东芝MCU实现位带操作
位带操作简介
位带操作的概念其实30年前就有了，那还是 8051单片机开创的先河，如今ARM CM3 将此能力进化，可以说，这里的位带操作是8051 位寻址区的威力大幅加强版。即如果要改写某个寄存器的某一位，通过改写这一位映射的地址即可。东芝的TT_M3HQ开发板也是ARM CM3的MCU，实现了位带操作，就可以如同51单片机控制GPIO口一样的方便。
位带操作的优越性
初学51时，对某一个IO口进行输出操作，或者读取输入时，可以通过如下方式：
#define LED P1^0
#define KEY P1^2
LED = 0; //输出0
if(KEY == 0) //读取按键输入
{
}
对于东芝TMPM3HQFDFG，如果没有位带操作，我们需要使用如下函数来实现读取和输入。在txz_gpio.c和txz_gpio.h两个库文件中，我们可以了解到写函数和读函数的使用方法。
写函数：
gpio_t port;
//PK4输出低电平
gpio_write_bit(&port, GPIO_PORT_K, GPIO_PORT_4, GPIO_Mode_DATA, GPIO_PIN_RESET);
//PK4输出高电平
gpio_write_bit(&port, GPIO_PORT_K, GPIO_PORT_4, GPIO_Mode_DATA, GPIO_PIN_SET);
读函数：
//读取PV3输入
gpio_pinstate_t key_status;
gpio_t port;
gpio_read_bit(&port, KEY_PORT, KEY_PIN, GPIO_Mode_DATA, &key_status);
而如果实现了位带操作，我们只需要使用两个宏就可以实现：
PK4输出：PKout(4) = 0;
读取PV3输入：in = PVin(3);
实现按键按下LED闪烁：
if(PVin(3) == GPIO_PIN_RESET) //按键按下LED闪烁
{
PKout(4) = 1; //点亮
delay_ms(50);
PKout(4) = 0; //熄灭
delay_ms(50);
}
是不是很简单呢？通过查看官方txz_gpio.c库文件中输出和输入函数的实现，可以看出是使用的位带方式，但是看着不是很简洁，有没有更简单一些的实现方法呢？
位带操作的实现
新建sys.h，主要通过宏定义的方式实现IO的输出和输入。
#ifndef __SYS_H__
#define __SYS_H__
#include "TMPM3HQ.h"
#include "TMPM3Hy.h"
#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))
#define PORTx_BASE(group) (0x400C0000UL + (uint32_t)((0x0000100UL) * (group)))
#define PORTx_MODE_BASE(group) ((uint32_t)(PORTx_BASE(group)) + (uint32_t)(GPIO_Mode_DATA))
#define PORTA_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_A)
#define PORTB_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_B)
#define PORTC_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_C)
#define PORTD_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_D)
#define PORTE_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_E)
#define PORTF_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_F)
#define PORTG_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_G)
#define PORTH_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_H)
#define PORTJ_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_J)
#define PORTK_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_K)
#define PORTL_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_L)
#define PORTM_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_M)
#define PORTN_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_N)
#define PORTP_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_P)
#define PORTR_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_R)
#define PORTT_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_T)
#define PORTU_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_U)
#define PORTV_ODR_ADDR PORTx_MODE_BASE(GPIO_PORT_V)
#define PAout(n) BIT_ADDR(PORTA_ODR_ADDR, n)
#define PBout(n) BIT_ADDR(PORTB_ODR_ADDR, n)
#define PCout(n) BIT_ADDR(PORTC_ODR_ADDR, n)
#define PDout(n) BIT_ADDR(PORTD_ODR_ADDR, n)
#define PEout(n) BIT_ADDR(PORTE_ODR_ADDR, n)
#define PFout(n) BIT_ADDR(PORTF_ODR_ADDR, n)
#define PGout(n) BIT_ADDR(PORTG_ODR_ADDR, n)
#define PHout(n) BIT_ADDR(PORTH_ODR_ADDR, n)
#define PJout(n) BIT_ADDR(PORTJ_ODR_ADDR, n)
#define PKout(n) BIT_ADDR(PORTK_ODR_ADDR, n)
#define PLout(n) BIT_ADDR(PORTL_ODR_ADDR, n)
#define PMout(n) BIT_ADDR(PORTM_ODR_ADDR, n)
