2012年2月29日 星期三

Cortex M3 -- BitBand

BitBand

Coretex M3共有4GB的記憶體定址空間,其中某些記憶體區域會當成Bit-band。例如SRAM內會有32MB拿來當成Bit-band alias,在此記憶體範圍內,每一個word位址會代表了bit-band內的一個bit (共1MB )Cortex M3 的記憶體配置參考下圖。





Cortex-M3 有兩個 bit-band區域,
1.     SRAM區域的第一個1MB處,0x20000000 – 0x200FFFFF
2.     周邊區域的第一個1MB處,0x40000000 – 0x400FFFFF
      每次存取bit-band alias 都會造成對bit-band的存取。並且每次對於bit-band的存取都是一個不可分割(atomic)的運算。




 StellarisWare 提供的範例而言,hw_memmap.h記錄了記憶體分布的情況。其中可以看到 0x40000000– 0x400FFFFF的區間內,記錄了各種周邊裝置所對應的存取位置。如下:

#define WATCHDOG0_BASE          0x40000000  // Watchdog0
#define WATCHDOG1_BASE          0x40001000  // Watchdog1
#define GPIO_PORTA_BASE         0x40004000  // GPIO Port A
#define GPIO_PORTB_BASE         0x40005000  // GPIO Port B
#define GPIO_PORTC_BASE         0x40006000  // GPIO Port C
#define GPIO_PORTD_BASE         0x40007000  // GPIO Port D
#define SSI0_BASE               0x40008000  // SSI0
#define SSI1_BASE               0x40009000  // SSI1
#define UART0_BASE              0x4000C000  // UART0
#define UART1_BASE              0x4000D000  // UART1
#define UART2_BASE              0x4000E000  // UART2
#define I2C0_MASTER_BASE        0x40020000  // I2C0 Master
#define I2C0_SLAVE_BASE         0x40020800  // I2C0 Slave
#define I2C1_MASTER_BASE        0x40021000  // I2C1 Master
#define I2C1_SLAVE_BASE         0x40021800  // I2C1 Slave
#define GPIO_PORTE_BASE         0x40024000  // GPIO Port E
#define GPIO_PORTF_BASE         0x40025000  // GPIO Port F
#define GPIO_PORTG_BASE         0x40026000  // GPIO Port G
#define GPIO_PORTH_BASE         0x40027000  // GPIO Port H
#define PWM_BASE                0x40028000  // PWM
#define QEI0_BASE               0x4002C000  // QEI0
#define QEI1_BASE               0x4002D000  // QEI1
#define TIMER0_BASE             0x40030000  // Timer0
#define TIMER1_BASE             0x40031000  // Timer1
#define TIMER2_BASE             0x40032000  // Timer2
#define TIMER3_BASE             0x40033000  // Timer3
#define ADC0_BASE               0x40038000  // ADC0
#define ADC1_BASE               0x40039000  // ADC1
#define COMP_BASE               0x4003C000  // Analog comparators
#define GPIO_PORTJ_BASE         0x4003D000  // GPIO Port J
#define CAN0_BASE               0x40040000  // CAN0
#define CAN1_BASE               0x40041000  // CAN1
#define CAN2_BASE               0x40042000  // CAN2
#define ETH_BASE                0x40048000  // Ethernet
#define MAC_BASE                0x40048000  // Ethernet
#define USB0_BASE               0x40050000  // USB 0 Controller
#define I2S0_BASE               0x40054000  // I2S0
#define GPIO_PORTA_AHB_BASE     0x40058000  // GPIO Port A (high speed)
#define GPIO_PORTB_AHB_BASE     0x40059000  // GPIO Port B (high speed)
#define GPIO_PORTC_AHB_BASE     0x4005A000  // GPIO Port C (high speed)
#define GPIO_PORTD_AHB_BASE     0x4005B000  // GPIO Port D (high speed)
#define GPIO_PORTE_AHB_BASE     0x4005C000  // GPIO Port E (high speed)
#define GPIO_PORTF_AHB_BASE     0x4005D000  // GPIO Port F (high speed)
#define GPIO_PORTG_AHB_BASE     0x4005E000  // GPIO Port G (high speed)
#define GPIO_PORTH_AHB_BASE     0x4005F000  // GPIO Port H (high speed)
#define GPIO_PORTJ_AHB_BASE     0x40060000  // GPIO Port J (high speed)
#define EPI0_BASE               0x400D0000  // EPI0
#define HIB_BASE                0x400FC000  // Hibernation Module
#define FLASH_CTRL_BASE         0x400FD000  // FLASH Controller
#define SYSCTL_BASE             0x400FE000  // System Control
#define UDMA_BASE               0x400FF000  // uDMA Controller




通常會將 BitBand 與 Bit band alias 的對應關係寫成巨集,使用下列巨集,可以直接找到對應的 bit band alias 位址,並且針對每個位元單獨設定。


    #define HWREG(x)                                                              \
        (*((volatile unsigned long *)(x)))
   #define HWREGBITW(x, b)                                                       \
HWREG(((unsigned long)(x) & 0xF0000000) | 0x02000000 |                \
 (((unsigned long)(x) & 0x000FFFFF) << 5) | ((b) << 2))

例如:
The alias word at 0x23FFFFE0 maps to bit [0] of the bit-band byte at 0x200FFFFF0x23FFFFE0 = 0x22000000 + (0xFFFFF*32) + 0*4.



BitBand優點便是當需要用到大量的bit運算時(存取周邊裝置),可以直接存取bit-band alias,而不需要自行再對bit作運算,可以減少 code size。

l   一般作法
n   讀取暫存器
n   遮罩不需要的bit
n   取得所需的bit

l   Bitband作法
n   讀取暫存器 (位址為 bit-band alias,因此可以直接定位到 bit-band區域內的某個bit)
n   取得所需的bit




除了可以節省  code size ,Bitband還有一個重要的不可分割 (atomic)的特性,可以在硬體層級作保護,藉以確認在一個連續的 Read-Modify-Write 的過程中,不會發生中斷。


參考資料: