STM32 位段詳解

1 定義

首先須要明確下，位段，位帶和別名區這三個名詞

位段：STM32用戶參考手冊使用的名字

位帶：CortexM3參考手冊使用的

別名區：地址總線上用來位訪問地址區域，

 

因此說，位段和位帶是一個意思，是不一樣手冊的不一樣叫法。

由上述的名詞解釋得知，位帶功能並非STM32獨有的，是CortexM3的功能（CortexM4也有這樣的功能）。MCS51有位操做，以一位（bit）爲數據對象的操做，MCS51能夠簡單的將P1口的第2位獨立操做：P1.2=0;P1.2=1 ；這樣就把P1口的第三個腳（bit2）置0置1。而STM32的位段、位帶別名區最重要的就爲了實現這樣的功能。

2 位帶操做

2.1 範圍

位帶是有範圍的，並非CortexM3所有地址空間都支持的。在 CM3中，有兩個區中實現了位帶。其中一個是 SRAM 區的最低 1MB 範圍，第二個則是片內外設區的最低 1MB 範圍。這兩個區中的地址除了能夠像普通的 RAM 同樣使用外，它們還都有本身的「位帶別名區」，位帶別名區把每一個比特膨脹成一個 32 位的字。當你經過位帶別名區訪問這些字時，就能夠達到訪問原始比特的目的。

支持位帶操做的兩個內存區的範圍是：

 

0x2000_0000‐0x200F_FFFF（SRAM 區中最低1MB區域）

0x4000_0000‐0x400F_FFFF（片上外設區中的最低 1MB）

 

2.2 位帶操做

對 SRAM 位帶區的某個比特，記該比特所在字節的地址爲A，位序號爲 n (0<=n<=7)，則它在別名區的地址爲：

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

對於片上外設位帶區的某個比特，記該比特所在字節的地址爲A，位序號爲 n (0<=n<=7)，則該比特在別名區的地址爲：

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

上式中，「*4」表示一個字爲 4 個字節，「*8」表示一個字節中有 8 個比特。

2.3代碼實現

把「位帶地址＋位序號」轉換別名地址宏爲：

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

把該地址轉換成一個指針：

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

其中

addr的取值範圍：

0x2000_0000‐0x200F_FFFF

0x4000_0000‐0x400F_FFFF

注意：addr取值要32位對齊

bitnum的取值範圍：0-31

 

解析：

(addr & 0xf0000000) + 0x02000000:

區分SRAM仍是外設，若是是外設，結果爲4，再加0x2000000就等於0x4200000，0x42000000就是外設別名位帶區。若是是SRAM，結果爲2，再加上0x2000000就等於0x22000000，0x22000000就是SRAM別名位帶區。

 

addr & 0x00ffffff：

屏蔽了最高2位，至關於減去0x20000000或者0x40000000。由於位帶區的有效範圍是1M，即0x100000，這樣子就作到了低6位有效。

 

<< 5：

等價於乘以32

 

<< 2：

等價於乘以4

 

特別提醒：

當你使用位帶功能時，要訪問的變量必須用 volatile 來定義。由於 C 編譯器並不知道同一個比特能夠有兩個地址。因此就要經過 volatile，使得編譯器每次都如實地把新數值寫入存儲器，而再也不會出於優化的考慮。

3 位段的優勢

最容易想到的就是經過 GPIO 的管腳來單獨控制每盞 LED 的點亮與熄滅。另外一方面，也對操做串行接口器件提供了很大的方便（典型如 74HC165,CD4094）。位帶操做能夠把代碼縮小， 速度更快，效率更高，更安全。總之位帶操做對於硬件 I/O 密集型的底層程序最有用處了

位帶操做還能用來化簡跳轉的判斷。

當跳轉依據是某個位時，之前必須這樣作

一、讀取整個寄存器

二、掩蔽不須要的位

三、比較並跳轉

使用位帶操做後

一、從未帶別名區讀取狀態位

二、比較並跳轉

固然，對於寫入操做也從4步精簡到3步

 

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