基于Cortex-M3内核的处理器位操作技术——“位带”

1.传统的位操作

我们传统的位操作方法是用“&（与）”、“|（或）”指令来实现对数据某一位的置一或者清零。而这个过程一般是：
1.把数据加载到寄存器中
2.在寄存器间对数据进行运算
3.将算好的数据写入到内存中
所以单个位操作过程将耗时数个时钟周期，并且增加了代码量。

2. 位带操作

位带技术
1.作用：用一个物理地址（32位），控制一位数据。可实现对设备区和SRAM区存储空间寄存器的位操作而不需要任何特殊的指令。

2.原理：Cortex-M3系列处理器的可位寻址区由位带区（SRAM存储区和外设存储区地址的前1MB区域）和位带别名区（SRAM和外设存储区的前32MB~64MB（大小为32MB））组成。分别将位带区1MB大小空间的每一位映射（可以理解为将字的地址作为对应位的地址）到位带别名区中的一个字（32位）。通过对字地址写入数据控制位。

3.计算公式：
寄存器地址物理地址A（位于前1MB）
位数目n
位带区基地址B
位带别名区基地址C
位带别名区地址D
$$D=C（位带别名区基地址）+（A-B）\ast 0X20+4\ast n$$
注意：上述位带别名区地址计算公式为16进制和10进制的混合运算（4*n为10进制。
$$1\ast 0X20代表1个字节膨胀32字节$$（一个地址代表的是一个字节））
上面公式看起来比较复杂，其实理解起来就是两个区域从头到尾分别为1位膨胀为4字节（32位），依次对应。

3.C语言举例

3.1硬件led灯的电路

低电平有效

3.2代码

首先用keil5建立好工程，导入基本文件。

#include "system.h"
#include "stm32f10x_it.h"
#define pc0 (*((unsigned long*) 0x42220180 )) //宏定义一个指针，指向位带别名区
void LED_Configure(void);  //c端口初始化函数声明
void main()
{
    
    
	  LED_Configure();   //c端口初始化    
		pc0 = 0;          //按照我stm32单片机上面的硬件电路，低电平点亮
}	
void LED_Configure(void)
{
    
    
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;   //声明结构体变量GPIO_InitStructure
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE);//打开c口时钟
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;  //定义工作引脚
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; //最大输出频率
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP; //定义为推挽输出
	GPIO_Init(GPIOC,&GPIO_InitStructure);
    GPIO_SetBits(GPIOC,GPIO_Pin_0); //熄灭灯
}

3.3得到的结果