बिट को अलग करने की आवश्यकता है, क्योंकि बाकी को प्रभावित किए बिना हमें अनावश्यक रूप से अन्य सेटिंग्स में हस्तक्षेप या परिवर्तन नहीं करना चाहिए।

अंतिम पाठ की सामग्रियों के आधार पर, हम जानते हैं कि एक विशिष्ट बिट सेट करने के लिए, आपको रजिस्टर के वर्तमान मूल्य को मास्क के साथ जोड़ने के लिए तार्किक ऑपरेशन "OR" का उपयोग करने की आवश्यकता है जिसमें उन बिट्स शामिल हैं जिन्हें चालू होना चाहिए। उदाहरण के लिए, चलो RCC-> AHBENR रजिस्टर के डिफ़ॉल्ट मान को जोड़ते हैं, अर्थात 0x14 और संख्या 0x80000 जिससे GPIOC घड़ी को 19 बिट्स सेट करके सक्षम करें:

हम एक कार्यक्रम से यह कैसे कर सकते हैं? सब कुछ काफी सरल है। इस मामले में, हमारे पास दो विकल्प हैं:

रजिस्टर को सीधे अपने पते के माध्यम से सीधे रजिस्टर के संख्यात्मक मूल्य को लिखना।
CMSIS लाइब्रेरी का उपयोग करके कॉन्फ़िगरेशन

रजिस्टर में एक मूल्य लिखने में सीधे कोई विशेष समस्याएं नहीं हैं, लेकिन कुछ महत्वपूर्ण कमियां हैं। सबसे पहले, ऐसा कोड अपठनीय हो जाता है और दूसरी बात, हम तुरंत यह निर्धारित नहीं कर सकते हैं कि यह या वह पता किस रजिस्टर में है।

अर्थात्, हम रजिस्टरों के पते को सीधे पते पर संबोधित कर सकते हैं और इसे लिख सकते हैं:

 __IO uint32_t * register_address = (uint32_t *) 0x40021014U; //      *(__IO uint32_t *)register_address |= 0x80000; //  19

दूसरा विकल्प मुझे सबसे आकर्षक लगता है, क्योंकि CMSIS लाइब्रेरी को इस तरह से व्यवस्थित किया जाता है कि केवल अपने नाम का उपयोग करके रजिस्टर को एक्सेस किया जा सकता है। प्रोग्राम टेक्स्ट के प्रीप्रोसेसिंग के दौरान, प्रीप्रोसेसर कंप्लेन से पहले रजिस्टर एड्रेस के सभी डिजिटल वैल्यूज को ऑटोमैटिकली सब्स्टिट्यूट कर देगा। आइए इस प्रश्न को अधिक विस्तार से देखें।

मैं अपना प्रोजेक्ट खोलने का सुझाव देता हूं, जो हमने पहले पाठ में किया था, या पहले से तैयार किए गए एक को यहां से डाउनलोड करें और केवल कनेक्टेड हेडर फ़ाइल, मुख्य () फ़ंक्शन और घड़ी को चालू करने के निर्देश को छोड़कर (प्रोग्राम के विस्तृत विश्लेषण के लिए हमें इसकी आवश्यकता होगी) को हटा दें।

हमारा कोड इस तरह दिखेगा:

 /*      */ #include "stm32f0xx.h" /*    */ int main(void) { /*     GPIO */ RCC->AHBENR|=RCC_AHBENR_GPIOCEN; }

आइए परिचित होने के लिए CMSIS लाइब्रेरी में गहरी खुदाई करें।

जल्दी से उस स्थान पर जाने के लिए जहां यह या वह निरंतर या चर घोषित किया जाता है, केइल में एक सुविधाजनक फ़ंक्शन लागू किया जाता है। उदाहरण के लिए, हमें RCC पर राइट-क्लिक करें:

और हमें CMSIS पुस्तकालय की गहराई में ले जाया जाता है, जिसमें हम देखेंगे कि प्रोग्रामेटिक नियंत्रण के लिए उपलब्ध सभी रजिस्टरों में टाइप-सी संरचनाओं का रूप है, जिसमें हमारे आरसीसी शामिल हैं:

