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STM32的位操作的方法

2013年10月03日 ⁄ 综合 ⁄ 共 22575字 ⁄ 字号 评论关闭

摘自:http://blog.csdn.net/cy757/article/details/5816929

请关注以下文章,本文根据以下文章摘录、

http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3861107&bbs_page_no=1&bbs_id=3020

http://www.itqun.net/content-detail/139242_2.html

http://bbs.21ic.com/icview-108613-1-1.html

 

STM32 之位带操作

Cortex-M3 支持了位操作后,可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写。
  在 CM3  支持的位带中,有两个区中实现了位带。

  其中一个是 SRAM 区的最低 1MB 范围, 0x20000000 ‐ 0x200FFFFF(SRAM 区中的最低 1MB);

  第二个则是片内外设区的最低 1MB范围, 0x40000000 ‐ 0x400FFFFF(片上外设区中的最低 1MB)。

  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。当你通过位带别名区访问这些字时,就可以达到访问原始比特的目的。

 

  CM3 使用如下术语来表示位带存储的相关地址

  *  位带区:  支持位带操作的地址区

  *  位带别名:  对别名地址的访问最终作用到位带区的访问上(注意:这中间有一个地址映射过程)

  

  位带区中的每个比特都映射到别名地址区的一个字 —— 这是只有 LSB 有效的字(位带别名区的字只有 最低位 有意义)。

  对于SRAM中的某个比特,

  该比特在位带别名区的地址:

                    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,

 

  该比特在位带别名区的地址:

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

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

 

 其中 A 为该比特所在的字节的地址,0 <= n <= 7

“*4”表示一个字为 4 个字节,“*8”表示一个字节中有 8 个 特。                

        当然,位带操作并不只限于以字为单位的传送。亦可以按半字和字节为单位传送。  

  位带操作有很多好处,其中重要的一项就是,在多任务系统中,用于实现共享资源在任务间的“互锁”访问。多任务的共享资源必须满足一次只有一个任务访问它——亦即所谓的“原子操作”。

  在 C 语言中使用位带操作

  在 C编译器中并没有直接支持位带操作。比如,C 编译器并不知道对于同一块内存,能够使用不同的地址来访问,也不知道对位带别名区的访问只对 LSB 有效。

  欲在 C中使用位带操作,最简单的做法就是#define 一个位带别名区的地址。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;        //使用正常地址访问寄存器

        *DEVICE_REG0_BIT1 = 0x1;                 // 通过位带别名地址设置 bit1

 

  还可以更简化:

    //把“位带地址+位序号” 转换成别名地址的宏

    #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))

    于是:

    MEM_ADDR(DEVICE_REG0) = 0xAB;     //使用正常地址访问寄存器   

    MEM_ADDR(BITBAND(DEVICE_REG0,1)) = 0x1;  //使用位带别名地址

  注意:当你使用位带功能时,要访问的变量必须用 volatile 来定义。因为 C 编译器并不知道同一个比特可以有两个地址。所以就要通过 volatile,使得编译器每次都如实地把新数值写入存储器,而不再会出于优化的考虑 ,在中途使用寄存器来操作数据的复本,直到最后才把复本写回。

   在 GCC和 RealView MDK (即 Keil)  开发工具中,允许定义变量时手工指定其地址。如:

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

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

     // 在 long*后面的“const”通知编译器:该指针不能再被修改而指向其它地址。

     // 注意:at()中的地址必须对齐到4 字节边界。

  这样,就在0x20003014处分配了7个字,共得到了32*7=224 个比特。

  再使用这些比特时,可以通过如下的的形式:

    pbbaVar[136]=1;   //置位第 136号比特

  不过这有个局限:编译器无法检查是否下标越界。

  那为什么不定义成“ baVarAry[224]“ 的数组呢?

