Си для STM32F103

Вот твой обработчик PA3 из сданной ЛР2, тот же обработчик на Си и то, во что компилятор Keil превратил Си. Наведи на строку Си — подсветятся её инструкции.

Те же регистры, те же числа: 8 — бит 3 в EXTI_PR, 0x80 — бит 7 в ODR, и тот же BX lr на выходе. Компилятор даже схитрил: в r1 лежит адрес GPIOA_ODR = 0x4001080C, а в r0 — число 0xFFFFFC08, то есть −0x3F8. Их сумма — 0x40010414, это EXTI_PR. Одна загрузка адреса на оба регистра вместо двух.

Что остаётся за тобой, как и в ассемблере: какие регистры, какие биты, в каком порядке. Что берёт на себя компилятор: сложение базы и смещения, выбор регистров R0–R3/R12, сохранение остальных, BX LR и строку в таблице векторов.

В ЛР2 весь чип описывал один твой файл: EQU с адресами, таблица DCD, Reset_Handler, код. В проекте на Си эти роли разложены по готовым файлам из пакета Keil, а твой — только main.c (и, если нужно, .s с обработчиком).

__main — служебная функция библиотеки Си. Она копирует начальные значения глобальных переменных из флеша в ОЗУ и обнуляет остальные. В ассемблере ты такого не делал, потому что не было переменных в ОЗУ. Сборка через make делает то же самое в своём стартовом файле tools/c/startup_md.c.

Какой стартовый файл брать, решает размер флеша: у C8 64 КБ — это medium density, файл _md. По той же причине Keil сам передаёт компилятору макрос STM32F10X_MD, по которому stm32f10x.h выбирает нужный набор прерываний.

В stm32f10x.h каждый блок периферии описан как структура: список регистров в том порядке, в каком они лежат в памяти. Поле структуры занимает 4 байта, поэтому смещение каждого следующего поля на 4 больше. Это ровно таблица регистров блока из RM0008.

Комментарии со смещениями дописаны для наглядности, в заголовке их нет — смещение получается из порядка полей. Дальше EXTI->RTSR компилятор превращает в адрес 0x40010400 + 0x08 = 0x40010408, тот же, что у тебя в EXTI_RTSR EQU 0x40010408. Цепочка PERIPH_BASE → APB2PERIPH_BASE → EXTI_BASE — это карта памяти из RM0008 Table 3, записанная макросами.

Всё, что ты делал тройками LDR → операция → STR, в Си — одна строка с составным оператором. Компилятор сам развернёт её в те же три команды.

Маску можно писать как раньше — 1 << 3, 0xF << 12, — а можно готовым именем из заголовка. Имена устроены по схеме БЛОК_РЕГИСТР_ПОЛЕ, в точности как в RM0008:

Что выбрать — дело вкуса. Имена читаются лучше, числа ближе к тому, что ты считал в ЛР1 и ЛР2. На защите важно одно: суметь сказать, какой это бит и откуда он.

Компилятор оптимизирует: если результат вычисления нигде не нужен, вычисление выбрасывается. Пустой цикл-задержка с точки зрения языка ничего не делает — и исчезает. Вот что armclang сделал из двух функций:

Поэтому в методичке и написано volatile uint32_t cnt. Та же причина, по которой все поля регистров объявлены как __IO — это просто другое имя volatile. Без него компилятор мог бы, например, прочитать GPIOA->IDR один раз и дальше считать, что значение не меняется.

Второе правило volatile: переменная, которую меняет обработчик прерывания, а читает main (флаг, счётчик тиков), должна быть volatile. Иначе main прочитает её один раз и будет крутиться со старым значением.

В стартовом файле строка таблицы векторов для EXTI3 выглядит так: DCD EXTI3_IRQHandler. А ниже эта метка объявлена «слабой» ([WEAK]) и указывает на заглушку Default_Handler — бесконечный цикл B .. Слабое имя значит «если где-то есть функция с таким же именем — возьми её».

Поэтому весь механизм — одна строка в main.c:

Компоновщик видит сильную функцию EXTI3_IRQHandler и кладёт её адрес в строку 25 вместо заглушки. Считать строки больше не нужно. Для твоих кнопок имена такие:

В ЛР2 ты выяснил правило: ядро само сохраняет R0–R3, R12, LR, PC, xPSR, а R4–R11 — забота обработчика. Соглашение о вызовах Си (AAPCS) устроено так же: функция может портить R0–R3 и R12, а R4–R11 обязана вернуть как были. Поэтому любая функция на Си годится в обработчик без переделок: если ей понадобятся R4–R11, компилятор сам поставит PUSH/POP. И если она вызывает другую функцию, сам сохранит LR с EXC_RETURN.

