一文弄懂Cortex-M位帶操作的原理

Bit-banding簡稱位帶，有人也叫位段。支持位帶操作后，可以使用普通的加載/存儲指令來對單一的比特進行讀寫。

很多朋友是從學習51單片機過來的，都知道P1.1這個引腳可以單獨控制，我們操作的這個引腳就是一個Bit位。

我們都知道在STM32中不能直接操作寄存器的某一個Bit位，比如單獨控制PA端口輸出數據寄存器中的ODR1，如下圖所示：

STM32F1內核Cortex-M3早就考慮到了這個問題，為了能達到直接操作ODR1這類Bit位，就在內核中開辟了一塊地址區域（位帶別名）：可以將ODR1這類Bit位（位帶區）映射到位帶別名區域對應的地址，只需要操作映射后的地址，就可以實現操作這個ODR1位了。

簡單來說就是映射操作，只是這個映射操作有許多約定要遵循。

在Cortex-M3中有兩個區實現了位帶操作，其中一個是SRAM區的最低1MB范圍，第二個則是片內外設區的最低1MB范圍。

這兩個區域如下圖紅色標注的區域：

這兩個1MB將分別映射到另外兩個地址區域：

位帶操作的主要目的：通過Bit位地址（A）計算得到別名區地址（AliasAddr）。

1、SARM區計算公式

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

2、片上外設區計算公式

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

由于映射關系一樣，所以公式原理也一樣，只是地址不一樣。計算公式需要結合上圖比特的膨脹對應關系來理解。

*8：1個字4個字節

*4：1個字節8Bit

#define BITBAND_RAM(RAM, BIT) (*((uint32_t volatile*)(0x22000000u + (((uint32_t)&(RAM) - (uint32_t)0x20000000u)<<5) + (((uint32_t)(BIT))<<2))))

2、外設寄存器位帶宏定義

#define BITBAND_REG(REG, BIT) (*((uint32_t volatile*)(0x42000000u + (((uint32_t)&(REG) - (uint32_t)0x40000000u)<<5) + (((uint32_t)(BIT))<<2))))

A.?RAM地址0x20001000的Bit1位寫0

BITBAND_RAM(*(uint32_t *)0x20001000, 1) = 0;

uint8_t Val;Val=BITBAND_RAM(*(uint32_t *)0x20001000, 1);

C.?對PA1數據輸出寄存器輸出1

BITBAND_REG(GPIOA->ODR, 1) = 1;

uint8_t Val;Val=BITBAND_REG(GPIOA->ODR, 1);

這里就是操作某一個地址，類似于操作指針一樣。

關于Cortex-M3的位帶操作，更多詳情可以參看Cortex-M3技術參考手冊（權威指南）。

這后面的Cortex-M處理器已經不再支持位帶操作了，從兼容未來軟件的角度來說，不是很建議大家再繼續使用了。

只是位帶操作是一種經典，這里分享給大家了解一下，希望對你們有幫助。

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來源：嵌入式專欄