STM32F030系列实现仿位带操作
1、闲言
最近开发的时候，用到了STM32F030F4P6型号的单片机，它只有20个引脚，价格非常便宜，但是功能齐全；定时器、外部中断、串口、IIC、SPI、DMA和WWDG等等，应用尽有，非常适合用来做小设备。可是有个问题是，它是Cortex-M0内核的，不像M3，M4内核一样，可以支持位带操作（就是一位一位地操作，像80C51单片机一样），这就给程序移植或者开发带来了一点点小麻烦，因此我就利用C语言结构的位段操作，实现了个访位带操作，只是在效率可能会稍逊于真正的位带操作，但是代码上可以兼容，基本上可以应用于任何一款处理器。希望能够帮到大家。
2、位带操作基本知识
关于真正的位带操作，网上有不少的资料，写得也很详细，在这里我只是简单说一下我的理解。另，不理解真正的位带操作，也不影响对本文的理解，因本文跟位带操作没有任何关系，只是仿仿罢了，不能当真。如果不想了解货真价实的位带操作，此节可直接忽略。
如果不使用位带操作，我们操作一个次数据时，就要动32位（STM32是32位的），做一个不恰当的比喻，这就相当于我们坐在一辆有32节车厢的火车上，但是辆火车只有一个门，如果我们要查看这火车中乘客的信息，或者是乘客想下车，必须从那一个门进出，如下图1。
图1 只有1个车门的32节火车
而如果我们有了位带操作，就相当于，给这辆32节车厢的火车装上了32个车门，这样一来，想查看哪个乘客的信息，或都那个乘客要下车，都可以迅速地从指定的车门下车。如下图2所示。
图2 有32个车门的32节火车
有了32个门后，速度就快多了，但是硬件成本肯定要起来了，这就是为什么STM32F030系列没有位带操作的原因，就是它的成本低。
3、C言语结构体位段操作
此节主要讲述C语言结构体的基础知识，如果有C言高手，请无视此节。在C语言中，对结构体的声明，有一个位域，它可以控制，此结构体中的成员占几个位，关于它的使用，有如下代码：
1 typedef struct _16_Bits_Struct 2 { 3 u16 bit0 : 1;//占一个字节 4 u16 bit1 : 1; 5 u16 bit2 : 1; 6 u16 bit3 : 1; 7 u16 bit4 : 1; 8 u16 bit5 : 1; 9 u16 bit6 : 1; 10 u16 bit7 : 1; 11 u16 bit8 : 1; 12 u16 bit9 : 1; 13 u16 bit10 : 1; 14 u16 bit11 : 2;//占两个字节 15 u16 bit12 : 3;//占三个字节 16 } _16_Bits_Struct;
上面的_16_Bits_Struct结构体类型共占用2个字节，即16位，但它的13个成员变量所占用的位数不全都一样，通过“：”后面的数字可决定它占几位。代码如下，操作一个此结构体类型的位。
1 _16_Bits_Struct _16_bits; 2 unsigned short _16bits_data; 3 memset(&_16_bits, 0, sizeof(_16_Bits_Struct));//将其内存清0 4 5 _16_bits.bit2 = 1; 6 _16_bits.bit5 = 1; 7 _16_bits.bit8 = 5; 8 9 _16bits_data = *((unsigned short*)(&_16_bits)); 10 11 printf("_16bits_data = %0xH\n", _16bits_data);
其输出结果为：
从结果中可以看出，在结构体，从bit0~bit12依次是从低位到高位。在上面代码的第7行，虽然给bit8写入了5，但是因为它只占一位，所以只取了5(D)=0101(B)的最低位，即为1。因此最终结果为124H，它的内存结构如下图3所示。
图3 结构体内存结构图
4、STM32F030仿位带操作
有了上面结构体位段操作的基础后，离实现仿STM32F030的位带操作就很近了。我打算做一个最简单的，实现对GPIO的某一个引脚操作，达到亮灭LED的功能。
从STM32F030的参考手册中，找到GPIO的输出寄存器ODR，看到它的基本信息如下图4所示，这个寄存器是可读可写的（RW），因此只要作我们给这个寄存器其中的一个位写入1，那么这个引脚就会输出1，写0就输出0（当然前提条件是你把它配置成输出模式，并且使能了它的时钟）。
图4 GPIO的ODR寄存器结构图
我是如何对这个寄存器一次只操作一位的呢，且看下面代码再来解释。
1 typedef struct _16_Bits_Struct 2 { 3 u16 bit0 : 1; 4 u16 bit1 : 1; 5 u16 bit2 : 1; 6 u16 bit3 : 1; 7 u16 bit4 : 1; 8 u16 bit5 : 1; 9 u16 bit6 : 1; 10 u16 bit7 : 1; 11 u16 bit8 : 1; 12 u16 bit9 : 1; 13 u16 bit10 : 1; 14 u16 bit11 : 1; 15 u16 bit12 : 1; 16 u16 bit13 : 1; 17 u16 bit14 : 1; 18 u16 bit15 : 1; 19 } Bits_16_TypeDef; 20 #define LED_GPIO_CLK RCC_AHBPeriph_GPIOA 21 #define LED_PORT GPIOA 22 #define LED_PIN GPIO_Pin_4 23 //使用结构体的位段操作, 兼容Cortex-M3的位带操作. 24 #define LED_PORT_OUT ((Bits_16_TypeDef *)(&(LED_PORT->ODR))) 25 #define LED (LED_PORT_OUT->bit4)
我的硬件连接是：LED接GPIOA的4引脚上。1~19行在前面的结构体知识中已经做出了解释了，20~22只是为了代码更好移植做的一些宏定义，可不要。24行就比较关键了：先取出GPIOA->ODR的地址，然后再将它强制转化为Bits_16_TypeDef * 类型（注意，是指针类型）。转化为此类型后，ODR就有位域的特性了，因此就可以对它进行位操作。25行就是将接在PA.4的LED定义为GPIOA->ODR的第4位。
