單片機(jī)只會(huì)調(diào)庫和復(fù)制別人的代碼是什么水平？

一、前言

相信對于學(xué)習(xí)過單片機(jī)的同學(xué)對于調(diào)庫這個(gè)操作都不陌生，大家都是從調(diào)別人的庫階段過來的，今天看到一個(gè)評(píng)論說如果只會(huì)調(diào)庫到了公司后會(huì)發(fā)現(xiàn)自己啥都不是，其實(shí)這話說的一點(diǎn)也不假，如果你只會(huì)調(diào)庫的話你的單片機(jī)水平還停留在C語言階段，并不能稱為真正的單片機(jī)開發(fā)。

但是我們要有這么一個(gè)概念，調(diào)庫是自己編寫的開始，如果上來就給你講寄存器這些我相信很多初學(xué)者都接收不了，理解不了這寫寄存器到底在干啥，但是如果我們從調(diào)被人庫開始學(xué)習(xí)單片機(jī)我們就會(huì)對單片機(jī)有個(gè)初始概念，對于后面的學(xué)習(xí)非常有幫助，今天我們就看一下我們?nèi)绾螐恼{(diào)庫工程師成為真正的開發(fā)工程師。

二、什么是調(diào)庫？

如果你通過機(jī)構(gòu)的培訓(xùn)視頻，比如野火的STM32單片機(jī)開發(fā)視頻，相信你對于調(diào)庫并不陌生，調(diào)庫其實(shí)就是通過調(diào)用別人封裝好的庫函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)自己的某些功能，不同的機(jī)構(gòu)封裝出來的庫函數(shù)也有所不同，但是基本操作都大同小異，下面我們就以STM32調(diào)用固件庫實(shí)現(xiàn)點(diǎn)燈為例給大家進(jìn)行講解。

我們先來看一個(gè)我們非常熟悉的結(jié)構(gòu)體：

?

void?LED_GPIO_Config(void)//初始化相關(guān)的GPIO?第2個(gè)燈
{
?GPIO_InitTypeDef?GPIO_InitStruct;
?/*第一步：打開外設(shè)的時(shí)鐘（RCC寄存器控制）*/
?RCC_APB2PeriphClockCmd(LED1_GPIO_CLK|LED2_GPIO_CLK,ENABLE);
?
?/*第二步：配置外設(shè)初始化結(jié)構(gòu)體*/
?GPIO_InitStruct.GPIO_Pin?=?LED1_GPIO_PIN;
?GPIO_InitStruct.GPIO_Mode?=?GPIO_Mode_Out_PP;//推挽輸出
?GPIO_InitStruct.GPIO_Speed?=?GPIO_Speed_10MHz;
?
?/*第三步：調(diào)用外設(shè)初始化函數(shù)，把配置好的結(jié)構(gòu)體成員寫到寄存器里面*/
?GPIO_Init(LED1_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);
?
?GPIO_InitStruct.GPIO_Pin?=?LED2_GPIO_PIN;
?GPIO_Init(LED2_GPIO_PORT,&GPIO_InitStruct);
}

?

相信對于學(xué)習(xí)過STM32單片機(jī)的同學(xué)對于這個(gè)函數(shù)都不陌生，這個(gè)函數(shù)其實(shí)就是實(shí)現(xiàn)了對于一個(gè)GPIO的初始化，相信初學(xué)者并沒有思考過我們?yōu)槭裁匆@么初始化呢？這里面的一些函數(shù)都有什么作用呢？他們是在哪個(gè)地方被封裝的呢？我們可不可以不按照這個(gè)函數(shù)的結(jié)構(gòu)來寫呢？

帶著這些一文我們繼續(xù)往更深的層次去探索一下這些東西都是什么意思：

這里面用到了很多的宏定義，我們可以使用右鍵-->go to來向前查詢該宏定義在哪個(gè)地方進(jìn)行定義的，例如我們對時(shí)鐘的宏定義LED1_GPIO_CLK 具體如下：

?

#define?LED1_GPIO_CLK?????????RCC_APB2Periph_GPIOC//時(shí)鐘
#define?LED1_GPIO_PORT????????GPIOC???????????????//端口
#define?LED1_GPIO_PIN?????????GPIO_Pin_2//pin?引腳
?
#define?LED2_GPIO_CLK?????????RCC_APB2Periph_GPIOC//時(shí)鐘
#define?LED2_GPIO_PORT????????GPIOC???????????????//端口
#define?LED2_GPIO_PIN?????????GPIO_Pin_3//pin

?

