CorTex-M3位带操作区的理解

对于STM32别名区的理解
1. 什么是位段、位带别名区？
2. 它有什么好处？

答1： 是这样的，记得MCS51吗？ MCS51就是有位操作，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 ; 就是这样把P1口的第三个脚（BIT2）置0置。
      而现在STM32的位段、位带别名区就为了实现这样的功能。      
      对象可以是SRAM,I/O外设空间。实现对这些地方的某一位的操作。
      它是这样的。在寻址空间（32位地址是 4GB ）另一地方，取个别名区空间，从这地址开始处，每一个字（32BIT）
      就对应SRAM或I/O的一位。
      
      这样呢，1MB SRAM就 可以有32MB的对应别名区空间，就是1位膨胀到32位（1BIT 变为1个字）
      我们对这个别名区空间开始的某一字操作，置0或置1，就等于它映射的SRAM或I/O相应的某地址的某一位的操作。
      
答2：  简单来说，可以把代码缩小， 速度更快，效率更高，更安全。
      一般操作要6条指令，而使用 位带别名区只要4条指令。   
      一般操作是  读－改－写  的方式， 而位带别名区是 写 操作。防止中断对读－改－写  的方式的影响。

//  STM32支持了位带操作（bit_band）,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。
//
//  每个比特膨胀成一个32 位的字,就是把  1M  扩展为 32M ,
//
//  于是；RAM地址 0X200000000（一个字节）扩展到8个32 位的字,它们是：（STM32中的SRAM依然是8位的，所以RAM中任一地址对应一个字节内容）
//   0X220000000 ,0X220000004，0X220000008，0X22000000C,0X220000010,0X220000014, 0X220000018,0X22000001C


// 支持位带操作的两个内存区的范围是：
// 0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的最低1MB）
// 0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低1MB）

/*


对SRAM 位带区的某个比特，记它所在字节地址为A,位序号
在别名区的地址为：
AliasAddr＝ 0x22000000 +((A‐0x20000000)*8+n)*4 =0x22000000+ (A‐0x20000000)*32 + n*4
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：
AliasAddr＝ 0x42000000+((A‐0x40000000)*8+n)*4 =0x42000000+ (A‐0x40000000)*32 + n*4
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。

// 把“位带地址＋位序号”转换别名地址宏
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
//把该地址转换成一个指针
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
// MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,1)) = 0x1;



例如点亮LED

// 使用STM32库
   GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4); //关LED5
   GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);   //开LED2

// 一般读操作
    STM32_Gpioc_Regs->bsrr.bit.BR4 =1;// 1：清除对应的ODRy位为0
    STM32_Gpioc_Regs->bsrr.bit.BS7 =1;// 1：设置对应的ODRy位为1

//如果使用 位带别名区操作
  STM32_BB_Gpioc_Regs->BSRR.BR[4] =1;// 1：清除对应的ODRy位为0
  STM32_BB_Gpioc_Regs->BSRR.BS[7] =1;// 1：设置对应的ODRy位为1

代码比STM32库 高效 十倍 ！

对内存变量的位操作。

   1. // SRAM  变量
   2.

   3. long CRCValue;
   4.

   5. // 把“位带地址＋位序号”转换别名地址宏
   6. #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
   7. //把该地址转换成一个指针
   8. #define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
   9.

  10. // 对32位变量 的BIT1 置 1 ：
  11.

  12. MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,1)) = 0x1;
  13.

  14. //对任意一位( 第23位 ) 判断：
  15.

  16. if(MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,23))==1)
  17. {
  18.

  19. }

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支持了位带操作（bit_band）,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
//
//  每个比特膨胀成一个32 位的字,就是把  1M  扩展为 32M ,
//
//  于是；RAM地址 0X200000000（一个字节）扩展到8个32 位的字,它们是：
//   0X220000000 ,0X220000004，0X220000008，0X22000000C,0X220000010,0X220000014, 0X220000018,0X22000001C
// 支持位带操作的两个内存区的范围是：
// 0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 区中的
// 0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外设区中的最低1MB）

// 把“位带地址＋位序号”转换别名地址宏
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
//把该地址转换成一个指针
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
// MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,1)) = 0x1;
例如点亮LED
// 使用STM32库
   GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4); //关LED5
   GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);   //开LED2
// 一般读操作
    STM32_Gpioc_Regs->bsrr.bit.BR4 =1;// 1：清除对应的ODRy位为0
    STM32_Gpioc_Regs->bsrr.bit.BS7 =1;// 1：设置对应的ODRy位为1
//如果使用 位带别名区操作
  STM32_BB_Gpioc_Regs->BSRR.BR[4] =1;// 1：清除对应的ODRy位为0
  STM32_BB_Gpioc_Regs->BSRR.BS[7] =1;// 1：设置对应的ODRy位为1
代码比STM32库 高效 十倍 ！

// SRAM  变量
long CRCValue;
// 把“位带地址＋位序号”转换别名地址宏
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
//把该地址转换成一个指针
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))
// 对32位变量 的BIT1 置 1 ：
MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,1)) = 0x1;
//对任意一位( 第23位 ) 判断：
if(MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,23))==1)
{
}

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Cortex?-M3存储器映像包括两个位段(bit-band)区。这两个位段区将别名存储器区中的每个字映射到位段存储器区的一个位，在别名存储区写入一个字具有对位段区的目标位执行读-改-写操作的相同效果。
在STM32F10xxx里，外设寄存器和SRAM都被映射到一个位段区里，这允许执行单一的位段的写和读操作。
下面的映射公式给出了别名区中的每个字是如何对应位带区的相应位的：
bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)
其中：
bit_word_addr是别名存储器区中字的地址，它映射到某个目标位。
bit_band_base是别名区的起始地址。
byte_offset是包含目标位的字节在位段里的序号
bit_number是目标位所在位置(0-31)

在 CM3  支持的位段中，有两个区中实现了位段。

其中一个是 SRAM 区的最低 1MB 范围， 0x20000000 ‐ 0x200FFFFF（SRAM 区中的最低 1MB）；

第二个则是片内外设区的最低 1MB范围， 0x40000000 ‐ 0x400FFFFF（片上外设区中的最低 1MB）。

在 C 语言中使用位段操作

在 C编译器中并没有直接支持位段操作。比如，C 编译器并不知道对于同一块内存，能够使用不同的地址来访问，也不知道对位段别名区的访问只对 LSB 有效。欲在 C中使用位段操作，最简单的做法就是#define 一个位段别名区的地址。例如：

#define DEVICE_REG0 ((volatile unsigned long *) (0x40000000))

#define DEVICE_REG0_BIT0 ((volatile unsigned long *) (0x42000000))

#define DEVICE_REG0_BIT1 ((volatile unsigned long *) (0x42000004))

...

*DEVICE_REG0 = 0xab;　　　　　　　　//使用正常地址访问寄存器

*DEVICE_REG0_BIT1 = 0x1;  

还可以更简化：

//把“位带地址＋位序号” 转换成别名地址的宏

#define BITBAND(addr, bitnum)((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr & 0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))　　
　　//把该地址转换成一个指针

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

于是：

MEM_ADDR(DEVICE_REG0) = 0xAB;    　//使用正常地址访问寄存器 　

MEM_ADDR(BITBAND(DEVICE_REG0,1)) = 0x1;　 //使用位段别名地址

注意：当你使用位段功能时，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 ，在中途使用寄存器来操作数据的复本，直到最后才把复本写回。

实际上，在写程序是都有这样的定义：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))

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

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

然后定义：#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C

最后操作：#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 ODR保存要输出的数据；IDR保存读入的数据