STM32F1xx官方資料：

《STM32中文參考手冊V10》-第8章通用和復(fù)用功能IO(GPIO和AFIO)

《Cortex-M3權(quán)威指南(中文)》第5章 位帶操作

硬件連接

假設(shè)跑馬燈實驗的硬件連接如上圖所示，LED0連接PB5，LED1連接PE5。由于在LED的另一端是VCC3.3，所以當(dāng)PB5或PE5為低電平的時候，LED燈會亮。此時GPIO應(yīng)采取推挽輸出的模式。

GPIO的相關(guān)配置寄存器

STM32的每組GPIO口包括7個寄存器。也就是說，每個寄存器可以控制一組GPIO的16個GPIO口。這7個寄存器分別為：

GPIOx_CRL：端口配置低寄存器（32位）

GPIOx_CRH：端口配置高寄存器（32位）

GPIOx_IDR：端口輸入寄存器（32位）

GPIOx_ODR：端口輸出寄存器（32位）

GPIOx_BSRR：端口位設(shè)置/清除寄存器（32位）

GPIOx_BRR：端口位清除寄存器（16位）

GPIOx_LCKR：端口配置鎖存寄存器（32位）

端口配置低寄存器（GPIOx_CRL）

由于每個GPIO口需要4位來進行配置輸入輸出模式（2位配置MODE，2位配置CNF），這樣的話每組16個GPIO口則需要64位，這也就表明需要兩個32位寄存器。于是GPIOx_CRL用于配置GPIO0-GPIO7的輸入輸出模式。同理GPIOx_CRH則用于配置GPIO8-GPIO15的輸入輸出模式。

同時對于上面的這個表可以總結(jié)出端口位配置的信息：

需要注意的是，當(dāng)MODE選擇00，CNF為選擇10時，代表著上拉/下拉輸入模式。到底是上拉還是下拉呢？此時需要PxODR（端口輸出寄存器）來確定，0為下拉輸入，1為上拉輸入。

端口輸入寄存器（GPIOx_IDR）

IDR寄存器低16位，每個位控制該組GPIO口的一個IO口，對應(yīng)的是該IO口的輸入電平。在輸入模式下，可以讀取I/O端口的電平值；在輸出模式下，也可以讀取I/O端口的電平值（在開漏輸出時，讀取到的I/O端口的電平值，不一定就是輸出的電平值）。

端口輸出寄存器（GPIOx_ODR）

ODR寄存器的低16位，每個位控制該組GPIO口的一個IO口，對應(yīng)的是該IO口的輸出電平。在輸出模式下，可以通過寫寄存器的值，來達到某個IO口的電平輸出；在輸入模式下，還可以通過寫值，來確定是上拉還是下拉輸入模式。

端口位設(shè)置/清除寄存器（GPIOx_BSRR）

在GPIO的開漏輸出模式或者推挽輸出模式下，都可以直接給ODR寄存器賦值來進行某個IO口的電平輸出；同時，也可以通過對BSRR進行賦值來達到對ODR寄存器的控制來進行對IO口的電平輸出。其實，BSRR寄存器的底層也是對ODR寄存器的控制。

BSRR寄存器的低16位可以只對ODR賦1，高16位可以只對ODR賦0。這樣的好處是，只可以對ODR的某些特定位產(chǎn)生影響，而不對其他的位產(chǎn)生影響。而且可以一次性對ODR的許多位同時進行控制。

端口位清除寄存器（GPIOx_BRR）

BRR寄存器的功能其實和BSRR寄存器的高16位的功能是一樣的，通常情況下，使用BSRR寄存器的低16位來賦1，使用BRR寄存器來賦0。

GPIO的寄存器版本

使能IO口時鐘。配置寄存器RCC_APB2ENR；

初始化IO口模式。配置寄存器GPIOx_CRH/CRL；

操作IO口，輸出高低電平。配置寄存器GPIOX_ODR或者BSRR/BRR。

具體的程序內(nèi)容：

void LED_Init(void){

RCC->APB2ENR|=1<<3;

RCC->APB2ENR|=1<<6;

GPIOB->CRL&=0xFF0FFFFF;

