STM32位带操作基础

#位带操作的引入
提起位操作大家应该都不会陌生，此前在51单片机中相信大家都接触过sbit这样的操作，其最大的特点就是简洁方便啦~不过在32单片机中没有sbit这样的操作。因此，要实现位操作就要用到“位带操作”喽！

#位带操作的原理
比较官方的说法呢，就是将每个位膨胀为一个32位的字，以膨胀过后的地址来访问原来的这个位，从而实现32中的“sbit”。
例如：BSRR寄存器有32位，那我们将每个位映射为一个地址，通过共计32个地址即可分别访问这32个位。

#位带操作的区域

图中Bit band region表示位带区、Bit band alias表示位带别名区
显然，支持位带操作的区域只有两个，为SRAM与片内外设的最低的1MB的区域（基本上我们常用的就是对GPIO的操作了，其他部分有兴趣的小伙伴可以再自行了解一下）

#转换公式
我们先令A为需要操作的位所在寄存器的位置 n为该位的序号
则在外设中：
Alias=0x42000000+(A-0x40000000)×32+n×4
在SRAM中：
Alias=0x22000000+(A-0x20000000)×32+n×4
（这两个公式的核心思路就是基地址+偏移量…基本上是一句废话了hhhh比较细节的原因在微机原理中有讲，本人…暂时还么学~有了解的小伙伴欢迎留言哈）
由于上面两式在形式上非常相似，所以我们可将其合并为：
Alias=(A&0xF0000000)+0x02000000+((A&0x000FFFFF)<<5)+(n<<2)

##对合并公式的解释：
首先是相与的问题，在十六进制数相与时，过程为将每个16进制数化为对应二进制数，然后由二进制数按位进行“与”、“或”等逻辑运算。由此不难得到：任何数与F相与均为该数本身；任何数与0相与均为0。

之后是左移、右移的问题。在二进制中，左移表示乘、右移表示除。由于2的5次方为32，所以乘32也就等价于左移5位，同理，乘4等价于左移2位。

因此，上式的第一个括号结果为0x40000000或0x20000000，再加上0x02000000即为基地址；由图可知，每个位带区中只有后五位有效，所以将A与0x000FFFFF相与得到只含有后五位的数（即目标寄存器地址相对于位带区基地址的偏移量），再左移后得到位带别名区的地址。

#封装代码
由于该位带操作涉及每个IO口的地址，使用时再去查数据手册会很麻烦，所以将IO口的地址连同相关函数封装如下：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))  //将位带区地址转换为位带别名区地址
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))     //表示该十六进制数为地址，并允许直接对其内容进行操作进行操作（其中的volatile关键字常用于寄存器定义，表示从内存重新装载内容，而不是从寄存器拷贝内容）
#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     

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+16) //0x40020010 
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+16) //0x40020410 
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+16) //0x40020810 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+16) //0x40021010 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+16) //0x40021410 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+16) //0x40021810 
#define GPIOH_IDR_Addr    (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10 
#define GPIOI_IDR_Addr    (GPIOI_BASE+16) //0x40022010 
 
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入

#define PHout(n)   BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PHin(n)    BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n)  //输入

#define PIout(n)   BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PIin(n)    BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n)  //输入

相关解释呢注释里写的比较详细了，这里不再一一赘述，下面是做的两个小灯的简单流水灯小程序，其中两led所接IO口分别为GPIOF9与GPIOF10，且为低电平有效。

#include "stm32f4xx.h"
#include "led.h"
#include "bit_operation.h"
#define led1 PFout(9)
#define led2 PFout(10)
void delay(u32 i)
{
	while(i--)
	{
	}
}

int main()
{
	RCC_HSE_Config(8,336,4,7);
	LED_Init();
	led1=1; //熄灭
	led2=0; //点亮
	while(1)
	{
		led2=~led2;  //保证两灯始终有一个点亮
		led1=~led1;
		delay(7000000);
	}
}