Bit-banding

Bit-banding — механизм ядер ARM Cortex-M3 и Cortex-M4, при котором первый мегабайт SRAM и первый мегабайт периферии продублированы областями-алиасами, где каждому биту исходной области соответствует отдельное 32-битное слово. Запись в такое слово меняет ровно один бит, а чтение возвращает его значение.

Как устроено

Регион	Исходная область	Область-алиас
SRAM	0x2000 0000–0x200F FFFF	с 0x2200 0000, 32 МБ
Периферия	0x4000 0000–0x400F FFFF	с 0x4200 0000, 32 МБ

$$\text{адрес слова} = \text{база алиаса} + \text{смещение байта} \times 32 + \text{номер бита} \times 4$$

Пример — бит 13 регистра GPIOC_ODR, который управляет выводом PC13 на плате Blue Pill. Регистр лежит по адресу 0x4001 100C, смещение от начала региона — 0x1100C, и адрес слова-алиаса: 0x4200 0000 + 0x1100C × 32 + 13 × 4 = 0x4222 01B4. Записав туда 1 или 0, программа включает или выключает вывод.

Зачем нужен

Запись в слово-алиас атомарна: шина сама выполняет чтение, изменение и запись, и прерывание не может вклиниться между ними. Это решает проблему, знакомую по флагам, общим для основной программы и прерываний: обычная установка бита — три команды, и изменение, сделанное прерыванием между ними, теряется. Переменные, к которым обращаются и прерывание, и основная программа, всё равно объявляют volatile. Карта памяти, шины и пример макроса на C — в статье об архитектуре Cortex-M3, другие способы атомарной работы с битами, включая регистр BSRR портов STM32, — в статье о битовых операциях и о GPIO STM32.