テンプレート+ constexprを使用して、コンパイル段階でマイクロコントローラーの周辺機器のレジスタマスクを作成します（C ++ 14）

はじめに

目次：

1. C ++ 14.の主な問題と制限。
2. ユーザーが決して間違えられないという事実に基づくソリューション。
3. ユーザーエラーの説明。
4. クラスを拡張します。
5. 略称エントリについて。
6. 結果。

C ++ 14の主な問題と制限

しかし、問題はそれだけでは終わりません。 後でよく使用するconstexpr関数を作成する場合、読み取り可能なエラーを返すと便利です。 ここでは、static_assertがこれにちょうど適切であると誤って想定される可能性があります。 ただし、関数パラメーターはconstexprにできないため、static_assertは使用できません。これは、コンパイル時にパラメーター値が認識されることが保証されない理由です。

エラーを表示する方法は？ 私が見つけた多かれ少なかれ通常の方法は、例外をスローすることです：

ユーザーが決して間違えられないという事実に基づくソリューション

/* *   . */ struct __attribute__( ( packed ) ) pin_config_t { EC_PORT_NAME port; //   // ( : EC_PORT_NAME::A ). EC_PORT_PIN_NAME pin_name; //   // ( : EC_PORT_PIN_NAME::PIN_0 ). EC_PIN_MODE mode; //   // ( : EC_PIN_MODE::OUTPUT ). EC_PIN_OUTPUT_CFG output_config; //   // ( : EC_PIN_OUTPUT_CFG::NOT_USE ). EC_PIN_SPEED speed; //   // ( : EC_PIN_SPEED::MEDIUM ). EC_PIN_PULL pull; //   // ( : EC_PIN_PULL::NO ). EC_PIN_AF af; //    // ( : EC_PIN_AF::NOT_USE ). EC_LOCKED locked; //     //     // global_port  // (  EC_LOCKED::NOT_LOCKED ). EC_PIN_STATE_AFTER_INIT state_after_init; //      // (  ,      ). // ( EC_PIN_STATE_AFTER_INIT::NO_USE). }; 

 /********************************************************************** *  enum class-. **********************************************************************/ /* *    . */ enum class EC_PORT_PIN_NAME { PIN_0 = 0, PIN_1 = 1, PIN_2 = 2, PIN_3 = 3, PIN_4 = 4, PIN_5 = 5, PIN_6 = 6, PIN_7 = 7, PIN_8 = 8, PIN_9 = 9, PIN_10 = 10, PIN_11 = 11, PIN_12 = 12, PIN_13 = 13, PIN_14 = 14, PIN_15 = 15 }; /* *  . */ enum class EC_PIN_MODE { INPUT = 0, // . OUTPUT = 1, // . AF = 2, //  . ANALOG = 3 //  . }; /* *  . */ enum class EC_PIN_OUTPUT_CFG { NO_USE = 0, //     . PUSH_PULL = 0, // "-". OPEN_DRAIN = 1 // " ". }; /* *  . */ enum class EC_PIN_SPEED { LOW = 0, // . MEDIUM = 1, // . FAST = 2, // . HIGH = 3 //   }; /* *   */ enum class EC_PIN_PULL { NO_USE = 0, //  . UP = 1, //   . DOWN = 2 //   . }; /* *   ,  . */ enum class EC_PIN_AF { AF_0 = 0, NO_USE = AF_0, SYS = AF_0, AF_1 = 1, TIM1 = AF_1, TIM2 = AF_1, AF_2 = 2, TIM3 = AF_2, TIM4 = AF_2, TIM5 = AF_2, AF_3 = 3, TIM8 = AF_3, TIM9 = AF_3, TIM10 = AF_3, TIM11 = AF_3, AF_4 = 4, I2C1 = AF_4, I2C2 = AF_4, I2C3 = AF_4, AF_5 = 5, SPI1 = AF_5, SPI2 = AF_5, I2S2 = AF_5, AF_6 = 6, SPI3 = AF_6, I2S3 = AF_6, AF_7 = 7, USART1 = AF_7, USART2 = AF_7, USART3 = AF_7, AF_8 = 8, UART4 = AF_8, UART5 = AF_8, USART6 = AF_8, AF_9 = 9, CAN1 = AF_9, CAN2 = AF_9, TIM12 = AF_9, TIM13 = AF_9, TIM14 = AF_9, AF_10 = 10, OTG_FS = AF_10, AF_11 = 11, ETH = AF_11, AF_12 = 12, FSMC = AF_12, SDIO = AF_12, AF_13 = 13, DCMI = AF_13, AF_14 = 14, AF_15 = 15, EVENTOUT = AF_15 }; /* *       set_locked_key_port  * set_locked_keys_all_port   global_port. * !       global_port.    *          - . *     -  . */ enum class EC_LOCKED { NOT_LOCKED = 0, //   . LOCKED = 1 //  . }; /* *      * ( ,     ). */ enum class EC_PIN_STATE_AFTER_INIT { NO_USE = 0, RESET = 0, SET = 1 }; 

