STM32的位操作的方法

只看该作者 · 2015-3-22 23:44

Cortex-M3 支持了位操作后，可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写。
　　在 CM3 支持的位带中，有两个区中实现了位带。

　　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）。

　　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。

　　CM3 使用如下术语来表示位带存储的相关地址

　　* 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用到位带区的访问上（注意：这中间有一个地址映射过程）

　　位带区中的每个比特都映射到别名地址区的一个字 —— 这是只有 LSB 有效的字（位带别名区的字只有最低位有意义）。

　　对于SRAM中的某个比特，

　　该比特在位带别名区的地址：

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，

　　该比特在位带别名区的地址：

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

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

　其中 A 为该比特所在的字节的地址，0 <= n <= 7

“*4”表示一个字为 4 个字节，“*8”表示一个字节中有 8 个特。

当然，位带操作并不只限于以字为单位的传送。亦可以按半字和字节为单位传送。　

　　位带操作有很多好处，其中重要的一项就是，在多任务系统中，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——亦即所谓的“原子操作”。

只看该作者 · 2015-3-22 23:44

在 C 语言中使用位带操作

　　在 C编译器中并没有直接支持位带操作。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，也不知道对位带别名区的访问只对 LSB 有效。

　　欲在 C中使用位带操作，最简单的做法就是#define 一个位带别名区的地址。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; // 通过位带别名地址设置 bit1

　　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;　 //使用位带别名地址

只看该作者 · 2015-3-22 23:45

注意：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，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。

　　　在 GCC和 RealView MDK (即 Keil) 开发工具中，允许定义变量时手工指定其地址。如：

　　　volatile unsigned long bbVarAry[7]__attribute__(( at(0x20003014) ));

　　　volatile unsigned long* const pbbaVar= (void*)(0x22000000+0x3014*8*4);

　　　// 在 long*后面的“const”通知编译器：该指针不能再被修改而指向其它地址。

　　　// 注意：at()中的地址必须对齐到4 字节边界。

　　这样，就在0x20003014处分配了7个字，共得到了32*7=224 个比特。

　　再使用这些比特时，可以通过如下的的形式：

　　　 pbbaVar[136]=1; //置位第 136号比特

　　不过这有个局限：编译器无法检查是否下标越界。

只看该作者 · 2015-3-22 23:45

　那为什么不定义成“ baVarAry[224]“ 的数组呢？

　　这也是一个编译器的局限：它不知道这个数组其实就是 bbVarAry[7]，从而在计算程序对内存的占用量上，会平白无故地多计入224*4个字节。

　　对于指针义，为每个需要使用的比特取一个字面值的名字，在下标中只使用字面值名字，不再写真实的数字，就可以极大程度地避免数组越界。

　　请注意：在定义这“两个”变量时，前面加上了“volatile”。如果不再使用bbVarAry 来访问这些比特，而仅仅使用位带别名的形式访问时，这两个 volatile 均不再需要。

Cortex?-M3 将片内外设和SRAM都做了位映射。=====这么处理，单片机就无法直接支持4G字节内存。哈。

（08年，笔记本电脑正在4G内存热炒，也来凑个热闹）

SRAM空间2000... 映射到2200...
实际上，为片内SRAM仅保留了2000,0000 - 200f,ffff。
Cortex?-M3 仅保留1Mbyte空间，马马虎虎====要知道，受到07年的飞身直落，08年的DDR2仅相当于1M折合1元*币！（不好意思，又来了。20080313Hy512M DDR2-667仅58元*币--板上8颗芯片？每颗芯片64Mbyte不到8元？实际上DDR芯片非存储部分占用了相当大面积，近乎一半，不能简单除法。内存与逻辑生产工艺也不相同。片内SRAM相当占面积，更不要提主流CPU内的高速缓存RAM......）

闲话少说，言归正传：
0x2000 0000 bit0 对应 0x2200 0000
0x2000 0000 bit1 对应 0x2200 0004
0x2000 0000 bit2 对应 0x2200 0008
......
0x200f ffff bit15对应 0x23ff fffc 呵呵

