[آموزشی]قابلیت bit-banding در CM3

[mori64]

درود
یکی از قابلیت های Cortex-M3 مورد bit-banding است .
مطالب زیر اطلاعات من در این باره است اگر اشکال یا نقصی داره در ادامه همین پست اصلاح فرمائید.

اگر به memory -map یک CM3 نگاه کنیید به دو ناحیه بر میخورید که اسمشون عجیب غریبه :
بله Bit-band alias و Bit band region:



حالا این دو ناحیه چی هستند و کاربردشون چیه ؟

تصور کنید که یک ناحیه از حافظه (peripheral یا sram ) وجود دارد که در آنجا شما متغییر های بیتی تعریف کرده اید.
برای اینکه این به این بیت ها دسترسی داشته باشید باید برنامه نویسی کنید (اصطلاح انگلیسی bit manipulation )
http://en.wikipedia.org/wiki/Bit_manipulation

و در واقع عملی که اتفاق میوفته اینه که یک بار محتوای کامل یک word که bit داخل آن قرار دارد خوانده میشه (Read)
در مرحله بعد باید تغیر که مد نظر ما هست اعمال بشه (Modify )
و در نهایت در محل اصلی نوشته شود (Write )
این 3 عمل را R-M-W میگویند
http://infocenter.arm.com/help/index.../Bcfiddig.html

خوب حالا که چی ؟!

حالا تصور کنید بجای اینکار یک ناحیه وجود داره که هر word دقیقا روی یکbit مپ شده!
یعنی چی ؟ یعنی اگر روی این word بنویسی 1 دقیقا یک بیت متناظر در ناحیه از قبل مشخص شده یک میشه و بلعکس.

فقط توجه کنید که هر دو ناحایه مشخص هستند هم بیت و هم word
برای بیت ناحیه به نام Bit-band region در نظر گرفته شده و برای word ناحیه به نام Bit-band alias .

پس شما به هر بیت یصورت مستقیم با استفاده از دستور LDR دسترسی دارید .

Bit-band region در 1MB پایین SRAm و یا Peripheral را جای دارد.
و Bit-band alias در بالای ناحیه قبلی و 32MB از فضای حافظه را دارد.

خب حالا برای اینکه بیت مورد نظر تغییر کنه کدام word باید.........
یک فرمول هست که باید استفاده بشه :

bit_word_offset = (byte_offset x 32) + (bit_number × 4)
bit_word_addr = bit_band_base + bit_word_offset

bit_word_offset جایگاه بیت مورد نظر
bit_word_addr آدرس word در alias memory
bit_band_base آدرس شروع alias
byte_offset تعداد بایت های که در ناحیه Bit-banding است
bit_number از 0 تا 7 جایگاه بیت مورد نظر هست .
عکس زیر مسئله رو بهتر نشون میده :



حالا حسن این کار چیه اول یه خروجی این دو روش توجه کنید :
روش اول (R-M-W):

int test;
test |=1<<1;

و این خروجی :

0x0000219A 486C   LDR   r0,[pc,#432] ; @0x0000234C
0x0000219C 6800   LDR   r0,[r0,#0x00]
0x0000219E F0400002 ORR   r0,r0,#0x02
0x000021A2 496A   LDR   r1,[pc,#424] ; @0x0000234C
0x000021A4 6008   STR   r0,[r1,#0x00]]

و این روش Bit-banding:

/* Bit band SRAM definitions */
#define BITBAND_SRAM_REF  0x20000000
#define BITBAND_SRAM_BASE 0x22000000

#define BITBAND_SRAM(a,b) ((BITBAND_SRAM_BASE + ((a-BITBAND_SRAM_REF)<<5) + (b<<2))) // Convert SRAM address

/* Bit band PERIPHERAL definitions */
#define BITBAND_PERI_REF  0x40000000
#define BITBAND_PERI_BASE 0x42000000

#define BITBAND_PERI(a,b) ((BITBAND_PERI_BASE + ((a-BITBAND_PERI_REF)<<5) + (b<<2))) // Convert PERI address

/* Basic bit band function definitions */
#define BITBAND_SRAM_ClearBit(a,b)	(*(volatile uint32_t *) (BITBAND_SRAM(a,b)) = 0)
#define BITBAND_SRAM_SetBit(a,b)	(*(volatile uint32_t *) (BITBAND_SRAM(a,b)) = 1)
#define BITBAND_SRAM_GetBit(a,b)	(*(volatile uint32_t *) (BITBAND_SRAM(a,b)))

#define BITBAND_PERI_ClearBit(a,b)	(*(volatile uint32_t *) (BITBAND_PERI(a,b)) = 0)
#define BITBAND_PERI_SetBit(a,b)	(*(volatile uint32_t *) (BITBAND_PERI(a,b)) = 1)
#define BITBAND_PERI_GetBit(a,b)	(*(volatile uint32_t *) (BITBAND_PERI(a,b)))

