目录

1. 位带简介

2. 别名区地址的计算

2.1 合并计算

3. 位带操作访问ODR和IDR寄存器

4. GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2 / GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2

        位带操作在写单片机程序时，或者在宏定义某个变量时，是非常有用且方便的。

1. 位带简介

位带操作其实就是库函数操作下最底层的操作逻辑。

//在STM32中如果要使PA0输出低电平，可以是
GPIOA->ODR|=0<<0；


//在51单片机中，位带操作是通过sbit来定义的。

//P0=0xFF； //总线操作

sbit LED1=P^0   //位操作

LED1=0；

在51单片机中，通过 sbit 定义的LED1，在函数中调用 LED1 就等同于调用了 P0 引脚，给 LED1 低电平，LED 灯就会亮。

拿一个寄存器来说明位带操作的必要性：

        一个32位的寄存器，整个寄存器是有自己特定的地址的，当访问寄存器的地址时，会操作整个寄存器。但有些时候，我们只需要访问寄存器的某一位，将该位设为低电平0/高电平1就可以实现特定功能，寄存器的每一位都是有特定地址的，访问寄存器中特定位的操作，就称为位带操作。

支持了位带操作以后，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SRAM静态存储器的最低1MB范围内可以实现位带，也可以在片内最低1MB范围内实现位带操作。这两个区的地址除了可以像普通的ARM一样使用外，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。

比方说：PB引脚的ODR寄存器的地址是0x40010C0C，此时我们操作PB0，其最底层的操作逻辑就是操作ODR寄存器的第0位，那么这个位新的地址就是0x42000000+（0x40010C0C-0x40000000）32+0*4；通过宏定义给这个地址命名为PBout(0)。

#define PBout(0)  0x42000000+（0x40010C0C-0x40000000）84+0*4

2. 别名区地址的计算

支持位带操作的两个内存区的范围是：

0x2000_0000-0x200F_FFFF(SRAM区中的最低1MB)

0x4000_0000-0x400F_FFFF(片上外设区中的最低1MB)

对于SRAM位带区的某个比特位，记它所在字节地址为A，位序号为n(0<=n<=7)，则该比特位在别名区的地址为：

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

对于片上外设的某个比特位，记它所在字节的地址为A，位序号为n(0<=n<=7)，则该比特位在别名区的地址为：

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

其中，4表示一个字为4个字节，8表示一个字节中有8个比特位。 

2.1 合并计算

外设与SRAM位带区与位带别名区的地址统一用一个公式表示：

((addr&0xF000000)+0x02000000+((addr&0x00FFFFFF)<<5)+(bitnum<<2))

其中：addr：要操作的位所在的寄存器地址

           bitnum：位号，也就是在寄存器中的第几位 

公式中：

        addr&0xF0000000的意思是拿出要操作位所在的寄存器的最高位，如果是外设位带区，由上图，则拿出的最高位就是4,0x40000000+0x02000000=0x42000000，也就是外设位带别名区地址；如果是SRAM位带区，由上图，则拿出来的最高位就是2,0x20000000+0x02000000=0x22000000，也就是SRAM位带别名区地址；整个过程本质就是区分是外设位带操作还是SRAM位带操作。

        addr&0x00FFFFFF的意思是屏蔽掉高两位，由上图可知，对于没有合并之前的公式来说，A-0x40000000就是最高位地址减去起始地址。对于外设位带区来说，最高地址就是0x40100000，SRAM位带区的最高地址就是0x20100000，不管是0x40100000-0x40000000还是0x20100000-0x20000000，其最终相减的地址都是低六位有效，最高两位是相同的，在做减法的过程中没有实际作用，所以&0x00FFFFFF就是把高2位屏蔽掉。

