詳解STM32的位帶操作

正在準備做畢業(yè)設(shè)計，配置LED_Config()的時候，又看到了位帶操作的宏定義，我又嘀咕了，什么是位帶操作，一年前在使用位帶操作的時候，就查閱過好多資料，Core-M3也看過，但是對于博主這種“低能兒”來說，你不把它說的白一點，就是感覺理解的不夠透徹，于是今天又一次，查閱了各種手冊，也算是基本弄懂了，鑒于博主的個人特點，所以本人的介紹也會十分淺顯易懂，希望能幫到各位！

首先，拋磚引玉，來兩個問題：

1）為什么STM32里面會有位帶操作？

2）STM32里面的位帶操作是什么意思？

我也不想去弄什么官方定義了，來兩個例子，相信各位心里即使不能給出一個確切的定義，也不會再去糾結(jié)這個問題，

答：

1）51單片機相信各位都用過，假設(shè)P1.1的IO口上掛了一個LED，那么你單獨對LED的操作就是P1.1 = 0或P1.1 = 1，注意，是你可以單獨的對P1端的第一個IO口進行操作，然而STM32是不允許這樣做的，那么為了像51單片機一樣能夠單獨的對某個端的某一個IO單獨操作，就引入了位帶操作這樣的概念，簡而言之，言而總之，就是為了去單獨操作32里面PA端的第1個IO口，所以才有了位帶這樣的操作機制。

2）打個形象的比方，以某個村，就張村把，該村有3戶人家分別為A,B,C，我想給張村的A送禮，但是明文規(guī)定，不能給具體的個人送禮，但是可以給村委會送禮，那我該怎么辦呢，OK，即日起，A不叫A了，改名叫做村委會1，B和C分別改叫做村委會2和村委會3，哦了，可以給A送禮了，雖然我送禮的對象是村委會1，聽起來好像比個人級別高一點，但是最終收到禮物的還是個人A。同理，STM32不允許對某個端的某一個IO口進行操作，也就是PA.1 = 0或者PA.1 = 1這樣的操作是非法的，好了，那我就給PA.1起個別名，將原來PA.1的地址擴展成一個32位的字地址，對32位的地址進行操作，這個是STM32允許的，必需可以的,STM32對所有的寄存器配置，都是對某個32位地址的操作，因此說白了，就是某個IO端口進行操作，這就是位帶操作。

大白話說完，還是得回歸官方介紹，不過這時候你在看，應(yīng)該會好很多了。我們一步一步來，首先你應(yīng)該知道的

位帶區(qū)，和位帶別名區(qū)，位帶區(qū)，就是就是你想單獨操作的IO的區(qū)域，也就是PA,PB……等這一堆IO口的內(nèi)存所在區(qū)，而位帶別名區(qū)，就是你給每一位重新起了個名字的那一片地址區(qū)域?？梢钥聪卤?，M3內(nèi)核存儲器映射表，你能看到1M內(nèi)存的BitBand區(qū)，還有與之對應(yīng)的32M內(nèi)存的BitBand別名區(qū)，因為你將每一位膨脹成為了一個32位的地址，所以相應(yīng)的別名區(qū)的內(nèi)存也會是位帶區(qū)的32倍。

OK，現(xiàn)在我們應(yīng)該能夠知道，你想進行位帶操作去操作某個IO口的某一位，那么在STM32的環(huán)境下，你應(yīng)該去找該位對應(yīng)的別名區(qū)的地址，找到了這個地址，對這個地址進行操作，那么實際上也就是對該位進行操作了，接下來，我們要去找位所對應(yīng)的地址了。

官方給出了相應(yīng)的計算公式，我們以外設(shè)部分為例，畢竟用的多的還是外設(shè)部分的端口，具體到PA.1把

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

AliasAddr是別名區(qū)的地址，A是GPIOA->ODR的地址，n是該端口的上的某一位，這里就是1，通過這個公式你可以找到對應(yīng)的別名區(qū)的地址，接下來就是對這個地址進行操作了，你給他寫1，該位輸出1，寫0，就輸出0。

