1 定义

首先需要明确下，位段，位带和别名区这三个名词

名词定义

& ~) j- U" S3 E0 S

位段

STM32用户参考手册使用的名字

; Z6 }8 \4 R3 _" O& _

位带

CortexM3参考手册使用的

别名区

地址总线上用来位访问地址区域，

% ]5 h, h7 F" i3 u7 O

所以说，位段和位带是一个意思，是不同手册的不同叫法。

0 j5 z- ?  D* b# L. U& G

由上述的名词解释得知，位带功能并不是STM32独有的，是CortexM3的功能（CortexM4也有这样的功能）。MCS51有位操作，以一位（bit）为数据对象的操作，MCS51可以简单的将P1口的第2位独立操作：P1.2=0;  P1.2=1 ；这样就把P1口的第三个脚（bit2）置0置1。而STM32的位段、位带别名区最重要的就为了实现这样的功能。

( X6 p6 E/ R7 `4 v8 P2 位带操作

2.1 范围

3 I5 c9 [8 w  j

位带是有范围的，并不是CortexM3全部地址空间都支持的。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。

支持位带操作的两个内存区的范围是：

( L  o: E" P# d1 c3 `+ P- L7 n# K

0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中最低1MB区域）

) L; q9 C! ?7 ~' b/ z5 n

0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）

2.2 位带操作

对 SRAM 位带区的某个比特，记该比特所在字节的地址为A，位序号为 n (0<=n<=7)，则它在别名区的地址为：

1. AliasAddr ＝ 0x22000000 + ((A‐0x20000000)*8+n)*4 =0x22000000 + (A‐0x20000000)*32 + n*4

复制代码

- C$ o( _4 D; z- b3 `0 i0 _5 e! t

对于片上外设位带区的某个比特，记该比特所在字节的地址为A，位序号为 n (0<=n<=7)，则该比特在别名区的地址为：

1. 
   
2. AliasAddr ＝ 0x42000000 + ((A‐0x40000000)*8+n)*4 = 0x42000000 + (A‐0x40000000)*32 + n*4

复制代码

) w  b% `' Y& \4 M# J9 t

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。

2.3代码实现

把“位带地址＋位序号”转换别名地址宏为：

1. #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000 + ((addr &0xFF FFF)<<5) + (bitnum<<2))

复制代码

把该地址转换成一个指针：

1. 
   ) F0 y9 D+ R/ {$ e# T! [! E3 Z4 P
2. #define MEM_ADDR(addr, bitnum) *((volatile unsigned long *)((addr & 0xF0000000)+0x2000000 + ((addr &0xFF FFF)<<5) + (bitnum<<2)))

复制代码

其中
8 o# n8 d) K+ Z( L8 l

addr的取值范围：

0 x* o( b  n% k) l+ j

0x2000_0000‐0x200F_FFFF

0x4000_0000‐0x400F_FFFF

注意：addr取值要32位对齐

% B% t' T! `. {/ J

bitnum的取值范围：

0-31

9 ?) E! K& ]5 g" u3 Y

解析：

' d3 M) }& U; t2 x: W) b& ]8 E

(addr & 0xf0000000) + 0x02000000:

区分SRAM还是外设，如果是外设，结果为4，再加0x2000000就等于0x4200000，0x42000000就是外设别名位带区。如果是SRAM，结果为2，再加上0x2000000就等于0x22000000，0x22000000就是SRAM别名位带区。

addr & 0x00ffffff：

屏蔽了最高2位，相当于减去0x20000000或者0x40000000。因为位带区的有效范围是1M，即0x100000，这样子就做到了低6位有效。

* ~& s; ]# i) ~3 G/ B+ I7 g/ u

<< 5：

等价于乘以32

<< 2：

等价于乘以4

/ u& ^  s( d4 K9 D' V7 s

特别提醒

3 K- n" z6 g" R

当你使用位带功能时，要访问的变量必须用 volatile 来定义。因为 C 编译器并不知道同一个比特可以有两个地址。所以就要通过 volatile，使得编译器每次都如实地把新数值写入存储器，而不再会出于优化的考虑。

  u! f* k1 \2 k$ Z( g5 m9 Q
7 Z2 _6 M& y% Z( [3 位段的优点

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）。位带操作可以把代码缩小， 速度更快，效率更高，更安全。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

位带操作还能用来化简跳转的判断。

当跳转依据是某个位时，以前必须这样做

' K7 X7 M+ y  M1 M# U

1、读取整个寄存器

& H  P6 T6 R& v% O( J' l0 H

2、掩蔽不需要的位

1 D5 x8 o4 p$ D) h: h  R- {

3、比较并跳转

- b( L: Z$ p+ C; x* ]% q6 N

$ }* K. \- ^0 r* Z0 z2 p

使用位带操作后

1、从未带别名区读取状态位

2、比较并跳转

& T/ q+ a' s. e- {! ^

当然，对于写入操作也从4步精简到3步

7 k9 h) O+ v( A9 P' i

, W5 [8 \" G) L: z7 ^1 c