參考: http://blog.chinaunix.net/uid-7655997-id-2600622.html
Cortex-M3 支持了位操作後,可以使用普通的加載/存儲指令來對單一的比特進行讀寫。
在 CM3 支持的位帶中,有兩個區中實現了位帶。
其中一個是 SRAM 區的最低 1MB 範圍, 0x20000000 ‐ 0x200FFFFF(SRAM 區中的最低 1MB);
第二個則是片內外設區的最低 1MB範圍, 0x40000000 ‐ 0x400FFFFF(片上外設區中的最低 1MB)。
這兩個區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”,位帶別名區把每個比特膨脹成一個 32 位的字。當你通過位帶別名區訪問這些字時,就可以達到訪問原始比特的目的。
CM3 使用如下術語來表示位帶存儲的相關地址
* 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(注意:這中間有一個地址映射過程)
位帶區中的每個比特都映射到別名地址區的一個字 —— 這是隻有 LSB 有效的字(位帶別名區的字只有 最低位 有意義)。
對於SRAM中的某個比特,該比特在位帶別名區的地址:
AliasAddr = 0x22000000 + ((A‐0x20000000)*8+n)*4
= 0x22000000 + (A‐0x20000000)*32 + n*4
對於片上外設位帶區的某個比特,該比特在位帶別名區的地址:
AliasAddr = 0x42000000 + ((A‐0x40000000)*8+n)*4
= 0x42000000 + (A‐0x40000000)*32 + n*4
其中 A 爲該比特所在的字節的地址,0 <= n <= 7
“*4”表示一個字爲 4 個字節,“*8”表示一個字節中有 8 個比特。
當然,位帶操作並不只限於以字爲單位的傳送。亦可以按半字和字節爲單位傳送。
位帶操作有很多好處,其中重要的一項就是,在多任務系統中,用於實現共享資源在任務間的“互鎖”訪問。多任務的共享資源必須滿足一次只有一個任務訪問它——亦即所謂的“原子操作”。
在 C 語言中使用位帶操作
在 C編譯器中並沒有直接支持位帶操作。比如,C 編譯器並不知道同一塊內存,能夠使用不同的地址來訪問,也不知道對位帶別名區的訪問只對 LSB 有效。
欲在 C中使用位帶操作,最簡單的做法就是#define 一個位帶別名區的地址。例如:
#define DEVICE_REG0 ((volatile unsigned long *) (0x40000000))
#define DEVICE_REG0_BIT0 ((volatile unsigned long *) (0x42000000))
#define DEVICE_REG0_BIT1 ((volatile unsigned long *) (0x42000004))
…
*DEVICE_REG0 = 0xAB; //使用正常地址訪問寄存器
*DEVICE_REG0_BIT1 = 0x1; // 通過位帶別名地址設置 bit1
還可以更簡化:
//把“位帶地址+位序號” 轉換成別名地址的宏
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr & 0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))
//把該地址轉換成一個指針
#define MEM_ADDR(addr) ((volatile unsigned long ) (addr))
於是:
MEM_ADDR(DEVICE_REG0) = 0xAB; //使用正常地址訪問寄存器
MEM_ADDR(BITBAND(DEVICE_REG0,1)) = 0x1; //使用位帶別名地址
注意:當你使用位帶功能時,要訪問的變量必須用 volatile 來定義。因爲 C 編譯器並不知道同一個比特可以有兩個地址。所以就要通過 volatile,使得編譯器每次都如實地把新數值寫入存儲器,而不再會出於優化的考慮 ,在中途使用寄存器來操作數據的複本,直到最後才把複本寫回。
GNC編譯器不支持attribute(( at(addr) ))變量屬性,在 GCC和 RealView MDK (即 Keil) 開發工具中,允許定義變量時手工指定其地址。如:
volatile unsigned long bbVarAry[7] attribute(( at(0x20003014) ));
volatile unsigned long* const pbbaVar= (void*)(0x22000000+0x3014*8*4);
// 在 long*後面的“const”通知編譯器:該指針不能再被修改而指向其它地址。
// 注意:at()中的地址必須對齊到4 字節邊界。
這樣,就在0x20003014處分配了7個字,共得到了32*7=224 個比特。
再使用這些比特時,可以通過如下的的形式:
pbbaVar[136]=1; //置位第 136號比特
不過這有個侷限:編譯器無法檢查是否下標越界。
那爲什麼不定義成“ baVarAry[224]“ 的數組呢?
這也是一個編譯器的侷限:它不知道這個數組其實就是 bbVarAry[7],從而在計算程序對內存的佔用量上,會平白無故地多計入224*4個字節。
對於指針義,爲每個需要使用的比特取一個字面值的名字,在下標中只使用字面值名字,不再寫真實的數字,就可以極大程度地避免數組越界。
請注意:在定義這“兩個”變量時,前面加上了“volatile”。如果不再使用bbVarAry 來訪問這些比特,而僅僅使用位帶別名的形式訪問時,這兩個 volatile 均不再需要。