标签: 我对位带操作的理解

    Stm32 学习第二天     今天对为位带操作进行了浅显的学习。   我对位带操作的理解是，通过位带操作我们可以向操作 51 单片机一样，直接控制一个 IO 口的输出，或者得到一个 IO 口的输入。在 51 中我们经常这么写程序：   PA0 = 1;           在 51 单片机中以上语句实现了将 PA0 口的输出置 1 。             在 stm32 的应用程序中，利用位带操作，我们也可以达到上述的效果。我们最容易想到的就是通过 GPIO 的管教来单独控制每盏 LED 的点亮和熄灭。另一方面，也对操作串行接口器件提供了很大的方便（典型的如 74HC165 之类的）。当然位带操作不仅 作 用于 此。          我们知道在芯片的内存中，一个地址对应这一个字节，也就是 8 个比特的数据。比如说，我们可以查看 stm32 手册得 GPIOx_CRL 的寄存器偏移地址是 00h ，它有 32 个比特，紧接着它的下一个寄存器 GPIOx_CRH 的偏移地址是 04h ，也就是说 GPIOx_CRL 的 32 比特占据了 00h 到 04h 之间的 4 个地址（ 00h ， 01h ， 02h ， 03h ）。也就是一个地址， 8 个比特的数据。           位带操作所想实现的功能是，将这每个比特用 4 个地址来寻址，我们知道 4 个地址原本对应的是 32 比特的数据。也就是将 1 个比特将膨胀为 32 比特。必须说明的是膨胀后的 32 比特数据中只有最低位是有效的，也就是原始的那一比特数据对应的是膨胀 后的 32 比 特数据的最低位。膨胀前的原始地址和膨胀后的地址具有一一对应的关系。通过这样一种地址的映射将之前每个字节中的 8 个比特剥离分散开来，以便于我们对每一个比特进行控制。我们知道在 GPIO 中每一个比特对应这一个 IO 管脚，这样我们就能 方便的对 一个管脚进行控制。我觉的形象的来说就是给每一个比特重新起了个别名。      在 stm32 中，不是每块内存区域都能进行位带操作的。支持位带操作的内存区范围是：      0x2000_0000 ‐ 0x200F_FFFF （ SRAM 区中的最低 1MB ）      0x4000_0000 ‐ 0x400F_FFFF （片上外设区中的最低 1MB ）           对于 SRAM 位带区的某个比特，记它所在字节地址为 A, 位序号  n(0=n=31), 则该比特在别名区的地址为：   AliasAddr = 0x22000000 + (A – 0x20000000)*32 + n*4 对于片上外设位带区的某个比特，记它所在字节的地址为 A, 位序号为 n(0=n=31) ，则该比特在别名区的地址为：   AliasAddr = 0x42000000 + (A – 0x40000000)*32 + n*4   对以上公式，比如对片上外设这个公式来说，我的理解是： 1. 膨胀后的映射地址起点从 0x42000000 开始 2. 用 (A – 0x40000000) 将会得到相对于起始地址的偏移量 3. 乘以 32 的原因是：以前 8 个比特用一个地址来表示，现在一个比特用 4 个地址来表示，所以以前一个地址表示的数据，现在要用 32 个地址来表示，所以乘以 32 4. 从 3 可以知道，我们乘以 32 后，我们得到了这个字节第 0 位比特膨胀后的地址，那么要得到第 n 位的，就加上 n*4 ，乘以 4 的原因是一个比特用四个地址来表示。 5. n 的取值范围是 0 到 31 是因为片上外设的寄存器都是 32 位的（ 0 ~ 31 ）   那么对 SRAM 映射公式的理解类似。   通过上述的位带映射后，我们对映射后的地址进行操作，也就是对原始的地 址进行操作了。并且可以对单个比特进行单独的操作。   那么相对与普通对单个比特的操作，位带操作除了方便之外还有什么优势，那就是在效率方面，位带操作的效率更高。 比如，欲设置地址 0x20000000 中的比特 2 为 1 ，使用位带操作和不实用位带操作的汇编代码如下： ( 膨胀后的地址为 0x22000008)   1. 不使用位带操作的汇编代码：   LDR   R0 , =0x20000000 ; 设置地址 LDR   R1 ,    ; 读取数据到寄存器 ORR.W   R1 , #0x04 ; 改变第 2 比特的值 STR   R1 ,   ; 将数据写回原来的地址   2. 使用位带操作的汇编代码：   LDR   R0 , =0x22000008 ; 设置地址（此为膨胀后的地址） MOV   R1 , #1   ; 设置数据 STR    R1 ,   ; 向地址写入数据        从上述代码中可以看出，位带操作的汇编指令更精简，效率更高。究其原因，我的理解是，使用位带操作少了定位到具体哪一位的操作，我们只需要向某个地址写入数据即可，而不需要确定写入到哪一位上，因为位带映射之后，我们每一个比特都对 应一 个地址。    位带操作还能用来简化跳转的判断。当跳转依据是某个位的时候，比如我们根据一个管脚的输入是高还是低，来决定我们之后的操作。以前我们必须这么做：   1.       读取整个寄存器 2.      掩蔽不需要的位 3.       比较并跳转   现在只需：   1.       从位带别名区（即膨胀后的地址）读取状态位 2.       比较并跳转   从以上可以看出，位带操作的效率更高，究其原因，还是因为缺少了对特定位的屏蔽和提取的操作。              以上，就是我对 stm32 的位带操作的理解，有什么理解不到位的地方，请大家指证，希望和大家多多交流。至于C语言的具体实现，出于字数的限制，我讲在下一篇文章来介绍。