Keil創(chuàng)建新的STM32工程以及CortexM3的位帶操作

　　從新建一個工程開始學(xué)習(xí)，再加上上周實驗課的位帶操作相關(guān)內(nèi)容，有需要的同學(xué)可以看看，也希望指正相關(guān)錯誤:)

1.新建工程

　　在keil中新建一個基于51的工程挺簡單，不過新建一個STM32工程要復(fù)雜一些，多了一些步驟，需要建立更詳細(xì)的工程目錄，導(dǎo)入一些CMSIS(Cortex Microcontroller Software Interface Standard)文件、標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)驅(qū)動文件、啟動文件等等，并要進(jìn)行一些參數(shù)設(shè)置。下面這篇博客已經(jīng)說明得挺好了(在SITP中我也是參考的這篇博客)，因此不再贅述。

http://www.cnblogs.com/emouse/archive/2012/03/01/2375146.html

　　至于相關(guān)的文件，可以在網(wǎng)上找到，我也在百度網(wǎng)盤里面?zhèn)髁艘粋€上學(xué)期總線課用到的無線模塊通信的工程，可以在里面找到所需的文件。

2.位帶操作

　　先摘抄一些書上的內(nèi)容，再結(jié)合代碼分析

圖2.1 Cortex ‐ M3預(yù)定義的存儲器映射

　　注：根據(jù)我的理解，右邊那一大塊，對應(yīng)的地址 從0x0 0 到0xFFFF FFFF 是存儲器映射地址，通俗一點說就是序號，每一個地址(序號)對應(yīng)內(nèi)存中的一個字節(jié)的區(qū)域

2.1

　　在Cortex-M3中，有兩個區(qū)中實現(xiàn)了位帶(Bit Band)操作，其一是內(nèi)部SRAM區(qū)最低的1MB范圍，其二是片內(nèi)外設(shè)去的最低1MB范圍，這兩個區(qū)中的地址還有自己的位帶別名區(qū)(Bit Band Alias Region)。位帶別名區(qū)把每個比特膨脹成一個32位的字，當(dāng)通過位帶別名區(qū)訪問這些字時，就可以達(dá)到訪問原始比特的目的。

圖2.2位帶區(qū)與位帶別名區(qū)的膨脹映射關(guān)系

　　注1：和圖2.1一樣，圖上顯示的是地址，也就是序號，就像是第幾號房間，而每個房間里面有8張床 (8個格子) (8bit 可以存東西的空間) 可以放0/1

　　注2：上半部分位帶別名區(qū)，從起始地址開始，每4個序號(如0x2200 0~ 0x2200 3)對應(yīng)下半部分位帶區(qū)的一個序號中的一個位(如0x2 0. 0)，這樣就把位帶區(qū)的1位擴(kuò)展成了32位(4個序號 ，每個序號對應(yīng)內(nèi)存中的1字節(jié)=8位，4×8=32，更具體一點，就是0x2200 0.0 ~ 0x2200 3.7的空間)，即1字。

/*

　　在位帶區(qū)，每個比特都映射到別名地址區(qū)的一個字，該字只有最低位有效。當(dāng)一個別名地址被訪問時，會先把該地址變換成位帶地址。對于讀操作，讀取位帶地址中的一個字，在把需要的位右移到需要的最低位并把最低位返回。對于寫操作，把需要寫的位左移至對應(yīng)的位序號出，然后執(zhí)行一個原子的“讀——改——寫”過程。

*/

　　對于內(nèi)部SRAM位帶區(qū)的某個比特，記它所在的字節(jié)的地址為Addr，字節(jié)中位序號為n（0≤n≤7），則該比特在別名區(qū)的地址為：

AliasAddr = 0x2200 0 + ( ( Addr – 0x2 0 ) × 8 + n ) × 4

　　　　　= 0x2200 0 + ( Addr - 0x2 0 )×32 + n × 4　　　　　　　　　　(轉(zhuǎn)換公式)

