技巧小结：外部总线访问FPGA寄存器

概述

需求：stm32的fsmc总线挂载fpga，stm32需要访问fpga内部寄存器
1、分散加载文件将变量存放到指定地址即FPGA寄存器地址

sct文件指定变量存储地址，从而可以直接访问外设，（28335也可以，不过用的是cmd文件），stm32可以将变量指定存放到0x6000 0000地址即外部总线对应的这个地址，而外部总线上这段地址可以是挂载的fpga，也可以是sram等，如果是fpga，fpga会提供寄存器供stm32访问，因此这样访问fpga十分方便；典型代码：

1、修改sct文件新建段
  FPGA_ADC_REG 0x60000000 UNINIT 0x00000010  {  ; adc data
   *(.fpga_adc_reg)                       ; 确保段名fpga_adc_reg与代码中一致
  }
2、源代码定义变量并指定存放地址为段
  __attribute__((section(".fpga_adc_reg"))) volatile ST_REG ADC_REG[16];
3、直接访问变量就是访问FPGA寄存器
  ADC_REG[i].all=i;

2、将FPGA寄存器基地址按照指定的结构体形式进行强制类型转换

还有一种是定一个一个大的结构体变量struct fpga，其内部变量的排布格式和fpga提供的一致，然后再将0x6000 0000 地址强转为struct fpga类型，对结构体成员的访问也就是对fpga的访问了，这种形式类似于很多stm32底层外设驱动开发格式；典型代码：

1、定义类型
typedef struct
{
	ST_REG ST_ADC_REG[16];  // adc地址范围0x6000 0000 ~ 0x6000 0010
	ST_REG ST_PWM_REG[16];  // pwm地址范围0x6000 0010 ~ 0x6000 0020
	
}ST_FPGA_REG; //FPGA所有的寄存器按此结构和顺序排布，如果有空隙则用rsd占位
2、强转类型
#define   fpga_all_regs       (*(volatile ST_FPGA_REG*)0x60000000)
3、访问地址
fpga_all_regs.ST_ADC_REG[i].all=i;

3、指针单独访问FPGA的每个寄存器地址

还有一种就是更简单的：地址全部都用宏定义，因为fpga挂在0x6000 0000地址，每个fpga的变量都是基于此地址偏移，stm32可以直接访问地址，就可以拿到变量值。需要宏定义基地址、偏移地址等等。典型代码：

1、宏定义地址
#define  FPGA_ADDR        (0x60000000)
#define  FPGA_ADC_OFFSET  (0x0)
#define  FPGA_ADC_BASE    (unsigned char*)(FPGA_ADDR+FPGA_ADC_OFFSET) 
2、访问地址
 *(FPGA_ADC_BASE+i) = i;

一、FSMC模块

1、FSMC控制寄存器

在这里插入图片描述

2、FSMC表示的地址范围：

在这里插入图片描述

二、访问方式

1、分散加载sct文件指定变量存储地址

sct文件指定变量存储地址，从而可以直接访问外设，（28335也可以，不过用的是cmd文件），stm32可以将变量指定存放到0x6000 0000地址即外部总线对应的这个地址，而外部总线上这段地址可以是挂载的fpga，也可以是sram等，如果是fpga，fpga会提供寄存器供stm32访问，因此这样访问fpga十分方便；

代码例子：

（1）修改分散加载文件生成两个section（段区域）

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }

  RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000  {
   .ANY (+RW +ZI)
  }
  
  FPGA_ADC_REG 0x60000000 UNINIT 0x00000010  {  ; adc data
   *(.fpga_adc_reg)                       ; 确保段名fpga_adc_reg与代码中一致
  }
  
  FPGA_PWM_REG 0x60000010 UNINIT 0x00000010  {  ; pwm data
   *(.fpga_pwm_reg)                       ; 确保段名fpga_pwm_reg与代码中一致
  }
}

FPGA_ADC_REG这个地方的名字随便起，并不会用到，但是段名fpga_adc_reg是会使用到的！！！
UNINIT 表示此段无需初始化！！！

（2）定义变量并通过attribute存放到指定地址(执行地址)

typedef struct
{
	unsigned char bit0:1;
	unsigned char bit1:1;
	unsigned char bit2:1;
	unsigned char bit3:1;
	unsigned char bit4:1;
	unsigned char bit5:1;
	unsigned char bit6:1;
	unsigned char bit7:1;
}ST_BITS; //位域，按位访问

typedef union
{
	unsigned char all;
	ST_BITS       bits;
}ST_REG; //按位或者整体访问

__attribute__((section(".fpga_adc_reg"))) volatile ST_REG ADC_REG[16];
__attribute__((section(".fpga_pwm_reg"))) volatile ST_REG PWM_REG[16];