  这也是一个编译器的局限:它不知道这个数组其实就是 bbVarAry[7],从而在计算程序对内存的占用量上,会平白无故地多计入224*4个字节。

  对于指针义,为每个需要使用的比特取一个字面值的名字,在下标中只使用字面值名字,不再写真实的数字,就可以极大程度地避免数组越界。 

  

  请注意:在定义这“两个”变量时,前面加上了“volatile”。如果不再使用bbVarAry 来访问这些比特,而仅仅使用位带别名的形式访问时,这两个 volatile 均不再需要。

 

Cortex?-M3 将片内外设和SRAM都做了位映射。=====这么处理,单片机就无法直接支持4G字节内存。哈。

(08年,笔记本电脑正在4G内存热炒,也来凑个热闹)

SRAM空间2000... 映射到2200...
实际上,为片内SRAM仅保留了2000,0000 - 200f,ffff。
Cortex?-M3 仅保留1Mbyte空间,马马虎虎====要知道,受到07年的飞身直落,08年的DDR2仅相当于1M折合1元人民币!(不好意思,又来了。20080313Hy512M DDR2-667仅58元人民币--板上8颗芯片?每颗芯片64Mbyte不到8元?实际上DDR芯片非存储部分占用了相当大面积,近乎一半,不能简单除法。内存与逻辑生产工艺也不相同。片内SRAM相当占面积,更不要提主流CPU内的高速缓存RAM......)

闲话少说,言归正传:
0x2000 0000   bit0 对应   0x2200 0000
0x2000 0000   bit1 对应   0x2200 0004
0x2000 0000   bit2 对应   0x2200 0008
......
0x200f ffff   bit15对应   0x23ff fffc    呵呵

由于32位系统,一次处理4个字节比较直观;所以,总是把4个字节一起处理;于是,字节地址0123就被一

次性处理掉了;总之,地址没有123那样连续,而是0,4,8,c,0这样蹦蹦跳跳。
=======为每一个bit分配一个 “32bit MCU 可以方便处理的地址”,需要占用32倍地址空间。

因此,嗯,是这样的,地址的计算公式,稍微复杂了点:
bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)

SRAM
2200 0000 加上偏移
SRAM_BB_BASE

void get_bit(u8 db8)
{
  vu32 VarAddr;
  VarAddr = (u32)&db8;
  VarAddr = (0x22000000 | ((VarAddr - 0x20000000) << 5) );
  bit0  = (*(vu8 *) VarAddr);  //VarAddr += 4;
......

}

特殊功能寄存器:
4200 0000 加上偏移
PERIPH_BB_BASE

#include "stm32f10x_map.h"

#define BIT_1 1
#define BIT_2 2
#define BIT_3 3
#define BIT_4 4
#define BIT_5 5

#define IO_ODR 0x0c

#define IO_OUT(a,b) (*(vu8 *)(PERIPH_BB_BASE | ((a - PERIPH_BASE + IO_ODR) << 5) + (b << 2)))

#define bitX  IO_OUT(GPIOD, BIT_Pin_3)
========bitX仅仅负责输出哦!ODR 可以输出0,也可以输出1。IDR才能输入,读取。还有BSRR,BRR,根据需要取用。

或者干脆

//       C9   C 40011000   ODR  C   bit 9
//              42220000      180      24
#define dd0           (*(vu8 *)0x422201A4)
//看明白了么?

dd0 = 1;

bitX = 1;

bitX = 0;

 

在STM的官方的固件库下面有个Examples里有个CortexM3文件夹,Example1给出了bitbanding详解的使用描述。

偏移用的基地址都是固定的
#define RAM_BASE       0x20000000
#define RAM_BB_BASE    0x22000000
 
三个对位操作的宏定义,清零、置位、读位:
#define  Var_ResetBit_BB(VarAddr, BitNumber)    
          (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | RAM_BB_BASE | ((BitNumber) << 2)) = 0)
   
#define Var_SetBit_BB(VarAddr, BitNumber)       
          (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | RAM_BB_BASE | ((BitNumber) << 2)) = 1)

#define Var_GetBit_BB(VarAddr, BitNumber)       
          (*(vu32 *) (RAM_BB_BASE | ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) | RAM_BB_BASE | ((BitNumber) << 2)))
   
 