只看该作者 · 2015-3-22 23:46

由于32位系统，一次处理4个字节比较直观；所以，总是把4个字节一起处理；于是，字节地址0123就被一

次性处理掉了；总之，地址没有123那样连续，而是0,4,8,c,0这样蹦蹦跳跳。
=======为每一个bit分配一个 “32bit MCU 可以方便处理的地址”，需要占用32倍地址空间。

因此，嗯，是这样的，地址的计算公式，稍微复杂了点：
bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)

SRAM
2200 0000 加上偏移
SRAM_BB_BASE

void get_bit(u8 db8)
{
  vu32 VarAddr;
  VarAddr = (u32)&db8;
  VarAddr = (0x22000000 | ((VarAddr - 0x20000000) << 5) );
  bit0  = (*(vu8 *) VarAddr);  //VarAddr += 4;
......

}

特殊功能寄存器：
4200 0000 加上偏移
PERIPH_BB_BASE

#include "stm32f10x_map.h"

#define BIT_1 1
#define BIT_2 2
#define BIT_3 3
#define BIT_4 4
#define BIT_5 5

#define IO_ODR 0x0c

#define IO_OUT(a,b) (*(vu8 *)(PERIPH_BB_BASE | ((a - PERIPH_BASE + IO_ODR) << 5) + (b << 2)))

#define bitX  IO_OUT(GPIOD, BIT_Pin_3)
========bitX仅仅负责输出哦！ODR 可以输出0,也可以输出1。IDR才能输入，读取。还有BSRR,BRR，根据需要取用。

只看该作者 · 2015-3-22 23:46

或者干脆

//    C9 C 40011000 ODR  C bit 9
//             42220000    180    24
#define dd0          (*(vu8 *)0x422201A4)
//看明白了么？

dd0 = 1;

bitX = 1;

bitX = 0;

哈

在STM的官方的固件库下面有个Examples里有个CortexM3文件夹，Example1给出了bitbanding详解的使用描述。

偏移用的基地址都是固定的
#define RAM_BASE    0x20000000
#define RAM_BB_BASE 0x22000000

三个对位操作的宏定义，清零、置位、读位：
#define  Var_ResetBit_BB(VarAddr, BitNumber)
      (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | RAM_BB_BASE | ((BitNumber) << 2)) = 0)

#define Var_SetBit_BB(VarAddr, BitNumber)
      (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | RAM_BB_BASE | ((BitNumber) << 2)) = 1)

#define Var_GetBit_BB(VarAddr, BitNumber)
      (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | RAM_BB_BASE | ((BitNumber) << 2)))

只看该作者 · 2015-3-22 23:47

使用方法：
/* A mapping formula shows how to reference each word in the alias region to a corresponding bit in the bit-band region. The mapping formula is:
  bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number x4)

where:
- bit_word_addr: is the address of the word in the alias memory region that maps to the targeted bit.
- bit_band_base is the starting address of the alias region
- byte_offset is the number of the byte in the bit-band region that contains the targeted bit
- bit_number is the bit position (0-31) of the targeted bit */

/* Get the variable address --------------------------------------------------*/
  VarAddr = (u32)&Var;

/* Modify variable bit using bit-band access ---------------------------------*/
  /* Modify Var variable bit 0 -----------------------------------------------*/
  Var_ResetBit_BB(VarAddr, 0);  /* Var = 0x00005AA4 */
  Var_SetBit_BB(VarAddr, 0); /* Var = 0x00005AA5 */

  /* Modify Var variable bit 11 -----------------------------------------------*/
  Var_ResetBit_BB(VarAddr, 11);          /* Var = 0x000052A5 */
  /* Get Var variable bit 11 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 11); /* VarBitValue = 0x00000000 */

  Var_SetBit_BB(VarAddr, 11);             /* Var = 0x00005AA5 */
  /* Get Var variable bit 11 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 11); /* VarBitValue = 0x00000001 */