ST_REG这种形式既可以按位访问地址，也可以按字节访问地址；
volatile表示此变量会被外部设备修改，编译器优化后的代码必须每次都要从内存中访问此变量，而不能从寄存器缓冲中访问；

（3）查看map分配

  Load Region LR_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x000002f4, Max: 0x00100000, ABSOLUTE)

    Execution Region ER_IROM1 (Exec base: 0x08000000, Load base: 0x08000000, Size: 0x000002d4, Max: 0x00100000, ABSOLUTE)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x08000000   0x08000000   0x00000188   Data   RO           30    RESET               startup_stm32f40xx.o
    0x08000188   0x08000188   0x00000000   Code   RO           36  * .ARM.Collect$$$$00000000  mc_w.l(entry.o)
    0x08000188   0x08000188   0x00000004   Code   RO           39    .ARM.Collect$$$$00000001  mc_w.l(entry2.o)
    0x0800018c   0x0800018c   0x00000004   Code   RO           42    .ARM.Collect$$$$00000004  mc_w.l(entry5.o)
    0x08000190   0x08000190   0x00000000   Code   RO           44    .ARM.Collect$$$$00000008  mc_w.l(entry7b.o)
    0x08000190   0x08000190   0x00000000   Code   RO           46    .ARM.Collect$$$$0000000A  mc_w.l(entry8b.o)
    0x08000190   0x08000190   0x00000008   Code   RO           47    .ARM.Collect$$$$0000000B  mc_w.l(entry9a.o)
    0x08000198   0x08000198   0x00000004   Code   RO           54    .ARM.Collect$$$$0000000E  mc_w.l(entry12b.o)
    0x0800019c   0x0800019c   0x00000000   Code   RO           49    .ARM.Collect$$$$0000000F  mc_w.l(entry10a.o)
    0x0800019c   0x0800019c   0x00000000   Code   RO           51    .ARM.Collect$$$$00000011  mc_w.l(entry11a.o)
    0x0800019c   0x0800019c   0x00000004   Code   RO           40    .ARM.Collect$$$$00002712  mc_w.l(entry2.o)
    0x080001a0   0x080001a0   0x00000024   Code   RO           31    .text               startup_stm32f40xx.o
    0x080001c4   0x080001c4   0x00000024   Code   RO           55    .text               mc_w.l(init.o)
    0x080001e8   0x080001e8   0x00000002   Code   RO            1    i.SystemInit        main.o
    0x080001ea   0x080001ea   0x0000000e   Code   RO           59    i.__scatterload_copy  mc_w.l(handlers.o)
    0x080001f8   0x080001f8   0x00000002   Code   RO           60    i.__scatterload_null  mc_w.l(handlers.o)
    0x080001fa   0x080001fa   0x0000000e   Code   RO           61    i.__scatterload_zeroinit  mc_w.l(handlers.o)
    0x08000208   0x08000208   0x0000009c   Code   RO            2    i.main              main.o
    0x080002a4   0x080002a4   0x00000030   Data   RO           57    Region$$Table       anon$$obj.o


    Execution Region RW_IRAM1 (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x080002d4, Size: 0x00000400, Max: 0x00020000, ABSOLUTE)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x20000000        -       0x00000400   Zero   RW           28    STACK               startup_stm32f40xx.o


    Execution Region FPGA_ADC_REG (Exec base: 0x60000000, Load base: 0x080002d4, Size: 0x00000010, Max: 0x00000010, ABSOLUTE, UNINIT)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x60000000   0x080002d4   0x00000010   Data   RW            3    .fpga_adc_reg       main.o


    Execution Region FPGA_PWM_REG (Exec base: 0x60000010, Load base: 0x080002e4, Size: 0x00000010, Max: 0x00000010, ABSOLUTE, UNINIT)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x60000010   0x080002e4   0x00000010   Data   RW            4    .fpga_pwm_reg       main.o