使用方法:
/* A mapping formula shows how to reference each word in the alias region to a corresponding bit in the bit-band region. The mapping formula is:
  bit_word_addr = bit_band_base + (byte_offset x 32) + (bit_number x4)

where:
   - bit_word_addr: is the address of the word in the alias memory region that maps to the targeted bit.
   - bit_band_base is the starting address of the alias region
   - byte_offset is the number of the byte in the bit-band region that contains the targeted bit
   - bit_number is the bit position (0-31) of the targeted bit */

/* Get the variable address --------------------------------------------------*/ 
  VarAddr = (u32)&Var; 

/* Modify variable bit using bit-band access ---------------------------------*/
  /* Modify Var variable bit 0 -----------------------------------------------*/
  Var_ResetBit_BB(VarAddr, 0);  /* Var = 0x00005AA4 */
  Var_SetBit_BB(VarAddr, 0);    /* Var = 0x00005AA5 */
  
  /* Modify Var variable bit 11 -----------------------------------------------*/
  Var_ResetBit_BB(VarAddr, 11);             /* Var = 0x000052A5 */
  /* Get Var variable bit 11 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 11); /* VarBitValue = 0x00000000 */
  
  Var_SetBit_BB(VarAddr, 11);               /* Var = 0x00005AA5 */
  /* Get Var variable bit 11 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 11);    /* VarBitValue = 0x00000001 */
  
  /* Modify Var variable bit 31 -----------------------------------------------*/
  Var_SetBit_BB(VarAddr, 31);               /* Var = 0x80005AA5 */
  /* Get Var variable bit 31 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 31); /* VarBitValue = 0x00000001 */
    
  Var_ResetBit_BB(VarAddr, 31);             /* Var = 0x00005AA5 */
  /* Get Var variable bit 31 value */
  VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 31); /* VarBitValue = 0x00000000 */

 

天在网上看到通过别名区的映射实现位操作功能,以前看STM32手册的时候看到过介绍,但一直没明白怎么用,今天用了一下,成功了!

我的STM32板子PA0和PA1接的LED灯,所以先映射这两位。

查看手册中的寄存器组起始地址:



 (原文件名:地址.jpg) 引用图片

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))

接下来就可以对PA.0和PA.1进行位操作了

*PA_Bit0 = 1;  //PA.0 置1 

*PA_Bit1 = 0;  //PA.1 置0

还可以读出这一位的值:

while(1)

{

       *PA_Bit1 =(~*PA_Bit1);    

        Delay(1000);                      //延时1秒

}

PA.1接的LED会闪烁。

由于对STM32的存储结构不了解,0x4200 0000不知道是从哪里来的。后来看到了一个PDF文档



 (原文件名:存储.jpg) 引用图片

原来0x4200 0000是外设别名区域的地址。

 

 

来自http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4414916&bbs_page_no=1&bbs_id=9999

 利用MDK提供的关键字__attribute__((bitband)),可以很方便地进行Cortex-M3所提供的位区(bitband)操作。下面以USART的定义为例:

/* ------------------------ USART寄存器 ---------------------- */
typedef struct                                  // 状态寄存器结构
{
    u16 PE:1;                                   // 校验错误(r)
    u16 FE:1;                                   // 帧错误(r)
    u16 NE:1;                                   // 噪声错误标志(r)
    u16 ORE:1;                                  // 过载错误(r) 
    u16 IDLE:1;                                 // 监测到总线空闲(r)
    u16 RXNE:1;                                 // 读数据寄存器非空(rc_w0)
    u16 TC:1;                                   // 发送完成(rc_w0)
    u16 TXE:1;                                  // 发送数据寄存器空(r)
    u16 LBD:1;                                  // LIN断开检测标志(rc_w0)
    u16 CTS:1;                                  // CTS 标志(rc_w0)
}USART_SR __attribute__((bitband));

