[嵌入式]C语言嵌入式位操作

目录

1.? 常用位操作符

1.1? 位与&

1.1.1? 真值表

1.1.2? 位与和逻辑与的区别

1.2? 位或|

1.2.1? 真值表

1.2.2? 位或和逻辑或的区别

1.3? 位取反~

1.3.1? 位取反和逻辑取反的区别

1.4? 位异或^

1.4.1? 真值表

1.5? 左移位<<? ? ? ? ?右移位>>

1.6? 总结

2.? 位与位或位异或在操作寄存器时的特殊作用

2.1? 寄存器操作的要求

2.2? 特定位清零用&

2.3? 特定位置1用|

2.4? 特定位取反用^

3.? 如何用位运算构建特定二进制数

3.1? 寄存器位操作经常需要特定位给特定值

3.2? 使用移位获取特定位为1的二进制数

3.3? 再结合位取反获取特定位为0的二进制数

3.4? 总结：位与、位或结合特定二进制数即可完成寄存器位操作需求

4.? 位运算实战演练

5.? 技术升级：用宏定义来完成位运算

5.1? 直接用宏来置位（置1）、复位（清零）【最右边为第1位】

5.2? 截取变量的部分连续位

1.? 常用位操作符

1.1? 位与&

1.1.1? 真值表

1&0=0

0&1=0

1&1=1

0&0=0

从真值表中可以看出，只有1&1=1，其余全是0。

1.1.2? 位与和逻辑与的区别

位与&：两个操作数是按照二进制位依次对应位相与的

逻辑与&&：两个操作数是作为整体来相与的

1.2? 位或|

1.2.1? 真值表

1|0=1

1|1=1

0|0=0

0|1=1

从真值表中可以看出，只有0|0=0，其余全是1。

1.2.2? 位或和逻辑或的区别

位或|：两个操作数是按照二进制位依次对应位相或的

逻辑或||：两个操作数是作为整体来相或的

1.3? 位取反~

1.3.1? 位取反和逻辑取反的区别

位取反~：操作数是按照二进制位逐个按位取反? 1变0，0变1

逻辑取反！：真变假，假变真??

1.4? 位异或^

1.4.1? 真值表

1^1=0

0^0=0

1^0=1

0^1=1

从真值表中可以看出,两数相等为0，不等为1

1.5? 左移位<<? ? ? ? ?右移位>>

C语言的移位要取决于数据类型，

对于无符号数，左移时，右侧补0（相当于逻辑移位）

对于无符号数，右移时，左侧补0（相当于逻辑移位）

对于有符号数，左移时，右侧补0（叫算术移位，相当于逻辑移位）

对于有符号数，右移时，左侧补符号位，正数补0，负数补1（叫算术移位）

嵌入式中研究和使用的移位，全是无符号数。

1.6? 总结

位与：（任何数，其实就是1或者0）与1位与无变化，与0位与变成0

位或：（任何数，其实就是1或者0）与1位或变成1，与0位或无变化

位异或：（任何数，其实就是1或者0）与1位异或会取反，与0位异或无变化

2.? 位与位或位异或在操作寄存器时的特殊作用

2.1? 寄存器操作的要求

1.ARM时内存与IO统一编址的，ARM中有很多内部外设，SoC中CPU通过这些内部外设的寄存器写入一些特定的值来操控这个内部外设，进而操控硬件动作。所以，读写寄存器就是操控硬件。

2.寄存器的特点是按位进行规划和使用。但是寄存器的读写时整体32位一起进行的（也就是说你想修改bit5~bit7是不行的，必须整体32bit全部写入）。

3.寄存器操作要求在设定特定位时不能影响其他位。

4.如何操作寄存器：读——改——写。就是，当我想改变一个寄存器中某些特定位时，我不会直接去给他写，我会先读出寄存器整体原来的值，然后在这个基础上修改我想要修改的特定位，再将修改后的值整体写入寄存器。这样就达到了这样的效果：在不影响其他位的情况下，我关心的位已经被修改了。

2.2? 特定位清零用&

1.（任何数，其实就是1或者0）与1位与无变化，与0位与变成0。

2.若希望将一个寄存器的某些特定位变成0而不影响其他位，可以构造一个合适的1和0组成的数和这个寄存器原来的值进行位与操作，就可以将特定位清零。

3.举例：假设原来32位寄存器中的值为：0xAAAAAAAA,我们希望将bit8~bit15清零而其他位不变，可以将这个数与0xFFFF00FF进行位与即可。

2.3? 特定位置1用|

1.（任何数，其实就是1或者0）与1位或变成1，与0位或无变化。

2.操作手法和上述类似。我们要构造这样一个数：要置1的特定位为1，其他位为0，然后将这个数与原来的数进行位或即可。

2.4? 特定位取反用^

1.（任何数，其实就是1或者0）与1位异或会取反，与0位异或无变化

2.操作手法和上述类似。我们要构造这样一个数：要取反的特定位为1，其他位为0，然后将这个数与原来的数进行位异或即可。

3.? 如何用位运算构建特定二进制数

3.1? 寄存器位操作经常需要特定位给特定值

1.对寄存器特定位进行置1或清零或取反，关键性的难点在于要事先构建一个特别的数，这个数和原来的值进行位与、位或、位异或等操作，即可达到我们对寄存器操作的要求。

2.解法一：用工具软件或者计算器或者自己大脑计算，直接给出完整的32位特定数。

优势：可以完成工作，难度也不大，操作起来也不是太麻烦。

劣势：依赖工具，而且不直观，都程序的人不容易理解。

评价：凑活能用，但是不好用，应该被更好用的方法代替。

3.解法二：自己写代码用位操作符号（主要是移位和位取反）来构建这个特定的二进制数

3.2? 使用移位获取特定位为1的二进制数

1.最简单的就是用移位来获取一个特定位为1的二进制数。譬如我们需要一个bit3~bit7为1（隐含意思是其他位全为0）的二进制数，可以这样：（0x1f<<3）

2.更难一点的要求：获取bit3~bit7为1，同时bit23~bit25为1，其余位为0的数：((0x1f<<3)|(7<<23))