0x20000000是默认的RAM区域，也是片上RAM对应的地址，用给其他所有的RW和ZI变量，这里的0x20000000是执行地址，即程序运行后要访问变量时是访问执行地址；

0x60000000是FSMC模块对应给FPGA寄存器变量的地址，这里的0x60000000是执行地址，即程序运行后要访问FPGA寄存器时是访问执行地址0x60000000；加载地址是0x080002d4，也就是为RW属性，变量需要从ROM的0x080002d4取出数据加载到执行地址0x60000000里作为初值！而.fpga_adc_reg 是这个区域内部的一个段，也就是用户程序会用到的段。

（4）访问变量

  for(unsigned char i = 0; i<16;i++)
	{
		ADC_REG[i].all=i;
		PWM_REG[i].bits.bit0 = i+0;
	}
ADC_REG[0]的地址就是0x60000000
ADC_REG[1]的地址就是0x60000001
ADC_REG[2]的地址就是0x60000002
...
ADC_REG[15]的地址就是0x6000000F


PWM_REG[0]的地址就是0x60000010
...
PWM_REG[15]的地址就是0x6000001F

2.地址强转为自定义的结构体类型

还有一种是定一个一个大的结构体变量struct fpga，其内部变量的排布格式和fpga提供的一致，然后再将0x6000 0000 地址强转为struct fpga类型，对结构体成员的访问也就是对fpga的访问了，这种形式类似于很多stm32底层外设驱动开发格式；

代码例子：

（1）定义FPGA寄存器的格式

typedef struct
{
	unsigned char bit0:1;
	unsigned char bit1:1;
	unsigned char bit2:1;
	unsigned char bit3:1;
	unsigned char bit4:1;
	unsigned char bit5:1;
	unsigned char bit6:1;
	unsigned char bit7:1;
}ST_BITS; //位域，按位访问

typedef union
{
	unsigned char all;
	ST_BITS       bits;
}ST_REG; //按位或者整体访问

typedef struct
{
	ST_REG ST_ADC_REG[16];  // adc地址范围0x6000 0000 ~ 0x6000 0010
	ST_REG ST_PWM_REG[16];  // pwm地址范围0x6000 0010 ~ 0x6000 0020
	
}ST_FPGA_REG; //FPGA所有的寄存器按此结构和顺序排布，如果有空隙则用rsd占位

fpga提供两组寄存器，分别是ADC和PWM模块的，两者的寄存器紧挨着放置，顺序就是ST_FPGA_REG声明的那样。

（2）定义FPGA寄存器的地址

#define   FPGA_ADDR   (0x60000000)

（3）强制转换FPGA寄存器的地址为ST_FPGA_REG类型

#define   fpga_all_regs       (*(volatile ST_FPGA_REG*)FPGA_ADDR)

这里需要进一步理解指针：指针提供两个信息：从哪个地址开始按照什么格式区看后面的数据。比如，（ST_FPGA_REG*）0x60000000表示从0x60000000地址访问数据，这个地址后面的数据要按照ST_FPGA_REG格式去阅读和访问（即指针指向的类型）；带上*号表示对此地址解引用即访问此地址，需要按照ST_FPGA_REG格式去访问。

（4）访问FPGA的寄存器值

	for(unsigned char i = 0; i<16;i++)
	{	
		fpga_all_regs.ST_ADC_REG[i].all=i;
		fpga_all_regs.ST_PWM_REG[i].bits.bit0 = i+0;
	}

3.指针访问宏定义的地址

还有一种就是更简单的：地址全部都用宏定义，因为fpga挂在0x6000 0000地址，每个fpga的变量都是基于此地址偏移，stm32可以直接访问地址，就可以拿到变量值。需要宏定义基地址、偏移地址等等。
代码例子：

（1）定义FPGA寄存器地址

#define   FPGA_ADDR       (0x60000000)

#define  FPGA_ADC_OFFSET  (0x0)
#define  FPGA_PWM_OFFSET  (0x10)

//需要指定地址的类型即指向哪种数据类型，默认设置为unsigned char
#define  FPGA_ADC_BASE    (unsigned char*)(FPGA_ADDR+FPGA_ADC_OFFSET) 
#define  FPGA_PWM_BASE    (unsigned char*)(FPGA_ADDR+FPGA_PWM_OFFSET)

#define  FPGA_ADC_SIZE    (0x10)
#define  FPGA_PWM_SIZE    (0x10)