有了这样的操作后，想要我们的LED亮灭，就很容易了，代码如下。
1 LED = 0;//LED亮 2 LED = 1;//LED灭
因硬件的连接不同，效果可能是反的。看到这里，是不是觉得操作起来很简单呢。
完整的代码如下：
1 /*------------------------------------------------------------------------------ 2 风机监测系统(2017年8月12日12:22:38) 3 功能描述： 4 LED的开关功能,主要用于状态显示 5 6 使用资源：GPIOA随板子不用而变化 7 8 文件说明：无 9 作者：Endless 邮箱：endless@139.com 时间:2017年8月10日21:35:38 10 修改：无 时间： 11 ------------------------------------------------------------------------------*/ 12 #include "led.h" 13 #include "stm32f0xx.h" 14 15 /*----------------------------------------------------------------------------- 16 函数功能：LED初始化 17 函数参数：无 18 函数返回：无 19 函数说明:调用此函数前，需要在LED.h修改宏定义LED引脚 20 作者：Endless 21 -----------------------------------------------------------------------------*/ 22 void LED_Init(void) 23 { 24 GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; 25 26 RCC_AHBPeriphClockCmd(LED_GPIO_CLK, ENABLE); 27 28 GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = LED_PIN; 29 GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_10MHz; 30 GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_OUT; 31 GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP; 32 GPIO_Init(LED_PORT, &GPIO_InitStructure); 33 }
1 #ifndef __led_H 2 #define __led_H 3 4 #include "stm32f0xx.h" 5 #include "mytype.h" 6 7 #define LED_GPIO_CLK RCC_AHBPeriph_GPIOA 8 #define LED_PORT GPIOA 9 #define LED_PIN GPIO_Pin_4 10 11 //使用结构体的位段操作, 兼容Cortex-M3的位带操作. 12 #define LED_PORT_OUT ((Bits_16_TypeDef *)(&(LED_PORT->ODR))) 13 #define LED (LED_PORT_OUT->bit4) 14 15 void LED_Init(void); 16 17 #endif
1 #ifndef __MYTYPE_H 2 #define __MYTYPE_H 3 #include "stm32f0xx.h" 4 5 #ifndef BIT 6 #define BIT(x) (1 << (x)) 7 #endif 8 9 #ifndef u8 10 #define u8 uint8_t 11 #endif 12 13 #ifndef u16 14 #define u16 uint16_t 15 #endif 16 17 #ifndef u32 18 #define u32 uint32_t 19 #endif 20 21 #ifndef NULL 22 #define NULL 0 23 #endif 24 25 /*------------------------------------------------------------------------------ 26 用户自定变量 27 功能描述：使用结构体的位段操作,可以实现位操作 28 作者：Endless 2017年8月13日18:32:37 29 修改：无 时间： 30 ------------------------------------------------------------------------------*/ 31 typedef struct _16_Bits_Struct 32 { 33 u16 bit0 : 1; 34 u16 bit1 : 1; 35 u16 bit2 : 1; 36 u16 bit3 : 1; 37 u16 bit4 : 1; 38 u16 bit5 : 1; 39 u16 bit6 : 1; 40 u16 bit7 : 1; 41 u16 bit8 : 1; 42 u16 bit9 : 1; 43 u16 bit10 : 1; 44 u16 bit11 : 1; 45 u16 bit12 : 1; 46 u16 bit13 : 1; 47 u16 bit14 : 1; 48 u16 bit15 : 1; 49 } Bits_16_TypeDef;
如果你想进行更多的位操作，只需多定义几次就行了，很容易的。到这里就差不多结束了，希望能够帮到大家，有什么问题可以联系我，或在下面留言。
总结
做技术也很不容易，希望我们大家一起坚持下去！！
