一文弄懂Cortex-M位带操作的原理

Bit-banding简称位带，有人也叫位段。支持位带操作后，可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写。

很多朋友是从学习51单片机过来的，都知道P1.1这个引脚可以单独控制，我们操作的这个引脚就是一个Bit位。

我们都知道在STM32中不能直接操作寄存器的某一个Bit位，比如单独控制PA端口输出数据寄存器中的ODR1，如下图所示：

STM32F1内核Cortex-M3早就考虑到了这个问题，为了能达到直接操作ODR1这类Bit位，就在内核中开辟了一块地址区域（位带别名）：可以将ODR1这类Bit位（位带区）映射到位带别名区域对应的地址，只需要操作映射后的地址，就可以实现操作这个ODR1位了。

简单来说就是映射操作，只是这个映射操作有许多约定要遵循。

在Cortex-M3中有两个区实现了位带操作，其中一个是SRAM区的最低1MB范围，第二个则是片内外设区的最低1MB范围。

这两个区域如下图红色标注的区域：

这两个1MB将分别映射到另外两个地址区域：

位带操作的主要目的：通过Bit位地址（A）计算得到别名区地址（AliasAddr）。

1、SARM区计算公式

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

2、片上外设区计算公式

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

由于映射关系一样，所以公式原理也一样，只是地址不一样。计算公式需要结合上图比特的膨胀对应关系来理解。

*8：1个字4个字节

*4：1个字节8Bit

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

2、外设寄存器位带宏定义

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

A. RAM地址0x20001000的Bit1位写0

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

uint8_t Val;Val=BITBAND_RAM(*(uint32_t *)0x20001000, 1);

C. 对PA1数据输出寄存器输出1

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

uint8_t Val;Val=BITBAND_REG(GPIOA->ODR, 1);

这里就是操作某一个地址，类似于操作指针一样。

关于Cortex-M3的位带操作，更多详情可以参看Cortex-M3技术参考手册（权威指南）。

这后面的Cortex-M处理器已经不再支持位带操作了，从兼容未来软件的角度来说，不是很建议大家再继续使用了。

只是位带操作是一种经典，这里分享给大家了解一下，希望对你们有帮助。

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来源：嵌入式专栏