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超核k60学习笔记(一):位带操作
LittleGu | 2015-03-03 11:20:27    阅读:1050   发布文章

Cortex-M3 支持了位操作后,可以使用普通的加载/存储指令来对单一的比特进行读写。

  在 CM3  支持的位带中,有两个区中实现了位带。

  其中一个是 SRAM 区的最低 1MB 范围, 0x20000000 ‐ 0x200FFFFF(SRAM 区中的最低 1MB);

  第二个则是片内外设区的最低 1MB范围, 0x40000000 ‐ 0x400FFFFF(片上外设区中的最低 1MB)。

 

  这两个区中的地址除了可以像普通的 RAM 一样使用外,它们还都有自己的“位带别名区”,位带别名区把每个比特膨胀成一个 32 位的字。当你通过位带别名区访问这些字时,就可以达到访问原始比特的目的。

 

  CM3 使用如下术语来表示位带存储的相关地址

  *  位带区:  支持位带操作的地址区

  *  位带别名:  对别名地址的访问最终作用到位带区的访问上(注意:这中间有一个地址映射过程)

位带区中的每个比特都映射到别名地址区的一个字 —— 这是只有 LSB 有效的字(位带别名区的字只有 最低位 有意义)。

 

  对于SRAM中的某个比特,

  该比特在位带别名区的地址:AliasAddr = 0x22000000 + ((A‐0x20000000)*8+n)*4

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

 

     对于片上外设位带区的某个比特,

  该比特在位带别名区的地址:AliasAddr = 0x42000000 + ((A‐0x40000000)*8+n)*4

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

 

其中 A 为该比特所在的字节的地址,n为位序号,即第几位,0 <= n <= 7

 “*4”表示一个字为 4 个字节,“*8”表示一个字节中有 8 个比特。

  当然,位带操作并不只限于以字为单位的传送。亦可以按半字和字节为单位传送。  

位带操作有很多好处,其中重要的一项就是,在多任务系统中,用于实现共享资源在任务间的“互锁”访问。多任务的共享资源必须满足一次只有一个任务访问它——亦即所谓的“原子操作”。

 

  在 C 语言中使用位带操作

  在 C编译器中并没有直接支持位带操作。比如,C 编译器并不知道同一块内存,能够使用不同的地址来访问,也不知道对位带别名区的访问只对 LSB 有效。

 

  欲在 C中使用位带操作,最简单的做法就是#define 一个位带别名区的地址。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;        //使用正常地址访问寄存器

      *DEVICE_REG0_BIT1 = 0x1;                 // 通过位带别名地址设置 bit1

  还可以更简化:

    //把“位带地址+位序号” 转换成别名地址的宏

  #define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr & 0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))  

    //把该地址转换成一个指针

    #define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long *) (addr))

    于是:

    MEM_ADDR(DEVICE_REG0) = 0xAB;            //使用正常地址访问寄存器   

    MEM_ADDR(BITBAND(DEVICE_REG0,1)) = 0x1;     //使用位带别名地址

 

  注意:当你使用位带功能时,要访问的变量必须用 volatile 来定义。因为 C 编译器并不知道同一个比特可以有两个地址。所以就要通过 volatile,使得编译器每次都如实地把新数值写入存储器,而不再会出于优化的考虑 ,在中途使用寄存器来操作数据的复本,直到最后才把复本写回。

 

在 GCC和 RealView MDK (即 Keil)  开发工具中,允许定义变量时手工指定其地址。如:

     volatile unsigned long bbVarAry[7] __attribute__(( at(0x20003014) ));

     volatile unsigned long* const pbbaVar= (void*)(0x22000000+0x3014*8*4);

     // 在 long*后面的“const”通知编译器:该指针不能再被修改而指向其它地址。

     // 注意:at()中的地址必须对齐到4 字节边界。

  这样,就在0x20003014处分配了7个字,共得到了32*7=224 个比特。

  再使用这些比特时,可以通过如下的的形式:

    pbbaVar[136]=1;   //置位第 136号比特

  不过这有个局限:编译器无法检查是否下标越界。

  那为什么不定义成“ baVarAry[224]“ 的数组呢?

 

  这也是一个编译器的局限:它不知道这个数组其实就是 bbVarAry[7],从而在计算程序对内存的占用量上,会平白无故地多计入224*4个字节。

  对于指针义,为每个需要使用的比特取一个字面值的名字,在下标中只使用字面值名字,不再写真实的数字,就可以极大程度地避免数组越界。 

  请注意:在定义这“两个”变量时,前面加上了“volatile”。如果不再使用bbVarAry 来访问这些比特,而仅仅使用位带别名的形式访问时,这两个 volatile 均不再需要。

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