STM32位带区和位带别名区的浅谈

1.首先谈下为什么要使用位带？

在学习51单片机时就已经使用过位操作，比如使用sbit对单片机IO口的定义，但是STM32中并没有这类关键字，而是通过访问位带别名区来实现，即通过将每个比特位膨胀成一个32位字，当访问这些字的时候就达到了访问比特的目的。比方说BSRR寄存器有32个位，那么可以映射到32个地址上，当我们去访问这32个地址就达到访问32个比特的目的，也就是说我们可以通过位带轻松的去控制某一位。

2.存储单元和存储地址的相关概念

在计算机中最小的信息单位是bit，也就是一个二进制位，8个bit组成一个Byte，也就是字节。一个存储单元可以存储一个字节，也就是8个二进制位。计算机的存储器容量是以字节为最小单位来计算的，对于一个有128个存储单元的存储器，可以说它的容量为128字节。如果有一个1KB的存储器则它有1024个存储单元，它的编号为从0－1023。存储器被划分成了若干个存储单元，每个存储单元都是从0开始顺序编号，如一个存储器有128个存储单元，则它的编号就是从0-127。

存储地址一般用十六进制数表示，而每一个存储器地址中又存放着一组二进制（或十六进制）表示的数，通常称为该地址的内容。值得注意的是，内储单元的地址和地址中的内容两者是不一样的。前者是存储单元的编号，表示存储器总的一个位置，而后者表示这个位置里存放的数据。正如一个是房间号码，一个是房间里住的人一样。

存放一个机器字的存储单元，通常称为字存储单元，相应的单元地址叫字地址。而存放一个字节的单元，称为字节存储单元，相应的地址称为字节地址。如果计算机中可以编址的最小单元是字存储单元，则该计算机称为按字寻址的计算机。如果计算机中可编址的最小单位是字节，则该计算机称为按字节寻址的计算机。如果机器字长等于存储器单元的位数，一个机器字可以包含数个字节，所以一个存储单元也可以包含数个能够单独编址的字节地址。例如一个16位二进制的字存储单元可存放两个字节，可以按字地址寻址，也可以按字节地址寻址。当用字节地址寻址时，16位的存储单元占两个字节地址。（摘自百度百科）

以STM32来说，STM32是一个32位的微控制器，它是按字存储单元；每一个寄存器都是占用4个字节即32位，这点将在下面位带和位带别名地址换算的时候用到

3.Cortex-M3位带区和位带映射区对应关系

STM32位带及位带别名区域支持位带操作的区域是SRAM 区的最低1MB 范围（APB1/2，AHB1外设）和片内外设区的最低1MB范围。

对于SRAM/GPIO位带区的某个比特(bit)，记它所在的字节地址为A，位序号为n(0<=n<=7)(如果是GPIO则n<=16)，则该比特在位带别名区中的地址为：

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

上式中‘8’表示每个字节中有8个比特，‘4’表示4个字节（因为CM3是32位机，机器字为4个字节）。

(A-0x20000000)表示一共用这么多个字节，（A-0x20000000)*8+n表示一共有这么多位,在别名区中，每个位占4个字节地址，故((A-0x20000000)*8+n)*4表示该位在别名区中的偏移字节地址。偏移地址加上基地址就是该比特在位带别名区中的地址

4.最后附上STM32F103的实现代码

#ifndef _BIT_BIND_H_
#define _BIT_BIND_H_

#include "stm32f10x.h"

 
//位带操作,实现51类似的GPIO控制功能
//具体实现思想,参考<>第五章(87页~92页).
//IO口操作宏定义
#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)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C 
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C 
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C 
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C 
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C 
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C    
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C    

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8) //0x40010808 
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+8) //0x40010C08 
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+8) //0x40011008 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+8) //0x40011408 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+8) //0x40011808 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+8) //0x40011A08 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+8) //0x40011E08 
 
//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



#endif