从PWR_BackupAccessCmd函数理解位带操作

在STM32官方提供的库函数中，很多地方都用到了位带操作，下面就针对官方提供的rtc.c文件中的一行代码PWR_BackupAccessCmd(ENABLE)进行解读，复习下位带操作的精髓。
1. 函数的定义
对PWR_BackupAccessCmd(ENABLE)函数跟踪，在stm32f10x_pwr.c文件中找到原函数的定义：

/**官方说明
  * @brief   Enables or disables access to the RTC and backup registers.
  * @param   NewState: new state of the access to the RTC and backup registers.
  *          This parameter can be: ENABLE or DISABLE.
  * @retval  None
  */
void PWR_BackupAccessCmd(FunctionalState NewState)
{
  /* Check the parameters */
  assert_param(IS_FUNCTIONAL_STATE(NewState));
  /*读取该地址的参数值,其值为32位参内数*/
  *(__IO uint32_t *) CR_DBP_BB = (uint32_t)NewState;   
}

上述函数就一个入口参数，输入ENABLE或DISABLE，即1或0，无返回值。这里主要关注最后一行代码：

*(__IO uint32_t *) CR_DBP_BB = (uint32_t)NewState;

2. 对(__IOuint32_t ) CR_DBP_BB = (uint32_t)NewState函数解读
2.1 初识
该函数用到了位带操作，先大致解读下：
对CR_DBP_BB定位会在stm32f10x_pwr.c文件的47~55行找到如下一段代码：

/* --------- PWR registers bit address in the alias region ---------- */
#define PWR_OFFSET     (PWR_BASE - PERIPH_BASE)
/* --- CR Register ---*/
/* Alias word address of DBP bit */
#define CR_OFFSET      (PWR_OFFSET + 0x00)
#define DBP_BitNumber  0x08
#define CR_DBP_BB      (PERIPH_BB_BASE + (CR_OFFSET * 32) + (DBP_BitNumber * 4))      /*记住这行代码，后面要考*/

最后一行代码看起来眼熟吗，先看下正点原子网站上对该函数的原话解释：
***** 原话摘录 *****
这是位带操作，CR_OFFSET 是寄存器相对0x40000000的地址偏移，DBP_BitNumber 是CR寄存器的DBP位偏移。
位带地址 = 0x42000000 + 32×地址偏移 + 4×位偏移（1）
通过设置位带为0或1，等效与对CR[DBP]的置位或清零。
***** 原话摘录完 *****
记住公式（1），后面要考。在《Cortex-M3权威指南》第5章中，有如下说明：

图1 电源控制寄存器pwr属于外设寄存器，因此图1中的紫色公式，也就是公式（1），即：地址偏移=A-0x40000000= CR_OFFSET （2）位偏移=n= DBP_BitNumber （3）

2.2 计算CR_OFFSET和DBP_BitNumber
我的理解，函数的目的是对电源控制寄存器PWR_CR中的DBP进行操作，由图2可知，位偏移为8，
即：
位偏移=n= DBP_BitNumber=8 （4）

在这里插入图片描述

图2
其实，之前对CR_DBP_BB定位时，在stm32f10x_pwr.c文件的47-55行这段代码中也有表达：

#define DBP_BitNumber    0x08

接下来，计算CR_OFFSET值，在《STM32中文参考手册》第二章中，列出了所有寄存器组的起始地址，包括电源控制（PWR）寄存器：
在这里插入图片描述

图3

图3中，电源控制PWR寄存器组的起始地址为0x40007000，在图2电源控制寄存器PWR_CR的描述中，其地址偏移是0x00，也就是电源控制寄存器PWR_CR的起始地址是0x40007000+0x00，即A=0x40007000，那么：
地址偏移=A-0x40000000= CR_OFFSET=0x40007000-0x40000000=0x7000 （5）
因此通过公式（1）可计算出电源控制寄存器PWR_CR的DBP的位带地址：
位带地址 = 0x42000000 + 32×地址偏移 + 4×位偏移=0x42000000 +32×0x7000+ 4×8 （6）
我们还可以从代码中验证上述结果：
对CR_OFFSET可定位到stm32f10x_pwr.c文件中的一行代码：

