1 定義

首先需要明確下，位段，位帶和別名區(qū)這三個(gè)名詞

名詞定義

位段

STM32用戶參考手冊(cè)使用的名字

位帶

CortexM3參考手冊(cè)使用的

別名區(qū)

地址總線上用來(lái)位訪問(wèn)地址區(qū)域，

所以說(shuō)，位段和位帶是一個(gè)意思，是不同手冊(cè)的不同叫法。

由上述的名詞解釋得知，位帶功能并不是STM32獨(dú)有的，是CortexM3的功能（CortexM4也有這樣的功能）。MCS51有位操作，以一位（bit）為數(shù)據(jù)對(duì)象的操作，MCS51可以簡(jiǎn)單的將P1口的第2位獨(dú)立操作：P1.2=0;P1.2=1 ；這樣就把P1口的第三個(gè)腳（bit2）置0置1。而STM32的位段、位帶別名區(qū)最重要的就為了實(shí)現(xiàn)這樣的功能。

2 位帶操作

2.1 范圍

位帶是有范圍的，并不是CortexM3全部地址空間都支持的。在 CM3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，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)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(guò)位帶別名區(qū)訪問(wèn)這些字時(shí)，就可以達(dá)到訪問(wèn)原始比特的目的。

支持位帶操作的兩個(gè)內(nèi)存區(qū)的范圍是：

0x2000_0000‐0x200F_FFFF （SRAM 區(qū)中最低1MB區(qū)域）

0x4000_0000‐0x400F_FFFF （片上外設(shè)區(qū)中的最低 1MB）

2.2 位帶操作

對(duì) SRAM 位帶區(qū)的某個(gè)比特，記該比特所在字節(jié)的地址為A，位序號(hào)為 n (0<=n<=7)，則它在別名區(qū)的地址為：

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，記該比特所在字節(jié)的地址為A，位序號(hào)為 n (0<=n<=7)，則該比特在別名區(qū)的地址為：

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

上式中，“*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。

2.3代碼實(shí)現(xiàn)

把“位帶地址＋位序號(hào)”轉(zhuǎn)換別名地址宏為：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000 + ((addr &0xFF FFF)< bitnum 

把該地址轉(zhuǎn)換成一個(gè)指針：

#define MEM_ADDR(addr, bitnum) *((volatile unsigned long *)((addr & 0xF0000000)+0x2000000 + ((addr &0xFF FFF)< 2)))

其中

addr的取值范圍：

0x2000_0000‐0x200F_FFFF

0x4000_0000‐0x400F_FFFF

注意：addr取值要32位對(duì)齊

bitnum的取值范圍：

0-31

解析：

(addr & 0xf0000000) + 0x02000000:

區(qū)分SRAM還是外設(shè)，如果是外設(shè)，結(jié)果為4，再加0x2000000就等于0x4200000，0x42000000就是外設(shè)別名位帶區(qū)。如果是SRAM，結(jié)果為2，再加上0x2000000就等于0x22000000，0x22000000就是SRAM別名位帶區(qū)。

addr & 0x00ffffff：

屏蔽了最高2位，相當(dāng)于減去0x20000000或者0x40000000。因?yàn)槲粠^(qū)的有效范圍是1M，即0x100000，這樣子就做到了低6位有效。

<< 5：

等價(jià)于乘以32

<< 2：

等價(jià)于乘以4

特別提醒

當(dāng)你使用位帶功能時(shí)，要訪問(wèn)的變量必須用 volatile 來(lái)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(guò) volatile，使得編譯器每次都如實(shí)地把新數(shù)值寫(xiě)入存儲(chǔ)器，而不再會(huì)出于優(yōu)化的考慮。

3 位段的優(yōu)點(diǎn)

最容易想到的就是通過(guò) GPIO 的管腳來(lái)單獨(dú)控制每盞 LED 的點(diǎn)亮與熄滅。另一方面，也對(duì)操作串行接口器件提供了很大的方便（典型如 74HC165,CD4094）。位帶操作可以把代碼縮小， 速度更快，效率更高，更安全。總之位帶操作對(duì)于硬件 I/O 密集型的底層程序最有用處了

位帶操作還能用來(lái)化簡(jiǎn)跳轉(zhuǎn)的判斷。

當(dāng)跳轉(zhuǎn)依據(jù)是某個(gè)位時(shí)，以前必須這樣做

1、讀取整個(gè)寄存器

2、掩蔽不需要的位

3、比較并跳轉(zhuǎn)

使用位帶操作后

1、從未帶別名區(qū)讀取狀態(tài)位

2、比較并跳轉(zhuǎn)

當(dāng)然，對(duì)于寫(xiě)入操作也從4步精簡(jiǎn)到3步