  /* Modify Var variable bit 31 -----------------------------------------------*/
  Var_SetBit_BB(VarAddr, 31);             /* Var = 0x80005AA5 */
  /* Get Var variable bit 31 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 31); /* VarBitValue = 0x00000001 */

  Var_ResetBit_BB(VarAddr, 31);          /* Var = 0x00005AA5 */
  /* Get Var variable bit 31 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 31); /* VarBitValue = 0x00000000 */

天在网上看到通过别名区的映射实现位操作功能，以前看STM32手册的时候看到过介绍，但一直没明白怎么用，今天用了一下，成功了！

只看该作者 · 2015-3-22 23:48

我的STM32板子PA0和PA1接的LED灯，所以先映射这两位。
GPIOA是 0x4001 0800

端口输出数据寄存器(GPIOx_ODR)  的偏移地址是 0x0c

根据公式：别名区 =  ADDRESS=0x4200 0000 + (0x0001 080C*0x20) + (bitx*4) ;bitx:第x位

得到PA.0和PA.1的别名区地址

#define PA_Bit0 ((volatile unsigned long *) (0x42210180))
#define PA_Bit1 ((volatile unsigned long *) (0x42210184))

接下来就可以对PA.0和PA.1进行位操作了

*PA_Bit0 = 1;  //PA.0 置1

*PA_Bit1 = 0;  //PA.1 置0

还可以读出这一位的值：

while(1)

{

   *PA_Bit1 =(~*PA_Bit1);

      Delay(1000);                   //延时1秒

}

PA.1接的LED会闪烁。

只看该作者 · 2015-3-22 23:49

利用MDK提供的关键字__attribute__((bitband))，可以很方便地进行Cortex-M3所提供的位区(bitband)操作。下面以USART的定义为例：

/* ------------------------ USART寄存器 ---------------------- */
typedef struct                               // 状态寄存器结构
{
u16 PE:1;                                  // 校验错误(r)
u16 FE:1;                                  // 帧错误(r)
u16 NE:1;                                  // 噪声错误标志(r)
u16 ORE:1;                               // 过载错误(r)
u16 IDLE:1;                               // 监测到总线空闲(r)
u16 RXNE:1;                               // 读数据寄存器非空(rc_w0)
u16 TC:1;                                  // 发送完成(rc_w0)
u16 TXE:1;                               // 发送数据寄存器空(r)
u16 LBD:1;                               // LIN断开检测标志(rc_w0)
u16 CTS:1;                               // CTS 标志(rc_w0)
}USART_SR __attribute__((bitband));

typedef struct                               // 控制寄存器1结构
{
u16 SBK:1;                               // 发送断开帧(rw 1:将要发送断开字符)
u16 RWU:1;                               // 接收唤醒(rw 1:接收器处于静默模式)
u16 RE:1;                                  // 接收使能(rw)
u16 TE:1;                                  // 发送使能(rw)
u16 IDLEIE:1;                            // IDLE中断使能(rw)
u16 RXNEIE:1;                            // 接收缓冲区非空中断使能(rw)
u16 TCIE:1;                               // 发送完成中断使能(rw)
u16 TXEIE:1;                               // 发送缓冲区空中断使能(rw)
u16 PEIE:1;                               // PE中断使能(rw)
u16 PS:1;                                  // 校验选择(rw 0:偶校验，1:奇校验)
u16 PCE:1;                               // 检验控制使能(rw)
u16 WAKE:1;                               // 唤醒的方法(rw 0:被空闲总线唤醒，1:被地址标记唤醒)
u16 M:1;                                  // 字长(rw 0:8位，1:9位)
u16 UE:1;                                  // USART使能(rw)
}USART_CR1 __attribute__((bitband));

