映射操作

Bit-banding 简称位带、位段
支持位带操作后，可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写
对于硬件 I/O 密集型的底层程序最有用处

优点

• 使代码更简洁
  
• 在多任务中，用于实现共享资源在任务间的“互锁”访问
  多任务的共享资源必须满足一次只有一个任务访问它，即“原子操作”，位带操作可以满足这个条件
  以前的”读-改-写“需要 3 条指令，导致这中间留有两个能被中断的空当，可能会出现紊乱危象
  
  

紊乱危象主程序是一个任务，ISR 是另一个任务，这两个任务并发执行
ISR 所作的改动已丢失：指 ISR 对输出端口所做的修改 0x3，被后面的主程序的修改 0x0 覆盖了

位带操作把这个“读－改－写”做成一个硬件级别支持的原子操作（具体如何实现我还不知道），避免了紊乱危象
位带操作并不只限于以字为单位的传送，也可以按半字和字节为单位传送。例如，可以使用 LDRB/STRB 来以字节为长度单位去访问位带别名区，同理可用于 LDRH/STRH。但是不管用哪一个，都必须保证目标地址对齐到字的边界上

产生由来在 STM32 中不能直接操作寄存器的某一个 Bit 位，比如 PA 端口 port input data register 中的 ODR，只能以 32bit 去操作

而 port output data register 这种 ODR 可以单独操作某个 bit 位

为了能直接操作 ODR 的某个 Bit 位，在内核中开辟了一块地址区域（位带别名）：可将 ODR这类 Bit 位（位带区）映射到位带别名区域对应的地址，只需操作映射后的地址，就可实现操作 ODR1 位
原理

• 位带区： 支持位带操作的地址区
• 位带别名： 对别名地址的访问最终作 CM3 将用到位带区的访问上（中途有一个地址映射过程）
  

位带区大小 1MB，由于每个 bit 都要映射到位带别名区，每个 bit 需要膨胀为一个 字（只有 LSB 有效的字）。对于一个 32 位的 MCU 来说，1MB 需要 1MB * 32bit = 32MB（这里计算式不严谨）的位带别名区空间
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

示例

• 在地址 0x20000000 处写入一个字的数据 0x3355AACC
• 读取地址 0x22000008，本次读访问将读取 0x20000000，并提取 bit2，值为 1
• 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 bit2 清 0
• 现在再读取 0x20000000，将返回 0x3355AAC8（bit2 已清零）
  

位带别名区的字只有 LSB 有意义。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


CM3在 Cortex-M3 中有两个区实现了位带操作
        SRAM 区的最低 1MB 范围
        片内外设区的最低 1MB 范围

复制

// SRAM 位带区:    0X2000 0000~0X2010 0000

// SRAM 位带别名区:0X2200 0000~0X23FF FFFF



// 外设 位带区:    0X4000 0000~0X4010 0000

// 外设 位带别名区:0X4200 0000~0X43FF FFFF



// 把“位带地址+位序号”转换成别名地址的宏

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000) + 0x02000000 + ((addr & 0x00FFFFFF) << 5) + (bitnum << 2)) 

/*

 * addr & 0xF0000000，取地址的高 4 位，提取 SRAM 或 外设地址 的高地址

 * 如 2，+ 0x02000000 则 =0X2200 0000，即是 SRAM

 * 如 4，+ 0x02000000 则 =0X4200 0000，即是 外设

 *

 * addr & 0x00FFFFFF，屏蔽高 8 位，偏移位带区多少个字节

 * <<5 等于 *8*4，位带区一个地址表示一个字节，一个 bit 膨胀成一个字(32位MCU)，即 4byte

 * <<2 等于 *4，一个 bit 膨胀成一个字(32位MCU)，即 4byte

 *

 * SRAM位带别名地址

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

 * 外设位带别名地址

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

 */



// 把一个地址转换成一个指针

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



// 把位带别名区地址转换成指针

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

#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 = *DEVICE_REG0 | 0x2; // 使用传统方法设置 bit1



*DEVICE_REG0_BIT1 = 0x1;           // 通过位带别名地址设置 bit1

CM4

#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))



// IO口地址映射

#define GPIOA_ODR_Addr (GPIOA_BASE + 20) // 0x40020014

#define GPIOB_ODR_Addr (GPIOB_BASE + 20) // 0x40020414

#define GPIOC_ODR_Addr (GPIOC_BASE + 20) // 0x40020814

#define GPIOD_ODR_Addr (GPIOD_BASE + 20) // 0x40020C14

#define GPIOE_ODR_Addr (GPIOE_BASE + 20) // 0x40021014

#define GPIOF_ODR_Addr (GPIOF_BASE + 20) // 0x40021414

#define GPIOG_ODR_Addr (GPIOG_BASE + 20) // 0x40021814

#define GPIOH_ODR_Addr (GPIOH_BASE + 20) // 0x40021C14

#define GPIOI_ODR_Addr (GPIOI_BASE + 20) // 0x40022014

这个映射是位代操作嘛？

支持位带操作后，可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写

位代操作非常重要的操作