C语言竟是这样调用硬件的

大家都知道我们可以使用C语言写一段程序来控制硬件工作，但你知道其工作原理吗？

• 硬件是一种什么样的存在
• 什么是驱动。
• C语言怎么操作硬件
  我就不严格去定义这些概念了，我就以一个例子来通俗地讲解一下吧。
  首先讲硬件：
• 先介绍一款单片机芯片STM8。
  
  
  
  这款芯片里面有cpu， 内存，寄存器（先不要觉得看到新名词压力大，继续往下看）等等，相当于我们的电脑了，但还要外接其它硬件。
  
  这里你需要知道的概念是：
  
  芯片的引脚跟寄存器是相对应的，寄存器是8位的内存单元（对，存在于内存上面），当你往这个内存单元里面写入数据时，芯片的引脚的电压会发生变化，比如说我写入的是01100001，则芯片上与之对应的8个引脚的电压状态（分为高电平与低电平两种）会输出：低高高低低低低高。
  
  cpu可以执行代码指令，指令可以操作内存。
  
  结论：所以从上面两点可以我们可以知道，cpu可以执行指令，使芯片的引脚电平（电压）发生变化。
  
  
• 接下来我们再来看另一个硬件，液晶显示器LCD1602（对，我就是这么迷你）：
  
  
  
  关于这款显示器，我们需要知道的是：
  
  它是有引脚的，这些引脚可以跟到前面介绍的那款单片机芯片的引脚相连。
  该显示器有自带的内存，用于存储要显示的字符，显示器从该内存里面读取字符来来显示。
  
  单片机芯片与该显示器相连后，可以通过引脚往该显示器的内存里写数据（通过多个引脚电平的高低不同来代表不同的数据，比如说：低高高低低低低高  代表01100001，这个数据写在显示器的内存里面，被显示器所显示，当然，会根据ASCII来显示数字对应的字符，01100001对应的字符是‘a’），除了接收数据的引脚外，还有控制显示器的引脚（这个我们会在驱动那里介绍，继续往下看）。
  
  结论：单片机芯片与显示器相连，可以通过引脚输出的电平来控制显示器的字符显示。
  
  那么，综合上面，也就是说，单片机芯片cpu可以通过执行指令来控制显示器的字符显示。
  
  而这里，题主所说的硬件，指的就是这个显示器了。
  
  接下来讲驱动：
  
  那么，什么是驱动呢？驱动无非就是硬件跟软件的中间层，但我们不纠结这种关系，直接来看一下，对于我们这个例子，驱动指的是什么。首先我们要知道：
  
  显示器支持很多种操作，比如说清除显示，光标移动，读取数据，写数据等等。
  
  这些操作数据引脚和控制引脚来实现。
  
  引脚可以通过单片机芯片来控制。
  
  结论：我们可以通过在单片机芯片里面写显示器的“驱动”程序来屏蔽掉硬件（显示器硬件）层。
  
  于是这里驱动程序，指的是显示器所支持操作的程序表示。比如说清除显示，我们可以编写一个clear（）函数，光标移动，我们编写一个move_cursor（）函数，读取数据和写数据分别为read（）和write（），然后分别实现就可以了（通过向寄存器里写数据的形式，进而控制引脚的电平变化，再而控制显示器，这个过程前面已有介绍）。这些函数就是驱动程序了。为什么上面说驱动程序可以屏蔽掉硬件呢？因为程序员可以使用前面的驱动程序来直接操作显示器（硬件），而不用知道太多关于硬件的事情，而一般的驱动程序也可以由厂家来提供。
  
  再说明一点：一般这些驱动程序可以用汇编写（出于运行效率的考虑），也可以用C语言来编写的，比如说我上面的例子，就可以直接用C语言来编写。当然C语言内联汇编的形式也可以。
  
  最后讲C语言怎么操作硬件：
  
  相信到这里，C语言是怎么操作硬件的已经比较明白了。
  这里总结一下：
  
  C语言由CPU运行（实际上是先编译成机器码存在芯片里面然后执行），可以去操作内存。
  
  内存里有一段是跟寄存器相对应的，而寄存器是跟芯片的引脚相对应的，于是操作该段内存就能控制芯片引脚的电压变化。
  
  硬件（比如说显示器）有引脚（或者说排线，这些也是一样的东西），这些引脚跟芯片的引脚相连可以接受芯片的控制。
  
  可以把对某个硬件的操作做成一系列操作函数，这些操作函数就是驱动程序了。
  
  于是我们的C语言只要去调用这个驱动程序就可以直接操作硬件了。（当然驱动程序也可以由C语言来编写，所以C语言操作硬件并不一定要经过驱动程序）。