STM32中的位帶(bit-band)操作

支持了位帶操作后，可以使用普通的加載/存儲(chǔ)指令來對單一的比特進(jìn)行讀寫。在 CM3 中，有兩個(gè)區(qū)中實(shí)現(xiàn)了位帶。其中一個(gè)是 SRAM 區(qū)的最低 1MB 范圍，第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低 1MB范圍。這兩個(gè)區(qū)中的地址除了可以像普通的 RAM 一樣使用外，它們還都有自己的“位帶別名區(qū)”，位帶別名區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè) 32 位的字。當(dāng)你通過位帶別名區(qū)訪問這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪問原始比特的目的。

位帶操作的概念其實(shí) 30 年前就有了，那還是8051 單片機(jī)開創(chuàng)的先河，如今，CM3 將此能力進(jìn)化，這里的位帶操作是 8051 位尋址區(qū)的威力大幅加強(qiáng)版。

CM3 使用如下術(shù)語來表示位帶存儲(chǔ)的相關(guān)地址：

位帶區(qū)：支持位帶操作的地址區(qū)

位帶別名：對別名地址的訪問最終作用到位帶區(qū)的訪問上(這中途有一個(gè)地址映射過程)

在位帶區(qū)中，每個(gè)比特都映射到別名地址區(qū)的一個(gè)字——這是只有 LSB 有效的字。當(dāng)一個(gè)別名地址被訪問時(shí)，會(huì)先把該地址變換成位帶地址。

對于讀操作，讀取位帶地址中的一個(gè)字，再把需要的位右移到 LSB，并把 LSB 返回。對于寫操作，把需要寫的位左移至對應(yīng)的位序號(hào)處，然后執(zhí)行一個(gè)原子的“讀-改-寫”過程。

支持位帶操作的兩個(gè)內(nèi)存區(qū)的范圍是：

0x2000_0000‐0x200F_FFFF(SRAM 區(qū)中的最低 1MB)

0x4000_0000‐0x400F_FFFF(片上外設(shè)區(qū)中的最低 1MB)

對 SRAM 位帶區(qū)的某個(gè)比特，記它所在字節(jié)地址為 A,位序號(hào)為 n(0<=n<=7)，則該比特在別名區(qū)的地址為：

AliasAddr=0x22000000+((A-0x20000000)*8+n)*4=0x22000000+(A-0x20000000)*32+n*4

對于片上外設(shè)位帶區(qū)的某個(gè)比特，記它所在字節(jié)的地址為 A,位序號(hào)為 n(0<=n<=7)，則該比特在別名區(qū)的地址為：

AliasAddr=0x42000000+((A-0x40000000)*8+n)*4=0x42000000+(A-0x40000000)*32+n*4

上式中，“*4”表示一個(gè)字為 4 個(gè)字節(jié)，“*8”表示一個(gè)字節(jié)中有 8 個(gè)比特。

這里再不嫌啰嗦地舉一個(gè)例子：

1. 在地址 0x20000000 處寫入 0x3355AACC

2. 讀取地址0x22000008。本次讀訪問將讀取 0x20000000，并提取比特 2，值為 1。

3. 往地址 0x22000008 處寫 0。本次操作將被映射成對地址 0x20000000 的“讀-改-寫”操作(原子的)，把比特2 清 0。

4. 現(xiàn)在再讀取 0x20000000，將返回 0x3355AAC8(bit[2]已清零)。

位帶別名區(qū)的字只有 LSB 有意義。另外，在訪問位帶別名區(qū)時(shí)，不管使用哪一種長度的數(shù)據(jù)傳送指令(字/半字/字節(jié))，都把地址對齊到字的邊界上，否則會(huì)產(chǎn)生不可預(yù)料的結(jié)果。

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//位帶操作,實(shí)現(xiàn)51類似的GPIO控制功能

//具體實(shí)現(xiàn)思想,參考<>第五章(87頁~92頁).

//IO口操作宏定義

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))

#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr))

#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))

//IO口地址映射

#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C

#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C

#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C

#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C

#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C

#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C

#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C

#define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+8) //0x40010808

#define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08

#define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+8) //0x40011008

#define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+8) //0x40011408

#define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+8) //0x40011808

#define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08

#define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08

//IO口操作,只對單一的IO口!

//確保n的值小于16!

#define PAout(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //輸出

#define PAin(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //輸入

#define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //輸出

#define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //輸入

#define PCout(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //輸出

#define PCin(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //輸入

#define PDout(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //輸出

#define PDin(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //輸入

#define PEout(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //輸出

#define PEin(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //輸入

#define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //輸出

#define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //輸入

#define PGout(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //輸出

#define PGin(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //輸入