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單芯片解決方案，開啟全新體驗——W55MH32 高性能以太網單片機

W55MH32是WIZnet重磅推出的高性能以太網單片機，它為用戶帶來前所未有的集成化體驗。這顆芯片將強大的組件集于一身，具體來說，一顆W55MH32內置高性能Arm? Cortex-M3核心，其主頻最高可達216MHz；配備1024KB FLASH與96KB SRAM，滿足存儲與數據處理需求；集成TOE引擎，包含WIZnet全硬件TCP/IP協議棧、內置MAC以及PHY，擁有獨立的32KB以太網收發緩存，可供8個獨立硬件socket使用。如此配置，真正實現了All-in-One解決方案，為開發者提供極大便利。

在封裝規格上，W55MH32 提供了兩種選擇：QFN100和QFN68。

W55MH32L采用QFN100封裝版本，尺寸為12x12mm，其資源豐富，專為各種復雜工控場景設計。它擁有66個GPIO、3個ADC、12通道DMA、17個定時器、2個I2C、5個串口、2個SPI接口（其中1個帶I2S接口復用）、1個CAN、1個USB2.0以及1個SDIO接口。如此豐富的外設資源，能夠輕松應對工業控制中多樣化的連接需求，無論是與各類傳感器、執行器的通信，還是對復雜工業協議的支持，都能游刃有余，成為復雜工控領域的理想選擇。同系列還有QFN68封裝的W55MH32Q版本，該版本體積更小，僅為8x8mm，成本低，適合集成度高的網關模組等場景，軟件使用方法一致。更多信息和資料請進入http://www.w5500.com/網站或者私信獲取。

此外，本W55MH32支持硬件加密算法單元，WIZnet還推出TOE+SSL應用，涵蓋TCP SSL、HTTP SSL以及 MQTT SSL等，為網絡通信安全再添保障。

為助力開發者快速上手與深入開發，基于W55MH32L這顆芯片，WIZnet精心打造了配套開發板。開發板集成WIZ-Link芯片，借助一根USB C口數據線，就能輕松實現調試、下載以及串口打印日志等功能。開發板將所有外設全部引出，拓展功能也大幅提升，便于開發者全面評估芯片性能。

若您想獲取芯片和開發板的更多詳細信息，包括產品特性、技術參數以及價格等，歡迎訪問官方網頁：http://www.w5500.com/，我們期待與您共同探索W55MH32的無限可能。

第七章 GPIO——位帶操作

本章參考資料：《W55MH32-中文參考手冊》存儲器和總線構架章節、GPIO章節。

1 位帶操作基礎

1.1 位帶技術概述

位操作是指針對單個二進制比特位的獨立讀寫操作，這一特性在 51 單片機開發中極為常見（51 單片機通過sbit關鍵字實現位定義）。不同于 51 單片機，W55MH32 采用位帶別名區訪問機制實現位操作功能。

在 W55MH32 中，位帶技術主要應用于兩大區域：

SRAM 位帶區：SRAM 空間的最低 1MB 區域（地址范圍：0X20000000~0X200FFFFF）

外設位帶區：片上外設空間的最低 1MB 區域（地址范圍：0X40000000~0X40100000）

這兩個 1MB 的基礎位帶區除具備常規存儲操作功能外，還映射了專屬的位帶別名區。位帶別名區通過特殊機制將基礎位帶區的每個比特位擴展為 32 位字（4 字節），通過訪問這些擴展后的 32 位字，即可實現對原基礎位帶區中指定比特位的精準操作。W55MH32 的內存映射與位帶區關系可參考下圖：

1.2 位帶區細分解析

1.2.1 外設位帶區

外設位帶區地址范圍為 0X40000000~0X40100000（1MB），覆蓋了 W55MH32 片上外設的全部寄存器（寄存器地址范圍：0X40000000~0X40029FFF）。其對應的位帶別名區地址范圍為 0X42000000~0X43FFFFFF（32MB），該區間恰好落在 W55MH32 保留地址空間（0X40030000~0X4FFFFFFF）內，避免了與其他外設寄存器地址的沖突。

與 51 單片機僅部分寄存器支持位操作（如 SBUF 需字節操作）不同，W55MH32 的所有片上外設寄存器均支持位帶操作，這一特性顯著提升了底層控制的靈活性。不過需注意：實際項目中通常不會對所有寄存器進行位操作，僅在需要高頻操作 IO 口等特定場景下，才會針對性地對 IO 相關寄存器啟用位操作。

1.2.2 SRAM位帶區

SRAM 位帶區地址范圍為 0X20000000~0X200FFFFF（1MB），對應的位帶別名區地址范圍為 0X22000000~0X23FFFFFF（32MB）。由于 SRAM 的位操作需求較少，該區域的實際應用場景相對有限。

1.3 位帶地址轉換機制

位帶區的每個比特位擴展為 32 位字后，僅最低有效位（LSB）有效。盡管看似空間利用率不高，但這種設計與 W55MH32 的 32 位系統總線架構匹配，能確保以 4 字節為單位的訪問效率最大化。