        (addr&0x00FFFFFF)<<5左移5位的意思表示乘以，也就是乘以32，正好是对应没有合并之前的公式，左移5位表示放大了32倍。因为在C语言的位操作中，左移表示向左移位，右侧补0。

        bitnum<<2左移2位表示乘以，也就是乘以4，正好也是对应了没有合并公式之前的*4，表示 bitnum 放大了4倍。

3. 位带操作访问ODR和IDR寄存器

在学习GPIO口时，我们已经学习过了GPIO的ODR寄存器和IDR寄存器，分别是GPIO输出数据寄存器和GPIO输入数据寄存器。

//IO口操作宏定义
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) 
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) 
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) 
//IO口地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+20) //0x40020014
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+20) //0x40020414 
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+20) //0x40020814 
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+20) //0x40020C14 
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+20) //0x40021014 
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+20) //0x40021414    
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+20) //0x40021814   
#define GPIOH_ODR_Addr    (GPIOH_BASE+20) //0x40021C14    
#define GPIOI_ODR_Addr    (GPIOI_BASE+20) //0x40022014     

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+16) //0x40020010 
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+16) //0x40020410 
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+16) //0x40020810 
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+16) //0x40020C10 
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+16) //0x40021010 
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+16) //0x40021410 
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+16) //0x40021810 
#define GPIOH_IDR_Addr    (GPIOH_BASE+16) //0x40021C10 
#define GPIOI_IDR_Addr    (GPIOI_BASE+16) //0x40022010 
 
//IO口操作,只对单一的IO口!
//确保n的值小于16!
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //输入 

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //输入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //输入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //输入

#define PHout(n)   BIT_ADDR(GPIOH_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PHin(n)    BIT_ADDR(GPIOH_IDR_Addr,n)  //输入

#define PIout(n)   BIT_ADDR(GPIOI_ODR_Addr,n)  //输出 
#define PIin(n)    BIT_ADDR(GPIOI_IDR_Addr,n)  //输入

4. GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2 / GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2

在上一节IIC的代码程序中，其IIC.h头文件中使用位操作进行了串行数据总线SDA输入输出的设置。这里我们具体来讲解一下代码是如何定义的。

#define SDA_IN() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;}  //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;}  //PB9输出模式

        在GPIO口的学习中，我们知道访问某一IO口时，需要初始化GPIO结构体，结构体包括MODE、OTYPE、PUPD、PIN，其中MODE是通过GPIOx_MODER(GPIO端口模式寄存器)来控制的。

该寄存器为32位寄存器，每两位控制一个引脚，则分别控制GPIOx的Px0-15引脚(x可取A、B、C、D、E、F、G)。

操作该寄存器的位带操作的主要思想是：首先将想要操作的那一确定位清0，即使用与&操作来清零；然后将想要的功能通过软件来写入，即用或|操作来赋值。功能主要也就是

•         00：输入
•         01：通用输出
•         10：复用功能
•         11：模拟功能

明白了这些，我们现在再来看代码：

#define SDA_IN() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=0<<9*2;}  //PB9输入模式
#define SDA_OUT() {GPIOB->MODER&=~(3<<(9*2));GPIOB->MODER|=1<<9*2;}  //PB9输出模式


//GPIOB->MODER表示通过指针调用GPIOB模式寄存器
//该寄存器是每两个位控制一个引脚，9*2，也就是操作PB9引脚，这里也就默认我们想要操作的引脚就是PB9引脚
//3<<(9*2)的意思是：在32位寄存器下，
//3=0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0011，左移9*2，那么最低2位11就会被移动到17 18位的地址上
//  0000 0000 0000 0011 0000 0000 0000 0000，然后取反就是
//  1111 1111 1111 1100 1111 1111 1111 1111，然后和GPIOB->MODER进行与&操作后就是
//  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000，表示将17 18位地址清零，

//到这里完成了位带操作的第一步清0，然后第二部进行赋值

//0<<9*2表示 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000，GPIOB->MODER|=0<<9*2就是把17 18位地址置为00，对应寄存器也就是PB9输入模式

//同理PB9输出模式也是这样，首先将17 18位清零，然后将这两位写入01

//1<<9*2表示  0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0001
              0000 0000 0000 0001 0000 0000 0000 0000 此时根据寄存器，也就表示PB9输出模式

//寄存器定义
//00：输入
//01：通用输出
//10：复用功能
//11：模拟功能