 class pin { public: constexpr pin ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); void set ( void ) const; void reset ( void ) const; void set ( uint8_t state ) const; void set ( bool state ) const; void set ( int state ) const; private: constexpr uint32_t p_bsr_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); constexpr uint32_t set_msk_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); constexpr uint32_t reset_msk_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); const uint32_t p_bsr; const uint32_t bsr_set_msk, bsr_reset_msk; }; 

• パラメータなしで設定-出力の出力の状態を1に設定します。
• reset-出力の出力の状態を0にリセットします。
• さまざまなタイプのパラメーターで設定します-実際には、上記の関数を使用して出力で特定の状態を設定するのは1つの関数です（後で説明します）。

 /* *      <<1>>, *     . */ void pin::set ( void ) const { *M_U32_TO_P(this->p_bsr) = this->bsr_set_msk; } /* *      <<0>>, *     . */ void pin::reset ( void ) const { *M_U32_TO_P(this->p_bsr) = this->bsr_reset_msk; } /* *      , *     . */ void pin::set ( uint8_t state ) const { if ( state ) { this->set(); } else { this->reset(); } } void pin::set ( bool state ) const { this->set( static_cast< uint8_t >( state ) ); } void pin::set ( int state ) const { this->set( static_cast< uint8_t >( state ) ); } 

 //    uint32_t     uint32_t. //     . #define M_U32_TO_P(point) ((uint32_t *)(point)) 

1. set_msk_get-uint32_t変数の値を返します。これは、ユーザー定義の出力を<< 1 >>に設定するためのBSRレジスタのマスクです。
2. reset_msk_get-変数のuint32_t値を返します。これは、ユーザー定義の出力を<< 0 >>にリセットするためのBSRレジスタのマスクです。
3. p_bsr_get-マイクロコントローラの物理メモリカード上のBSRレジスタのアドレスを含むuint32_t変数の値を返します。

 /********************************************************************** *  constexpr . **********************************************************************/ /* *       "1"   BSR. */ constexpr uint32_t pin::set_msk_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ) { return 1 << M_EC_TO_U8(pin_cfg_array->pin_name); } /* *       "0"   BSR. */ constexpr uint32_t pin::reset_msk_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ) { return 1 << M_EC_TO_U8( pin_cfg_array->pin_name ) + 16; } /* *      BSR,    . */ constexpr uint32_t pin::p_bsr_get( const pin_config_t* const pin_cfg_array ) { uint32_t p_port = p_base_port_address_get( pin_cfg_array->port ); return p_port + 0x18; } 

 //  enum class  uint8_t. #define M_EC_TO_U8(ENUM_VALUE) ((uint8_t)ENUM_VALUE) 

 /* *        - *        . */ constexpr uint32_t p_base_port_address_get( EC_PORT_NAME port_name ) { switch( port_name ) { #ifdef PORTA case EC_PORT_NAME::A: return 0x40020000; #endif #ifdef PORTB case EC_PORT_NAME::B: return 0x40020400; #endif #ifdef PORTC case EC_PORT_NAME::C: return 0x40020800; #endif #ifdef PORTD case EC_PORT_NAME::D: return 0x40020C00; #endif #ifdef PORTE case EC_PORT_NAME::E: return 0x40021000; #endif #ifdef PORTF case EC_PORT_NAME::F: return 0x40021400; #endif #ifdef PORTG case EC_PORT_NAME::G: return 0x40021800; #endif #ifdef PORTH case EC_PORT_NAME::H: return 0x40021C00; #endif #ifdef PORTI case EC_PORT_NAME::I: return 0x40022000; #endif } } 

