c语言 开发语言 嵌入式中的C 如何用联合体union以及结构体定义一个寄存器

联合体 union

什么是联合体

在C语言中，变量的定义是分配存储空间的过程。一般的，每个变量都具有其独有的存储空间，那么可不可以在同一个内存空间中存储不同的数据类型（不是同时存储）呢？

答案是可以的，使用联合体就可以达到这样的目的。联合体也叫共用体，在C语言中定义联合体的关键字是union。

定义一个联合类型的一般形式为：

union 联合名

{

成员表

};

成员表中含有若干成员，成员的一般形式为： 类型说明符 成员名。其占用的字节数与成员中最大数据类型占用的字节数相同。

与结构体（struct）、枚举（enum）一样，联合体也是一种构造类型。

总得要先定义才能用吧

创建联合和创建结构的方式相同，需要一个联合模板和联合变量。下面是几种定义联合体变量的方法：

1 先创建模板，再定义变量 不常用

// 创建联合体模板union perdata

union perdata

{

int Class;

char Office;

};

// 使用该联合体模板创建两个变量a, b

union perdata a,b;

此处，perdata是联合体名，该名字是由我们任意定的，但是尽量起个有意义的名称。其相当于一个模板，可以使用这个模板去定义变量a、b。定义的时候不要忘了union。

2 同时创建模板和变量 不常用

// 创建联合体模板union perdata的同时定义两个变量a、b

union perdata

{

int Class;

char Office;

}a,b;

3 省略联合体名 不常用

union

{

int Class;

char Office;

}a,b;

4 使用typedef 常用

// 联合体模板union perdata重新命名为perdata_U

typedef union perdata

{

int Class;

char Office;

}perdata_U;

// 使用新名字perdata_U创建两个变量a, b

perdata_U a,b;

此处使用typedef为联合体模板union perdata定义一个别名perdata_U，再用perdata_U去定义其他变量。

总得要初始化的吧？

联合体的初始化与结构体不同，联合体只能存储一个值。 联合体有这么几种初始化的方法。

perdata_U a;

a.Class = 10;

perdata_U b = a; /* 1、把一个联合初始化为另一个同类型的联合； */

perdata_U c = {20}; /* 2、初始化联合的第一个成员； */

perdata_U d = {.Office = 30}; /* 3、根据C99标准，使用指定初始化器。 */

怎么用呐？

配合结构体，#define ，联合体来封装一个GPIO

以下是按结构顺序来的代码片段，先举个实际中应用的例子

typedef union {

unsigned long WORD;

struct {

unsigned long P0:1;

unsigned long P1:1;

unsigned long P2:1;

unsigned long P3:1;

unsigned long P4:1;

unsigned long P5:1;

unsigned long P6:1;

unsigned long P7:1;

unsigned long P8:1;

unsigned long P9:1;

unsigned long P10:1;

unsigned long P11:1;

unsigned long P12:1;

unsigned long P13:1;

unsigned long P14:1;

unsigned long P15:1;

unsigned long P16:1;

unsigned long P17:1;

unsigned long P18:1;

unsigned long P19:1;

unsigned long P20:1;

unsigned long P21:1;

unsigned long P22:1;

unsigned long P23:1;

unsigned long P24:1;

unsigned long P25:1;

unsigned long P26:1;

unsigned long P27:1;

unsigned long P28:1;

unsigned long P29:1;

unsigned long P30:1;

unsigned long P31:1;

}BIT;

}Reg_GPIO_PORT;

1.还是先定义一个联合体吧，这里用的是typedef union进行定义的，之后只要使用Reg_GPIO_PORT就可以定义另外的类似的联合体了。

这里的目的是： unsigned long WORD;：联合体第一个成员，初始化的时候用 BIT：一个结构体，方便处理其中每一位。，因为联合体成员本质上共有一块内存地址，简单来说就是可以 按照位域分配的大小处理每一位。:1位域操作方法

这边定义了一个名叫Reg_GPIO_PORT的结构体，用来描述General purpose input output的各个寄存器。这么看来还是个32位的寄存器哦

2.很明显要操作一个GPIO需要配置多个寄存器，或者说有多个寄存器来描述一个GPIO。

typedef volatile struct{

Reg_GPIO_PORT PLR;

Reg_GPIO_PORT PDR;

Reg_GPIO_PORT PSR;

Reg_GPIO_PORT PCR;

Reg_GPIO_PORT HRIPR;

Reg_GPIO_PORT LFIPR;

Reg_GPIO_PORT ISR;

Reg_GPIO_PORT SDR;

Reg_GPIO_PORT CDR;

Reg_GPIO_PORT SHRIPR;

Reg_GPIO_PORT CHRIPR;