1.3.1 地址轉換公式

通過指針訪問位帶別名區地址，即可實現對基礎位帶區比特位的操作。具體轉換公式如下：

外設位帶別名區地址：設基礎位帶區中某比特所在字節地址為A，位序號為n（0≤n≤31，實際范圍由寄存器位寬決定），則其在別名區的地址為：

AliasAddr= =0x42000000+ (A-0x40000000)*8*4 +n*4

公式解析：

0x42000000：外設位帶別名區起始地址

(A - 0x40000000)：目標比特前的字節數

×8×4：單字節 8 位，每位擴展為 4 字節

n×4：目標比特在字節內的偏移（每位占 4 字節）

SRAM 位帶別名區地址：設基礎位帶區中某比特所在字節地址為A，位序號為n，則其在別名區的地址為：

AliasAddr= =0x22000000+ (A-0x20000000)*8*4 +n*4

公式解析：公式邏輯與外設位帶區一致，僅起始地址（0x22000000）和基礎位帶區起始地址（0x20000000）不同。

1.3.2 統一宏定義

為簡化操作，可將兩類地址轉換合并為統一宏定義：

// 把“位帶地址+位序號”轉換成別名地址的宏
#define BITBAND(addr, bitnum) ((addr & 0xF0000000)+0x02000000+((addr & 0x00FFFFFF)

	

	addr & 0xF0000000：提取地址高位（0x40000000 或 0x20000000），用于區分外設 / SRAM 區域

	+0x02000000：將高位轉換為別名區起始地址（0x42000000 或 0x22000000）

	(addr & 0x00FFFFFF) << 5：等效于(A - 基礎區起始地址)×8×4（屏蔽高位后左移 5 位 =×32=×8×4）

	bitnum << 2：等效于n×4（左移 2 位 =×4）

	配合以下宏可實現位帶操作：

	
// 把一個地址轉換成一個指針
#define MEM_ADDR(addr)  *((volatile unsigned long  *)(addr))

// 把位帶別名區地址轉換成指針
#define BIT_ADDR(addr, bitnum)   MEM_ADDR(BITBAND(addr, bitnum))


	

	2 GPIO位帶操作實踐

	2.1 GPIO 寄存器映射

	外設位帶區覆蓋了所有片上外設寄存器，理論上可通過宏為每個寄存器位定義別名地址。但實際開發中，通常僅針對高頻操作的 GPIO 寄存器（如輸出數據寄存器 ODR、輸入數據寄存器 IDR）啟用位操作。

	根據手冊，GPIO 的 ODR 和 IDR 寄存器相對于 GPIO 基址的偏移分別為 12 和 8（GPIOx_BASE由庫函數定義）。具體寄存器地址映射如下：

	代碼清單:位帶操作-1 GPIO ODR 和 IDR 寄存器映射

	
// GPIO ODR 和 IDR 寄存器地址映射
#define GPIOA_ODR_Addr    (GPIOA_BASE+12) //0x4001080C
#define GPIOB_ODR_Addr    (GPIOB_BASE+12) //0x40010C0C
#define GPIOC_ODR_Addr    (GPIOC_BASE+12) //0x4001100C
#define GPIOD_ODR_Addr    (GPIOD_BASE+12) //0x4001140C
#define GPIOE_ODR_Addr    (GPIOE_BASE+12) //0x4001180C
#define GPIOF_ODR_Addr    (GPIOF_BASE+12) //0x40011A0C
#define GPIOG_ODR_Addr    (GPIOG_BASE+12) //0x40011E0C

#define GPIOA_IDR_Addr    (GPIOA_BASE+8)  //0x40010808
#define GPIOB_IDR_Addr    (GPIOB_BASE+8)  //0x40010C08
#define GPIOC_IDR_Addr    (GPIOC_BASE+8)  //0x40011008
#define GPIOD_IDR_Addr    (GPIOD_BASE+8)  //0x40011408
#define GPIOE_IDR_Addr    (GPIOE_BASE+8)  //0x40011808
#define GPIOF_IDR_Addr    (GPIOF_BASE+8)  //0x40011A08
#define GPIOG_IDR_Addr    (GPIOG_BASE+8)  //0x40011E08


	

	注：不同單片機型號的 GPIO 端口數量可能不同（如 64pin 型號最多僅支持到 C 端口），實際使用時需根據具體型號調整。

	2.2 GPIO位操作宏定義

	通過位帶別名區地址，可直接操作指定 GPIO 端口的單個 IO 口。以下為 GPIO 輸入 / 輸出位操作的宏定義：

	代碼清單:位帶操作-2 GPIO 輸入輸出位操作

	
// 單獨操作 GPIO的某一個IO口，n(0,1,2...15),n表示具體是哪一個IO口
#define PAout(n)   BIT_ADDR(GPIOA_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PAin(n)    BIT_ADDR(GPIOA_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PBout(n)   BIT_ADDR(GPIOB_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PBin(n)    BIT_ADDR(GPIOB_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PCout(n)   BIT_ADDR(GPIOC_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PCin(n)    BIT_ADDR(GPIOC_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PDout(n)   BIT_ADDR(GPIOD_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PDin(n)    BIT_ADDR(GPIOD_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PEout(n)   BIT_ADDR(GPIOE_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PEin(n)    BIT_ADDR(GPIOE_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PFout(n)   BIT_ADDR(GPIOF_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PFin(n)    BIT_ADDR(GPIOF_IDR_Addr,n)  //輸入

#define PGout(n)   BIT_ADDR(GPIOG_ODR_Addr,n)  //輸出
#define PGin(n)    BIT_ADDR(GPIOG_IDR_Addr,n)  //輸入


	

	2.3 主函數示例

	以下為通過位操作控制 GPIO 的主函數示例：

	代碼清單:位帶操作-3 main 函數

	
int main(void)
{
    // 程序來到main函數之前，啟動文件：statup_w55mh32_hd.s已經調用
    // SystemInit()函數把系統時鐘初始化成72MHZ
    // SystemInit()在system_w55mh32.c中定義
    // 如果用戶想修改系統時鐘，可自行編寫程序修改

    LED_GPIO_Config();

    while ( 1 ) {

    PDout(14)= 0;
    SOFT_Delay(0x0FFFFF);

    }
}


	

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	審核編輯 黃宇