STM32 之位帶操作

　　在 CM3 支持的位帶中，有兩個(gè)區(qū)中實(shí)現(xiàn)了位帶。

　　其中一個(gè)是 SRAM 區(qū)的最低 1MB 范圍，0x20000000 ‐ 0x200FFFFF（SRAM 區(qū)中的最低 1MB）；

　　第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低 1MB范圍，0x40000000 ‐ 0x400FFFFF（片上外設(shè)區(qū)中的最低 1MB）。

　　這兩個(gè)區(qū)中的地址除了可以像普通的 RAM 一樣使用外，它們還都有自己的“位帶別名區(qū)”，位帶別名區(qū)把每個(gè)比特膨脹成一個(gè) 32 位的字。當(dāng)你通過位帶別名區(qū)訪問這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪問原始比特的目的。

　　CM3 使用如下術(shù)語來表示位帶存儲(chǔ)的相關(guān)地址

　　*位帶區(qū)： 支持位帶操作的地址區(qū)

　　*位帶別名： 對(duì)別名地址的訪問最終作用到位帶區(qū)的訪問上（注意：這中間有一個(gè)地址映射過程）

　　位帶區(qū)中的每個(gè)比特都映射到別名地址區(qū)的一個(gè)字 —— 這是只有 LSB 有效的字（位帶別名區(qū)的字只有 最低位 有意義）。

　　對(duì)于SRAM中的某個(gè)比特，

　　該比特在位帶別名區(qū)的地址：AliasAddr =0x22000000 + ((A‐0x20000000)*8+n)*4

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

對(duì)于片上外設(shè)位帶區(qū)的某個(gè)比特，

　　該比特在位帶別名區(qū)的地址：AliasAddr =0x42000000 + ((A‐0x40000000)*8+n)*4

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

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 其中 A 為該比特所在的字節(jié)的地址，0 <= n <= 7

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　“*4”表示一個(gè)字為 4 個(gè)字節(jié)，“*8”表示一個(gè)字節(jié)中有 8 個(gè)比特。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　當(dāng)然，位帶操作并不只限于以字為單位的傳送。亦可以按半字和字節(jié)為單位傳送。　

　　位帶操作有很多好處，其中重要的一項(xiàng)就是，在多任務(wù)系統(tǒng)中，用于實(shí)現(xiàn)共享資源在任務(wù)間的“互鎖”訪問。多任務(wù)的共享資源必須滿足一次只有一個(gè)任務(wù)訪問它——亦即所謂的“原子操作”。

　　在 C 語言中使用位帶操作

　　在 C編譯器中并沒有直接支持位帶操作。比如，C 編譯器并不知道同一塊內(nèi)存，能夠使用不同的地址來訪問，也不知道對(duì)位帶別名區(qū)的訪問只對(duì) LSB 有效。

　　欲在 C中使用位帶操作，最簡單的做法就是#define 一個(gè)位帶別名區(qū)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;　　　　　　　　//使用正常地址訪問寄存器

　　*DEVICE_REG0_BIT1 = 0x1; // 通過位帶別名地址設(shè)置 bit1

　　還可以更簡化：

　　　　//把“位帶地址＋位序號(hào)”轉(zhuǎn)換成別名地址的宏

　　　　#defineBITBAND(addr, bitnum)((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))　　

　　　　//把該地址轉(zhuǎn)換成一個(gè)指針

　　　　#defineMEM_ADDR(addr)*((volatile unsigned long *) (addr))

　　　　于是：

　　　　MEM_ADDR(DEVICE_REG0) = 0xAB; 　　　　　　　　　　　　//使用正常地址訪問寄存器　　

　　　　MEM_ADDR(BITBAND(DEVICE_REG0,1)) = 0x1;　　　　　　　 //使用位帶別名地址

　　注意：當(dāng)你使用位帶功能時(shí)，要訪問的變量必須用 volatile 來定義。因?yàn)?C 編譯器并不知道同一個(gè)比特可以有兩個(gè)地址。所以就要通過 volatile，使得編譯器每次都如實(shí)地把新數(shù)值寫入存儲(chǔ)器，而不再會(huì)出于優(yōu)化的考慮，在中途使用寄存器來操作數(shù)據(jù)的復(fù)本，直到最后才把復(fù)本寫回。

　　在 GCC和 RealView MDK (即 Keil) 開發(fā)工具中，允許定義變量時(shí)手工指定其地址。如：

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

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

　　 　//在 long*后面的“const”通知編譯器：該指針不能再被修改而指向其它地址。

　　 　//注意：at()中的地址必須對(duì)齊到4 字節(jié)邊界。

　　這樣，就在0x20003014處分配了7個(gè)字，共得到了32*7=224 個(gè)比特。

　　再使用這些比特時(shí)，可以通過如下的的形式：

　　　 pbbaVar[136]=1; //置位第 136號(hào)比特

　　不過這有個(gè)局限：編譯器無法檢查是否下標(biāo)越界。

　　那為什么不定義成“ baVarAry[224]“的數(shù)組呢？

　　這也是一個(gè)編譯器的局限：它不知道這個(gè)數(shù)組其實(shí)就是 bbVarAry[7]，從而在計(jì)算程序?qū)?nèi)存的占用量上，會(huì)平白無故地多計(jì)入224*4個(gè)字節(jié)。

　　對(duì)于指針義，為每個(gè)需要使用的比特取一個(gè)字面值的名字，在下標(biāo)中只使用字面值名字，不再寫真實(shí)的數(shù)字，就可以極大程度地避免數(shù)組越界。

　　請(qǐng)注意：在定義這“兩個(gè)”變量時(shí)，前面加上了“volatile”。如果不再使用bbVarAry 來訪問這些比特，而僅僅使用位帶別名的形式訪問時(shí)，這兩個(gè) volatile 均不再需要。