　　上式中 × 4 是因為 1字 = 4字節(jié)， × 8 表示 1字節(jié) = 8比特。

2.2

　　2.2.1

　　下面放上代碼再具體說明

1 /* Private define */2 #define RAM_BASE       0x203 #define RAM_BB_BASE    0x224  5 /* Private macro -*/6 #define  Var_ResetBit_BB(VarAddr, BitNumber)    7           (*(__IO uint32_t *) (RAM_BB_BASE  ((VarAddr - RAM_BASE) << 5)  ((BitNumber) << 2)) = 0)8    9 #define Var_SetBit_BB(VarAddr, BitNumber)       10           (*(__IO uint32_t *) (RAM_BB_BASE  ((VarAddr - RAM_BASE) << 5)  ((BitNumber) << 2)) = 1)11 12 #define Var_GetBit_BB(VarAddr, BitNumber)       13           (*(__IO uint32_t *) (RAM_BB_BASE  ((VarAddr - RAM_BASE) << 5)  ((BitNumber) << 2)))14    15 /* Private variables */16 17 __IO uint32_t Var, VarAddr = 0, VarBitValue = 0;18 19 Var = 0x05AA5;20 21 VarAddr = (uint32_t)&Var;

　　首先是定義基址，RAM_BASE是位帶區(qū)的起始地址，RAM_BB_BASE是位帶別名區(qū)的起始地址，這也可以從圖2.1 看出。

　　然后是三個宏定義#define，可以看成是三個函數(shù)，其中是續(xù)行符，表示下面一行是緊接著當(dāng)前行的，一般用于將很長的代碼語句分幾段寫，但要注意 后面除了換行回車不能有任何字符，空格也不行。

　　接下來以Var_ResetBit_BB為例：

　　#define　　Var_ResetBit_BB(VarAddr, BitNumber)　　(*(__IO uint32_t *) (RAM_BB_BASE ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) ((BitNumber) << 2)) = 0)

　　這一行第一眼看去不明覺厲。。需要仔細(xì)想想。把Var_ResetBit_BB 定義成這樣一個函數(shù)，它的兩個參數(shù)是(VarAddr, BitNumber)

//用這種形式表示

void Reset(VarAddr, BitNumber){

　　首先是　(RAM_BB_BASE ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) ((BitNumber) << 2))　　假設(shè)得到的結(jié)果是A

　　然后是　(__IO uint32_t *) A　　這是強(qiáng)制類型轉(zhuǎn)換，即把A 的類型轉(zhuǎn)換成__IO uint32_t的指針，假設(shè)結(jié)果是B，即B =(__IO uint32_t *) A

　　接下來　* B　　即取 B的內(nèi)容，假設(shè)C = *B

　　最后是　C = 0

}

　　接著再來具體分析一下函數(shù)里面的過程，也就是轉(zhuǎn)換公式的實現(xiàn)部分( RAM_BB_BASE ( (VarAddr - RAM_BASE) << 5) ( (BitNumber) << 2) )

VarAddr對應(yīng)于公式中的 Addr ，BitNumber 對應(yīng)于 n

(1)　首先，二進(jìn)制數(shù)左移n位，就相當(dāng)于乘以2的n次方(D)，因此

　　(VarAddr - RAM_BASE) << 5 就相當(dāng)于(VarAddr - RAM_BASE) × 32 ，(BitNumber) << 2相當(dāng)于(BitNumber) × 4

　　對照轉(zhuǎn)換公式可以發(fā)現(xiàn)兩者很像了，如果 按位或 和 公式中的 + 在這里能得到相同的結(jié)果，那么這個函數(shù)就可以用了。下面來看看是不是這樣。

(2)