GPIOB->CRL|=0x00300000;

GPIOB->ODR|=1<<5;

GPIOE->CRL&=0xFF0FFFFF;

GPIOE->CRL|=0x00300000;

GPIOE->ODR|=1<<5;

}

 int main(void)

 {

LED_Init();

delay_init();

while(1){

GPIOB->ODR|=1<<5;

GPIOE->ODR|=1<<5;

delay_ms(500);

GPIOB->ODR&=~(1<<5);

GPIOE->ODR&=~(1<<5);

delay_ms(500);

}

 }

GPIO的庫函數(shù)版本

需引用的文件：stm32f10x_gpio.h、stm32f10x_rcc.h、misc.h

需定義的文件：led.h

GPIO庫函數(shù)介紹

1個初始化函數(shù)：

void GPIO_Init(GPIO_TypeDef* GPIOx, GPIO_InitTypeDef* GPIO_InitStruct);

作用：初始化一個或者多個IO口（同一組）的工作方式和速度。該函數(shù)主要是操作GPIO_CRL（CRH）寄存器，在上拉或者下拉的時候有設(shè)置BSRR或者BRR寄存器 。

注意：外設(shè)（包括GPIO）在使用之前，幾乎都要先使能對應(yīng)的時鐘。

2個讀取輸入電平函數(shù)：

uint8_t GPIO_ReadInputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

uint16_t GPIO_ReadInputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

作用：讀取某個（某組）GPIO的輸入電平。實際操作的是GPIOx_IDR寄存器。

2個讀取輸出電平函數(shù)：

uint8_t GPIO_ReadOutputDataBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

uint16_t GPIO_ReadOutputData(GPIO_TypeDef* GPIOx);

作用：讀取某個（某組）GPIO的輸出電平。實際操作的是GPIO_ODR寄存器。

4個設(shè)置輸出電平函數(shù)：

void GPIO_SetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

void GPIO_ResetBits(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin);

void GPIO_WriteBit(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t GPIO_Pin, BitAction BitVal);

void GPIO_Write(GPIO_TypeDef* GPIOx, uint16_t PortVal);

作用：設(shè)置某個IO口輸出為高電平（低電平）。實際操作BSRR寄存器。后兩個函數(shù)的作用類似。

GPIO庫函數(shù)版本的跑馬燈

使能IO口時鐘。調(diào)用函數(shù)RCC_APB2PeriphColckCmd()；

初始化IO口模式。調(diào)用函數(shù)GPIO_Init()；

操作IO口，輸出高低電平。調(diào)用函數(shù)GPIO_SetBits()；GPIO_ResetBits()。

具體的程序內(nèi)容：

void LED_Init(void){

GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB,ENABLE);

RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOE,ENABLE);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOB,&GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_5;

GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_Out_PP;

GPIO_InitStructure.GPIO_Speed=GPIO_Speed_50MHz;

GPIO_Init(GPIOE,&GPIO_InitStructure);

GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);

}

 int main(void)

 {

LED_Init();

delay_init();

while(1){

GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

GPIO_SetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);

delay_ms(500);

GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_5);

GPIO_ResetBits(GPIOE,GPIO_Pin_5);

delay_ms(500);

}

 }

GPIO的位操作版本

位操作的原理

把每位膨脹為一個32位的地址，當(dāng)訪問這些地址的時候就達到了訪問該位的目的。比如說BSRR寄存器有32個位，那么可以映射到32個地址上，我們?nèi)ピL問（讀-改-寫）這32個地址就達到訪問32個比特的目的。

也就是說，位操作就是可以讀、寫單獨的一個比特位，由于在STM32中沒有像51單片機的sbit來實行位定義，但是它可以通過位帶別名區(qū)來實現(xiàn)。 

哪些區(qū)域支持位操作：

SRAM 區(qū)的最低 1MB 范圍，0x20000000 ‐ 0x200FFFFF（SRAM區(qū)中的最低 1MB）；

片內(nèi)外設(shè)區(qū)的最低 1MB范圍，0x40000000 ‐ 0x400FFFFF（片上外設(shè)區(qū)中最低 1MB）。

位帶區(qū)：支持位帶操作的地址區(qū)

