1 定义
首先需要明确下，位段，位带和别名区这三个名词

位段：STM32用户参考手册使用的名字

位带：CortexM3参考手册使用的
8 @! V6 v/ V% V6 |/ q
别名区：地址总线上用来位访问地址区域，

0 b) V) e) H3 I6 {所以说，位段和位带是一个意思，是不同手册的不同叫法。

' O9 E3 u* \/ Y& P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。

2 位带操作
2.1 范围
7 _- }: S% y$ j2 n- f5 z* g. H  A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：
+ ~: D, L" \% H: ^8 ~0 y
0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中最低1MB区域）

! X! G% C* u' ^( K; [0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低 1MB）

# F1 U% b& [! q" C/ M/ [5 _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：
; z8 w4 j3 r, |" b. {

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

复制代码

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

复制代码

( K: W8 C4 T$ B, X6 S: E1 E4 J# G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。
; B/ F) Z7 v$ w1 C. n


& d2 D: k9 e) r  {4 l% D9 n2.3代码实现
- [) W- H) p1 |# a5 H0 @/ @把“位带地址＋位序号”转换别名地址宏为：

5 @9 O5 E7 M  A+ N/ t2 N. E0 @

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：
" r9 s  i* ]( J( j/ P; o/ o; a
7 |$ ^. U* H% J' X  |

1. #define MEM_ADDR(addr, bitnum) *((volatile unsigned long *)((addr & 0xF0000000)+0x2000000 + ((addr &0xFF FFF)<<5) + (bitnum<<2)))

复制代码

其中
: O- q9 }1 [" w5 ]7 N- ?  `
addr的取值范围：

0x2000_0000‐0x200F_FFFF
- @" ^+ d3 t( G. o
0x4000_0000‐0x400F_FFFF

8 A$ e2 `  x* b- M注意：addr取值要32位对齐

) v1 p. z. U1 \; \. n% b4 b3 @bitnum的取值范围：
( Y3 W% }: i& y; J# c
! H7 G7 E% C! w* O# p. E0-31
/ j* M  w1 r: D- {+ m
解析：
( C2 }' K  e9 n7 S6 z. P. C
) N: S6 I! [9 s(addr & 0xf0000000) + 0x02000000:
2 Y) b" f0 S- V' W# r) o1 Z
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。
2 s/ ]1 Q2 u! _& |: O7 \9 |! U6 t% g
addr & 0x00ffffff：
: r4 {5 E8 u' ]
. y" N; e5 ]1 z& ]: F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。

5 p* N3 ~; Z- M  T. Z3 r<< 5：

等价于乘以32
9 y; P! k! H2 f* _: B4 c0 R$ w
<< 2：
! O/ M2 I& q" U( f9 w8 x# _) H" ~- h+ [
等价于乘以4
* T; k& W: f1 f
特别提醒：
* V! `/ {4 ?& i  T
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。
3 H! @/ v% \+ W+ u3 I
7 P# N  u# A$ Z2 |4 H3 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
# D) p; U0 P9 }. x& ^5 f% d5 _
位带操作还能用来化简跳转的判断。
+ N- {2 {, C1 g: I) K5 u0 N8 X1 K
当跳转依据是某个位时，以前必须这样做

) j0 d; E& E( S4 n; U7 f1、读取整个寄存器

$ n; V, Y- l$ k8 ~2 Y, g/ H2、掩蔽不需要的位
% Q/ `& ^. Q2 E5 u* e% j
' N4 d; d% ]/ w1 P& j) g' e9 V' r3、比较并跳转
+ I. Q8 J5 W2 `5 g8 ^' {( K0 ^
& z9 |6 ]. E1 I- }* f使用位带操作后

  a9 {& j/ O( H% l# v0 d) t) D) x& q. V1、从未带别名区读取状态位

& ?4 x2 d0 {" o& }2、比较并跳转

) Q, |2 f: C# h: \; e: r8 C
5 e) {" i- F  I. H0 |5 ~
当然，对于写入操作也从4步精简到3步


! V8 P! C+ f, h6 K
4 STM32的3种不同GPIO驱动
4.1 库函数版
最常用的版本，使用ST标准外设库
' v4 H/ M, i; S. s9 B( Y
. C4 C; i* n7 k7 \) h3 c& T! N" i