在這里我想解釋以下，為什么這個公式是這個樣子的，因為我也思考了很久！借助于下面這個圖：

0x42000000是位帶別名區(qū)域的起始地址，A是輸出數(shù)據(jù)寄存器GPIOA->ODR的地址，A的地址先減去位帶區(qū)基地址，得到的是相對于位帶區(qū)基地址的偏移地址，那么膨脹之后還是一個偏移地址，是相對于位帶別名區(qū)基地址的偏移量，加上位帶別名區(qū)域基地址，就得到了其對應(yīng)的別名區(qū)地址，這是總的原理，

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

這部分是膨脹公式,乘8是先把單元內(nèi)的每一位上升到字節(jié)的高度上，這樣，你想設(shè)置第二位，就直接在原來的基地址上+2就可以了，確定完是第幾位，再乘4，就是把位再上升到字的高度上，也就是每一位對應(yīng)一個32位的字，這樣最終的地址轉(zhuǎn)換就完成，關(guān)鍵還是要注意兩點，一是，兩部分地址的互相轉(zhuǎn)換，主要是每一部分的基地址。二就是位上升的32位地址這樣的一個方法概念。

說到這里，基本已經(jīng)介紹了80% 了，多數(shù)情況下，大家見到的代碼，應(yīng)該是以下這個樣子，一共分為三步，

1 #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 2 #define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr)) 3 #define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))

第一步，就是我們上面分析的，得到位帶別名區(qū)域的32位地址，至于第二步嘛，其實就是一個轉(zhuǎn)換，給各位舉個例子，如下，我想直接訪問0x00000001這個地址，并且給這個地址寫1，該怎么做呢，

1 # define ADDR 0x00000001 2 3 *(int *)ADDR = 1;

第二步的操作就是將第一步得到的32位地址，給轉(zhuǎn)換成一個指針變量，并且操作這個地址里的值，唯一的區(qū)別，就是由于安全的考慮，多加了一個volatile 這樣的關(guān)鍵字，但是他不會對我們產(chǎn)生其他的影響，而第三步，就是將前兩部，結(jié)合在一起，根據(jù)傳入的addr和bit計算得到32位的地址，然后強制類型轉(zhuǎn)換，使得我們可以去操作這個地址里的值，OK，大功告成，整個的思路基本就是這樣，應(yīng)該不是很難把，至此相信各位已經(jīng)能夠理解什么是位帶，以及該怎么去操作位帶。

接下來，再寫一種常用的位帶操作的用法。由于上面的傳入的addr是整個區(qū)域的基地址，因此，當(dāng)你想去使用不同GPIO口的時候，采用上面的寫法，你將麻煩需要多寫好幾個步驟，我自己常用的一種寫法是下面這個樣子的。

# define BITBAND_REG(Reg,Bit) (*((uint32_t volatile*)(0x42000000u + (((uint32_t)&(Reg) - (uint32_t)0x40000000u)<<5) + (((uint32_t)(Bit))<<2))))

# define LED0 BITBAND_REG(GPIOF->ODR,9)
# define LED1 BITBAND_REG(GPIOF->ODR,10)

短短的三行代碼，就已經(jīng)解決了所有問題，輸出控制小燈泡，即使再換用其他的端口，改動括號內(nèi)的內(nèi)容即可。Reg是操作部分的基地址，Bit就是第幾位了。

原理就是，我已經(jīng)知道，GPIO部分的基地址是0x42000000u ，那么我每次傳入具體的GPIOx->ODR寄存器，在定義中，對其取地址，這樣可以靈活訪問各個不用IO輸出，相當(dāng)于把我們的操作給具體化了，<<5,<<2這兩個就是乘32，乘4這樣的概念，只不過位操作，會更快一點。