目录

0. 《STM32单片机自学教程》专栏总纲 

2.1. STM32嵌入式开发C语言编程的不同

2.2. C语言常用知识点

2.2.1 位操作

2.2.2 define 宏定义

2.2.3 条件编译

2.2.3.1 #ifdef

2.2.3.2 #ifndef

2.2.3.3 #if !defined

2.2.4 extern 变量声明

2.2.5  typedef 类型别名

2.2.6 结构体

2.2.6.1 结构体的声明和定义

2.2.6.2 引用结构体成员变量 

2.2.6.3 结构体的作用

2.2.6.4 结构体成员的内存分布与对齐

2.2.7 关键字

2.2.7.1 volatile 

2.2.7.2 const

2.2.7.3 static

2.2.8 指针        

参考资料：

0. 《STM32单片机自学教程》专栏总纲 

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STM32单片机自学教程-[目录总纲]_stm32 学习-CSDN博客

2.1. STM32嵌入式开发C语言编程的不同

         STM32开发中的C语言编程与通用计算机编程之间存在一些显著的区别，这些区别主要源于两者不同的应用场景和硬件环境。如下图2.1-1，区别主要体现在以下五个方面： 

图2.1-1 STM32嵌入式开发C语言编程和通用编程的区别点

1. 硬件相关性：
   • STM32开发中的C语言编程直接关联到特定的硬件，如微控制器、IO端口、中断、DMA等。开发者需要直接操作这些硬件资源，因此必须了解相关的硬件手册和寄存器配置。
   • 通用计算机编程则更多关注于软件设计和算法实现，与硬件的关联度较低。开发者通常不需要直接操作硬件寄存器，而是通过操作系统提供的API进行编程。
2. 资源限制：
   • STM32等嵌入式系统通常具有有限的内存、存储空间和计算能力。因此，在STM32开发中，C语言编程需要特别注意内存管理、代码优化和性能调优。
   • 通用计算机则具有较大的内存和存储空间，以及强大的计算能力。开发者在编写通用计算机程序时，通常不需要过分关注这些资源限制。
3. 实时性要求：
   • STM32等嵌入式系统通常需要满足严格的实时性要求，即系统需要在规定的时间内响应外部事件。因此，在STM32开发中，C语言编程需要特别注意时间管理和代码执行效率。
   • 通用计算机编程则通常不需要满足如此严格的实时性要求。
4. 开发工具和环境：
   • STM32开发通常使用专门的嵌入式开发环境和工具链，如Keil MDK、IAR Embedded Workbench、STM32CubeIDE等。这些工具提供了针对STM32硬件的特定支持和优化。
   • 通用计算机编程则可以使用各种通用的集成开发环境（IDE），如Visual Studio、Eclipse、Dev-C++等。
5. 调试和测试：
   • STM32开发中的调试和测试通常需要借助专门的调试器、仿真器和测试工具，以模拟硬件环境和验证程序功能。
   • 通用计算机编程则可以使用各种调试器和测试框架，以方便地进行程序调试和测试。 

        总之，STM32开发中的C语言编程与通用计算机编程在硬件相关性、资源限制、实时性要求、开发工具和环境以及编程语言特性等方面存在显著的区别。这些区别要求开发者在编写STM32程序时，需要更加注重底层编程和硬件操作，并充分考虑到嵌入式系统的特殊性和限制。 

2.2. C语言常用知识点

        我们这里就列举部分 STM32 学习中会遇见的 C  语言基础知识点。

2.2.1 位操作

        C 语言位操作就是对基本类型变量可以在位级别进行操作。C 语言支持如下表6种位操作：

表2.1-1-C语言支持的位操作 

运算符	含义
&	按位与
|	按位或
^	按位异或
~	按位取反
<<	左移
>>	右移

        这些按位与或，取反，异或，右移，左移这些我们就不多做详细讲解，毕竟这里不是给大家普及C语言的基本知识，不清楚的大家可以再复习一下。下面我们着重讲解位操作在嵌入式开发中的一些实用技巧。 

1.在不改变其他位的值的状况下对某几个位进行设值

        这个场景在单片机开发中经常使用，方法就是先对需要设置的位用"&"操作符进行清零操作，然后用"|"操作符设值。比如我要改变 GPIOA 的状态,可以先对寄存器的值进行&清零操作：

GPIOA->CRL &= 0XFFFFFF0F;    /* 将第 4~7位清 0 */ 
/*然后再与需要设置的值进行|或运算：*/ 
GPIOA->CRL |= 0X00000040;    /* 设置相应位的值(4)，不改变其他位的值 */ 

