Arduino 代码机制

新建一个Arduino程序。可是建完就郁闷了，因为只看到了setup和loop函数，却没有基本的c函数。

void setup() {// put your setup code here, to run once:
}void loop() {// put your main code here, to run repeatedly:
}

于是好奇心就来了，当然对于开源代码来说这个没有什么秘密。查一下源代码就知道了。
从配置文件来看，核心代码在cores\arduino下。进入代码目录可以看到这里各个文件都是按照功能来命名的，所以很好辨认。很容易就能找到main.cpp，我们打开来看看具体内容：

int main(void)
{init();#if defined(USBCON)USBDevice.attach();
#endifsetup();for (;;) {loop();if (serialEventRun) serialEventRun();}return 0;
}

看到我们熟悉的main函数了吧，同时看到main函数里在初始化时调用了setup函数，在for循环里调用了loop函数，所以这下大家明白了为什么在arduino中写代码的时候只看到setup和loop函数了吧，setup函数和loop函数已经预调用了。

接下来再打开一个最简单的例子Blink。

int led = 13;// the setup routine runs once when you press reset:
void setup() {               // initialize the digital pin as an output.pinMode(led, OUTPUT);
}// the loop routine runs over and over again forever:
void loop() {digitalWrite(led, HIGH);   // turn the LED on (HIGH is the voltage level)delay(1000);               // wait for a seconddigitalWrite(led, LOW);    // turn the LED off by making the voltage LOWdelay(1000);               // wait for a second
}

这个代码原理很简单，把引脚13设置成输出，然后使用for循环，在13脚交替输出高低电平；这个逻辑很好理解。但是这其中又有疑问了；写过avr c代码的同学肯定都知道，一般对某个端口或者引脚操作都是使用DDRX，PORTX，PINX来操作的，为什么这里可以直接用数字来操作呢？
接下来继续分析一下pinMode这个函数，这个函数在cores\arduino\Wiring_digital.c文件里。

void pinMode(uint8_t pin, uint8_t mode)
{uint8_t bit = digitalPinToBitMask(pin);uint8_t port = digitalPinToPort(pin);volatile uint8_t *reg, *out;if (port == NOT_A_PIN) return;// JWS: can I let the optimizer do this?reg = portModeRegister(port);out = portOutputRegister(port);…………
}

我只贴出了主要功能函数，其它部分代码感兴趣的可以自己去研究。这里可以看出主要函数是digitalPinToBitMask，digitalPinToPort，portModeRegister，portOutputRegister这几个。本着打破砂锅问到底的精神，我们继续搜索这几个函数的实现，这下可以看到是4个宏。

#define digitalPinToPort(P) ( pgm_read_byte( digital_pin_to_port_PGM + (P) ) )
#define digitalPinToBitMask(P) ( pgm_read_byte( digital_pin_to_bit_mask_PGM + (P) ) )
#define portInputRegister(P) ( (volatile uint8_t *)( pgm_read_word( port_to_input_PGM + (P))) )
#define portModeRegister(P) ( (volatile uint8_t *)( pgm_read_word( port_to_mode_PGM + (P))) )

对于pgm_read_byte这个函数说明如下：

读取指令pgm_read_xxx宏定义其实就是一段包括了flash读取指令的内联汇编代码。函数原型为：

pgm_read_byte(address_short);pgm_read_word(address_short);pgm_read_dword(address_short);pgm_read_float(address_short);//括号中是地址值。

本文的关键，不是pgm_read_byte这个函数，而是pgm_read_byte这个函数里面的参数：digital_pin_to_port_PGM，digital_pin_to_bit_mask_PGM，pgm_read_word( port_to_input_PGM，pgm_read_word( port_to_mode_PGM。看看这四个参数的定义在哪里。

经过搜索发现在 hardware\arduino\variants\leonardo\ Pins_arduino.h里，是不是很眼熟呀，是的，就是讲配置文件的时候讲过这个文件作用。

所以不难发现，arduino是是先把各个芯片的端口和引脚的映射关系都定义成几个表格，这几个表格把引脚所在的位置作为索引，在使用的时候通过引脚位置，通过查表得到对应的功能寄存器。然后就可以设置输出输入模式，设置输入输出电平，对于arduino来说只需要告诉它需要操作哪个引脚，以及要怎么操作。而不需要去关心这个引脚在哪个port上，是在PORTA还是在PORTB，更不用关心这个芯片是什么型号。
对于芯片的定时器，pwm等基础功能arduino都是按照这种方式实现的。就不再多说了。有了这些相信各位同学对arduino的使用会更加得心应手。

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