stm32--位带基本操作

Posted 2023-05-17

参考技术A stm32--位带基本操作

支持了位带操作后，可以使用普通的加载/ 存储 指令 来对单一的比特进行读写。在CM3中，有两个区中实现了位带。其中一个是 SRAM 区的最低 1MB 范围，第二个则是片内外设区的最低 1MB范围。这两个区中的地址除了可以像普通的 RAM 一样使用外，它们还都有自己的“位带别名区”，位带别名区把每个比特膨胀成一个 32 位的字。当你通过位带别名区访问这些字时，就可以达到访问原始比特的目的。位带操作的概念其实 30 年前就有了，那还是8051  单片机 开创的先河，如今，CM3将此能力进化，这里的位带操作是 8051 位寻址区的威力大幅加强版。CM3使用如下术语来表示位带存储的相关地址：位带区：支持位带操作的地址区位带别名：对别名地址的访问最终作用到位带区的访问上（这中途有一个地址映射过程）在位带区中，每个比特都映射到别名地址区的一个字——这是只有 LSB 有效的字。当一个别名地址被访问时，会先把该地址变换成位带地址。对于读操作，读取位带地址中的一个字，再把需要的位右移到 LSB，并把 LSB 返回。对于写操作，把需要写的位左移至对应的位序号处，然后执行一个原子的“读－改－写”过程。

支持位带操作的两个内存区的范围是：0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的最低 1MB）0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）对 SRAM 位带区的某个比特，记它所在字节地址为 A,位序号为 n(0<=n<=7)，则该比特在别名区的地址为：              AliasAddr=0x22000000+((A-0x20000000)*8+n)*4=0x22000000+(A-0x20000000)*32+n*4对于片上外设位带区的某个比特，记它所在字节的地址为 A,位序号为 n(0<=n<=7)，则该比特在别名区的地址为：              AliasAddr=0x42000000+((A-0x40000000)*8+n)*4=0x42000000+(A-0x40000000)*32+n*4上式中，“*4”表示一个字为 4 个字节，“*8”表示一个字节中有 8 个比特。

这里再不嫌啰嗦地举一个例子：1.在地址 0x20000000 处写入 0x3355AACC2.读取地址0x22000008。本次读访问将读取 0x20000000，并提取比特 2，值为 1。3.往地址 0x22000008 处写 0。本次操作将被映射成对地址 0x20000000 的“读－改－写”操作（原子的），把比特2 清 0。4.现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit[2]已清零）。位带别名区的字只有 LSB 有意义。另外，在访问位带别名区时，不管使用哪一种长度的数据传送指令（字/半字/字节），都把地址对齐到字的边界上，否则会产生不可预料的结果。

浅析STM32 中常用的三个函数（sys.c,delay.c,usart.c）之一

1.sys.c(这个主要是定义位带区地址的宏定义，因此主要的代码都在sys.h中)

　其实，本质上sys就是实现位带区映射（每1Bit）到位带别名区（每32位，即1字），从而我们可以操作位带别名区里的“别名”，进而操控位带区对应的位置。

　支持了位带操作后，可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写。在CM3
中，有两个区中实现了位带。其中一个是SRAM 区的最低1MB 范围，第二个则是片内外设
区的最低1MB 范围。

　支持位带操作的两个内存区的范围是：
　　0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的最低1MB）
　　0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低1MB）

原理：这两个区中的地址除了可以像普通的RAM 一样使用外，它们还都有自己的“位带别名区”，

位带别名区把每个比特膨胀成一个32 位的字。当你通过位带别名区访问这些字时，就可以达到

访问原始比特的目的。

我们可以通过下图来了解地址映射的过程：

接下来把SRAM位带区和外设位带区各自映射到的位带别名区的计算公式列出来：

记位带区所在字节地址为A,位序号

在别名区的地址为：

内存SRAM公式：SRAMAddr=0x22000000+((A‐0x20000000)*8+n)*4 =0x22000000+ (A‐0x20000000)*32 + n*4

片上外设公式：PERIPHAddr=0x42000000+((A‐0x40000000)*8+n)*4 =0x42000000+ (A‐0x40000000)*32 + n*4

这些可以通过宏定义来实现：

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

(addr & 0xF0000000)是起始地址，+0x2000000就成了位带别名区的基地址，相当于取位带区的地址（字节数）和位数，

然后映射到位带别名区，其中+((addr &0xFFFFF)<<5)就是偏移地址（原始地址跟原始基地址的差距）*32，(bitnum<<2)就是位偏移*4；

 

//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))    //地址映射
#define MEM_ADDR(addr) *((volatile unsigned long *)(addr)) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　//取映射之后地址的值
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))　　　　　　　　　　　　　　　　//通过起始位带地址的地址和位数取位带别名区的地址的值

 

通过上边，我们可以基本掌握位带区到位带别名区的转换过程，可以通过下边的两个表练习一下。

 

 

 

 

 

通过下图，我们可知GPIOA_BASE~GPIOG_BASE,即寄存器A~F的基地址

#define PERIPH_BASE           ((uint32_t)0x40000000) 

#define APB2PERIPH_BASE (PERIPH_BASE + 0x10000)
#define GPIOA_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0800)　　　//寄存器A的基地址是0x4001 0800
#define GPIOB_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x0C00)　　　//寄存器B的基地址是0x4001 0C00
#define GPIOC_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1000)　　　//寄存器C的基地址是0x4001 1000
#define GPIOD_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1400)　　//寄存器D的基地址是0x4001 1400
#define GPIOE_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1800)　　//寄存器E的基地址是0x4001 1800
#define GPIOF_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x1C00)　　//寄存器F的基地址是0x4001 1C00
#define GPIOG_BASE (APB2PERIPH_BASE + 0x2000)　　//寄存器G的基地址是0x4001 2000

我们可以通过GPIO_IDR和GPIO_ODR寄存器控制GPIO的IO口输入输出

//IO口地址映射（GPIOA~G中寄存器的基地址加上偏移地址8就是对应寄存器的输出控制地址）

#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

（GPIOA~G中寄存器的基地址加上偏移地址12就是对应寄存器的输入控制地址）

 

 

#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

知道了各个寄存器的各个位的输入输出配置地址以及IO口操作宏定义之后，我们可以直接宏定义某寄存器的具体 某一位，从而进行位带操作。

//确保n的值小于16!
#define PAout(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //输出
#define PAin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //输入

#define PBout(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //输出
#define PBin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //输入

#define PCout(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //输出
#define PCin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //输入

#define PDout(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //输出
#define PDin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //输入

#define PEout(n)　　 BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //输出
#define PEin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //输入

#define PFout(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //输出
#define PFin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //输入

#define PGout(n)　　 BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //输出
#define PGin(n) 　　 BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //输入

 

位带操作有什么优越性？

最容易想到的就是通过GPIO 的管脚来单独控制每盏LED 的点亮与熄灭。

另一方面，也对操作串行接口器件提供了很大的方便（典型如74HC165,CD4094）。

总之位带操作对于硬件I/O 密集型的底层程序最有用处了。

 

 

如何在其他C文件中使用？

直接在对应的C文件的.h文件中引用"#include "sys.h" ",

然后对相应的位重新宏定义一下，方便进一步对位操作。

举例：#define LED0  PAout(5)        //作用就是点亮PA5口的LED0灯

这时直接给LED0=1，就是BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) =1，就是BIT_ADDR(GPIOA_BASE+12，n)=1,

就是把寄存器A的输出配置地址中的n位对应的值置1.（注意n位是0~F，要小于16）