Регистры ядра описаны в core_cm3.h так же структурами: NVIC->ISER[0], NVIC->IPR[9], SCB->AIRCR. Плюс CMSIS даёт короткие функции. Можно писать и так, и так — вот что за ними стоит:

Сдвиг на 4 делает функция. NVIC_SetPriority(…, 2) пишет в байт 0x20, а не 0x02: у STM32 из восьми бит приоритета работают только старшие четыре (биты 7:4), и функция сама сдвигает число на 8 − __NVIC_PRIO_BITS = 4. Если пишешь NVIC->IPR[...] напрямую — сдвигай сам. Иначе 2 попадёт в неработающие младшие биты и превратится в приоритет 0.

Ключ 0x05FA подставляет функция. NVIC_SetPriorityGrouping читает AIRCR, очищает старый ключ и PRIGROUP, вставляет 0x5FA в биты 31:16 и новое значение в биты 10:8. Без ключа запись в AIRCR игнорируется.

В ЛР1 и ЛР2 чип работал от внутреннего генератора HSI, 8 МГц. В проекте на Си стартовый код до main вызывает SystemInit(), а она по умолчанию включает кварц HSE 8 МГц и умножитель PLL ×9: 72 МГц. Перед этим она ставит задержку флеша 2 такта — без неё флеш не успевает на такой частоте. Шина APB1 делится на 2 (36 МГц — её максимум), APB2 работает на 72.

Что это значит для тебя:

• любой цикл-задержка идёт в 9 раз быстрее, чем на 8 МГц;
• текущую частоту программа знает из переменной SystemCoreClock — ею удобно считать задержки и настройку SysTick;
• на плате должен стоять кварц 8 МГц (на Blue Pill он есть). Если HSE не запустится, SystemInit тихо оставит HSI 8 МГц.

Так задумал преподаватель эксперимент 1: main на Си, обработчик на ассемблере. Обработчик — отдельный .s файл в проекте рядом с main.c:

• Таблицы векторов в .s нет. EXPORT EXTI3_IRQHandler делает метку видимой, и компоновщик подставляет её вместо слабой заглушки — так же, как функцию на Си.
• Общая переменная. В main.c: volatile uint32_t presses;. В .s: IMPORT presses и работа через её адрес LDR R0, =presses.
• Регистры — только R0–R3 и R12, правило то же, что в ЛР2 и в AAPCS.
• Своего Reset_Handler, STACK_TOP и AREA RESET быть не должно — это теперь делает стартовый файл. Если оставить, будет ошибка «multiple definition».

1. Project → New µVision Project, устройство STM32F103C8.
2. Откроется Manage Run-Time Environment: отметь CMSIS → CORE и Device → Startup. Keil добавит startup_stm32f10x_md.s и system_stm32f10x.c.
3. Add New Item → C File → main.c, в первой строке #include "stm32f10x.h". Для обработчика на ассемблере — Asm File.
4. Options for Target → Debug → ST-Link, как в ЛР2. Build (F7), Download (F8).

В папке проекта файл Makefile из одной строки include ../tools/rules-c.mk. Дальше make, make disasm, make flash — как для ассемблера. Собираются все .c и .s из папки; заголовки и system_stm32f10x.c берутся из пакетов Keil, так что main.c один и тот же.

• Peripherals → System Viewer → EXTI / NVIC — те же регистры, что в ЛР2, с именами битов.
• Watch — переменные Си по имени. Нужно, чтобы переменная была volatile или глобальной: иначе оптимизатор держит её в регистре, и Watch показывает «not in scope».
• Уровень оптимизации (Options → C/C++ → Optimization). На -O0 каждая строка Си — свои инструкции, шаги в отладчике идут по порядку. На -O1 и выше код компактнее, но строки перемешиваются. Для отладки удобнее -O0.

Лучший способ перейти на Си — переписать то, что уже работает. Возьми свой lab2.s и переведи настройку в main.c блок за блоком, по справочнику ниже. Обработчики — либо на Си, либо оставь ассемблерными, как хочет преподаватель.

Проверь себя по списку:

Если всё заработает — эксперимент 2 это те же обработчики плюс задержка и две строки приоритетов из главы 06. Присылай код, разберу так же, как ЛР2.

1u — беззнаковая единица. Сдвиг обычной 1 на 31 бит — неопределённое поведение в Си; с 1u такого вопроса нет, поэтому для масок регистров удобно писать 1u << n всегда.