我們可以看到一些宏定義，例如LED1_GPIO_CLK被宏定義為RCC_APB2Periph_GPIOC，這里的RCC_APB2Periph_GPIOC就是官方固件庫中定義的時(shí)鐘，如果你想繼續(xù)研究RCC_APB2Periph_GPIOC代表什么意思，我們可以繼續(xù)右鍵-->go to

我們發(fā)現(xiàn)依然是宏定義，這里將RCC_APB2Periph_GPIOC宏定義成了((uint32_t)0x00000010)，如果你想繼續(xù)了解((uint32_t)0x00000010)代表什么的話那就需要查看STM32的芯片手冊了，我們這里做一下簡單的講解。

關(guān)于GPIO的需要用到的寄存器如下：我們將0x10轉(zhuǎn)換為2進(jìn)制為：1 0000我們可以看到第四位為1，其他位為0，查看芯片手冊可以發(fā)現(xiàn)第四位解釋如下：

發(fā)現(xiàn)這句話其實(shí)就是在使能I/O端時(shí)鐘C，和我們的使用是相同的。到這里我們就知道了從封裝的庫到底層寄存器中間經(jīng)過了什么，當(dāng)然這只是一個(gè)簡單的例子，實(shí)際會(huì)比此復(fù)雜很多。

三、如何不調(diào)庫點(diǎn)亮一個(gè)LED

通過固件庫我們可以看到如果想要控制一個(gè)GPIO大概需要以下幾步操作：

打開GOIO端口的時(shí)鐘

.配置IO口為輸出（控制CRL寄存器）

配置ODR寄存器

知道了我們需要進(jìn)行的操作下一步我們就可以開始通過寄存器操作來控制一個(gè)LED了，具體代碼我直接給大家貼出來大家可以自己進(jìn)行分析。

?

#define?rRCCAHB1CLKEN???*((volatile?unsigned?long?*)0x40023830)?
?
#define?rGPIOF_MODER??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021400)???
#define?rGPIOF_OTYPER?*((volatile?unsigned?long?*)0x40021404)?
#define?rGPIOF_OSPEEDR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021408)?
#define?rGPIOF_IDR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021410)?
#define?rGPIOF_ODR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021414)?
?
?
#define?rGPIOE_MODER??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021000)
#define?rGPIOE_OTYPER?*((volatile?unsigned?long?*)0x40021004)
#define?rGPIOE_OSPEEDR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021008)
#define?rGPIOE_IDR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021010)
#define?rGPIOE_ODR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40021014)
?
?
#define?rGPIOA_MODER??*((volatile?unsigned?long?*)0x40020000)
#define?rGPIOA_OTYPER?*((volatile?unsigned?long?*)0x40020004)
#define?rGPIOA_OSPEEDR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40020008)
#define?rGPIOA_IDR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40020010)
#define?rGPIOA_ODR??*((volatile?unsigned?long?*)0x40020014)
void?key_init()
{
?
?
?
?rRCCAHB1CLKEN?|=?1?|?(1?<

	?

	上面的代碼實(shí)現(xiàn)的功能是通過循環(huán)掃描判斷按鍵是否被按下，如果按鍵被按下則對LED引腳輸出低電平從而點(diǎn)亮LED燈，這里用了四個(gè)按鍵和四個(gè)LED，方便大家理解之間的不同，引腳的定義如下：

	?
LED的引腳定義為：
LED0?->PF9
LED1?->?PF10
LED2->?PE13
LED3?->?PE14

按鍵引腳定義為：
KEY0-->?PA0
KEY1-->?PE2
KEY2-->?PE3
KEY3-->?PE4


	?

