从STM32的位带操作重谈嵌入式中寻址与对齐的理解

节（Byte），表示是4G个字节数，因此32位处理器寻址范围为4G个字节。

若觉得4GB内存对于一些运算觉得不够用，采用64位处理器就可以这一问题，我们看看64位的寻址范围↓

@-> 2^64=2^34 * 2^30=16G*G

看到了吧，寻址范围能有16G*G个字节，远远大于32位处理器，连跳好几个数量级，足够满足很多应用了。一般G*G就称为E了，即64位处理器寻址范围为16EB。不过这么大的数我是已经没什么概念了。

最早的红白机，任天堂的FC，是一台8位机(MOS 6502)，小时候玩的红白机觉得画面简单音乐粗糙，与其CPU性能不无关系。FC的接班人超任SFC采用了摩托罗拉的65836，3.58MHz的16位CPU，游戏画面和音质明显上了一个档次。掌机GameBoy（GB）和GameBoyColor（GBC）同为8位机。之后的GBA和NDS均采用了ARM系列芯片则直接是32位机了。这个网址可以很方便地查看GBA和NDS的硬件参数。32位主机时代PlayStation是王者可以说毫无疑问，而PS2你猜猜有多少位？64？不，人家直接跳到128位了。天文数字不是么，虽然PS2的CPU（Emotion Engion 简称EE）主频只有295Mhz。所以说现在很多PC端的PS2模拟器并不能很好的模拟就是这个道理。而到了PS3时代又回到了64位。不过要理解，单纯追求CPU的带宽并不一定能带来画面和性能的提升，其中架构的合理，缓存、外设时钟等等都会影响性能。

之后，为什么所有这些数字，4GB，16EB后面都要加个B（字节），为什么存储的单位是字节？这个问题我们先放一放，先来看看字（Word）的概念。

如果说比特（bit），字节（Byte）的概念比较好理解，那么字（Word）的概念就容易把人搞晕了，因为，字的长度并不统一，在不同CPU，不同时代，字的长度并不一致。从前的8位机上，比如前面提到的红白机的MOS 6502，字长为8bit，即一个字节。在一些16位CPU上，比如著名的8086，字长是16位的，2个字节。而现在的32位CPU比如ARM和我们手中的PC，字长是32位，即4个字节。

可以参考这张wiki表对照历史上CPU们对字长的规定。

如果说，字节（Byte）对应于存储的单位大小，那么字（Word）则对应了CPU一次处理数据/指令的大小，因此才为了方便起了个字（Word）这个名字。对于ARM来说，字长是32位的，也就是4个字节。回想起ARM里所有的寄存器，是不是每个寄存器都是32位的？所以，以这个32位为单位进行操作，因此这个32位即为一个字（Word）。那么为什么之前说字节（Byte）是存储的基本单位呢？

对于ARM里面，数据的地址值跟数据自己本身都是32位的，这样做的好处是操作起来方便，统一。当然，对于ARMv4架构里的指令来说，有着32位的ARM指令集和16位的Thumb指令集，甚至对于Cortex M3来说都是32位或16位的Thumb指令集。这里先不讨论这种指令集之前的区别，仅仅以允许的最大指令为32位来讨论。另外，对于Cortex这一重回哈弗架构的CPU来说，指令和数据是分开的，完全可以不用同样的带宽访问（当然实际上STM32二者带宽还是一样的，方便操作，只是分开了而已）。有兴趣的可以参考这篇文章对照指令集与架构的区别。

现代主流CPU的存储单元为字节（Byte），即物理地址的编码是以字节为单位编码的，一个地址对应于一个字节（Byte）或8个bit的空间，这一地址加上1，则对应于下一个字节或下一组8bit。这种物理地址的编码方式是由CPU的架构所保证的，并且为现在主流CPU所采用，因此说32位CPU的寻址范围是4GB就是指可找到物理地址上总共4G范围的区域，每一个区域上都有1个字节（Byte）的空间用于存放数据或指令。

那么很明显，对于ARM的寄存器来说，一块这样的1个字节区域肯定是不够的，每个32位的寄存器需要4个这样的区域来存放才可以。我们经常可以看到在定义寄存器时使用了下面的语句↓

/* General Purpose Input/Output (GPIO) */#define IOPIN0         (*((volatile unsigned long *) 0xE0028000))#define IOSET0         (*((volatile unsigned long *) 0xE0028004))#define IODIR0         (*((volatile unsigned long *) 0xE0028008))#define IOCLR0         (*((volatile unsigned long *) 0xE002800C))#define IOPIN1         (*((volatile unsigned long *) 0xE0028010))#define IOSET1         (*((volatile unsigned long *) 0xE0028014))#define IODIR1         (*((volatile unsigned long *) 0xE0028018))#define IOCLR1         (*((volatile unsigned long *) 0xE002801C))

以上寄存器在内存里是相互连续的，我们可以很清楚的看到，他们之间的地址值的增量为4。这就很清楚了，相邻寄存器地址值差4