2021年09月30日 | STM32位带操作的详解

1. 什么是位带操作以及STM32中位带操作的区域

什么是位带操作？简单来说就是通过宏定义封装一些操作，让你可以像51单片机上去操作IO口，从而不用麻烦的去配置各种寄存器，在STM32中有两个地方实现了位带。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。

下图就是STM32中可以用于位带操作的区域了，片上SRAM的0x2000 0000到0x2010 0000和片上外设的0x4000 0000到0x4010 0000;

2.位带区与位带别名区的膨胀对应关系

其中在位带区，操作每一个bit都可以通过操作对应的映射的一个地址位来进行实现，就是你想去给一个位高电平，实际上在代码上你去操作这个32bit的地址就行了，

举例：欲设置地址 0x2000_0000 中的比特 2，则使用位带操作的设置过程如下图所示：

3.公式计算

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 ）

位带操作简单地说，就是把每个比特膨胀成一个 32位的字。当访问这些字时，就可以达到访问原始比特的目的(这种说法比较绕，我觉着其实就是给每一位都有一个对应的地址，想访问这一位，就直接访问这个地址就行了，上面那个宏恰好就是计算这个地址的公式) ，比如BSRR寄存器有32个位，那么可以映射到32个地址上，我们去访问这32个地址就可以达到访问32个比特的目的。

//IO¿Ú²Ù×÷ºê¶¨Òå

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) //addr&0xF0000000:¼ÙÉèÊǼÆËãGPIOAµÄij¸ö룬0x4001080C,ÄÇôÕâ¸ö¼ÆËãÖµ¾Í»á°Ñ²»Ïà¸ÉµÄλÆÁ±Îµô£¬±ä³É0x4000 0000

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

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

//IO¿ÚµØÖ·Ó³Éä

#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¿Ú²Ù×÷,Ö»¶Ôµ¥Ò»µÄIO¿Ú!

//È·±£nµÄֵСÓÚ16!

#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //Êä³ö 

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

最主要的是这一段：

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

从CM3权威指南我们知道：

对于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+n4

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+n4

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。

这个宏定义后面的算式(addr&0xF0000000)+0x2000000+((addr&0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)

addr&0xF0000000取出最高的四位，其实就是用于区别SRAM(0x20000000)还是片上外设(0x40000000)的。

+0x2000000对于SRAM位带区则得到 0x22000000，对于片上外设位带区则得到0x42000000

(addr&0xFFFFF)等效于(addr&0x000FFFFF)，就是屏蔽掉高12位(个人认为屏蔽高12位和屏蔽高4位效果是一样的，

地址范围是0x2000_0000-0x200F_FFFF和0x4000_0000-0x400F_FFFF，他无非就是不要那个“2”和“4”)

<<5就等效于乘以32 ( 同样<<2等效于乘以4 )。