宏定义定义地址时需要指定地址的指向类型，可以默认为unsigned char。

（2）访问FPGA寄存器

	for(unsigned char i = 0; i<FPGA_ADC_SIZE; i++)
	{	
        *(FPGA_ADC_BASE+i) = i;
		*(FPGA_PWM_BASE+i) = i+1; //此时无法使用结构体按位访问了
		
		(*(ST_REG*)(FPGA_ADC_BASE+i)).all = i;
		(*(ST_REG*)(FPGA_PWM_BASE+i)).bits.bit0 = i+1; //强转之后就能用结构体按位访问了
	}

对地址直接解引用访问则为unsigned char类型，无法按位访问。可以先强制转换为ST_REG类型，就可以对字节进行按位访问了。

三、所有代码

所有代码

1、sct文件

; *************************************************************
; *** Scatter-Loading Description File generated by uVision ***
; *************************************************************

LR_IROM1 0x08000000 0x00100000  {    ; load region size_region
  ER_IROM1 0x08000000 0x00100000  {  ; load address = execution address
   *.o (RESET, +First)
   *(InRoot$$Sections)
   .ANY (+RO)
   .ANY (+XO)
  }

  RW_IRAM1 0x20000000 0x00020000  {
   .ANY (+RW +ZI)
  }
  
  FPGA_ADC_REG 0x60000000 UNINIT 0x00000010  {  ; adc data
   *(.fpga_adc_reg)                       ; 确保段名fpga_adc_reg与代码中一致
  }
  
  FPGA_PWM_REG 0x60000010 UNINIT 0x00000010  {  ; pwm data
   *(.fpga_pwm_reg)                       ; 确保段名fpga_pwm_reg与代码中一致
  }
}

2、map表

==============================================================================

Memory Map of the image

  Image Entry point : 0x08000189

  Load Region LR_IROM1 (Base: 0x08000000, Size: 0x000002d4, Max: 0x00100000, ABSOLUTE)

    Execution Region ER_IROM1 (Exec base: 0x08000000, Load base: 0x08000000, Size: 0x000002b4, Max: 0x00100000, ABSOLUTE)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x08000000   0x08000000   0x00000188   Data   RO           30    RESET               startup_stm32f40xx.o
    0x08000188   0x08000188   0x00000000   Code   RO           36  * .ARM.Collect$$$$00000000  mc_w.l(entry.o)
    0x08000188   0x08000188   0x00000004   Code   RO           39    .ARM.Collect$$$$00000001  mc_w.l(entry2.o)
    0x0800018c   0x0800018c   0x00000004   Code   RO           42    .ARM.Collect$$$$00000004  mc_w.l(entry5.o)
    0x08000190   0x08000190   0x00000000   Code   RO           44    .ARM.Collect$$$$00000008  mc_w.l(entry7b.o)
    0x08000190   0x08000190   0x00000000   Code   RO           46    .ARM.Collect$$$$0000000A  mc_w.l(entry8b.o)
    0x08000190   0x08000190   0x00000008   Code   RO           47    .ARM.Collect$$$$0000000B  mc_w.l(entry9a.o)
    0x08000198   0x08000198   0x00000004   Code   RO           54    .ARM.Collect$$$$0000000E  mc_w.l(entry12b.o)
    0x0800019c   0x0800019c   0x00000000   Code   RO           49    .ARM.Collect$$$$0000000F  mc_w.l(entry10a.o)
    0x0800019c   0x0800019c   0x00000000   Code   RO           51    .ARM.Collect$$$$00000011  mc_w.l(entry11a.o)
    0x0800019c   0x0800019c   0x00000004   Code   RO           40    .ARM.Collect$$$$00002712  mc_w.l(entry2.o)
    0x080001a0   0x080001a0   0x00000024   Code   RO           31    .text               startup_stm32f40xx.o
    0x080001c4   0x080001c4   0x00000024   Code   RO           55    .text               mc_w.l(init.o)
    0x080001e8   0x080001e8   0x00000002   Code   RO            1    i.SystemInit        main.o
    0x080001ea   0x080001ea   0x0000000e   Code   RO           59    i.__scatterload_copy  mc_w.l(handlers.o)
    0x080001f8   0x080001f8   0x00000002   Code   RO           60    i.__scatterload_null  mc_w.l(handlers.o)
    0x080001fa   0x080001fa   0x0000000e   Code   RO           61    i.__scatterload_zeroinit  mc_w.l(handlers.o)
    0x08000208   0x08000208   0x0000007c   Code   RO            2    i.main              main.o
    0x08000284   0x08000284   0x00000030   Data   RO           57    Region$$Table       anon$$obj.o


