位帶操作可能現(xiàn)在用的比較少了，但在以前MCU性能不是很好的時(shí)候，位帶操作卻是眾多軟件工程師常用操作。

本文主要結(jié)合Cortex-M3內(nèi)核（STM32F1）來(lái)講述，相信許多朋友在初學(xué)的時(shí)候都被繞暈過。

1、關(guān)于位帶操作

Bit-banding簡(jiǎn)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(chǔ)指令來(lái)對(duì)單一的比特進(jìn)行讀寫。

很多朋友是從學(xué)習(xí)51單片機(jī)過來(lái)的，都知道P1.1這個(gè)引腳可以單獨(dú)控制，我們操作的這個(gè)引腳就是一個(gè)Bit位。

我們都知道在STM32中不能直接操作寄存器的某一個(gè)Bit位，比如單獨(dú)控制PA端口輸出數(shù)據(jù)寄存器中的ODR1，如下圖：

STM32F1內(nèi)核Cortex-M3早就考慮到了這個(gè)問題，為了能達(dá)到直接操作ODR1這類Bit位，就在內(nèi)核中開辟了一塊地址區(qū)域（位帶別名）：可以將ODR1這類Bit位（位帶區(qū)）映射到位帶別名區(qū)域?qū)?yīng)的地址，只需要操作映射后的地址，就可以實(shí)現(xiàn)操作這個(gè)ODR1位了。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是映射操作，只是這個(gè)映射操作有許多約定要遵循。

2、位帶操作中的映射關(guān)系

在Cortex-M3中有兩個(gè)區(qū)實(shí)現(xiàn)了位帶操作，其中一個(gè)是SRAM區(qū)的最低 1MB 范圍，第二個(gè)則是片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低 1MB 范圍。

這兩個(gè)區(qū)域如下圖紅色標(biāo)注的區(qū)域：

這兩個(gè)1MB將分別映射到另外兩個(gè)地址區(qū)域：1.SRAM區(qū)的最低1MB（0x2000 0000 --- 0x200F FFFF） 映射到（0x2200 0000 --- 0x23FF FFFF）。

2.片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低1MB（0x4000 0000 --- 0x400F FFFF）映射到（0x4200 0000 --- 0x43FF FFFF）。

其實(shí)就是映射到偏移（距離自身）0x0200 0000外的32MB空間（位帶別名區(qū)），如下圖SRAM區(qū)映射關(guān)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(gè)地址，其實(shí)就是操作0x2000 0000中的Bit0位。

這就是所謂的“比特的膨脹對(duì)應(yīng)關(guān)系”，1Bit膨脹到32Bit（4字節(jié)）。4字節(jié)對(duì)應(yīng)的就是那1Bit位的地址，而這個(gè)地址中的數(shù)據(jù)只有最低一位才有效（LSB）。

解釋上面多處出現(xiàn)的關(guān)鍵詞：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；

3、位帶區(qū)->別名區(qū)計(jì)算公式

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

1.SARM區(qū)計(jì)算公式

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

2.片上外設(shè)區(qū)計(jì)算公式

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

由于映射關(guān)系一樣，所以公式原理也一樣，只是地址不一樣。計(jì)算公式需要結(jié)合上圖比特的膨脹對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)理解。

*8：1個(gè)字4個(gè)字節(jié);

*4：1個(gè)字節(jié)8Bit;

4、代碼實(shí)現(xiàn)

利用上面計(jì)算公式，代碼實(shí)現(xiàn)的過程就很簡(jiǎn)單，我們的目的就是對(duì)“AliasAddr”這個(gè)地址進(jìn)行讀寫操作。

1.RAM位帶操作宏定義

#defineBITBAND_RAM(RAM,BIT)(*((uint32_tvolatile*)(0x22000000u+(((uint32_t) (RAM)-(uint32_t)0x20000000u)<<5)?+?(((uint32_t)(BIT))<<2))))

2.外設(shè)寄存器位帶宏定義

#defineBITBAND_REG(REG,BIT)(*((uint32_tvolatile*)(0x42000000u+(((uint32_t) (REG)-(uint32_t)0x40000000u)<<5)?+?(((uint32_t)(BIT))<<2))))

方便大家對(duì)比，給一個(gè)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_tVal;Val=BITBAND_RAM(*(uint32_t*)0x20001000,1);

C.對(duì)PA1數(shù)據(jù)輸出寄存器輸出1

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

D.讀取PA1數(shù)據(jù)輸出寄存器

uint8_tVal;Val=BITBAND_REG(GPIOA->ODR,1);

這里就是操作某一個(gè)地址，類似于操作指針一樣；

5、位帶操作優(yōu)缺點(diǎn)

1.優(yōu)點(diǎn)

相比直接操作寄存器代碼更簡(jiǎn)潔，運(yùn)行效率更高。避免在多任務(wù)，或中斷時(shí)出現(xiàn)紊亂等。

2.缺點(diǎn)

操作不當(dāng)（傳入地址參數(shù)不對(duì)），容易出現(xiàn)總線Fault。

6、最后

關(guān)于Cortex-M3的位帶操作，更多詳情可以參看Cortex-M3技術(shù)參考手冊(cè)（權(quán)威指南）。
這后面的Cortex-M處理器已經(jīng)不再支持位帶操作了，從兼容未來(lái)軟件的角度來(lái)說(shuō)，不是很建議大家再繼續(xù)使用了。

只是位帶操作是一種經(jīng)典，這里分享給大家了解一下，希望對(duì)你們有幫助。

來(lái)源：嵌入式專欄

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審核編輯 黃宇