　　RAM_BB_BASE=0x2200 0，轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制就是

　　0010 0010 0 0　　0 0 0 0

　　由于低25位全都是0(加上一個數(shù)肯定不會產(chǎn)生進(jìn)位)，因此 與一個數(shù)相加 和 與一個數(shù)按位或 的結(jié)果是一樣的(但是 或 更快)，當(dāng)然這個數(shù)不能超過25位。

　　而位帶區(qū)地址最多是0x2 0開始的1MB=2^20范圍，也就是VarAddr-RAM_BASE涉及到的范圍是在0x00 ~ 0xFFFFF，也即

　　0　　0 0 0 0　　~　　1　　1 1 1 1 (20位)　

　　左移5位后也就是最多25位，因此符合上面的條件，按位或和加法等效，不存在進(jìn)位問題，精妙的設(shè)計！

　　每一個序號(地址)對應(yīng)的內(nèi)存中有8位，也就是說BitNumber范圍是0~7 (0 ~ 0)，左移2位后是 00 ~ 00，不超過VarAddr-RAM_BASE左移5位　　后多出來的0，因此也符合條件，按位或和加法等效。

因此( RAM_BB_BASE ( (VarAddr - RAM_BASE) << 5) ( (BitNumber) << 2) ) = 轉(zhuǎn)換公式的右邊

　　再回到(*(__IO uint32_t *) (RAM_BB_BASE ((VarAddr - RAM_BASE) << 5) ((BitNumber) << 2)) = 0) ，在剛才假設(shè)的那個void Reset(VarAddr, BitNumber) 函數(shù)中，A(或者說是B)代表變量在位帶別名區(qū)的對應(yīng)地址(序號)，C=*B，也就是取內(nèi)容，即取這個序號的內(nèi)容(其實是由此開始的4個序號，即 32位 )。

　　若要Reset，則C = 0，若要Set 則 C = 1(不用 =31，因為該字只有最低位有效)。由此實現(xiàn)了：若要對位帶別名區(qū)的地址(序號)中的內(nèi)容進(jìn)行復(fù)位/置位(其實是寫一個字進(jìn)去)，就可以改變位帶區(qū)中對應(yīng)的地址中的某一位的值(比如)，而這個位帶別名區(qū)的地址只需通過VarAddr = (uint32_t)&Var得到在位帶區(qū)中的地址，并把要改動該地址中的哪一位(BitNumber)一起作為參數(shù)給 Reset /Set 函數(shù)即可 的功能。而GetBit則是到*B為止，即return位帶別名區(qū)地址的內(nèi)容(32位)。

但是現(xiàn)在有個問題:VarAddr = (uint32_t)&Var只是從Var的開始地址算起，Offset = VarAddr - BB_BASE已經(jīng)固定了，無法轉(zhuǎn)到下一個字(n=0~7)，這要是Var這個變量過大，那不就夠不著對應(yīng)的位帶別名區(qū)了。。？

　　2.2.2

　　結(jié)合代碼中調(diào)用這幾個“函數(shù)”的部分來看，會有進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)。

　　//Var = 0x05AA5;

　　//VarAddr = (uint32_t)&Var;

(1)

1 　/* Modify Var variable bit 0 --*/2   Var_ResetBit_BB(VarAddr, 0);  /* Var = 0x05AA4 = 0 0 0 0　　0101 1010 1010 0100 */3   printf("VAR=0x%xn",Var);4 5   Var_SetBit_BB(VarAddr, 0);    /* Var = 0x05AA5 = 0 0 0 0　　0101 1010 1010 0101 */6   printf("VAR=0x%xn",Var);

　　BitNumber=0，Reset得到的結(jié)果是把第一個地址的.0位(第1位)變成了0，Set后又回到了1。

(2)