2.移位操作提高代码的可读性

         移位操作在单片机开发中非常重要，下面是 delay_init 函数的一行代码：

SysTick->CTRL |= 1 << 1;

        这个操作就是将 CTRL 寄存器的第 1 位（从 0 开始算起）设置为 1，为什么要通过左移而不是直接设置一个固定的值呢？其实这是为了提高代码的可读性以及可重用性。这行代码可以很直观明了的知道，是将第 1 位设置为 1。如果写成：

SysTick->CTRL |= 0X0002;

         这个虽然也能实现同样的效果，但是可读性稍差，而且修改也比较麻烦。

3.~按位取反操作使用技巧

        按位取反在设置寄存器的时候经常被使用，常用于清除某一个/某几个位。下面是 delay_us函数的一行代码：

SysTick->CTRL &= ~(1 << 0) ;    /* 关闭 SYSTICK */ 

        该代码可以解读为  仅设置 CTRL 寄存器的第 0 位（最低位）为 0，其他位的值保持不变。同样我们也不使用按位取反，将代码写成：  

SysTick->CTRL &= 0XFFFFFFFE;        /* 关闭 SYSTICK */ 

        可见前者的可读性，及可维护性都要比后者好很多。

4.^按位异或操作使用技巧

        该功能非常适合用于控制某个位翻转，常见的应用场景就是控制 LED 闪烁，如：

GPIOB->ODR ^= 1 << 5;

        执行一次该代码，就会使 PB5 的输出状态翻转一次，如果我们的 LED 接在 PB5 上，就可以看到 LED 闪烁了。 

2.2.2 define 宏定义

        define 是 C 语言中的预处理命令，它用于宏定义（定义的是常量），可以提高源代码的可读性，为编程提供方便。常见的格式：  

 #define         标识符       字符串

         "标识符"为所定义的宏名;"字符串"可以是常数、表达式、格式串等。例如：

#define PIE 3.14159f

         PIE在后续出现的地方都代表3.14159。后续如果想修改π的值，可以直接在宏定义的地方修改，不用再在程序出现的每一个地方再去修改，而且非常直观，代码可读性强。

2.2.3 条件编译

2.2.3.1 #ifdef

        嵌入式程序开发过程中，经常会遇到一种情况，当满足某条件时对一组语句进行编译，而当条件不满足时则编译另一组语句。条件编译命令最常见的形式为：

   #ifdef 标识符  
      程序段 1  
   #else  
      程序段 2  
   #endif  

        它的作用是：当标识符已经被定义过(一般是用#define 命令定义)，则对程序段 1 进行编译，否则编译程序段 2。  其中#else 部分也可以没有，即：

    #ifdef  
           程序段 1  
    #endif 

2.2.3.2 #ifndef

#ifndef SOME_MACRO  
// 如果 SOME_MACRO 没有被定义，则编译以下代码  
#endif

2.2.3.3 #if !defined

#if !defined(SOME_MACRO)  
// 如果 SOME_MACRO 没有被定义，则编译以下代码  
#endif

          这也是检查是否没有定义某个宏的方法，但它使用了!defined操作符.

        在这个例子中!defined(SOME_MACRO) 是一个条件表达式，当 SOME_MACRO 没有被定义时，该表达式的值为真（非零），从而编译 #if 和对应 #endif 之间的代码。下面是STM32里的一段代码：

    #if !defined  (HSE_VALUE)  
      #define HSE_VALUE            24000000U  
    #endif  

        如果没有定义HSE_VALUE这个宏，则定义HSE_VALUE宏，并且HSE_VALUE的值为24000000U。24000000U中的U表示无符号整型，常见的，UL表示无符号长整型，F表示浮点型。这里加了U以后，系统编译时就不进行类型检查，直接以U的形式把值赋给某个对应的内存，如果超出定义变量的范围，则截取。

2.2.4 extern 变量声明

        C 语言中 extern 可以置于变量或者函数前，以表示变量或者函数的定义在别的文件中，提示编译器遇到此变量和函数时在其他模块中寻找其定义。这里面要注意，对于extern声明变量可以多次，但定义只有一次。在我们的代码中你会看到看到这样的语句： 

extern uint16_t speed_x; 

        这个语句是申明 speed_x变量在其他文件中已经定义了，在这里要使用到。所以，你肯定可以找到在某个地方有变量定义的语句：

uint16_t speed_x;