typedef struct                                  // 控制寄存器1结构
{
    u16 SBK:1;                                  // 发送断开帧(rw 1:将要发送断开字符)
    u16 RWU:1;                                  // 接收唤醒(rw 1:接收器处于静默模式)
    u16 RE:1;                                   // 接收使能(rw)
    u16 TE:1;                                   // 发送使能(rw)
    u16 IDLEIE:1;                               // IDLE中断使能(rw)
    u16 RXNEIE:1;                               // 接收缓冲区非空中断使能(rw) 
    u16 TCIE:1;                                 // 发送完成中断使能(rw)
    u16 TXEIE:1;                                // 发送缓冲区空中断使能(rw)
    u16 PEIE:1;                                 // PE中断使能(rw)
    u16 PS:1;                                   // 校验选择(rw 0:偶校验,1:奇校验)
    u16 PCE:1;                                  // 检验控制使能(rw)
    u16 WAKE:1;                                 // 唤醒的方法(rw 0:被空闲总线唤醒,1:被地址标记唤醒)
    u16 M:1;                                    // 字长(rw 0:8位,1:9位)
    u16 UE:1;                                   // USART使能(rw)
}USART_CR1 __attribute__((bitband));

typedef struct                                  // 控制寄存器2结构
{
    u16 ADDR:4;                                 // 本设备的USART节点地址(rw)
    u16 RESERVED1:1;
    u16 LBDL:1;                                 // LIN断开符检测长度(rw 0:10的断开符检测,1:11位)

    u16 LBDIE:1;                                // LIN断开符检测中断使能(rw)
    u16 RESERVED2:1;
    u16 LBCL:1;                                 // 最后一位时钟脉冲(rw )
    u16 MODE:2;                                 // 时钟相位(rw 0:在时钟的第一个边沿进行数据捕获,1:第二个)

                                                // 时钟极性(rw 0:总线空闲时CK引脚上保持低电平;1:高电平)

    u16 CLKEN:1;                                // 时钟使能(rw)
    u16 STOP:2;                                 // 停止位(rw)
    u16 LINEN:1;                                // LIN模式使能(rw) 
}USART_CR2 __attribute__((bitband));

typedef struct                                  // 控制寄存器3结构
{
    u16 EIE:1;                                  // 错误中断使能(rw)
    u16 IREN:1;                                 // 红外模式使能(rw)
    u16 IRLP:1;                                 // 红外低功耗(rw)
    u16 HDSEL:1;                                // 半双工选择(rw)
    u16 NACK:1;                                 // 智能卡NACK使能(rw)
    u16 SCEN:1;                                 // 智能卡模式使能(rw)
    u16 DMAR:1;                                 // DMA使能接收(rw)
    u16 DMAT:1;                                 // DMA使能发送(rw)
    u16 RTSE:1;                                 // RTS使能(rw)
    u16 CTSE:1;                                 // CTS使能(rw)
    u16 CTSIE:1;                                // CTS中断使能(rw)    
}USART_CR3 __attribute__((bitband));

typedef struct                                  // 保护时间和预分频寄存器结构
{
    u16 PSC:8;                                  // 预分频器值(rw )
    u16 GT:8;                                   // 保护时间值(rw)
}USART_GTPR __attribute__((bitband));

typedef struct                                  // USART寄存器结构
{
    __IO USART_SR   SR;                         // 状态寄存器
    u16 RESERVED0;
    __IO u16        DR;                         // 数据寄存器
    u16 RESERVED1;
    __IO u16        BRR;                        // 波特比率寄存器
    u16 RESERVED2;
    __IO USART_CR1  CR1;                        // 控制寄存器1
    u16 RESERVED3;
    __IO USART_CR2  CR2;                        // 控制寄存器2
    u16 RESERVED4;
    __IO USART_CR3  CR3;                        // 控制寄存器3
    u16 RESERVED5;
    __IO USART_GTPR GTPR;                       // 保护时间和预分频寄存器
    u16 RESERVED6;
}USART_TypeDef;

#define PERIPH_BASE           0x40000000                            // 外围设备的基地址
#define APB1PERIPH_BASE       PERIPH_BASE                           // APB1设备的基地址

#define APB2PERIPH_BASE       (PERIPH_BASE + 0x10000)               // APB2设备的其地址

#define USART2_BASE           (APB1PERIPH_BASE + 0x4400)            // USART2基地址
#define USART3_BASE           (APB1PERIPH_BASE + 0x4800)            // USART3基地址
#define UART4_BASE            (APB1PERIPH_BASE + 0x4C00)            // UART4 基地址
#define UART5_BASE            (APB1PERIPH_BASE + 0x5000)            // UART5 基地址
#define USART1_BASE           (APB2PERIPH_BASE + 0x3800)            // USART1基地址

