第11章 STM32位带操作

一、位带操作介绍

用教科书的话来说，位带操作（Bit Banding），位操作就是可以单独的对一个比特位读和写，这个在 51 单片机中非常常见。51 单片机中通过关键字 sbit 来实现位定义，STM32 没有这样的关键字，而是通过访问位带别名区来实现。
在 STM32 中，有两个地方实现了位带，一个是 SRAM 区的最低 1MB 空间，令一个是外设区最低 1MB 空间。这两个 1MB 的空间除了可以像正常的 RAM 一样操作外，他们还有自己的位带别名区，位带别名区把这 1MB 的空间的每一个位膨胀成一个 32 位的字，当访问位带别名区的这些字时，就可以达到访问位带区某个比特位的目的。它通过将内存的每一位映射到一个独立的地址空间，从而实现对单个位的读写操作。
具体来说，位带操作是通过将一个32位的内存地址映射到另外一个32位的地址空间来实现的。例如，假设我们要对一个变量的第0位进行操作，那么就可以将该变量的地址通过位带映射到一个新的地址空间，该地址空间的第0位对应原地址变量的第0位，这样就可以直接对该位进行读写操作，而不需要对整个变量进行读写。

用的最多的是外设别名区GPIO的操作
通俗的来说，就是STM32如果要具体对比如PA的1号引脚进行比特位级别的操作时，是无法直接实现的，那为了单独地对这个比特位进行操作赋值，就要使用位带操作。把这个bit位映射到一个长度为32bit，即4个字节的另外的一个内存空间里去，也就是说给这个1bit位起了一个别名，但是你可以直接操作这个别名，效果等同映射给本名。将原来PA1的地址扩展成一个32位的字地址，对32位的地址进行操作。
更通俗的说，我想吃西瓜、苹果、梨这三种水果的某一个，但是有明确的限制，不允许吃有具体名称的水果，那我给西瓜起个别名叫地上长的水果，苹果叫树上长的水果，那么，我可以，并且吃的是地上长的水果，实际上吃的就是西瓜，绕开了这个限制，同时吃到了想要吃的具体水果。

二、位带区与位带别名区地址转换

外设位带别名区地址 AliasAddr=0x42000000+ (A-0x40000000)*8*4 +n*4 理解：A是位带区的一个地址，A-0x40000000是地址偏移量，偏移量中的一个字节是8位，一个位要被膨胀成32位，即4个字节，然后要操作A字节的第n位，每一位上有4个字节，第n位的位置就是n * 4，再加上前面的就得到了这个公式
SRAM位带别名区地址 AliasAddr= =0x22000000+ (A-0x20000000)*8*4 +n*4

//&运算：都转化为二进制按位与
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))

// 地址比较大，所以定义的是无符号的长整型
#define MEM_ADDR(addr) 		*((volatile unsigned long *)(addr))
// 对位带的封装
#define BIT_ADDR(addr, bitnum) 	MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))

volatile关键字： volatile用于声明一个变量，告诉编译器该变量值容易发生改变，在编译、读取、存储该变量的时候都不要做任何优化，因此编译后的程序每次需要存储或读取这个变量的时候，都会直接从变量地址中读取存储数据，不做优化，在做嵌入式开发的时候，因为有时变量地址有可能是系统的一个外设地址，他的值的变化并不在程序控制范围内，随时有可能变化，因此需要对他进行声明，每次读取或者存储直接对地址进行操作。
&运算： 有0即0，都1为1

三、位带操作的优点

控制GPIO口输入输出非常简单。
操作串行接口芯片非常方便（DS1302(SPI通信)、74HC595等）。
代码简洁，阅读方便。

四、位带操作代码

#ifndef __SYSTEM_H
#define __SYSTEM_H

#include "stm32f10x.h" // 包含 STM32F10x 标准外设库头文件

#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))


#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


#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