STM32中的位带(bit-band)操作

Posted 2020-09-16 风一样的男人2

        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 0x3355AACC
       2. 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。 

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1. ///////////////////////////////////////////////////////////////  
2. //位带操作,实现51类似的GPIO控制功能  
3. //具体实现思想,参考<<CM3权威指南>>第五章(87页~92页).  
4. //IO口操作宏定义  
5. #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))   
6. #define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))   
7. #define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))   
8. //IO口地址映射  
9. #define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C   
10. #define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C   
11. #define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C   
12. #define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C   
13. #define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C   
14. #define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C      
15. #define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C      
16.   
17. #define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8) //0x40010808   
18. #define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08   
19. #define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+8) //0x40011008   
20. #define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+8) //0x40011408   
21. #define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+8) //0x40011808   
22. #define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08   
23. #define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08   
24.    
25. //IO口操作,只对单一的IO口!  
26. //确保n的值小于16!  
27. #define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出   
28. #define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入   
29.   
30. #define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出   
31. #define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入   
32.   
33. #define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出   
34. #define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入   
35.   
36. #define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出   
37. #define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入   
38.   
39. #define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出   
40. #define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入  
41.   
42. #define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出   
43. #define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入  
44.   
45. #define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出   
46. #define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入