 /********************************************************************** *  constexpr . **********************************************************************/ constexpr pin::pin ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ): p_bsr ( this->p_bsr_get( pin_cfg_array ) ), bsr_set_msk ( this->set_msk_get( pin_cfg_array ) ), bsr_reset_msk ( this->reset_msk_get( pin_cfg_array ) ) {}; 

ユーザーエラーの説明。

 /********************************************************************** *  template . **********************************************************************/ template < EC_PORT_NAME PORT, EC_PORT_PIN_NAME PIN_NAME, EC_PIN_MODE MODE, EC_PIN_OUTPUT_CFG OUTPUT_CONFIG, EC_PIN_SPEED SPEED, EC_PIN_PULL PULL, EC_PIN_AF AF, EC_LOCKED LOCKED, EC_PIN_STATE_AFTER_INIT STATE_AFTER_INIT > class pin_config_check_param : public pin_config_t { public: constexpr pin_config_check_param(): pin_config_t( { .port = PORT, .pin_name = PIN_NAME, .mode = MODE, .output_config = OUTPUT_CONFIG, .speed = SPEED, .pull = PULL, .af = AF, .locked = LOCKED, .state_after_init = STATE_AFTER_INIT } ) { /* *       . */ #if defined(STM32F205RB)|defined(STM32F205RC)|defined(STM32F205RE) \ |defined(STM32F205RF)|defined(STM32F205RG) static_assert( PORT >= EC_PORT_NAME::A && PORT <= EC_PORT_NAME::H, "Invalid port name. The port name must be A..H." ); #endif static_assert( PIN_NAME >= EC_PORT_PIN_NAME::PIN_0 && PIN_NAME <= EC_PORT_PIN_NAME::PIN_15, "Invalid output name. An output with this name does not" "exist in any port. The output can have a name PIN_0..PIN_15." ); static_assert( MODE >= EC_PIN_MODE::INPUT && MODE <= EC_PIN_MODE::ANALOG, "The selected mode does not exist. " "The output can be set to mode: INPUT, OUTPUT, AF or ANALOG." ); static_assert( OUTPUT_CONFIG == EC_PIN_OUTPUT_CFG::PUSH_PULL || OUTPUT_CONFIG == EC_PIN_OUTPUT_CFG::OPEN_DRAIN, "A non-existent output mode is selected. " "The output can be in the mode: PUSH_PULL, OPEN_DRAIN." ); static_assert( SPEED >= EC_PIN_SPEED::LOW && SPEED <= EC_PIN_SPEED::HIGH, "A non-existent mode of port speed is selected. " "Possible modes: LOW, MEDIUM, FAST or HIGH." ); static_assert( PULL >= EC_PIN_PULL::NO_USE && PULL <= EC_PIN_PULL::DOWN, "A non-existent brace mode is selected." "The options are: NO_USE, UP or DOWN." ); static_assert( AF >= EC_PIN_AF::AF_0 && AF <= EC_PIN_AF::AF_15, "A non-existent mode of the alternative port function is selected." ); static_assert( LOCKED == EC_LOCKED::NOT_LOCKED || LOCKED == EC_LOCKED::LOCKED, "Invalid port lock mode selected." ); static_assert( STATE_AFTER_INIT == EC_PIN_STATE_AFTER_INIT::NO_USE || STATE_AFTER_INIT == EC_PIN_STATE_AFTER_INIT::SET, "The wrong state of the output is selected." "The status can be: NO_USE, UP or DOWN." ); }; }; 

 const pin_config_check_param< EC_PORT_NAME::C, EC_PORT_PIN_NAME::PIN_4, EC_PIN_MODE::OUTPUT, EC_PIN_OUTPUT_CFG::PUSH_PULL, EC_PIN_SPEED::MEDIUM, EC_PIN_PULL::NO_USE, EC_PIN_AF::NO_USE, EC_LOCKED::LOCKED, EC_PIN_STATE_AFTER_INIT::SET > lcd_res; 

 const constexpr pin pin_lcd_res( &lcd_res ); 

 void port_test ( void ) { pin_lcd_res.reset(); pin_lcd_res.set(); } 

クラス機能を展開

1. p_bb_odr_read-ここには、ODRレジスタのオブジェクト出力ビットへのポインターがあります（出力が出力に使用される場合、出力出力でユーザーが設定した位置）。 ビットバンディング領域を使用。
2. p_bb_idr_read-IDRレジスタにオブジェクト出力ビットへのポインタがあります（このレジスタには、出力の構成方法に関係なく、出力入力での実際の状態が含まれます）。 ビットバンディング領域を使用。

