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

本文主要結合Cortex-M3內核（STM32F1）來講述，相信許多朋友在初學的時候都被繞暈過。

1、關于位帶操作

Bit-banding簡稱位帶，有人也叫位段。支持位帶操作后，可以使用普通的加載/存儲指令來對單一的比特進行讀寫。

很多朋友是從學習51單片機過來的，都知道P1.1這個引腳可以單獨控制，我們操作的這個引腳就是一個Bit位。

我們都知道在STM32中不能直接操作寄存器的某一個Bit位，比如單獨控制PA端口輸出數據寄存器中的ODR1，如下圖：

STM32F1內核Cortex-M3早就考慮到了這個問題，為了能達到直接操作ODR1這類Bit位，就在內核中開辟了一塊地址區域（位帶別名）：可以將ODR1這類Bit位（位帶區）映射到位帶別名區域對應的地址，只需要操作映射后的地址，就可以實現操作這個ODR1位了。

簡單來說就是映射操作，只是這個映射操作有許多約定要遵循。

2、位帶操作中的映射關系

在Cortex-M3中有兩個區實現了位帶操作，其中一個是SRAM區的最低 1MB 范圍，第二個則是片內外設區的最低 1MB 范圍。

這兩個區域如下圖紅色標注的區域：

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

2.片內外設區的最低1MB（0x4000 0000 --- 0x400F FFFF）映射到（0x4200 0000 --- 0x43FF FFFF）。

其實就是映射到偏移（距離自身）0x0200 0000外的32MB空間（位帶別名區），如下圖SRAM區映射關系：

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這個地址，其實就是操作0x2000 0000中的Bit0位。

這就是所謂的“比特的膨脹對應關系”，1Bit膨脹到32Bit（4字節）。4字節對應的就是那1Bit位的地址，而這個地址中的數據只有最低一位才有效（LSB）。

解釋上面多處出現的關鍵詞：位帶區：支持位帶操作的地址區；位帶別名：對別名地址的訪問最終作用到位帶區的訪問上；

3、位帶區->別名區計算公式

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

1.SARM區計算公式

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

2.片上外設區計算公式

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

由于映射關系一樣，所以公式原理也一樣，只是地址不一樣。計算公式需要結合上圖比特的膨脹對應關系來理解。

*8：1個字4個字節;

*4：1個字節8Bit;

4、代碼實現

利用上面計算公式，代碼實現的過程就很簡單，我們的目的就是對“AliasAddr”這個地址進行讀寫操作。

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))))

方便大家對比，給一個截圖：

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PA1數據輸出寄存器輸出1

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

D.讀取PA1數據輸出寄存器

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

這里就是操作某一個地址，類似于操作指針一樣；

5、位帶操作優缺點

1.優點

相比直接操作寄存器代碼更簡潔，運行效率更高。避免在多任務，或中斷時出現紊亂等。

2.缺點

操作不當（傳入地址參數不對），容易出現總線Fault。

6、最后

關于Cortex-M3的位帶操作，更多詳情可以參看Cortex-M3技術參考手冊（權威指南）。
這后面的Cortex-M處理器已經不再支持位帶操作了，從兼容未來軟件的角度來說，不是很建議大家再繼續使用了。

只是位帶操作是一種經典，這里分享給大家了解一下，希望對你們有幫助。

來源：嵌入式專欄

免責聲明：本文為轉載文章，轉載此文目的在于傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯系小編進行處理

審核編輯 黃宇