作者：strongerHuang

說到位帶操作，可能很多人比較陌生，但說到控制IO，你肯定不會陌生。有的項目為了最大效率控制IO，使用位帶操作。下面就來簡單說說未帶操作的內容。

一、初識位帶操作

Bit-banding簡稱位帶，有人也叫位段。支持位帶操作后，可以使用普通的加載/存儲指令來對單一的比特進行讀寫。很多朋友是從學習51單片機過來的，都知道P1.1這個引腳可以單獨控制，我們操作的這個引腳就是一個Bit位。我們都知道在STM32中不能直接操作寄存器的某一個Bit位，比如單獨控制PA端口輸出數據寄存器中的ODR1，如下圖：

STM32F1內核Cortex-M3早就考慮到了這個問題，為了能達到直接操作ODR1這類Bit位，就在內核中開辟了一塊地址區域（位帶別名）：可以將ODR1這類Bit位（位帶區）映射到位帶別名區域對應的地址，只需要操作映射后的地址，就可以實現操作這個ODR1位了。簡單來說就是映射操作，只是這個映射操作有許多約定要遵循。二、位帶操作中的映射關系在Cortex-M3中有兩個區實現了位帶操作，其中一個是SRAM區的最低 1MB 范圍，第二個則是片內外設區的最低 1MB 范圍。這兩個區域如下圖紅色標注的區域：

這兩個1MB將分別映射到另外兩個地址區域：

1.SRAM區的最低1MB（0x2000 0000 --- 0x200F FFFF） 映射到（0x2200 0000 --- 0x23FF FFFF）。

2.片內外設區的最低1MB（0x4000 0000 --- 0x400F FFFF）映射到（0x4200 0000 --- 0x43FF FFFF）。

其實就是映射到偏移（距離自身）0x0200 0000外的32MB空間（位帶別名區），如下圖SRAM區映射關系：

提示：看圖中的有顏色的8Bit，它是映射到偏移0x0200 0000外的32Bit（4Byte）空間上。我們讀寫0x2200 0000這個地址，其實就是操作0x2000 0000中的Bit0位。

這就是所謂的“比特的膨脹對應關系”，1Bit膨脹到32Bit（4字節）。4字節對應的就是那1Bit位的地址，而這個地址中的數據只有最低一位才有效（LSB）。

解釋上面多處出現的關鍵詞

位帶區：支持位帶操作的地址區；

位帶別名：對別名地址的訪問最終作用到位帶區的訪問上；

三、位帶區->別名區計算公式

位帶操作的主要目的：通過Bit位地址（A）計算得到別名區地址（AliasAddr）。

1.SARM區計算公式

AliasAddr＝ 0x22000000 + ((A‐0x20000000)*8+n)*4 =0x22000000+(A-0x20000000)*32 + n*4

2.片上外設區計算公式

AliasAddr＝ 0x42000000 + ((A-0x40000000)*8+n)*4 =0x42000000+(A-0x40000000)*32 + n*4

由于映射關系一樣，所以公式原理也一樣，只是地址不一樣。計算公式需要結合上圖比特的膨脹對應關系來理解。

*8：1個字4個字節;

*4：1個字節8Bit;

四、代碼實現

利用上面計算公式，代碼實現的過程就很簡單，我們的目的就是對“AliasAddr”這個地址進行讀寫操作。

1.RAM位帶操作宏定義

#defineBITBAND_RAM(RAM, BIT) (*((uint32_t volatile*)(0x22000000u + (((uint32_t)&(RAM) - (uint32_t)0x20000000u)<<5) + (((uint32_t)(BIT))<<2))))

2.外設寄存器位帶宏定義

#defineBITBAND_REG(REG, BIT) (*((uint32_t volatile*)(0x42000000u + (((uint32_t)&(REG) - (uint32_t)0x40000000u)<<5) + (((uint32_t)(BIT))<<2))))

方便大家對比，給一個截圖：

A.RAM地址0x20001000的Bit1位寫0

BITBAND_RAM(*(uint32_t *)0x20001000, 1) = 0;

B.讀取RAM地址0x20001000的Bit1位

uint8_t Val;

Val=BITBAND_RAM(*(uint32_t *)0x20001000, 1);

C.對PA1數據輸出寄存器輸出1

BITBAND_REG(GPIOA->ODR, 1) = 1;

D.讀取PA1數據輸出寄存器

uint8_t Val;

Val=BITBAND_REG(GPIOA->ODR, 1);

這里就是操作某一個地址，類似于操作指針一樣；

五、位帶操作優缺點

1.優點

相比直接操作寄存器代碼更簡潔，運行效率更高。避免在多任務，或中斷時出現紊亂等。

2.缺點

操作不當（傳入地址參數不對），容易出現總線Fault。

六、說明

關于Cortex-M3的位帶操作，詳情可以參看Cortex-M3技術參考手冊（權威指南）。 我了解Cortex-M處理器中，Cortex-M3、Cortex-M4都具有位帶操作，Cortex-M0，Cortex-M+好像不支持。具體可以下載相關的技術參考手冊查看。 原文標題：快速理解STM32位帶操作原理和用途

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