解释：<<3表示从bit0开始左移3位，所以就是从bit3开始；bit3到bit7一共5位，0x1f表示二进制数11111，所以(0x1f<<3)表示从bit3到bit7全是1，剩下位全是0的数

3.3? 再结合位取反获取特定位为0的二进制数

1.利用上面的方法，获取bit4~bit10为0，其余为全为1的数：((0xf<<0)|(0xfffff8<<11))

但问题是：连续为1的位数太多了，这个数字本身就很难构造，所以这种方法的优势就损失掉了。

2.这种特定位（比较少）为0而其余位（大部分）为1的数，不适合用很多连续1左移的方式来构造，适合左移加位取反的方式来构造。

3.思路是：先构造出这个数的位相反数，再取反得到这个数。（譬如本例中要构造的数bit4~bit10为0，其余位为1，那1我们就先构造一个bit4~bit10为1，其余位为0的数，然后对这个数按位取反即可）

3.4? 总结：位与、位或结合特定二进制数即可完成寄存器位操作需求

1.如果你要的这个数比较少位为1，大部分位为0，则可以通过连续很多个1左移n位得到。

2.如果你要的这个数比较少位为0，大部分位为1，则可以通过先构建其位反数，然后再位取反来得到。

3.如果你要的这个数中连续1（连续0）的部分不止1个，那么可以通过多端分别构造，然后再彼此位或即可。这时因为参与位或运算的各个数为1的位是不重复的，所以这时的位或其实相当于几个数的叠加。

4.? 位运算实战演练

1.给定一个整型数a，设置a的bit3，保证其他位不变。

a=a|(1<<3)? ?或者? ?a|=(1<<3)

2.给定一个整型数a，设置a的bit3~bit7，保证其他位不变。

a=a|(0b11111<<3)? ?或者? ?a|=(0x1f<<3)

3.给定一个整型数a，清除a的bit15，保证其他位不变。

a=a&(~(1<<15))? ?或者? ?a&=(~(1<<15))

4.给定一个整型数a，清除a的bit15~bit23，保证其他位不变。

a=a&(~(0x1ff<<15))? ?或者? ?a&=(~(0x1ff<<15))

5.给定一个整型数a，取出a的bit3~bit8。

思路：第一步：先将这个数的bit3~bit8不变，其余位全部清零。

? ? ? ? ? ?第二步：将其右移3位得到结果。

a&=(0x3f<<3);

a>>=3;

6.用C语言给一个寄存器的bit7~bit17赋值937（其余位不变）。

关键点：不知道原来bit7~bit17中的值是多少。

思路：第一步：先将bit7~bit17全部清零。

? ? ? ? ? ?第二步：再将937写入bit7~bit17即可。

a&=(0x7ff<<7);

a|=(937<<7);

7.用C语言将一个寄存器的bit7~bit17中的值加17（其余位不变）。

关键点：不知道原来bit7~bit17中的值是多少。

思路：第一步：先读出原来bit7~bit17的值。

? ? ? ? ? ?第二步：再给这个值加17。

? ? ? ? ? ?第三步：将bit7~bit17清零。

? ? ? ? ? ?第四步：将算出来的值写入。

tmp=a&(0x3ff<<7);

tmp>>=7;

tmp+=17;

a&=~(0x3ff<<7);

a|=tmp<<7;

8.用C语言给一个寄存器的bit7~bit17赋值937，同时给bit21~bit25赋值17。

思路1：两倍的第6题代码操作。(麻烦）

a&=~(0x7ff<<7);

a|=(937<<7);

a&=~(0x1f<<21);

a|=(17<<21);

思路2：两步合在一起。

a&=~((0x7ff<<7)|(0x1f<<21));

a|=((937<<7)|(17<<21));

5.? 技术升级：用宏定义来完成位运算

u? 无符号数标志? 方便右移

宏定义后面最外面加一个括号

5.1? 直接用宏来置位（置1）、复位（清零）【最右边为第1位】

#define? ? ?SET_NTH_BIT(x,n)? ? ?(x|((1u)<<(n-1)))? ? ?//用宏定义将32位数x的第n位置位

#define? ? ?CLEAR_NTH_BIT(x,n)? ? ?(x&~((1u)<<(n-1)))? ? ?//用宏定义将32位数x的第n位复位

5.2? 截取变量的部分连续位

例如：变量0x88，也就是10001000b，若截取第2~4位，则值为：100b=4

#define? ? ?GETBITS(x,n,m)? ? ?((x&~(~0u)<<(m-n+1))<<(n-1))>>(n-1))