RCC_TypeDef में समान रूप से विफल होने पर हम एक संरचना देखेंगे जिसमें हमारे रजिस्टर के सभी क्षेत्रों का वर्णन किया गया है:

तदनुसार, हम सुरक्षित रूप से उस रजिस्टर को एक्सेस कर सकते हैं, जिसे हमें PERIPH_MODULE-> रजिस्टर के रिकॉर्ड के साथ चाहिए और इसे एक विशिष्ट मान निर्दिष्ट करना चाहिए।

रजिस्टरों के मुनीमोनिक पदनाम के अलावा, विशिष्ट बिट्स के पदनाम भी हैं। यदि हम अपने कार्यक्रम से पैरामीटर RCC_AHBENR_GPIOCEN घोषित करने में विफल रहते हैं, तो हम सभी मापदंडों की घोषणा भी देखेंगे:

इस प्रकार, सीएमएसआईएस लाइब्रेरी का उपयोग करके, हमें रजिस्टर में जिस पैरामीटर की आवश्यकता होती है, उसका एक संक्षिप्त पठनीय रिकॉर्ड मिलता है, जिसकी स्थापना के माध्यम से हम उस पोर्ट पर क्लॉकिंग शुरू करते हैं जिसकी हमें आवश्यकता है:

 /*     GPIO */ RCC->AHBENR|=RCC_AHBENR_GPIOCEN;

कार्य के रूप में: केइल की क्षमताओं का उपयोग करके निर्धारित करें कि आरसीसी-> एएचबीएनआर रजिस्टर का पता 0x40021014 के रूप में कैसे प्राप्त किया गया था।

GPIO पिन को हमें कैसे कॉन्फ़िगर करना चाहिए ताकि हम एलईडी को चालू कर सकें?

तो, हम जानते हैं कि हमें जिन एल ई डी की जरूरत है, वे GPIOC पोर्ट से पिन पीसी 8 और पीसी 9 से जुड़े हैं। हमें उन्हें इस तरह से कॉन्फ़िगर करने की आवश्यकता है कि एलईडी रोशनी हो। मैं तुरंत एक आरक्षण करना चाहूंगा कि हम एक अन्य लेख में GPIO पोर्ट को और अधिक विस्तार से देखेंगे और यहां हम विशेष रूप से रजिस्टरों के साथ काम करने पर ध्यान केंद्रित करेंगे।

सबसे पहले, हमें PC8 और PC9 पिन को आउटपुट मोड में डालना होगा। अन्य पोर्ट पैरामीटर को डिफ़ॉल्ट रूप से छोड़ा जा सकता है। खंड 9 में संदर्भ मैनुअल पर जाएं। सामान्य प्रयोजन I / Os (GPIO) और GPIO पोर्ट पिन के संचालन मोड के लिए जिम्मेदार आइटम खोलें और देखें कि इस पैरामीटर के लिए MODER रजिस्टर जिम्मेदार है:

PC8 और PC9 पिन को आउटपुट मोड में सेट करने के लिए विवरण के आधार पर, हमें GPIOC रजिस्टर के संबंधित फ़ील्ड में 01 लिखना होगा।

यह संख्यात्मक मानों का उपयोग करके सीधे स्थापना के माध्यम से किया जा सकता है:

हम लिखने के लिए एक नंबर बनाते हैं:
हम अपने रजिस्टर को यह मान देते हैं:
```
 /*     PC8  PC9  Output*/ GPIOC->MODER |= 0x50000; 
```

या पुस्तकालय से परिभाषाओं के उपयोग के माध्यम से:

 /*     GPIO */ GPIOC->MODER |= GPIO_MODER_MODER8_0 | GPIO_MODER_MODER9_0;

इस निर्देश के बाद, हमारा पिन PC8 और PC9 आउटपुट मोड में जाएगा।

एलईडी कैसे चालू करें?