typedef struct                               // 控制寄存器2结构
{
u16 ADDR:4;                               // 本设备的USART节点地址(rw)
u16 RESERVED1:1;
u16 LBDL:1;                               // LIN断开符检测长度(rw 0:10的断开符检测，1:11位)
u16 LBDIE:1;                               // LIN断开符检测中断使能(rw)
u16 RESERVED2:1;
u16 LBCL:1;                               // 最后一位时钟脉冲(rw )
u16 MODE:2;                               // 时钟相位(rw 0:在时钟的第一个边沿进行数据捕获，1:第二个)
                                             // 时钟极性(rw 0:总线空闲时CK引脚上保持低电平；1:高电平)
u16 CLKEN:1;                               // 时钟使能(rw)
u16 STOP:2;                               // 停止位(rw)
u16 LINEN:1;                               // LIN模式使能(rw)
}USART_CR2 __attribute__((bitband));

typedef struct                               // 控制寄存器3结构
{
u16 EIE:1;                               // 错误中断使能(rw)
u16 IREN:1;                               // 红外模式使能(rw)
u16 IRLP:1;                               // 红外低功耗(rw)
u16 HDSEL:1;                               // 半双工选择(rw)
u16 NACK:1;                               // 智能卡NACK使能(rw)
u16 SCEN:1;                               // 智能卡模式使能(rw)
u16 DMAR:1;                               // DMA使能接收(rw)
u16 DMAT:1;                               // DMA使能发送(rw)
u16 RTSE:1;                               // RTS使能(rw)
u16 CTSE:1;                               // CTS使能(rw)
u16 CTSIE:1;                               // CTS中断使能(rw)
}USART_CR3 __attribute__((bitband));

typedef struct                               // 保护时间和预分频寄存器结构
{
u16 PSC:8;                               // 预分频器值(rw )
u16 GT:8;                                  // 保护时间值(rw)
}USART_GTPR __attribute__((bitband));

typedef struct                               // USART寄存器结构
{
__IO USART_SR SR;                      // 状态寄存器
u16 RESERVED0;
__IO u16       DR;                      // 数据寄存器
u16 RESERVED1;
__IO u16       BRR;                      // 波特比率寄存器
u16 RESERVED2;
__IO USART_CR1  CR1;                      // 控制寄存器1
u16 RESERVED3;
__IO USART_CR2  CR2;                      // 控制寄存器2
u16 RESERVED4;
__IO USART_CR3  CR3;                      // 控制寄存器3
u16 RESERVED5;
__IO USART_GTPR GTPR;                      // 保护时间和预分频寄存器
u16 RESERVED6;
}USART_TypeDef;

#define PERIPH_BASE          0x40000000                         // 外围设备的基地址
#define APB1PERIPH_BASE    PERIPH_BASE                         // APB1设备的基地址
#define APB2PERIPH_BASE    (PERIPH_BASE + 0x10000)             // APB2设备的其地址

#define USART2_BASE          (APB1PERIPH_BASE + 0x4400)          // USART2基地址
#define USART3_BASE          (APB1PERIPH_BASE + 0x4800)          // USART3基地址
#define UART4_BASE          (APB1PERIPH_BASE + 0x4C00)          // UART4 基地址
#define UART5_BASE          (APB1PERIPH_BASE + 0x5000)          // UART5 基地址
#define USART1_BASE          (APB2PERIPH_BASE + 0x3800)          // USART1基地址

#define USART2             ((USART_TypeDef *) USART2_BASE)    // 定义USART2
#define USART3             ((USART_TypeDef *) USART3_BASE)    // 定义USART3
#define UART4                ((USART_TypeDef *) UART4_BASE)       // 定义UART4
#define UART5                ((USART_TypeDef *) UART5_BASE)       // 定义UART5
#define USART1             ((USART_TypeDef *) USART1_BASE)    // 定义USART1

如果想给USART1的CR1寄存器的RXNEIE置位，直接这样操作就行了：
USART1->CR1.RXNEIE = 1;
MDK就能正确编译成位区操作地址，根本不需要自己去计算位区地址。

只看该作者 · 2015-3-23 00:23

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