位帶別名：對別名地址的訪問最終作用到位帶區(qū)的訪問上（注意：這中間有一個地址映射過程）

這兩個1MB的空間可以像普通RAM一樣操作外（修改內(nèi)容時用讀、改、寫），它們還有自己的位帶別名區(qū)，位帶別名區(qū)把這1MB的空間的每一位膨脹為一個32位的字。確切的說，這個字就是一個地址，當(dāng)操作這個地址時，就可以達到操作這個位帶區(qū)某個位的目的。 

在位帶區(qū)中，每個比特位都映射到別名地址區(qū)的一個地址，注意，這只是只有LSB有效的字(最低一位有效的字)。當(dāng)一個別名地址被訪問時，會把該地址轉(zhuǎn)換為為位帶操作。

映射方式

對片內(nèi)外設(shè)位帶區(qū)的某個比特位，記它的所在字節(jié)的地址為A，位序號為n（0<=n<=7），則該比特位在別名區(qū)的地址為：

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

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

上式中，4表示一個字4個字節(jié)，8表示一個字節(jié)8個比特。

一開始，我對n（0<=n<=7）很不理解，既然n表示位序號，為什么不是0<=n<=31呢？其實是我忽略了“所在字節(jié)”四個字，也就是說在位帶區(qū)中，不是以一個寄存器一個寄存器為分隔單元，而是以一個字節(jié)一個字節(jié)來分隔單元的。 

對于映射的公式，稍微解釋一下：

A - 0x40000000 = 當(dāng)前字節(jié)偏離外設(shè)基地址的偏移字節(jié)數(shù) ；

偏移字節(jié)數(shù) * 8 = 偏移了多少位 ；

因為位帶區(qū)每一位對應(yīng)位帶別名區(qū)的一個地址（32位4字節(jié)），而地址是以字節(jié)計算的，所以位帶別名區(qū)對應(yīng)偏移量最后一個的地址 = 偏移了多少位 * 4 ；

n * 4 = 偏移量后面的n位對應(yīng)位帶別名區(qū)的地址。

同理，對于SRAM位帶區(qū)的某個比特位，記它所在字節(jié)地址為A，位序號為n（0<=n<=7），則該比特位在別名區(qū)的地址為：

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

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

只是對位帶基地址和位帶別名區(qū)基地址做了改變即可。

為了方便操作，我們可以把這兩個公式合并成一個公式，把“位帶地址 + 位序號”轉(zhuǎn)換成別名地址：

//把位帶區(qū)地址 + 位序號轉(zhuǎn)換成位帶別名去的宏

#define BITBAND(addr, bit_num) ((addr & 0xf0000000) + 0x02000000 + ((addr & 0x00ffffff) << 5) + (bit_num << 2))

位帶操作的優(yōu)越性

位帶操作可以簡化跳轉(zhuǎn)的判斷。比如之前需要跳轉(zhuǎn)到某一位時，必須這樣做：

讀取整個寄存器；

掩蔽不需要的位；

比較并跳轉(zhuǎn)。

現(xiàn)在使用位帶操作只需要：

從位帶別名區(qū)讀取狀態(tài)位；

比較并跳轉(zhuǎn)。

在SYSTEM文件夾的sys.h文件中，對GPIO輸入輸出部分功能實現(xiàn)了位帶操作。具體的實現(xiàn)過程如下面的程序所示：

#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+12) //0x4001080C  

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8) //0x40010808 

//IO口操作,只對單一的IO口!

//確保n的值小于16!

#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //輸出 

#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //輸入 

通過PAout(n)實現(xiàn)對GPIOA_ODR寄存器的第n位賦值的功能，通過PAin(n)實現(xiàn)對GPIOA_IDR寄存器的第n位賦值的功能。按照這種寫法，之前庫函數(shù)版本的主程序可以改寫成：

 int main(void)

 {

LED_Init();

delay_init();

while(1){

PBout(5)=1;

PEout(5)=1;

delay_ms(500);

PBout(5)=0;

PEout(5)=0;

delay_ms(500);

}

 }