2.2.5  typedef 类型别名

        typedef 用于为现有类型创建一个新的名字，或称为类型别名，用来简化变量的定义。

        例如C99标准中引入的头文件<stdint.h>，定义了一组具有固定宽度的整数类型，包括有符号和无符号的8位、16位、32位和64位整数。这些类型分别命名为int8_t、int16_t、int32_t、int64_t（以及对应的无符号类型uint8_t、uint16_t、uint32_t、uint64_t）。在STM32F10x的标准库函数stm32f10x.h中又对这些数据类型进行了重新定义，代码如下：

typedef int32_t  s32;
typedef int16_t s16;
typedef int8_t  s8;
typedef uint32_t  u32;
typedef uint16_t u16;
typedef uint8_t  u8;

        typedef在 MDK 用得最多的就是定义结构体的类型别名和枚举类型了。

struct _GPIO 
{ 
__IO uint32_t CRL; 
__IO uint32_t CRH; 
… 
}; 

         定义了一个结构体 GPIO，这样我们定义结构体变量的方式为：

struct  _GPIO  gpiox;       /* 定义结构体变量 gpiox */ 

         但是这样很繁琐，MDK中有很多这样的结构体变量需要定义。这里我们可以为结体定义一
个别名GPIO_TypeDef，这样我们就可以在其他地方通过别名GPIO_TypeDef来定义结构体变量了，方法如下： 

typedef struct 
{ 
__IO uint32_t CRL; 
__IO uint32_t CRH; 
… 
} GPIO_TypeDef; 

        Typedef为结构体定义一个别名GPIO_TypeDef，这样我们可以通过GPIO_TypeDef来定义结构体变量：  

GPIO_TypeDef gpiox;

         这里的 GPIO_TypeDef 就跟 struct  _GPIO 是等同的作用了，但是 GPIO_TypeDef 使用起来方便很多。

2.2.6 结构体

        在C语言中，结构体（struct）是一种用户自定义的数据类型，它允许你将不同类型的数据项组合成一个单独的数据结构。结构体可以用来表示一个具有复杂属性的实体，比如一个人（具有姓名、年龄、性别等属性）或者一本书（具有书名、作者、出版日期等属性）。

2.2.6.1 结构体的声明和定义

/*声明结构体类型： */
    struct 结构体名 
    { 
        成员列表; 
    }变量名列表； 

         你可以在声明结构体的时候直接创建结构体变量，也可以先定义结构体类型，然后再创建变量，如下面几种方式都是可以的：

// 直接定义并创建结构体变量  
struct {  
    int age;  
    char name[50];  
} person1;  

// 直接定义并创建结构体变量  
struct Person{  
    int age;  
    char name[50];  
} person2; 
  
// 先定义结构体类型，再创建变量  
struct Person {  
    int age;  
    char name[50];  
};  
struct Person person3;

2.2.6.2 引用结构体成员变量 

        要访问结构体变量的成员，你需要使用.运算符（对于结构体变量）或->运算符（对于指向结构体的指针）。

/*接前面章节2.6.1的示例代码*/
// 访问结构体变量的成员  
person1.age = 25;    
  
// 如果有一个指向结构体的指针  
struct Person *ptr = &person2;  
ptr->age = 30; 

2.2.6.3 结构体的作用

        下面我们将简单的通过一个实例描述一下结构体的作用。 

        在我们单片机程序开发过程中，经常会遇到要初始化一个外设比如串口，它的初始化状态是由几个属性来决定的，比如串口号，波特率，极性，以及模式。对于这种情况，在我们没有学习结构体的时候，我们一般的方法是：

 void usart_init(uint8_t usartx, uiut32_t BaudRate, uint32_t Parity,  
uint32_t Mode); 

        这种方式是有效的同时在一定场合是可取的。但是试想，如果有一天，我们希望往这个函数里面再传入一个/几个参数，那么势必我们需要修改这个函数的定义，重新加入新的入口参数，随着开发不断的增多，那么是不是我们就要不断的修改函数的定义呢？这是不是给我们开发带来很多的麻烦？那又怎样解决这种情况呢？
        我们使用结构体参数，就可以在不改变入口参数的情况下，只需要改变结构体的成员变量就可以达到改变入口参数的目的。
        结构体就是将多个变量组合为一个有机的整体，上面的函数usartx,BaudRate,Parity,Mode等这些参数，他们对于串口而言，是一个有机整体，都是来设置串口参数的，所以我们可以将他们通过定义一个结构体来组合在一个。MDK中是这样定义的：

typedef struct 
{  
uint32_t BaudRate; 
uint32_t WordLength; 
uint32_t StopBits; 
uint32_t Parity; 
uint32_t Mode; 
uint32_t HwFlowCtl; 
uint32_t OverSampling;    
} UART_InitTypeDef; 

