2019年11月28日 | STM32与LPC17XX中的位带(bit-band)操作理解

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。

读以上描述有点累

我个人理解如下

位带解释：

位带处理把一寄存器的每一位转换成字寄存器（32位）。

这样一个寄存器（32位）变成32个寄存器（32位）。

占硬件资源大。

51单片机有专门硬位区。位处理编程高效

Cortex-M3没有专门硬位区，位处理通过软件方法，可用位转成字。

具体操作如下

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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//位带操作,实现51类似的GPIO控制功能

//具体实现思想,参考<>第五章(87页~92页).

//IO口操作宏定义

#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,只对单一的IO口!

//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

以上方法可移植到LPC17xx。只是地址不同。