	具體每個(gè)寄存器代表什么意思大家可以查看STM32的官方手冊，里面有詳細(xì)的介紹。沒有手冊的話可以看下面這篇文章，里面有常用的寄存器：https://www.cnblogs.com/jzcn/p/15775328.html

	四、調(diào)庫與不調(diào)庫的區(qū)別

	說到這兩者的區(qū)別也是我寫這篇文章的主要意圖，相信你打開這篇文章絕對不是來看不調(diào)庫是如何開發(fā)的，而是來看調(diào)庫開發(fā)和不調(diào)庫開發(fā)具體有哪些區(qū)別，為什么有現(xiàn)成的庫不用，非要自己去查寄存器，自己進(jìn)行開發(fā)。

	從應(yīng)用角度講，寄存器相對來說是屬于更底層的，類似于驅(qū)動(dòng)層，而固件庫則類似通過將寄存器封裝之后的應(yīng)用層。相比之下，固件庫更像是包裝好給用戶的產(chǎn)品一樣，只需要我們使用就行了，讓封裝自己和寄存器打交道，而使用寄存器在使用時(shí)必須要清楚自己要操作那個(gè)一個(gè)寄存器，就很復(fù)雜，需要了解清楚寄存器的底層配置。

	如果你學(xué)習(xí)過Linux的話想必你對分層的思想是有所了解的，雖然在單片機(jī)中分層思想的應(yīng)用和Linux中的分層不太一樣，但也都是大同小異的。

	STM32標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫之前的版本也稱固件函數(shù)庫或簡稱固件庫，是?個(gè)固件函數(shù)包，它由程序、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和宏組成，包括了微控制器所有外設(shè)的性能特征。

	該函數(shù)庫還包括每?個(gè)外設(shè)的驅(qū)動(dòng)描述和應(yīng)用實(shí)例，為開發(fā)者訪問底層硬件提供了?個(gè)中間API，通過使用固件函數(shù)庫，無需深入掌握底層硬件細(xì)節(jié)，開發(fā)者就可以輕松應(yīng)?每?個(gè)外設(shè)。

	因此，使?固態(tài)函數(shù)庫可以大大減少用戶的程序編寫時(shí)間，進(jìn)而降低開發(fā)成本。每個(gè)外設(shè)驅(qū)動(dòng)都由?組函數(shù)組成，這組函數(shù)覆蓋了該外設(shè)所有功能。每個(gè)器件的開發(fā)都由?個(gè)通?API驅(qū)動(dòng)，API對該驅(qū)動(dòng)程序的結(jié)構(gòu)，函數(shù)和參數(shù)名稱都進(jìn)?了標(biāo)準(zhǔn)化。

	這樣的操作既有好處又有壞處，對于毫無基礎(chǔ)的人來說它可以使我們的控制更加簡單，上手更容易，但是他也會(huì)造成我們接觸不到單片機(jī)的底層操作，可能你使用單片機(jī)干過很多的事，做過很多的項(xiàng)目，但是對于單片機(jī)的運(yùn)行邏輯依然不清楚。

	從專業(yè)角度來講，由于寄存器更底層，更需要用戶了解基本構(gòu)成以及底層配置，所以說操作寄存器相對于固件庫顯得更加專業(yè)，相比之下，直接操作固件庫不需要了解那么多甚至不了解就可以直接開發(fā)，并不需要太多專業(yè)知識(shí)。

	通過上面的分析我們可以總結(jié)出他們的優(yōu)缺點(diǎn)：固件庫優(yōu)點(diǎn)： 可以直接應(yīng)用，操作更方便，開發(fā)迅速，適合新手入門。固件庫缺點(diǎn)： 因?yàn)椴僮鞴碳?，本質(zhì)上也會(huì)對寄存器的操作，因?yàn)橐ㄟ^封裝這一中間商，所以執(zhí)行速度要比直接操作寄存器更慢，但是沒有寄存器移植那么方便。

	所以我們可以從固件庫入門，之后再慢慢深入了解寄存器，了解相關(guān)知識(shí)，在我看來，了解更多底層的東西是有利無害的，更利于提升自己，可以懶，但是不能不會(huì)。

	五、為什么要操作寄存器

	回歸我們的中心，講了這么多我們到底該如何學(xué)習(xí)單片機(jī)呢？詳細(xì)這個(gè)問題在互聯(lián)網(wǎng)上都已經(jīng)被談爛了。對于初學(xué)者應(yīng)該如何入門應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些東西今天這篇文章我就不再討論了，今天要討論的內(nèi)容是如果你已經(jīng)入門了，也已經(jīng)通過操作固件庫做了很多的東西，下一步你應(yīng)該學(xué)習(xí)哪些東西。