Reg_GPIO_PORT SLFIPR;

Reg_GPIO_PORT CLFIPR;

Reg_GPIO_PORT OLR;

Reg_GPIO_PORT DWER;

Reg_GPIO_PORT IMR;

Reg_GPIO_PORT REV0;

Reg_GPIO_PORT REV1;

Reg_GPIO_PORT SIMR;

Reg_GPIO_PORT CIMR;

Reg_GPIO_PORT ITER0;

Reg_GPIO_PORT ITER1;

Reg_GPIO_PORT ITER2;

Reg_GPIO_PORT ITER3;

Reg_GPIO_PORT ITER4;

Reg_GPIO_PORT ITER5;

Reg_GPIO_PORT ITER6;

Reg_GPIO_PORT ITER7;

}REG_GPIO;

上图就定义了一个描述GPIO的各个寄存器的结构体REG_GPIO，这里就使用到了流程1中定义的结构体Reg_GPIO_PORT，将PLR，IMR之类的（这些都是GPIO的寄存器名字，具体含义看芯片手册）定义成Reg_GPIO_PORT这样的联合体。联合体里边我们添加了自定义的BIT成员，这样就可以设置对应的位了

3.定义完了描述GPIO的结构体，接下来就是使用了。

REG_GPIO st_regGPIOM; //定义一个REG_GPIO型的名叫st_regGPIOM的结构体

#define GPIOM (&st_regGPIOM)

把GPIOM预定义成st_regGPIOM结构体的首地址&st_regGPIOM。

GPIOM->DWER.BIT.P5 = 1;

//GPIOM->访问结构体成员

//DWER 之前定义的st_regGPIOM结构体中的一个成员，具体含义看芯片手册

//GPIOM->DWER.BIT.P5 = 1; 访问dwer寄存器的bit5 并置1

DWER 这个成员是联合体Reg_GPIO_PORT型的，BIT是这个Reg_GPIO_PORT型的联合体中的一个成员。

Reg_GPIO_PORT型的联合体本质是一个long型的32位的连续内存，这里使用它内部的一个结构体成员BIT来以及位域操作来访问其中的每一个bit位。

封装一个控制寄存器的配置（和封装GPIO类似）

typedef union {

unsigned long WORD;

struct{

unsigned long FUNC_SEL:3;

unsigned long RAW_SEL:1;

unsigned long DGTBSEL:4;

unsigned long DMY1:3;

unsigned long SLEW:2;

unsigned long PD_EN:1;

unsigned long PU_EN:1;

unsigned long DMY2:6;

unsigned long I2C_SEL:2;

unsigned long DMY3:9;

}BIT;

}Reg_PADCFG;

一个寄存器中控制或者描述某个功能的bit可能有多个bit组成，这时候就需要用位域来划分了

再举个例子 看看TI固件库中寄存器是怎么封装的： 上图，定义一个GPAQSEL1_BITS的结构体，这个结构体内部用位域操作使得可以2位的写入对应的bit。用来作为联合体 GPAQSEL1_REG的一个成员。 将联合体 GPAQSEL1_REG用作描述GPAQSEL1寄存器一个外设器件中的寄存器可能不同，所以这里用了不同的联合体

所有的寄存器被封装成联合体类型的，联合体里边的成员是一个32bit的整数及一个结构体，该结构体以位域的形式体现。这样就可以达到直接操控寄存器的某些位了。比如，我们要设置PA0引脚的GPAQSEL1寄存器的[1:0]两位都为1，则我们只操控两个bit就可以很方便的这么设置：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.bit.GPIO0 = 3

或者直接操控整个寄存器：

GpioCtrlRegs.GPAQSEL1.all |=0x03

检测当前处理器是大端模式还是小端模式

可以使用联合体来做判断：

分离高低字节

单片机中经常会遇见分离高低字节的操作，比如进行计时中断复位操作时往往会进行

(65535-200)/256, (65535-200)%256

这样的操作，而一个除法消耗四个机器周期，取余也需要进行一系列复杂的运算，如果在短时间内需要进行很多次这样的运算无疑会给程序带来巨大的负担。其实进行这些操作的时候我们需要的仅仅是高低字节的数据分离而已，这样利用联合体我们很容易降低这部分开销。

union div

{

int n; // n中存放要进行分离高低字节的数据

char a[2]; // 在keil c中一个整形占两个字节，char占一个字节，所以n与数组a占的字节数相同

}test;

test.n = 65535-200; // 进行完这句后就一切ok了，下面通过访问test中数组a的数据来取出高低字节的数据

TH1 = test.a[0]; // test.a[0]中存储的是高位数据

TL1 = test.a[1]; // test.a[1]中储存了test.n的低位数据

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