STM32 BSRR BRR ODR 寄存器

一、用法

经常会看到类似如下的宏定义语句,用于对已经初始化后的 IO 口输出高、低电平。

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#define SET_BL_HIGH()           GPIOA->BSRR=GPIO_Pin_0 
#define SET_BL_LOW() GPIOA->BRR=GPIO_Pin_0

其作用类似于如下两个库函数,

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void GPIO_SetBits(GPIO_Typedef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
void GPIO_ResetBits(GPIO_Typedef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)

而且实际上这两个库函数就是通过修改BSRR,BRR寄存器的值来实现对 IO 口设置的。如下便是输出高电平的函数体:

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void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_ALL_PERIPH(GPIOx));
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));

GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}

因此,使用宏或者库函数本质上都是一样的。区别在于使用宏更快,而使用函数更灵活。

二、解释

BSRR 和 BRR 都是 STM32 系列 MCU 中 GPIO 的寄存器。 BSRR 称为端口位设置/清楚寄存器,BRR称为端口位清除寄存器。

BSRR 低 16 位用于设置 GPIO 口对应位输出高电平,高 16 位用于设置 GPIO 口对应位输出低电平。

BRR 低 16 位用于设置 GPIO 口对应位输出低电平。高 16 位为保留地址,读写无效。

所以理论上来讲,BRR 寄存器的功能和 BSRR 寄存器高 16 位的功能是一样的。也就是说,输出低电平的宏语句,可以有如下两种写法。

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#define SET_BL_LOW()			GPIOA->BRR=GPIO_Pin_0
等价于
#define SET_BL_LOW() GPIOA->BSRR=GPIO_Pin_0 << 16

这么来看的话,其实 BRR 寄存器是比较多余的。而实际上,在最新的 STM32F4 系列 MCU 的 GPIO 寄存器中,已经找不到 BRR 寄存器了,仅保留了 BSRR 寄存器用于实现端口输出高低电平。因此,在 STM32F4 系列 MCU 的库函数中,对 GPIO 口输出高低电平的函数为如下形式:

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void HAL_GPIO_WritePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, GPIO_PinState PinState)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));
assert_param(IS_GPIO_PIN_ACTION(PinState));

if(PinState != GPIO_PIN_RESET)
{
GPIOx->BSRR = GPIO_Pin;
}
else
{
GPIOx->BSRR = (uint32_t)GPIO_Pin << 16U;
}
}

可见,不管是输出高还是输出低,都是对 BSRR 寄存器的操作。

三、BSRR、BRR、 ODR 之间的关系

配置 BSRR , BRR 是为了对端口输出进行配置,而 ODR 寄存器也是用于输出数据的寄存器,一个 ODR 寄存器控制了一组(16位)的 GPIO 输出。因此,对 ODR 进行修改也可以到达对 IO 口输出进行配置。

但是,由于对 ODR 寄存器的读写操作必须以 16 位的形式进行。因此,如果使用 ODR 改写数据以控制输出时,须采用“读-改-写”的形式进行。

假设需要对 GPIOA_Pin_6 输出高电平。采用改写 ODR 寄存器的方式时,使用“读-改-写”操作,代码如下:

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uint32_t temp;
temp = GPIOA->ODR;
temp = temp | GPIO_Pin_6;
GPIOA->ODR = temp;

而使用改写 BSRR 寄存器时,仅需要使用如下语句:

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GPIOA->BSRR = GPIO_Pin_6;

这是因为在修改 ODR 时,为了确保对端口 6 的修改不会影响到其他端口的输出,需要对端口的原始数据进行保存,之后再对端口 6 的值进行修改,最后再写入寄存器。而对 BSRR 的操作,是写 1 有效,写 0 不改变原状态,因此可以对端口 6 置 1,其他位保持为 0。BSRR 为 1 的位,会修改相应的 ODR 位,从而控制输出电平。

对 BSRR 的操作可以实现原子操作。因此在设置单个 IO 口输出时,使用 BSRR 进行操作会更加方便。

但也有例外的时候,在需要对单个IO口进行 Toggle 操作时(即对当前输出取反输出,当前输出为高则输出低,当前输出低则输出高),官方的库函数就是直接对 ODR 寄存器进行操作的。代码如下:

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void HAL_GPIO_TogglePin(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin)
{
/* Check the parameters */
assert_param(IS_GPIO_PIN(GPIO_Pin));

GPIOx->ODR ^= GPIO_Pin;
}

这是因为,0 和 1 与 1 进行异或操作被取反,0 和 1 与 0 进行异或操作保持原值。如下:

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0 ^ 1 = 1
1 ^ 1 = 0

0 ^ 0 = 0
1 ^ 0 = 1