1. void  Led_Key_Init(void)
   0 Y6 J5 t: r4 R- J; y
2. {  
   7 I% Y$ }- O1 f0 e& q" e
3.   GPIO_InitTypeDef GPIO_Init_s;
   $ l6 ~0 T1 c8 u& N7 Q; u
4. 
   8 |+ S7 f9 K" g; j5 b5 \
5.   RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE, ENABLE);//使能时钟  
   
6.   GPIO_Init_s.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
   
7.   GPIO_Init_s.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT;
   " b1 D$ f3 l1 ~  v- V
8.   GPIO_Init_s.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
   ( x  B9 x% ^$ f$ Z3 b
9.   GPIO_Init_s.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
   : p' i# S$ M, C
10.   GPIO_Init_s.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_UP;
    ' q+ ]% \9 W, R4 m. H+ Z, L# b
11.   GPIO_Init(GPIOE, &GPIO_Init_s);
    
12. }

复制代码

. h& N4 x2 V6 I( d, j# `4.2 寄存器版
寄存器版其实就是把ST标准外设库拷贝出来，可以简化一些操作

1. 
     T# h* M9 w" [( E0 [* O
2. /********使用寄存器---start********/
   3 i- E3 r0 i1 H9 v+ p
3. //TP---PA15
   * N6 r3 E8 b6 a6 o! D
4. 
   2 |2 C# T$ V4 S
5. #define TP_PORT      GPIOA      
   
6. #define TP_PIN      GPIO_Pin_15
     N1 r% C1 T! }; _1 i2 X% I
7. 
   0 ^$ o! i# w! _2 f/ X
8. #define TP_OUT()   TP_PORT->CRH&=0X0FFFFFFF; TP_PORT->CRH|=0X50000000;   //!IO输出
   
9. #define TP_IN()    TP_PORT->CRH&=0X0FFFFFFF; TP_PORT->CRH|=0X40000000;   //!IO输入
   
10. #define TP_READ()  (((TP_PORT->IDR)>>15)?1:0)   //!<IO读入
    
11. 
    9 }: h; i/ |, L0 z! i" a+ [
12. #define TP_SET()    TP_PORT->BSRR = TP_PIN;//写1
    : l' M5 K  B: ~: n
13. #define TP_CLR()    TP_PORT->BRR  = TP_PIN;//写0
    
14. 
    
15. #define TP_DATA_SET()   TP_SET() //IO写1
    " y7 F- j7 x# `' K0 {" V, q
16. #define TP_DATA_CLR()   TP_CLR() //IO写0
    0 S& u) U8 W: Z& N+ ^9 A
17. #define TP_DATA_OUT()   TP_OUT() //将IO设为输出
    
18. #define TP_DATA_IN()    TP_IN()  //将IO设为输入
    
19. #define TP_DATA_READ()  TP_READ()//读取IO的电平
    ) U0 ~' N  b9 a- I& _: B
20. 
    2 r- |. V) a8 g2 }
21. /********使用寄存器---end********/

复制代码

4.3 位段版
基于位段的，操作方便
6 W4 B( B' C1 t

1. /*LED配置---PE4*/
   ) ?1 b' H8 A6 U0 S% o/ S! E
2. #define  GPIO_IDR_OFFSET  (GPIOE_BASE+0x10 - PERIPH_BASE)
   
3. #define  GPIO_ODR_OFFSET  (GPIOE_BASE+0x14 - PERIPH_BASE)
   2 Q3 ^- T* F$ |$ u, d
4. 
   
