STM32 BIT_BAND 位带别名区使用入门

 什么是位段、位带别名区? 
2. 它有什么好处?


答1: 是这样的,记得MCS51吗? MCS51就是有位操作,以一位(BIT)为数据对象的操作, 
      MCS51可以简单的将P1口的第2位独立操作: P1.2=0;P1.2=1 ; 就是这样把P1口的第三个脚(BIT2)置0置。 
      而现在STM32的位段、位带别名区就为了实现这样的功能。       
      对象可以是SRAM,I/O外设空间。实现对这些地方的某一位的操作。 
      它是这样的。在寻址空间(32位地址是 4GB )另一地方,取个别名区空间,从这地址开始处,每一个字(32BIT) 
      就对应SRAM或I/O的一位。 
       
      这样呢,1MB SRAM就 可以有32MB的对应别名区空间,就是1位膨胀到32位(1BIT 变为1个字) 
      我们对这个别名区空间开始的某一字操作,置0或置1,就等于它映射的SRAM或I/O相应的某地址的某一位的操作。 
       
答2:  简单来说,可以把代码缩小, 速度更快,效率更高,更安全。 
      一般操作要6条指令,而使用 位带别名区只要4条指令。    
      一般操作是  读-改-写  的方式, 而位带别名区是 写 操作。防止中断对读-改-写  的方式的影响。


//  STM32支持了位带操作(bit_band),有两个区中实现了位带。其中一个是SRAM 区的最低1MB 范围,第二个则是片内外设 
//  区的最低1MB 范围。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。 
// 
//  每个比特膨胀成一个32 位的字,就是把  1M  扩展为 32M , 
// 
//  于是;RAM地址 0X200000000(一个字节)扩展到8个32 位的字,它们是:(STM32中的SRAM依然是8位的,所以RAM中任一地址对应一个字节内容) 
//   0X220000000 ,0X220000004,0X220000008,0X22000000C,0X220000010,0X220000014, 0X220000018,0X22000001C



// 支持位带操作的两个内存区的范围是: 
// 0x2000_0000‐0x200F_FFFF(SRAM 区中的最低1MB) 
// 0x4000_0000‐0x400F_FFFF(片上外设区中的最低1MB)


/*



对SRAM 位带区的某个比特,记它所在字节地址为A,位序号 
在别名区的地址为: 
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,记它所在字节的地址为A,位序号为n(0<=n<=7),则该比特 
在别名区的地址为: 
AliasAddr= 0x42000000+((A‐0x40000000)*8+n)*4 =0x42000000+ (A‐0x40000000)*32 + n*4 
上式中,“*4”表示一个字为4 个字节,“*8”表示一个字节中有8 个比特。


// 把“位带地址+位序号”转换别名地址宏 
#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)) 
// MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,1)) = 0x1;


 


例如点亮LED


// 使用STM32库 
   GPIO_ResetBits(GPIOC, GPIO_Pin_4); //关LED5 
   GPIO_SetBits(GPIOC, GPIO_Pin_7);   //开LED2


// 一般读操作 
    STM32_Gpioc_Regs->bsrr.bit.BR4 =1;// 1:清除对应的ODRy位为0 
    STM32_Gpioc_Regs->bsrr.bit.BS7 =1;// 1:设置对应的ODRy位为1


//如果使用 位带别名区操作 
  STM32_BB_Gpioc_Regs->BSRR.BR[4] =1;// 1:清除对应的ODRy位为0 
  STM32_BB_Gpioc_Regs->BSRR.BS[7] =1;// 1:设置对应的ODRy位为1


代码比STM32库 高效 十倍 !


对内存变量的位操作。


   1. // SRAM  变量 
   2.


   3. long CRCValue; 
   4.


   5. // 把“位带地址+位序号”转换别名地址宏 
   6. #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
   7. //把该地址转换成一个指针 
   8. #define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
   9.


  10. // 对32位变量 的BIT1 置 1 : 
  11.


  12. MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,1)) = 0x1; 
  13.


  14. //对任意一位( 第23位 ) 判断: 
  15.


  16. if(MEM_ADDR(BITBAND( (u32)&CRCValue,23))==1) 
  17. { 
  18.


  19. }

bit_band,直译为位带,也翻译成别名存储区。


映射公式: 


bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)  ( 式1


其中: 

bit_word_addr —— bit_band中字的地址,它映射到某个寄存器位。 
bit_band_base  —— bit_band的基准地址。 
byte_offset          —— 寄存器的偏移数值 

bit_number        —— 寄存器位所在位置(0-31) 



下面的例1说明,如何将SRAM 地址为0x20000300的字节中的位2映射到别名区中: 


0x22006008 = 0x22000000 + (0x300*32) + (2*4). 


对0x22006008地址的写操作等同于对SRAM 中地址0x20000300字节的位2 执行读- 改- 写操作。 


这个公式照着套用,也没问题。

我比较钻牛角尖,总想弄明白,为什么式1中要乘以32,要乘以4。


记住这个前提:

(1)STM32对bit-band的访问,是以32位的方式来访问,即一次读写32位(Bit),4个字节(STM32是32位的CPU,一次读32位长,速度快,存储空间比51大的多)。

(2)寄存器中的1个位,是使用bit-band中1个双字(32位)来表达的。

先看一个图。


STM32 BIT_BAND 位带别名区使用入门_第1张图片

0x20000000的0~7对应0x22000000~0x2200001C,共32个字节,8个双字。

0x20000000的位0对应0x22000000,0x22000001,0x22000002,0x22000003,共4个字节,1个双字


例1中:

0x20000300相对于0x20000000的位移是 0x20000300 - 0x20000000 = 300,相当于300行(ROW)。

乘以32,是因为一行(1个寄存器字节)是32个字节。两者相减,就是它们之间相差的距离,不用担心加1减1的问题。


式1中,bit_number 为什么要乘以4? 这里,寄存器字节中的位相当于列。(如屏幕分辨率1440*900,900是行数,1440是列数,行之间的比例是1,而这里是32)

每列之间相差4个字节:

0x22000004 - 0x22000000 = 4

因为前提(2)。


如例1中,0x22006008~0x2200600B来映射0x20000300的字节中的位2,而实际只有0x22006008的位0表示寄存器位2的状态。



再举例2如:

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))

(来源 http://www.amobbs.com/forum.php?mod=viewthread&tid=3861107)

定义成宏,操作就简单了,不用看16进制的8个数字了。



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