位带区与别名区介绍

位带区与别名区组合使用形成了位带操作，首先对为什么要引进位带操作进行简介。

1.位带操作的意义

​ 在MCU编程中，通常情况下，对RAM1及外设寄存器的操作，只能对整个字执行“读-改-写”操作，而只对字中某位的操作则需要位带操作的支持。

2.位带操作概述

​ 位带操作实质是一种内存映射关系，系统将“位带区”的存储单元按“位”映射到对应的“别名区”的32位字上，“别名区”中的一个32位地址，对应“位带区”一个地址中的一个位。按“字”访问“别名区”的存储单元时，就相当于访问“位带区”对应“位”，即通过对“别名区”地址的访问等同于对真实地址的某个位的访问。

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3.位带操作应用案例解析

以SRAM1中目标地址为0x2000_0300，修改其第二位为“0”为例：一般情况下，修改内存中的一位不影响其他位。

​ ①不使用位带操作方法

​ 需要对待修改的字执行“读-改-写”操作，即读内存赋给临时变量，然后对临时变量进行修改，最后将临时变量结果写回内存。具体方法如下：

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int main()
{
    //读一个字：读取0x20000300~0x20000303中内容到临时变量temp中
    temp = (*(volatile unsigned long int*)(unsigned long int)0x20000300)
    
    //改一个位：将temp中的第2位清0(从左向右为31--0)
    temp = temp & 0xFFFFFFFB
        
    //写一个字：将temp写回目标地址
    (*(volatile unsigned long int*)(unsigned long int)0x20000300) = temp;
}

​ 在AHL-GEC-IDE中对上述代码反汇编进行对比，可以发现使用位带操作比原有“读-改-写”方法的代码空间要小，执行效率更高。通过“别名区”的写操作就可以实现对SRAM1中位的操作，将位操作的“读-改-写”过程就变为了只有“写”的操作，提高了程序的运行效率。

一般情况下，“位带区”中修改一位的机器码：

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__main:
	//"位带区"读一个字
	temp = (*(volatile unsigned long int*)(unsigned long int)0x20000300);
	800e5d4:	4b0a	ldr r3,[pc,#40]
	800e5d6:	681b	ldr r3,[r3,#0]
	800e5d8:	607b	str r3,[r7,#4]
	
	//改一个位
	temp = temp & 0xFFFFFFFB;
	800e5e2:	4a07
	800e5e4:	687b
	800e5e6:	6013
	
	//位带区写一个字
	(*(volatile unsigned long int*)(unsigned long int)0x20000300) = temp;
	800e5e2:	4a07
	800e5e4:	687b
	800e5e6:	6013

​ ②使用位带操作方法

​ 如果使用位带操作将“位带区”地址为0x2000_0300的内存单元第2位变成“0”。仅需一步写操作就可以实现。

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int main()
{
    (*(volatile unsigned long int*)(unsigned long int)0x22006008) = 0;
    //"别名区"的地址0x20006008通过公式 0x22000000 + ((0x20000300 - 0x20000000) * 32) + (2 * 4)
    //3*32 = 96  96/16 = 6 --> 0x20000300对应 0x22006000，再加上2位偏移地址即成为0x22006008
}

​ Tips：每个地址包含了8个bit位，在无符号整数中，0x20000300地址中存放的数是从0到255，在有符号整数中，0x20000300地址中存放的数是从-128到127，也就是一个byte位，short占据两个地址(byte)，所以在无符号整数中可以表示0-65535，有符号整数中可以表示-32768到32767，int占据四个地址(byte)，所以在无符号整数中可以表示0-4294967296，在有符号整数中可以表示-2147483648-2147483647。

​ 在位带操作下，0x20000300中被映射到一个32个地址，这个地址下的每一个比特位都对应别名区的4个地址，0x20000300的bit0被映射成了0x20006000，bit1被映射成了0x20006004，bit2被映射成了0x20006008，bit3被映射成了0x2000600C，bit4被映射成了0x20006010，bit5被映射成了0x20006014，bit6被映射成了0x20006018，bit7被映射成了0x2000601C，0x20000301的bit0被映射成了0x20000620，以此类推。。。。。。

​ 从上面的特性可以知道，位带区的一个字节会被映射称32个地址，即1位映射为4个地址(32位)，那么一个48K的”位带区“就需要一个32×48K的”别名区“进行位带操作，一个1MB的”位带区“就需要一个32×1MB的”别名区“进行位带操作。

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