1 　　/* Modify Var variable bit 11 --*/2    Var_ResetBit_BB(VarAddr, 11);             /* Var = 0x052A5 = 0 0 0 0 0101 0010 1010 0101*/3    printf("VAR=0x%x",Var);4  5    /* Get Var variable bit 11 value */6    VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 11); /* VarBitValue = 0x00 */7    printf(" Bit11=%xn",VarBitValue);8 9    //******************************************10    Var_SetBit_BB(VarAddr, 11);               /* Var = 0x05AA5 = 0 0 0 0 0101 1010 1010 0101*/11    printf("VAR=0x%x",Var);12  13    /* Get Var variable bit 11 value */14    VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 11);    /* VarBitValue = 0x01 */15    printf(" Bit11=%xn",VarBitValue);

　　BitNumber=0，Reset得到的結(jié)果是把第一個地址的.11位(第12位)變成了0，Set后又回到了1。從這里這里看到，當(dāng)要改變下一個地址中的內(nèi)容時，不是用VarAddr+1，而是用更大的BitNumber，即n不限制在0~7，而是0~31，或者更大。這樣又出現(xiàn)了一個問題:之前說到的

　　( RAM_BB_BASE ( (VarAddr - RAM_BASE) << 5) ( (BitNumber) << 2) ) = 轉(zhuǎn)換公式的右邊

　　前提之一是 n=0~7，即只與低位的0按位或，這樣才和加法是等效的。

　　結(jié)合2.2.1最后提到的問題，其實這也是一種等效。當(dāng)BitNumber > 7 時，可以看成是一次進(jìn)位。

假設(shè)VarAddr = 0x2 0 ，當(dāng)BitNumber = 7， 則指的是 0x2 0.7 即第1個地址的第8位

　　　　　　　　　　　　　　　 當(dāng)BitNumber = 11 = 7 + 4 ，相當(dāng)于VarAddr+1，指的是0x2 1.3 即第2個地址的第四位

　　因此BitNumber 和 VarAddr就像個位和十位的關(guān)系一樣，不過是逢八進(jìn)一。而且這樣做有個好處，只需要改BitNumber就行，而不需要同時改BitNumber和VarAddr，比如在Var_ResetBit_BB(VarAddr, BitNumber)函數(shù)中不用Var_ResetBit_BB(VarAddr+1, BitNumber)了，而是直接根據(jù)需要，修改BitNumber就行。

　　另外，在Set以后也可以看到，VarBitValue變成了1(即只有一個字中的最低位變成了1)。

(3)

1 　/* Modify Var variable bit 31 --*/2   Var_SetBit_BB(VarAddr, 31);               /* Var = 0x85AA5 = 0x1 0 0 0　　0101 1010 1010 0101 */3   printf("VAR=0x%x",Var);4 5   /* Get Var variable bit 31 value */6   VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 31); /* VarBitValue = 0x01 */7   printf(" Bit31=%xn",VarBitValue);8 9   //******************************************10   Var_ResetBit_BB(VarAddr, 31);             /* Var = 0x05AA5 = 0x0 0 0 0　　0101 1010 1010 0101 */11   printf("VAR=0x%x",Var);12 13   /* Get Var variable bit 31 value */14   VarBitValue = Var_GetBit_BB(VarAddr, 31); /* VarBitValue = 0x00 */15   printf(" Bit31=%x",VarBitValue);

結(jié)果和(2)中得到的結(jié)論相符。

　　2.2.3

　　到這兒基本上把位帶操作及其實現(xiàn)的基礎(chǔ)部分寫完了，最后再來一發(fā)從位帶別名區(qū)地址反推回位帶區(qū)地址的過程，備忘。

假設(shè)　　AliasAddr = 0x2200 002C = 0010 0010 0 0101　　0 0 0010 1100

可以把AliasAddr分成3段，1[0010 001]　　2[0 0 0101　0 0 001]　　3[0 1100]

第1段，在后面補(bǔ)上25個0，可以看成是位帶別名區(qū)的起始0x2200 0

第2段，就是offset=VarAddr - BB_Base ，也即相對位帶區(qū)的偏移0 0 0101　0 0 001 =0 0010 1 0 1 = 0x02801

