STM32F10X 位带操作

在STM32单片机的学习中，有一个最大的特点就是你所编写的STM32的程序操作，基本上都是总线的操作，比如GPIOB->ODR = 0x0001（或者直接等于1），这样的操作必须要考虑整个寄存器的数据，但其实如果学过51单片机的人都知道，我们除了对于总线操作外，我们还是经常会对单独的位进行操作，比如

#include <reg52.h>
sbit led1 = P0^0;
led1 = 1 ;
           

我想学过51的人对于上面的代码再熟悉不过了，这就是我们对单独的一个位进行的操作，那难道在STM32里面，就没办法这样操作了吗，答案是否定的，这就要引出位带操作这个概念了。

首先什么是位带操作，按照个人的理解，就是把每个bit，膨胀（映射）到32位的存储器上去，这样开发者就可以对每一位的数据编写。

那为什么要引入位带操作呢，首先一点就是操作比较的简单，我们只要考虑一位的数据就可以了，不用考虑总线上所有的数据变化。

还有一点，也是很重要的一点（但可能有点难理解，要是我说的不清楚还请见谅）。就是使用位带操作的时候，在硬件层面是不允许中断打断的，这就是我们所说的“原子”特性，我们都知道在我们写的程序中会有很多很多的中断，这样也就会存在一个问题，那就是如果我们的变量还没有发生变化，就被中断打断，去执行了中断的程序，那么变量的值就会和我们想要的值有了出入，然后我们等代码再回到原程序运行的时候，这时候我们又会因为上次的赋值没有成功而导致重新的赋值，这样我们的变量的值就彻底和我们预料的不一样了。

（https://blog.csdn.net/Emmy_kanly/article/details/80865318/这张图片我是取自于这个博主，如果涉及版权，我会及时的删除这篇博客。）

从这幅图我们可以看到（左边是没有使用位带操作，右边使用了bit-band），我们可以很清楚的看到，在使用了位带操作的程序里面，在汇编的层面，是把赋值块作为了一个整体，中断只能从赋值前和赋值后进行，在赋值的过程中是没法进行的，这样就确保了整个程序的可靠性和稳定性。

那我们要怎么进行位带操作呢，首先我们要理解位带操作的原理。

首先位带操作不是所有地方都可以用，一般只能用在SARM区和外设寄存器区。SARM的位带区是从0X22000000开始的，而外设的位带区是从0X42000000开始的，由于前面所提到的位带区就是在我们的寄存器膨胀为32位，这样就可以一一的进行操作，根据这个原理，我们就可以写出公式，完成位带区与位带别名区的一个转化。

PERIPHERAL_Addr = 0x4200_0000 + (A - 0x4000_0000)32 + n4

SARM_Addr = 0x2200_0000 + (A - 0x4000_0000)32 + n4

其中A 为寄存器的地址，n代码位号。

*这里稍微的说明一下为什么位带别名区可以膨胀为位带区的32位，这是因为在位带区的一位，相当于是位带别名区的4字节。

再根据上面的两算式，进行一下统一，就可以得到一个统一的位带区与位带别名区的一个转化。

（addr & 0xF000_0000） + 0x2000_0000 + ((addr & 0x00FF_FFFF) << 5)+(bitnum << 2)

这个公式比较难理解的就是((addr & 0x00FF_FFFF) << 5)这块，首先我们看addr & 0x00FF_FFFF，这就是因为在前面（addr & 0xF000_0000） + 0x2000_0000 中，已经完成了前两位的操作，所以我们只看后面的6位，不看前面的2位，所以是&0x00FF_FFFF,之所以要再左移5位，是因为2^5 = 32 ， 所以是对应了前面的*32。后面的左移两位也就是同理了。

下面我就以GPIO->ODR寄存器为例，来代码实现一下位带操作。

//bit_band.h
#ifndef BIT_BAND_H
#define BIT_BAND_H
#include "stm32f10x.h"

#define GPIOB_ODR_Addr  GPIOB_BASE + 0X0C
#define LED_OUT(bitnum)  （GPIOB_ODR_Addr & 0xF000_0000） + 0x2000_0000 + ((GPIOB_ODR_Addr & 0x00FF_FFFF) << 5)+(bitnum << 2)

void LED_OUTPUT();

#endif /*BIT_BAND_H*/
           

//bit_band.c
void LED_OUTPUT(void)
{
	LED_OUT(0) = 0;
}
           

//main函数
int main(void)
{
	LED_OUTPUT();	
}
           

这样我们就可以用位带操作来点亮一个led灯，使我们的程序更加的可靠。