	如果你已經(jīng)使用單片機(jī)做了很多的實(shí)驗(yàn)，比如什么ADC采集、PWM波輸出這些操作你都用過了，并且感覺單片機(jī)你已經(jīng)玩的爐火純青了，那么下面的東西對你應(yīng)該很有用。

	還有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)一下，如果未來你并不打算做單片機(jī)相關(guān)的工作的話那下面的東西你可以量力而行，可以作為了解的內(nèi)容，并不用深入的了解。

	大家學(xué)習(xí)51單片機(jī)的時(shí)候是不是常常進(jìn)行一些寄存器操作，那為什么我們在32中就很少見到這些直接對寄存器進(jìn)行操作呢？那是因?yàn)?2的寄存器相比于51單片機(jī)要復(fù)雜很多，比如一個(gè)GPIO的操作可能就和很多的寄存器有關(guān)，我們很難通過一句話就可以控制一個(gè)GPIO，當(dāng)然不這么干不代表不能這么干。

	如果你接觸到單片機(jī)的高級(jí)開發(fā)（當(dāng)然沒有這么一說，你可以理解成用單片機(jī)做一些產(chǎn)品）那么你的開發(fā)就會(huì)遇到瓶頸，從而限制你的開發(fā)，這也是很多單片機(jī)開發(fā)要求你一定要會(huì)寄存器操作。

	對于經(jīng)過系統(tǒng)培訓(xùn)的開發(fā)者，單片機(jī)（MCU）或SoC的驅(qū)動(dòng)開發(fā)，不管是使用各種庫還是直接上寄存器，都不成問題。

	HAL庫函數(shù)或者固件庫都是ST開發(fā)的，也是人寫出來的代碼，既然是代碼，那就有存在BUG的可能，而且像這些經(jīng)過ST調(diào)試過的代碼，更可能隱藏深層問題，這些都需要通過修改寄存器配置來調(diào)試定位。

	所以這就可能在你的代碼里埋下了更深的炸彈，而且這些炸彈是埋藏的非常深的（一般的小bug是不會(huì)有的，畢竟那么多人使用）而這些bug一旦復(fù)現(xiàn)，你就會(huì)不知所措，完全不知道從何查起。

	而且一般公司的MCU都不是你平時(shí)學(xué)的這些單片機(jī)，而是一些工業(yè)級(jí)的MCU，所以你可以想一想如果你一直使用的都是STM32的固件庫進(jìn)行的開發(fā)，從來沒接觸過寄存器操作，或者根本都不知道怎么看芯片手冊，怎么操作寄存器，那么你怎么保證你們公司使用的MCU你就一定會(huì)操作呢？

	所以對于STM32或者51這類單片機(jī)的定位你就把它當(dāng)成學(xué)習(xí)使用的，你要通過這類簡單的、有豐富資料的單片機(jī)去入門，去學(xué)習(xí)。當(dāng)你的學(xué)習(xí)內(nèi)容達(dá)到一定程度之后就一定會(huì)接觸到寄存器這些操作，說實(shí)話寄存器操作也只是工作的基礎(chǔ)，最重要的是舉一反三，通過一個(gè)單片機(jī)學(xué)習(xí)到所有MCU操作的本質(zhì)，這樣才能更好的在工作中使用，而不受單片機(jī)（MCU）型號(hào)的限制。

	六、結(jié)語

	對于單片機(jī)的學(xué)習(xí)我們可以使用單片機(jī)的固件庫入門，初步了解單片機(jī)操作的步驟，可以先不接觸寄存器，等到固件庫使用的非常熟悉之后可以轉(zhuǎn)戰(zhàn)寄存器了。

	對于寄存器操作絕不是點(diǎn)個(gè)小燈就完了，你需要做的是知道如何查看芯片手冊，知道固件庫里的每個(gè)宏定義或者函數(shù)這么寫的依據(jù)是什么？如果讓你來寫一個(gè)固件庫你會(huì)怎么寫？

	當(dāng)你的水平能夠達(dá)到對STM32的寄存器操作已經(jīng)非常6的話你可以嘗試幾款工業(yè)級(jí)的MCU，例如工業(yè)非常常用的TC397，這個(gè)MCU在車載行業(yè)用的非常多，可以嘗試一下，不過治療可能不太好找，如果遇到問題的話就需要自己琢磨了，這也是一種進(jìn)步。

	　　審核編輯：湯梓紅