/* Variable address in SRAM
 * should be in one of two range:
 * 	+ 0x20000000 - 0x20007FFF: for SRAM
 * + 0x20098000 - 0x200980BF: for GPIO
 */
#define VAR_ADDRESS		0x20000000
int var __attribute__((at(0x20000000)));
#define VAR_BIT			30 //Bit 0~31

BITBAND_SRAM_SetBit(VAR_ADDRESS,VAR_BIT);

و این خروجی :

0x000021A6 2001   MOVS   r0,#0x01
0x000021A8 F04F5108 MOV   r1,#0x22000000
0x000021AC 6788   STR   r0,[r1,#0x78]

و یا در کامپایلر keil با __attribute__((bitband));
راه اول (R-M-W):

struct {	
	int b:1;
	int c:1;
	int j:1;
}test_struct;

test_struct.b=1;

خروجی :

0x000021AE 4868   LDR   r0,[pc,#416] ; @0x00002350
0x000021B0 6800   LDR   r0,[r0,#0x00]
0x000021B2 F0200001 BIC   r0,r0,#0x01
0x000021B6 1C40   ADDS   r0,r0,#1
0x000021B8 4965   LDR   r1,[pc,#404] ; @0x00002350
0x000021BA 6008   STR   r0,[r1,#0x00]

و راه Bit-banding :

typedef struct {
 int i : 1;
	int j :1;
	int s :1;
} BB __attribute__((bitband));

BB bb __attribute__((at(0x20000004)));

و خروجی :

0x000021BC 2101   MOVS   r1,#0x01
0x000021BE 4861   LDR   r0,[pc,#388] ; @0x00002344
0x000021C0 67C1   STR   r1,[r0,#0x7C]

پس حجم و سرعت رو دید چه کرد!

ولی یک جنبه دیگه هم هست .
در R-M-W یک خطر بلقوه نهفته شده .
شما R کردید میخواید M کنید که یهو اینتراپت میخوره
در روتین اینتراپت دیتای که R شده تغییر میکنه
و حدس بزنید چه فاجعه ای ..............

فراموش نشه این یک قابلیت سخت افزاری نه [s]نرم افزاری [/s]
امیدوارم مفید باشه .

[ali_rostami_72]

پاسخ : [آموزشی]قابلیت bit-banding در CM3

سلام با تشکر از تاپیک بسیار مفیدتون
حدود یک سال و نیم از این تاپیک میگذره ولی خب ممنون میشم از دوستان کسی جواب بده.
منظور از قابلیت سخت افزاری چیه؟یعنی ما نمیتونیم از این قابلیت استفاده خاصی بکنیم در کدنویسیمون .(به عبارتی دونستن یا ندونستنش تاثیری نداره یا خیر میشه ازش به نحو مفیدی استفاده کرد و باعث بهینه سازی شد؟و اگر میشه چگونه؟)

[mori64]

پاسخ : [آموزشی]قابلیت bit-banding در CM3

سلام با تشکر از تاپیک بسیار مفیدتون
حدود یک سال و نیم از این تاپیک میگذره ولی خب ممنون میشم از دوستان کسی جواب بده.
منظور از قابلیت سخت افزاری چیه؟یعنی ما نمیتونیم از این قابلیت استفاده خاصی بکنیم در کدنویسیمون .(به عبارتی دونستن یا ندونستنش تاثیری نداره یا خیر میشه ازش به نحو مفیدی استفاده کرد و باعث بهینه سازی شد؟و اگر میشه چگونه؟)

باید به کامپایلر بگید که قصد دارم از این قابلیت استفاده کنم .تاپیک بالا را دوباره بخوانید.

[ali_rostami_72]

پاسخ : [آموزشی]قابلیت bit-banding در CM3

مهندس دوباره که چه عرض کنم چندباره + منابعی چند خارجی رو خوندم تا یه چیزایی فهمیدم oo:
فقط یه سوال که برام پیش اومده اینه که با این حساب ما نمی تونیم تمام متغیر هایی که در رم تعریف میشوند رو با این روش دسترسی بیتی بهشون داشته باشیم و تنها به مقدار 1مگابایت متغیر قابلیت استفاده از این روش رو دارند درسته؟ و همین دستور واسه پریفرال ها هم مطرحه ولی نمی دونم در مورد پریفرال ها کدوم پریفرال ها رو می توانیم اینجوری دسترسی بیتی داشه باشیم؟جایی ندیدم چیزی در خصوصش نوشته باشه.و البته چیزی که خودم احتمال میدم اینه که اون رجیسترهای تنظیم و با قابلیت نوشتن در این یک مگابایت جا میشوند.
درسته؟ oo: