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。

东芝MCU实现位带操作

位带操作简介

位带操作的优越性

位带操作的实现

实际应用

总结

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