#define CR_OFFSET         (PWR_OFFSET + 0x00)     
// **PWR_OFFSET就是电源控制（PWR）起始地址，0x00是电源控制寄存器PWR_CR的地址偏移**//

对PWR_OFFSET可定位到stm32f10x_pwr.c文件中的一行代码：

/* --------- PWR registers bit address in the alias region ---------- */
#define PWR_OFFSET        (PWR_BASE - PERIPH_BASE)

对PERIPH_BASE可定位到stm32f10x.h文件中的一行代码：

#define PERIPH_BASE       ((uint32_t)0x40000000)

对PWR_BASE可定位到stm32f10x.h文件中的一行代码：

#define PWR_BASE          (APB1PERIPH_BASE + 0x7000)

对APB1PERIPH_BASE可定位到stm32f10x.h文件中的一行代码：

#define APB1PERIPH_BASE      PERIPH_BASE

因此，
APB1PERIPH_BASE= PERIPH_BASE =0x40000000 （7）
PWR_BASE= APB1PERIPH_BASE + 0x7000=0x40007000 （8）
PWR_OFFSET= PWR_BASE - PERIPH_BASE=0x7000 （9）
CR_OFFSET=PWR_OFFSET+0x00=0x7000 （10）
为了计算CR_DBP_BB，对PERIPH_BB_BASE可定位到stm32f10x.h文件中的一行代码：

#define PERIPH_BB_BASE       ((uint32_t)0x42000000)

至此，电源控制寄存器PWR_CR的DBP的位带地址为：
CR_DBP_BB=PERIPH_BB_BASE + (CR_OFFSET × 32) + (DBP_BitNumber × 4) （11）
即，
CR_DBP_BB=0x42000000+(0x7000 × 32)+( 0x08 × 4)=0x420E0020 （12）
CR_DBP_BB位带地址对应实际的电源控制寄存器PWR_CR的DBP，即第8位，对该地址写1就达到将DBP至1的效果，也就是(__IO uint32_t ) CR_DBP_BB = (uint32_t) NewState 函数的任务（NewState为ENABLE时为1，NewState为DISABLE时为0）。
至于电源控制寄存器PWR_CR的DBP的位带地址0x4215E020如何求证，就不要纠结了。
2.3 图1中A的定义解读
个人觉得即使前面讲解的内容去理解位带操作的代码含义没啥毛病，如果按照2.2章的理解，那么A应该是该寄存器的起始地址，而位序号n的取值范围应该是0≤n≤31。
不过按照图1中对A的定义来说，其实是有问题的。图1中，A为位带区某个比特所在的字节地址，位序号n的取值范围是0≤n≤7。对于一个32位的寄存器，有4个字节地址，第1个字节地址包含0~ 7位bit，第2个字节地址包含8~15位bit，例如电源控制寄存器PWR_CR，其DBP是第八位，则其字节地址和位序号n分别为：
A=电源控制寄存器PWR_CR的起始地址+0x01=0x40007001 （13）
n=0x00 （14）
将公式（13）和（14）带入图1的紫色公式中：
AliasAddr=0x42000000+（0x40007001-0x40000000）× 32+0x00 × 4=0x420E0020 （15）
这也许是官方想要告诉我们的解释，我想对于32位的寄存器，按照我的理解应该也没问题，至于要是碰到16位的寄存器，不知道会不会出现矛盾。
3. 总结
1）牢记公式（1），即使不熟悉位带操作具体细节，也能依葫芦画瓢编写代码；
2）位带操作对某个寄存器的某个位进行0或1的读写是最实用的；
3）使用位带操作时，要理解如何计算A和n的值，便于之后套公式。
写在最后，这是我个人的理解，欢迎大家讨论~

从PWR_BackupAccessCmd函数理解位带操作

猜你喜欢