2021年12月14日 | STM32位带操作实现GPIO输入输出

前言

位操作就是可以单独的对一个比特位读和写，这个在 51 单片机中非常常见。51 单片机中通过关键字 sbit 来实现位定义，STM32 没有这样的关键字，而是通过访问位带别名区来实现。

提示：以下是本篇文章正文内容

一、示意图

在 STM32 中，有两个地方实现了位带，一个是 SRAM 区的最低 1MB 空间，令一个是外设区最低 1MB 空间。这两个 1MB 的空间除了可以像正常的 RAM 一样操作外，他们还有自己的位带别名区，位带别名区把这 1MB 的空间的每一个位膨胀成一个 32 位的字，当访问位带别名区的这些字时，就可以达到访问位带区某个比特位的目的。

二、位带区

1.外设位带区

外设外带区的地址为：0X40000000~0X40100000，大小为 1MB，这 1MB 的大小在 103系列大/中/小容量型号的单片机中包含了片上外设的全部寄存器，这些寄存器的地址为：0X40000000~0X40029FFF 。

外设位带区地址为： AliasAddr= =0x42000000+ (A-0x40000000)*8*4 +n*4

0X42000000 是外设位带别名区的起始地址，0x40000000 是外设位带区的起始地址，（A-0x40000000）表示该比特前面有多少个字节，一个字节有 8 位，所以8，一个位膨胀后是 4 个字节，所以4，n 表示该比特在 A 地址的序号，因为一个位经过膨胀后是四个字节，所以也*4。

2.SRAM 位带区

SRAM 的位带区的地址为：0X2000 0000~X2010 0000，大小为 1MB，经过膨胀后的位带别名区地址为：0X2200 0000~0X23FF FFFF，大小为 32MB。

SRAM 位带区地址为： AliasAddr= =0x22000000+ (A-0x20000000)*8*4 +n*4，分析同上。

3.统一公式

为了方便操作，我们可以把这两个公式合并成一个公式，把“位带地址+位序号”转换成别名区地址统一成一个宏。

 // 把“位带地址+位序号”转换成别名地址的宏

 #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x02000000+((addr & 0x00FFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))

addr & 0xF0000000 是为了区别 SRAM 还是外设，实际效果就是取出 4 或者 2，如果是外设，则取出的是 4，+0X02000000 之后就等于 0X42000000，0X42000000 是外设别名区的起始地址。如果是 SRAM，则取出的是 2，+0X02000000 之后就等于 0X22000000，0X22000000 是 SRAM 别名区的起始地址。

实际应用：

1 // 把一个地址转换成一个指针

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

3

4 // 把位带别名区地址转换成指针

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

三、GPIO 位带操作

1.GPIO 寄存器映射

1 // GPIO ODR 和 IDR 寄存器地址映射

2 #define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C

3 #define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C

4 #define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C

5 #define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C

6 #define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C

7 #define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C

8 #define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C

9

10 #define GPIOA_IDR_Addr (GPIOA_BASE+8) //0x40010808

11 #define GPIOB_IDR_Addr (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08

12 #define GPIOC_IDR_Addr (GPIOC_BASE+8) //0x40011008

13 #define GPIOD_IDR_Addr (GPIOD_BASE+8) //0x40011408

14 #define GPIOE_IDR_Addr (GPIOE_BASE+8) //0x40011808

15 #define GPIOF_IDR_Addr (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08

16 #define GPIOG_IDR_Addr (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08

现在我们就可以用位操作的方法来控制 GPIO 的输入和输出了，其中宏参数 n 表示具体是哪一个 IO 口。

2. GPIO 位操作

1 // 单独操作 GPIO 的某一个 IO 口，n(0,1,2...16),n 表示具体是哪一个 IO 口

2 #define PAout(n) BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n) //输出

3 #define PAin(n) BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n) //输入

4

5 #define PBout(n) BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n) //输出

6 #define PBin(n) BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n) //输入

7

8 #define PCout(n) BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n) //输出

9 #define PCin(n) BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n) //输入

10

11 #define PDout(n) BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n) //输出

12 #define PDin(n) BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n) //输入

13

14 #define PEout(n) BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n) //输出

15 #define PEin(n) BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n) //输入

16

17 #define PFout(n) BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n) //输出

18 #define PFin(n) BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n) //输入

19

20 #define PGout(n) BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n) //输出

21 #define PGin(n) BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n) //输入

3. 主函数

该工程我们直接从 LED-库函数 操作移植过来，有关 LED GPIO 初始化和软件延时等函数我们直接用，修改的是控制 GPIO 输出的部分改成了位操作。

main 函数

1 int main(void)

2 {

3 // 程序来到 main 函数之前，启动文件：statup_stm32f10x_hd.s 已经调用

4 // SystemInit()函数把系统时钟初始化成 72MHZ

5 // SystemInit()在 system_stm32f10x.c 中定义

6 // 如果用户想修改系统时钟，可自行编写程序修改

7

8 LED_GPIO_Config();

9

10 while ( 1 ) {

11 // PB0 = 0,点亮 LED

12 PBout(0)= 0;

13 SOFT_Delay(0x0FFFFF);

14

15 // PB1 = 1,熄灭 LED

16 PBout(0)= 1;

17 SOFT_Delay(0x0FFFFF);

18 }

19 }

该实验我们让 IO 口输出高低电平来控制 LED 的亮灭，负逻辑点亮。

四、下载验证

把编译好的程序下载到开发板并复位，按下按键可以控制 LED 灯亮、灭状态。

五、收获

1.初学者写一部分代码，编译一部分， 不要等到写完一起编译。

2.位带操作可以实现操作寄存器的某一位不改变其他位。