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STM32中的位带(bit-band)操作

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STMCU小助手 发布时间:2021-7-19 14:04
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。
3 q5 F! }9 N; H- G& t       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。* r) e8 L- d  p1 a9 V- k
       CM3 使用如下术语来表示位带存储的相关地址:3 k1 g: P  ?3 |# e7 i3 n
              位带区:支持位带操作的地址区6 T; j& A9 o4 J
              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)
9 N0 c5 {# I* e' \2 J3 K       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。
# x3 Z  {5 M! S+ r' g) `/ i( z' m 1.png 2.png 3.png
% v, J: ]+ L% H; z- ]! S" `% z- \- B% i. r; c/ J. C1 t5 ~6 w
4 @2 x. b9 o, o  v
       支持位带操作的两个内存区的范围是:
& D# ?6 m* n( X) G+ {              0x2000_0000‐0x200F_FFFF(SRAM 区中的最低 1MB)9 Y  b7 `% L% o7 S% {
              0x4000_0000‐0x400F_FFFF(片上外设区中的最低 1MB). K9 o1 H& N" P+ \% ?/ B  i( v7 o
       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:
' y# N0 G# \  r) P$ d2 o" K* V              AliasAddr=0x22000000+((A-0x20000000)*8+n)*4=0x22000000+(A-0x20000000)*32+n*4. \/ o) b+ S. ^* O, r) X  O7 |
       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:3 S1 g. }* N1 u* O
              AliasAddr=0x42000000+((A-0x40000000)*8+n)*4=0x42000000+(A-0x40000000)*32+n*4
. S( ^- S: @; v; A- U       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。
  ^" x8 ~! g3 |2 w$ a% E  E" w2 m
4 h; d; l3 |/ n  a- {/ s: z4 T
0 c7 H+ f; _7 _6 `" b: j; ^
       这里再不嫌啰嗦地举一个例子:4 e' z1 Y+ C, e) d" T
       1. 在地址 0x20000000 处写入 0x3355AACC
# q, ?# t+ i( z( J7 I       2. 读取地址0x22000008。本次读访问将读取 0x20000000,并提取比特 2,值为 1。4 D0 [& d1 E8 t9 ~" f
       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。
5 c. b( ?+ H+ v. D. _4 d5 i5 J( G/ ]       4. 现在再读取 0x20000000,将返回 0x3355AAC8(bit[2]已清零)。5 D1 C* }! \) n% Z
       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。 . M9 t2 `/ H" [1 |* t4 [( {; C
  1. <font face="微软雅黑" size="3">///
    ; h, \  d* u, e6 M. `$ `
  2. //位带操作,实现51类似的GPIO控制功能
    9 P( W& _  ]5 `3 S. c5 N% g
  3. //具体实现思想,参考<<CM3权威指南>>第五章(87页~92页).
    6 [0 B; H8 d7 P$ }4 j
  4. //IO口操作宏定义
    2 K7 ^' ~9 ~- T, O- x" d
  5. #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
    3 ~) s' y% j; |6 _+ b
  6. #define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 6 {6 s# \5 S! V+ [9 g  d+ F! j% X
  7. #define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))
    ) P: f( P! A) j3 S* J/ w
  8. //IO口地址映射
    ; B7 Y6 Y6 b- C0 J) L
  9. #define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C 8 F; `  [5 d/ z6 L2 O5 r  W9 w2 n
  10. #define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C - {9 `# z$ G5 q
  11. #define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C
    6 R6 l2 Q$ C/ G  R' Y
  12. #define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C ( B& E" V% L; B2 |
  13. #define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C
    # k# W$ R3 i  f* z4 y; G
  14. #define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C   
    ! J) ~0 h* s) q
  15. #define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C    4 m8 u# Z- D2 W& `" q
  16. / E& W: P% d# t$ F$ H' h
  17. #define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8) //0x40010808 , O, T& q- I( z* O7 b. j* W: L
  18. #define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08 4 a: N  `2 D  l; U
  19. #define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+8) //0x40011008
    1 |/ G0 z& ^& g& F" R6 M2 u- j
  20. #define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+8) //0x40011408 $ H5 H  g8 m6 ^
  21. #define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+8) //0x40011808
    + {' R4 n. z$ h- Y7 k0 ]
  22. #define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08 4 d# z  ^# K' O- n7 ^  Z2 l$ ~
  23. #define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08 " G6 I' G( Z3 Q# ^+ H  u1 y! d9 D

  24.   c9 I1 V- d/ n; D
  25. //IO口操作,只对单一的IO口!( E; [) I: Q! c! E  m- g+ z" ^
  26. //确保n的值小于16!
    9 K; H/ S9 H  X' O2 ~  i
  27. #define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出
    3 [! d+ S6 v1 x4 k% h
  28. #define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 / r3 ?- n: J% t* H( D6 j
  29. / k8 u2 A! {6 W+ B! B
  30. #define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出 2 y, r2 w; a, W' D! ~3 M) f1 Q
  31. #define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入
    9 e* F! h; q+ `6 |

  32. 0 [0 c+ T0 Y1 v; c( l- \
  33. #define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出 : D% i7 z$ M% \9 @8 C
  34. #define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入 $ J" z% e- D% d3 N0 n3 h

  35. . v; E6 w' F/ d6 v' F! F
  36. #define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出 6 ~# d) P' s; X) M& _' L# k
  37. #define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入
    & x' J( L; a: I. C% R; \
  38.   D  U/ _8 g+ \0 n
  39. #define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出 5 o& B8 K& d/ |1 U
  40. #define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入5 g( r4 s5 C* N% A

  41. # I: i! M2 Q: @0 s
  42. #define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出
    - A0 Z. z  V3 O/ `* q" W: |5 H6 ~
  43. #define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入0 B5 [, t: b  A1 T2 ?0 o

  44. ( ]4 D- E' @4 L( ?
  45. #define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出
      d8 {) z8 K+ y& x5 x9 w1 j
  46. #define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入1 r0 H6 f3 g" y% e1 l
  47. </font>
复制代码

% b1 D1 q& v4 ]& r  [6 I; p9 @- }) G# P+ F$ x# C
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