5. #define  GPIO_BitNumber   4
   
6. #define  GPIO_OUT_BB     (PERIPH_BB_BASE + (GPIO_ODR_OFFSET * 32) + (GPIO_BitNumber * 4))   
   8 H2 d! y# `4 B
7. #define  GPIO_OUT_DATA           *(__IO uint32_t *)GPIO_OUT_BB
   , e( ]# ~2 b, \3 O7 {
8. 
   ) i7 b& d. {+ ^& [) ?  n7 J
9. #define  GPIO_IN_BB     (PERIPH_BB_BASE + (GPIO_IDR_OFFSET * 32) + (GPIO_BitNumber * 4))   
   - @- W. _7 F+ w+ }
10. #define  GPIO_IN_DATA           *(__IO uint32_t *)GPIO_IN_BB
    : N) e, b% w% D
11. 
    
12. #define  GPIO_DIR_REG     *(__IO uint32_t *)(GPIOE_BASE+0X00)
    1 f3 f+ a5 @+ w' O- [6 O; F
13. 
    # e! }! ~  F& O2 Q7 y' g2 m7 W1 P8 ?
14. 
    
15. #define PE4_SET()  GPIO_OUT_DATA = 1   //!< IO写1
    
16. #define PE4_CLR()  GPIO_OUT_DATA = 0   //!< IO写0
    
17. #define PE4_OUT()  GPIO_DIR_REG = (((GPIO_DIR_REG) & 0xFFFFFCFF) | 0x00000100)  //!IO输出
    
18. #define PE4_IN()   GPIO_DIR_REG = ((GPIO_DIR_REG) & 0xFFFFFCFF)  //!IO输入
    
19. #define PE4_READ() GPIO_IN_DATA   //!<IO读入

复制代码

将上述整理为通用GPIO驱动代码

1. *GPIO配置---PXX*/
   
2. #define GPIO_SET(GPIOx_BASE,GPIO_BitNumber)   *(__IO uint32_t *)((PERIPH_BB_BASE + ((GPIOx_BASE+0x14 - PERIPH_BASE) * 32) + (GPIO_BitNumber * 4))) = 1   //!< IO写1
   
3. #define GPIO_CLR(GPIOx_BASE,GPIO_BitNumber)   *(__IO uint32_t *)((PERIPH_BB_BASE + ((GPIOx_BASE+0x14 - PERIPH_BASE) * 32) + (GPIO_BitNumber * 4))) = 0   //!< IO写0
   : Y& m+ z/ h+ X, \* a' F
4. 
   1 s: \1 I. v- \' L2 {- k
5. #define GPIO_OUT(GPIOx_BASE,GPIO_BitNumber)   *(__IO uint32_t *)(GPIOx_BASE+0X00)  &= ~(GPIO_MODER_MODER0 << (GPIO_BitNumber * 2));\
   $ E4 Q: G6 a0 K
6.                                               *(__IO uint32_t *)(GPIOx_BASE+0X00) |= ((GPIO_Mode_OUT) << (GPIO_BitNumber * 2)); //!IO输出
   8 h: b! i1 _) U$ @0 @
7. 
   - t1 @8 r% j8 L, X. M! k
8. #define GPIO_IN(GPIOx_BASE,GPIO_BitNumber)    *(__IO uint32_t *)(GPIOx_BASE+0X00)  &= ~(GPIO_MODER_MODER0 << (GPIO_BitNumber * 2));\
   - F* a. n: x1 I: R( E( V
9.                                               *(__IO uint32_t *)(GPIOx_BASE+0X00) |= ((GPIO_Mode_IN) << (GPIO_BitNumber * 2));  //!IO输入
   
10. 
    
11. #define GPIO_READ(GPIOx_BASE,GPIO_BitNumber)  *(__IO uint32_t *)((PERIPH_BB_BASE + ((GPIOx_BASE+0x10 - PERIPH_BASE) * 32) + (GPIO_BitNumber * 4)))   //!<IO读入

复制代码

调用方法

6 f8 V4 l8 v2 y9 G$ f: NGPIOx_BASE：GPIOE_BASE基地址，而不是GPIOE

GPIO_BitNumber：4，而不是GPIO_Pin_4

1. GPIO_OUT(GPIOE_BASE,4);

复制代码

( f" l5 `/ X% d

' U1 U8 N# T0 V* J, w* @
9 ?/ l: b' r' d4 l* ~/ ~