第3段，右移兩位后就是BitNumber啦 右移后得到011 = 3

這樣可以得到相應(yīng)的位帶區(qū) 地址.位 是　　(0x2 0 + 0x0 2801) . 3= (0x2 2801) . 3

再加一點內(nèi)容吧，關(guān)于內(nèi)存對齊，來自C語言吧

　　如果你了解體系結(jié)構(gòu),就會知道,計算機(jī)內(nèi)存尋址并不是一個字節(jié)一個字節(jié)讀取的,而是一次讀取多個,比如32bit數(shù)據(jù)線的計算機(jī)就可一次讀取4字節(jié),既一個int值.這時就出現(xiàn)問題了,比如你在結(jié)構(gòu)體中定義如下:

　　struct a{
　　　　char c;
　　　　int i;
　　}
那么計算機(jī)在內(nèi)存中該如何存放呢?

　　比較笨的辦法是c占第一個字節(jié),i占用2-5字節(jié).那么假設(shè)你的程序正好處于尋址邊界,比如0x0這樣的位置,那么計算機(jī)為了獲取i,就必須先獲取1-4字節(jié),然后左移8位,再獲取5-8字節(jié),右移24位,然后再相加,才能得到i,無意這種辦法是比較傻的.所以計算機(jī)在處理這種問題的時候,往往會將內(nèi)存按4字節(jié)對齊,比如c占用第一字節(jié),i占用5-8字節(jié).這樣i就和c在4位上對齊了.相當(dāng)于我們寫字一行不夠了,干脆就不寫在一行,直接重起一行.主要是方便尋址,提高性能.

】

沒想到寫這篇博客花了這么長時間，對于位帶操作及其實現(xiàn)的認(rèn)識也是反反復(fù)復(fù)，寫的時候再一思考發(fā)現(xiàn)部分原來的理解是錯誤的。

如果還有其他錯誤，還希望讀到這一篇文章的你能夠幫忙指正，也幫助我學(xué)習(xí) :)

參考資料：1http://www.cnblogs.com/emouse/archive/2012/03/01/2375146.html

　　　　　2http://blog.chinaunix.net/uid-26285146-id-3071387.html

　　　　　3http://www.amobbs.com/thread-5464765-1-1.html

　　　　　4http://tieba.baidu.com/p/2138813

　　　　　5 《嵌入式系統(tǒng)及其應(yīng)用》_同濟(jì)大學(xué)出版社 P37~P42

補(bǔ)充一句：

其實一般來說，初學(xué)不需要掌握函數(shù)內(nèi)部的知識、過程，只需要知道怎么用就好了，《碼農(nóng)的原罪》里面有一句“沒必要就不用學(xué)，有必要的時候你自然就會了。”

剛?cè)腴T時學(xué)會新建一個工程、導(dǎo)入文件、相關(guān)設(shè)置才是更重要的。

2014.5.20補(bǔ)充

由同學(xué)指出，新發(fā)現(xiàn)一點疑問，就是這段話

在位帶區(qū)，每個比特都映射到別名地址區(qū)的一個字，該字只有最低位有效。當(dāng)一個別名地址被訪問時，會先把該地址變換成位帶地址。對于讀操作，讀取位帶地址中的一個字，在把需要的位右移到需要的最低位并把最低位返回。對于寫操作，把需要寫的位左移至對應(yīng)的位序號出，然后執(zhí)行一個原子的“讀——改——寫”過程。

參考下面兩篇

STM32位帶操作

S?T?M?3?2?位?帶?介?紹

還沒重看程序，我覺著我們只需要改相應(yīng)地址的位帶別名區(qū)的內(nèi)容（最低位）就好，而改完之后，就由ARM內(nèi)核自動完成了“位帶”功能，即在發(fā)現(xiàn)位帶別名區(qū)改變之后，自動改變相應(yīng)的位帶區(qū)內(nèi)容。

以后看有時間能不能再仔細(xì)研究一下