        这样，我们在初始化串口的时候入口参数就可以是 USART_InitTypeDef 类型的变量或者指针变量了，于是我们可以改为：

void usart_init(UART_InitTypeDef *huart); 

        这样，任何时候，我们只需要修改结构体成员变量，往结构体中间加入新的成员变量，而不需要修改函数定义就可以达到修改入口参数同样的目的了。这样的好处是不用修改任何函数定义就可以达到增加变量的目的。
        在以后的开发过程中，如果你的变量定义过多，如果某几个变量是用来描述某一个对象，你可以考虑将这些变量定义在结构体中，这样也许可以提高你的代码的可读性。使用结构体组合参数，可以提高代码的可读性，不会觉得变量定义混乱。

2.2.6.4 结构体成员的内存分布与对齐

        首先一些基本知识点：
（1）声明一个结构体类型的时候是没有为它分配任何存储空间的，只有在定义结构体变量的时候，才会为变量分配存储空间。
（2）结构体中可以有不同的数据类型成员，成员在定义时依次存储在内存连续的空间中，结构体变量的首地址就是第一个成员的地址，内存偏移量就是各个成员相对于第一个成员地址的差（即，把低位内存分配给最先定义的变量）。
（3）理论上，结构体所占用的存储空间是各个成员变量所占的存储空间之和，但是为了提高CPU的访问效率，采用了内存对齐方式：
        ①结构体的每一个成员起始地址必须是自身类型大小的整数倍，若不足，则不足部分用数据填充至所占内存的整数倍。
        ②结构体大小必须是结构体占用最大字节数成员的整数倍，这样在处理数组时可以保证每一项都边界对齐根据上面的说明，我们举例子分析如下：

    struct test 
        { 
            char a; 
            int b; 
            float c; 
            double d; 
        }mytest; 

        这个结构体所占用的内存怎么算呢？理论结果为17，实际上并不是17，而是24。为什么会这样呢？这个就是前面我们说的内存对齐。
        char型变量占1个字节，所以它的起始地址是0。int类型占用4个字节，它的起始地址要求是4的整数倍数，那么内存地址1、2、3就需要被填充（被填充的内存不适于变量），b从4开始。float类型也是占用4个字节，起始地址要求是4的倍数，所以c的起始地址就是8。double类型变量占用8个字节，起始地址为16，12~15被填充。这里，第一个成员a的地址首地止，第二个成员b的偏移量为4，第三个成员c的偏移量是8，以此类推，是如下图2.2-1所示：

图2.2-1 结构地地址内存分配  

2.2.7 关键字

        在STM32的一些库函数头文件中，经常会看到如下代码， 表示将 volatile 或者 volatile  const 来代替某一个符号。

#define   __I     volatile 
#define   __O     volatile    
#define   __IO    volatile            
#define   __IM     volatile const    
#define   __OM     volatile            
#define   __IOM    volatile 

2.2.7.1 volatile 

         volatile 表示强制编译器减少优化，告诉编译器必须每次去内存中取变量值。     

        程序运行时数据是存储在主内存（物理内存）中的，每个线程先从主内存拷贝变量到对应的寄存器中。对没有加volatile的变量进行读写时，为了提高读取速度，编译器进行优化时，会先把主内存中的变量读取到一个寄存器中，以后，再读取此变量的值时，就直接从该寄存器中读取，而不是直接从内存中读取了，这样的读写速度比较快。如果其它程序改变了内存中变量的值，上面已经保存到寄存器中的值不会跟着改变，从而造成应用程序读取的值和实际的变量值不一致。加了修饰关键字volatile以后的变量，表示不想被编译器优化掉，每次都要从内存中读取该变量的数据，不会用寄存器里的值，这样确保了数据的准确性，但影响了效率。 

2.2.7.2 const

        const称为常量限定符，用来限定特定变量为只读属性，如果修改此变量，则编译器会报错。const修饰的变量存储在只读数据段，在程序结束时释放，而const局部变量存储在栈中，代码块结束时释放。用const定义变量时就要初始化该变量：       

 const int a = 1; 