#define USART2                ((USART_TypeDef *) USART2_BASE)       // 定义USART2
#define USART3                ((USART_TypeDef *) USART3_BASE)       // 定义USART3
#define UART4                 ((USART_TypeDef *) UART4_BASE)        // 定义UART4
#define UART5                 ((USART_TypeDef *) UART5_BASE)        // 定义UART5
#define USART1                ((USART_TypeDef *) USART1_BASE)       // 定义USART1

    如果想给USART1的CR1寄存器的RXNEIE置位,直接这样操作就行了:
    USART1->CR1.RXNEIE = 1;
    MDK就能正确编译成位区操作地址,根本不需要自己去计算位区地址。

 

 

 

来自http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=3848831&bbs_page_no=1&search_mode=1&search_text=gpio&bbs_id=3020

#ifndef __STM32F10x_bit_band_H
#define __STM32F10x_bit_band_H

//#define GPIOF6_Out (*((u32*)0x42238198))//GPIOF端口起始地址为0x42011c00,输出寄存器ODR的偏移地址为0ch,第6位

//0x42238198=0x42000000+(0x11c00+0ch)*32(即0x20)+6*4(0x18)

#define GPIOA0_Out  (*((u32*)0x42210180))
#define GPIOA1_Out  (*((u32*)0x42210184))
#define GPIOA2_Out  (*((u32*)0x42210188))
#define GPIOA3_Out  (*((u32*)0x4221018c))
#define GPIOA4_Out  (*((u32*)0x42210190))
#define GPIOA5_Out  (*((u32*)0x42210194))
#define GPIOA6_Out  (*((u32*)0x42210198))
#define GPIOA7_Out  (*((u32*)0x4221019c))
#define GPIOA8_Out  (*((u32*)0x422101a0))
#define GPIOA9_Out  (*((u32*)0x422101a4))
#define GPIOA10_Out  (*((u32*)0x422101a8))
#define GPIOA11_Out  (*((u32*)0x422101ac))
#define GPIOA12_Out  (*((u32*)0x422101b0))
#define GPIOA13_Out  (*((u32*)0x422101b4))
#define GPIOA14_Out  (*((u32*)0x422101b8))
#define GPIOA15_Out  (*((u32*)0x422101bc))

#define GPIOA0_IN  (*((u32*)0x42210100))
#define GPIOA1_IN  (*((u32*)0x42210104))
#define GPIOA2_IN  (*((u32*)0x42210108))
#define GPIOA3_IN  (*((u32*)0x4221010c))
#define GPIOA4_IN  (*((u32*)0x42210110))
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#define GPIOG5_IN  (*((u32*)0x42240114))
#define GPIOG6_IN  (*((u32*)0x42240118))
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#define GPIOG8_IN  (*((u32*)0x42240120))
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#define GPIOG10_IN  (*((u32*)0x42240128))
#define GPIOG11_IN  (*((u32*)0x4224012c))
#define GPIOG12_IN  (*((u32*)0x42240130))
#define GPIOG13_IN  (*((u32*)0x42240134))
#define GPIOG14_IN  (*((u32*)0x42240138))
#define GPIOG15_IN  (*((u32*)0x4224013c))

#endif

将以上的stm32f10x_bit_band.h文件添加到main.c文件中即可调用。
例如:要F8口输出低,则为GPIOF8=0;(前提是已经将GPIOF的8口设为输出口)

 

------------------------------------------------------------------

#define GPIOx_Bitx(IOx,bitx) (*(volatile unsigned long *)((0x42000000+(((IOx&0x000fffff)+0xC)*0x20))+(bitx<<2))) 
有了这句,所有的IO就可以用你下面写的方式写0写1了是吗?
#define PA_Bit0 GPIOx_Bitx(GPIOA_BASE,0) 
#define PA_Bit1 GPIOx_Bitx(GPIOA_BASE,1) 

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