#define PNout(n) BIT_ADDR(PORTN_ODR_ADDR, n)
#define PPout(n) BIT_ADDR(PORTP_ODR_ADDR, n)
#define PRout(n) BIT_ADDR(PORTR_ODR_ADDR, n)
#define PTout(n) BIT_ADDR(PORTT_ODR_ADDR, n)
#define PUout(n) BIT_ADDR(PORTU_ODR_ADDR, n)
#define PVout(n) BIT_ADDR(PORTV_ODR_ADDR, n)
//实现指定管脚置位和复位
/*
PORTx_SET(GPIO_PORT_K, 5);
PORTx_CLR(GPIO_PORT_K, 4);
*/
#define PORTx_SET(group, pin) (*((__IO uint32_t *)PORTx_MODE_BASE(group)) |= (uint32_t)(0x0000001UL<< pin))
#define PORTx_CLR(group, pin) (*((__IO uint32_t *)PORTx_MODE_BASE(group)) &= ~((uint32_t)(0x0000001UL<< pin)))
/*
//实现指定管脚置位和复位
#define PORTx_SET(group, pin) (BIT_ADDR(PORTx_MODE_BASE(group), pin)=1)
#define PORTx_CLR(group, pin) (BIT_ADDR(PORTx_MODE_BASE(group), pin)=0)
*/
//读取指定引脚的输入状态
#define READ_PIN(group, pin) ((*((__IO uint32_t *)(PORTx_MODE_BASE(group))) & (uint32_t)(0x0000001UL<< pin)) >> pin)
//输入状态 = GPIO_PIN_RESET or GPIO_PIN_SET
#define PAin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_A, pin)
#define PBin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_B, pin)
#define PCin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_C, pin)
#define PDin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_D, pin)
#define PEin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_E, pin)
#define PFin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_F, pin)
#define PGin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_G, pin)
#define PHin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_H, pin)
#define PJin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_J, pin)
#define PKin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_K, pin)
#define PLin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_L, pin)
#define PMin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_M, pin)
#define PNin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_N, pin)
#define PPin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_P, pin)
#define PRin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_R, pin)
#define PTin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_T, pin)
#define PUin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_U, pin)
#define PVin(pin) READ_PIN(GPIO_PORT_V, pin)
#endif
实际应用
LED初始化为普通输出：
#define LED_ON PKout(4)=1
#define LED_OFF PKout(4)=0
void LED_Init(void)
{
gpio_t port;
port.p_pk_instance = TSB_PK; //GPIOK
gpio_init(&port, GPIO_PORT_K); //初始化GPIOK
gpio_func(&port, GPIO_PORT_K, GPIO_PORT_4, GPIO_PK4_OUTPUT, GPIO_PIN_OUTPUT);
//初始化熄灭
gpio_write_bit(&port, GPIO_PORT_K, GPIO_PORT_4, GPIO_Mode_DATA, GPIO_PIN_RESET);
//LED_OFF; //位带操作方式
}
KEY初始化为上拉输入：
#define KEY_IN PVin(3)
void KEY_Init(void)
{
gpio_t port;
port.p_pv_instance = TSB_PV;
gpio_init(&port, GPIO_PORT_V);
gpio_func(&port, GPIO_PORT_V, GPIO_PORT_3, GPIO_PV3_INPUT, GPIO_PIN_INPUT); //输入模式
gpio_SetPullUp(&port, GPIO_PORT_V, GPIO_PORT_3, GPIO_PIN_SET); //上拉
}
main.c主函数实现按键按下LED闪烁：
#include "main.h"
int main(void)
{
LED_Init();
delay_init();
KEY_Init();
while(1)
{
if(KEY_IN == GPIO_PIN_RESET)
{
LED_ON;
delay_ms(50);
LED_OFF;
delay_ms(50);
}
}
}
总结
有了上面的代码，我们就可以像 51/AVR 一样操作东芝TT_M3HQ开发板的 IO 口了。
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