8051單片機可以直接對某一位IO進行讀寫操作，而Cortex-M3的位帶操作是8051位尋址區的加強版。使用位帶操作后，可以使用普通的加載/存儲指令對單一的比特進行讀寫操作。

一、相關概念。

位帶區：支持位帶操作的地址區。

位帶別名區：對別名地址的訪問最終作用到位帶區的訪問上。位帶別名區對位帶區的訪問有個地址映射過程。

二、位帶操作的原理

位帶操作的最終目的是想對位帶區的比特位進行獨立的讀寫操作。但它是通過對位帶別名區的操作來實現的。

具體過程如下：

對位帶別名區進行讀寫訪問，位帶別名區通過地址映射關系映射到相應的位帶區，對位帶區進行原始比特的讀寫操作。

三、地址映射

上面對位帶操作進行了簡單的介紹，那么哪些地址支持位帶操作？它們對應的位帶別名區地址又是多少？兩者間的地址映射關系又是怎么樣的？

1、支持位帶操作的地址

Cortex-M3有兩個區支持位帶操作。這兩個區除了像普通的RAM一樣使用外，還可以通過位帶別名區進行操作。這兩個區(位帶區)分別是：

SRAM區中的最低1MB：0x2000 0000 - 0x200F FFFF

片上外設去中的最低1MB：0x4000 0000 - 0x400F FFFF

這兩個位帶區對應的位帶別名區是：

SRAM區中的最低1MB的位帶區對應的位帶別名區：

片上外設去中的最低1MB的位帶區對應的位帶別名區：

2、位帶區與位帶別名區的地址映射關系

位帶別名區把位帶區的每一個比特位膨脹成32位的字，即位帶區的每一個比特位對應位帶別名區中一個4個字節大小的地址。

下圖示例SRAM區中的最低1MB的位帶區與位帶別名區的膨脹對應關系：

計算公式：

對于SRAM位帶區的某個比特，記它所在字節地址為A，比特位序號為n(0<=n<=7)，則該比特位對應的位帶別名區的地址為：

對于片上外設位帶區的某個比特，記它所在字節地址為A，比特位序號為n(0<=n<=7)，則該比特位對應的位帶別名區的地址為：

說明：“*4”表示一個字為4個字節，“*8”表示一個字節中有8個比特。

四、讀寫操作的機制

在位帶區中，雖然每個比特位都映射到別名區的一個字，但別名區的字只有LSB（最低位有效）有效，所以讀寫操作是對別名區字的LSB進行讀寫，LSB的數值是0或1.

1、讀流程：

舉例子：

讀取SRAM地址0x2000 0000 的第二位的值：

2、寫流程：讀、改、寫

舉例子：

將SRAM地址0x2000 0000 的第二位的值置1：

五、位帶操作編程實現

在C編譯器中并沒有直接支持位帶操作，比如，C編譯器并不知道同一塊內存可以用不同的地址來訪問，也不知道對位帶別名區的訪問只對LSB有效。欲在C中使用位帶操作，最簡單的做法時#define一個位帶別名區的地址。

1、位帶操作的宏定義

 為了簡化位帶操作，我們可以建議一個把”位帶地址+位序號“轉換為別名地址的宏，再建立一個把別名地址轉換為指針類型的宏：

#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x2000000+((addr &0xFFFFF)<<5)+(bitnum<<2)) /* 把”位帶地址+位序號“轉換為別名地址的宏  */

#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr)) /* 把別名地址轉換為指針類型的宏  */

#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum)) /* 某地址某一位的位帶操作的宏  */

2、舉個例子

下面以STM32F407的GPIOA->ODR寄存器（地址為0x40020014）為例，通過位帶操作進行讀寫，并與傳統方式讀寫比較，并通過串口將信息發送到控制臺顯示。代碼如下：

頭文件定義：

#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 PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  

main函數：

int main(void)

{

u8 Temp;

u16 Data;

Data = 0;

Stm32_Clock_Init(336,8,2,7);//初始化時鐘為 168Mhz

delay_init(168);  //初始化延時函數

uart_init(84,115200);  //串口初始化為 115200

printf("init finishedrn");

GPIOA->ODR = 0xffff; /* 傳統方式寫：將GPIOA->ODR各個位寫1 */

printf("Tratidional operate: GPIOA->ODR[0x%x]:0x%xrn", &GPIOA->ODR, GPIOA->ODR);

GPIOA->ODR = 0x0; /* 將GPIOA->ODR清零 */

printf("Clear GPIOA->ODR: GPIOA->ODR[0x%x]:0x%xrn", &GPIOA->ODR, GPIOA->ODR);

for(Temp = 0; Temp < 16; Temp++)

{

PAout(Temp) = 1; /* 位帶操作寫：通過位帶別名區寫GPIOA->ODR每一位為1 */

}

printf("Bit-band write: GPIOA->ODR[0x%x]:0x%xrn", &GPIOA->ODR, GPIOA->ODR); /* 可以看到位帶操作寫后，GPIOA->ODR各位的值 */

for(Temp = 0; Temp < 16; Temp++)

{

Data |= (PAout(Temp) << Temp); /* 位帶操作讀：通過位帶別名區讀GPIOA->ODR每一位的值，并存在Data中 */

}

printf("Bit-band read: GPIOA->ODR[0x%x]:0x%xrn", &GPIOA->ODR, Data); /* 可以看到位帶操作讀后，GPIOA->ODR各個比特位對應的別名區的值 */

while(1)

{

}

return 1;

}

串口打印的信息：

 本文主要參考以下資料編寫：

 ·《CM3權威指南》第五章(87頁~92頁)

 ·《STM32F4xx中文參考手冊》