    Execution Region RW_IRAM1 (Exec base: 0x20000000, Load base: 0x080002b4, Size: 0x00000400, Max: 0x00020000, ABSOLUTE)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x20000000        -       0x00000400   Zero   RW           28    STACK               startup_stm32f40xx.o


    Execution Region FPGA_ADC_REG (Exec base: 0x60000000, Load base: 0x080002b4, Size: 0x00000010, Max: 0x00000010, ABSOLUTE, UNINIT)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x60000000   0x080002b4   0x00000010   Data   RW            3    .fpga_adc_reg       main.o


    Execution Region FPGA_PWM_REG (Exec base: 0x60000010, Load base: 0x080002c4, Size: 0x00000010, Max: 0x00000010, ABSOLUTE, UNINIT)

    Exec Addr    Load Addr    Size         Type   Attr      Idx    E Section Name        Object

    0x60000010   0x080002c4   0x00000010   Data   RW            4    .fpga_pwm_reg       main.o


==============================================================================

3、源代码

/*   1、分散加载文件指定变量存放地址    */
typedef struct
{
	unsigned char bit0:1;
	unsigned char bit1:1;
	unsigned char bit2:1;
	unsigned char bit3:1;
	unsigned char bit4:1;
	unsigned char bit5:1;
	unsigned char bit6:1;
	unsigned char bit7:1;
}ST_BITS; //位域，按位访问

typedef union
{
	unsigned char all;
	ST_BITS       bits;
}ST_REG; //按位或者整体访问

__attribute__((section(".fpga_adc_reg"))) volatile ST_REG ADC_REG[16];
__attribute__((section(".fpga_pwm_reg"))) volatile ST_REG PWM_REG[16];  


/*   2、强制转换地址为结构体格式       */
typedef struct
{
	ST_REG ST_ADC_REG[16];  // adc地址范围0x6000 0000 ~ 0x6000 0010
	ST_REG ST_PWM_REG[16];  // pwm地址范围0x6000 0010 ~ 0x6000 0020
	
}ST_FPGA_REG; //FPGA所有的寄存器按此结构和顺序排布，如果有空隙则用rsd占位

#define   FPGA_ADDR   (0x60000000)
#define   fpga_all_regs       ( *(volatile ST_FPGA_REG*)FPGA_ADDR)


/*             3、指针访问           */
#define  FPGA_ADC_OFFSET    (0x0)
#define  FPGA_PWM_OFFSET    (0x10)

//需要指定地址的类型即指向哪种数据类型，默认设置为unsigned char
#define  FPGA_ADC_BASE    (unsigned char*)(FPGA_ADDR+FPGA_ADC_OFFSET) 
#define  FPGA_PWM_BASE    (unsigned char*)(FPGA_ADDR+FPGA_PWM_OFFSET)

#define  FPGA_ADC_SIZE    (0x10)
#define  FPGA_PWM_SIZE    (0x10)


/**
  *   主函数
  */
int main(void)
{	

  unsigned char i= 0;
	
	/*   1、分散加载文件指定变量存放地址    */
  for(i = 0; i<16;i++)
	{
		ADC_REG[i].all=i;
		PWM_REG[i].bits.bit0 = i+0;
	}
	
	/*   2、强制转换地址为结构体格式       */
	for(i = 0; i<16;i++)
	{	
		fpga_all_regs.ST_ADC_REG[i].all=i;
		fpga_all_regs.ST_PWM_REG[i].bits.bit0 = i+0;
	}
	
	/*             3、指针访问           */
	for(i = 0; i<FPGA_ADC_SIZE; i++)
	{	
    *(FPGA_ADC_BASE+i) = i;
		*(FPGA_PWM_BASE+i) = i+1; //此时无法使用结构体按位访问了
		
		(*(ST_REG*)(FPGA_ADC_BASE+i)).all = i;
		(*(ST_REG*)(FPGA_PWM_BASE+i)).bits.bit0 = i+1; //强转之后就能用结构体按位访问了
	}
	
	while(1)
	{
		
	}

}