2.2.7.3 static

        static关键字修饰的变量称为静态变量，如果该变量在声明时未赋初始值，则编译器自动初始化为0，静态变量存储在全局区（静态区）。
        在函数内被static声明的变量，仅能在本函数中使用，也叫静态局部变量。
        在文件内（函数体外）被static声明的变量，仅能被本文件内的函数访问，不能被其他文件中的函数访问，也叫静态全局变量。
        静态全局变量和普通的全局变量不同，静态全局变量仅限于本文件中使用，在其它文件中可以定义一个与静态全局变量名字相同的变量。普通的全局变量可以通过extern外部声明后被其他文件使用，也就是整个工程可见，而且其他文件不能再定义一个与普通全局变量名字相同的变量了。

        用static修饰的函数和用static修饰的变量类似。 下面是用法举例说明：

1.局部静态变量：
        当在函数内部声明一个变量为static时，该变量的存储期将变为整个程序的执行期，而不是只在函数调用被时存在。这意味着局部变量只会被初始化一次，并且会保留其值，直到程序结束。这在需要跨函数调用保留某些信息时非常有用。

void func() {  
    static int count = 0; // 只在程序开始时初始化一次  
    count++;  
    printf("%d\n", count);  
}

        每次调用func()时，count的值都会递增。

2.全局静态变量：
        在文件级别（即不在任何函数内部）声明的static变量只能在该文件内部可见。这意味着它们只能被定义它们的文件内的函数访问，而不能被其他文件访问。这提供了一种封装机制，允许你在一个文件中定义和使用变量，而不用担心与其他文件冲突。

// file1.c  
static int file_scope_var = 42; // 只能在file1.c中访问  

// file2.c  
extern int file_scope_var; // 错误：无法在其他文件中访问file_scope_var

3.静态函数：
        当在文件级别使用static关键字声明一个函数时，该函数将具有内部链接，即它只能在其定义的文件内被调用。这提供了另一种封装机制，允许你隐藏函数的实现细节，只暴露需要被其他文件使用的函数。

// file1.c  
static void internal_function() {  
    // ...  
}  

// file2.c  
extern void internal_function(); // 错误：无法在其他文件中调用internal_function

4.静态初始化：

        尽管这不是static的直接用途，但它在静态初始化中扮演了重要角色。当全局变量或静态变量被声明并赋予初值时，编译器会确保在程序开始执行之前进行初始化。这通常是在main()函数之前发生的。 

2.2.8 指针        

        在STM32开发中，指针的作用十分重要。首先，指针是C语言的一个重要组成部分，它允许我们通过内存地址直接访问和操作数据。在STM32这样的嵌入式系统开发中，指针的使用与底层硬件的联系尤为密切。

        具体来说，STM32库开发中，我们对寄存器进行了封装，将寄存器放入到结构体（如GPIOX）当中。通过指针，我们可以指向这些结构体的地址，从而访问和操作寄存器，完成对寄存器的配置。这种方式可以减少开发时的代码量，提高开发效率。

        同时，指针移位操作在STM32开发中也是常见的。通过指针移位，我们可以方便地访问连续的内存区域，比如数组或结构体中的连续元素。在C语言中，我们可以通过指针算术运算（如加法、减法）来实现指针的移位。需要注意的是，在进行指针移位操作时，应确保指针类型和指向的数据类型一致，并遵循C语言指针算术运算的规则。

        此外，指针还可以用于访问和操作内存映射的硬件寄存器。在STM32中，许多硬件资源都是通过内存映射的方式暴露给软件的。通过指针，我们可以直接访问这些硬件寄存器的地址，从而实现对硬件的控制和配置。

        总的来说，指针在STM32开发中具有重要的作用，它允许我们通过内存地址直接访问和操作数据，实现对硬件的底层控制和优化。然而，由于指针直接操作内存地址，因此在使用时也需要格外小心，以避免出现内存泄漏、野指针等问题。

        指针的具体使用方法，这里就不再赘述。

参考资料：

        【1】哔站江协科技STM32入门教程

        【2】《STM32单片机原理与项目实战》刘龙、高照玲、田华著

        【3】《ARM Cortex-M3嵌入式原理及应用》黄可亚著

        【4】《STM32嵌入式微控制器快速上手》陈志旺著

        【5】《STM32单片机应用与全案例实践》沈红卫等著

        【6】《野火STM32开发指南》

        【7】《正点原子STM32开发指南》