यदि हम GPIO पोर्ट को नियंत्रित करने के लिए उपलब्ध रजिस्टरों की सूची पर ध्यान देते हैं, तो हम ODR रजिस्टर देख सकते हैं:

प्रत्येक संबंधित बिट्स पोर्ट पिंस में से एक के लिए जिम्मेदार है। आप इसकी संरचना नीचे देख सकते हैं:

एलईडी राज्यों के वैकल्पिक परिवर्तन प्रदान करने के लिए, एक निश्चित समय अंतराल के साथ 8 और 9 बिट्स को चालू / बंद करना आवश्यक है। यही है, वैकल्पिक रूप से मान 0x100 और 0x200 को रजिस्टर में असाइन करें।

हम इसे रजिस्टर में सीधे मान प्रदान करके कर सकते हैं:

 GPIOC->ODR = 0x100; //  PC8,  PC9 GPIOC->ODR = 0x200; //  PC9,  PC8

हम पुस्तकालय से परिभाषाओं के उपयोग के माध्यम से कर सकते हैं:

 GPIOC->ODR = GPIO_ODR_8; //  PC8,  PC9 GPIOC->ODR = GPIO_ODR_9; //  PC9,  PC8

लेकिन चूंकि माइक्रोकंट्रोलर बहुत जल्दी काम करता है - हम एलईड की स्थिति में बदलाव को नोटिस नहीं करेंगे और नेत्रहीन यह प्रतीत करेंगे कि वे दोनों लगातार प्रकाश करते हैं। उनके लिए वास्तव में वैकल्पिक रूप से झपकी लेने के लिए, हम एक चक्र के रूप में एक कृत्रिम देरी का परिचय देंगे जो एमके को कुछ समय के लिए बेकार गणना में ले जाएगा। निम्नलिखित कोड निकलेगा:

 /*   PC8,  PC9 */ GPIOC->ODR = GPIO_ODR_8; for (int i=0; i<500000; i++){} //   /*   PC9,  PC8 */ GPIOC->ODR = GPIO_ODR_9; for (int i=0; i<500000; i++){} //

इस पर, हम रजिस्टरों और उनके साथ काम करने के तरीकों के साथ प्रारंभिक परिचय को समाप्त कर सकते हैं।

हमारे कोड के परिणामों की जाँच करना

लेख के अंत में एक छोटा सुखद जोड़: केइल में एक उत्कृष्ट डिबग उपकरण है जिसके साथ हम कदम से कदम मिलाकर अपना कार्यक्रम चला सकते हैं और किसी भी परिधीय ब्लॉक की वर्तमान स्थिति देख सकते हैं। ऐसा करने के लिए, संकलन के बाद फर्मवेयर डाउनलोड करने के बाद, हम प्रारंभ डिबग सत्र बटन पर क्लिक कर सकते हैं:

केइल कार्यक्षेत्र डिबग मोड में स्विच करेगा। हम इन बटनों का उपयोग करके कार्यक्रम की प्रगति को नियंत्रित कर सकते हैं:

और डिबग मोड में बाह्य उपकरणों के साथ काम करने के लिए एक और सुविधाजनक कार्य है, यह आपको रजिस्टरों की वर्तमान स्थिति को देखने और एक साधारण माउस क्लिक के साथ अपने राज्य को बदलने की अनुमति देता है।

इसका उपयोग करने के लिए, आपको संबंधित परिधीय इकाई पर जाने की आवश्यकता है और रजिस्टरों और उनके मूल्य के साथ दाईं ओर एक विंडो खुल जाएगी।

यदि आप इस मेनू में से किसी एक आइटम पर क्लिक करते हैं, तो आपको रजिस्टर का पता और उसका संक्षिप्त विवरण दिखाई देगा। आप प्रत्येक व्यक्तिगत रजिस्टर पैरामीटर के लिए विवरण भी देख सकते हैं:

प्रोग्राम का उपयोग न करने वाले एल ई डी को चालू / बंद करें, लेकिन माइक्रोकंट्रोलर के साथ ऑपरेशन के इस मोड का उपयोग करके स्वतंत्र रूप से प्रोग्राम चरण को निष्पादित करने का प्रयास करें। कल्पना की गुंजाइश बहुत बड़ी है। इसके अलावा देरी की अवधि के साथ खेलने की कोशिश करें, दोनों एल ई डी के साथ-साथ पलकें झपकाएं। सामान्य तौर पर, प्रयोग करें! )

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