 /* *     bit_banding *  ,      . */ constexpr uint32_t pin::bb_p_idr_read_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ) { uint32_t p_port = p_base_port_address_get( pin_cfg_array->port ); uint32_t p_idr = p_port + 0x10; return M_GET_BB_P_PER(p_idr, M_EC_TO_U8(pin_cfg_array->pin_name)); } /* *     bit banding  , *       . */ constexpr uint32_t pin::odr_bit_read_bb_p_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ) { uint32_t p_port = p_base_port_address_get( pin_cfg_array->port ); uint32_t p_reg_odr = p_port + 0x14; return M_GET_BB_P_PER(p_reg_odr, M_EC_TO_U8(pin_cfg_array->pin_name)); } 

 //********************************************************************* // ,    . //********************************************************************* #define BIT_BAND_SRAM_REF 0x20000000 #define BIT_BAND_SRAM_BASE 0x22000000 //   RAM  Bit Banding . #define MACRO_GET_BB_P_SRAM(reg, bit) \ ((BIT_BAND_SRAM_BASE + (reg - BIT_BAND_SRAM_REF)*32 + (bit * 4))) #define BIT_BAND_PER_REF ((uint32_t)0x40000000) #define BIT_BAND_PER_BASE ((uint32_t)0x42000000) //      Bit Banding . #define M_GET_BB_P_PER(ADDRESS,BIT) \ ((BIT_BAND_PER_BASE + (ADDRESS - BIT_BAND_PER_REF)*32 + (BIT * 4))) 

 /********************************************************************** *  constexpr . **********************************************************************/ constexpr pin::pin ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ): p_bsr ( this->p_bsr_get( pin_cfg_array ) ), p_bb_odr_read ( this->odr_bit_read_bb_p_get( pin_cfg_array ) ), bsr_set_msk ( this->set_msk_get( pin_cfg_array ) ), bsr_reset_msk ( this->reset_msk_get( pin_cfg_array ) ), p_bb_idr_read ( this->bb_p_idr_read_get( pin_cfg_array ) ) {}; 

 /* *      , *     . */ void pin::invert( void ) const { if (*M_U32_TO_P_CONST(p_bb_odr_read)) { //   1,   0. this->reset(); } else { this->set(); } } /* *      . */ int pin::read() const { return *M_U32_TO_P_CONST(p_bb_idr_read); } 

 //    uint32_t     uint32_t. //    ,    ( ). #define M_U32_TO_P_CONST(point) ((const uint32_t *const)(point)) 

 class pin { public: constexpr pin ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); void set ( void ) const; void reset ( void ) const; void set ( uint8_t state ) const; void set ( bool state ) const; void set ( int state ) const; void invert ( void ) const; int read ( void ) const; private: constexpr uint32_t p_bsr_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); constexpr uint32_t set_msk_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); constexpr uint32_t reset_msk_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); constexpr uint32_t odr_bit_read_bb_p_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); constexpr uint32_t bb_p_idr_read_get ( const pin_config_t* const pin_cfg_array ); const uint32_t p_bsr; const uint32_t bsr_set_msk, bsr_reset_msk; const uint32_t p_bb_odr_read, p_bb_idr_read; }; 

略称エントリについて。

 template < EC_PORT_NAME PORT, EC_PORT_PIN_NAME PIN_NAME > class pin_config_adc_check_param : public pin_config_check_param< PORT, PIN_NAME, EC_PIN_MODE::INPUT, EC_PIN_OUTPUT_CFG::NO_USE, EC_PIN_SPEED::LOW, EC_PIN_PULL::UP, EC_PIN_AF::NO_USE, EC_LOCKED::LOCKED, EC_PIN_STATE_AFTER_INIT::NO_USE > { public: constexpr pin_config_adc_check_param() {}; }; 

 const pin_config_adc_check_param< EC_PORT_NAME::B, EC_PORT_PIN_NAME::PIN_1 > adc_left; 

まとめ