将 uint32 浮点表示形式转换为 uint8

Question

无需赘述，我有两个嵌入式系统，都不能使用浮点库。在它们之间是一个移动应用程序，其中执行一些计算。一次计算需要保持精度。该值作为字节数组通过蓝牙发送到客户端。收到后，我将其存储为 uint32。然后，此值会再次与需要精度的移动应用程序共享。那里没有问题，因为我可以使用 Java 的 ByteBuffer class。问题是我还需要将此值作为 uint8 与 Z80 微处理器共享，因为它通过 UART 传输，并用作 ADC 计数 (0-255)，因此它会失去精度（但不需要它）结束）。

所以我在我的移动应用程序中使用 Java:

int bits = Float.floatToIntBits(fAdcCount);
byte[] b = new byte[4];
b[0] = (byte)(bits & 0xff);
b[1] = (byte)((bits >> 8) & 0xff);
b[2] = (byte)((bits >> 16) & 0xff);
b[3] = (byte)((bits >> 24) & 0xff);

b 然后在 BLE 特征写入中发送到 BLE 微控制器。然后，BLE 微控制器将该缓冲区读取为小端 32 位字，并将其存储在 uint32 中。在调试器中查看这个 uint32 显示正确的值，就像我上面说的，我能够把这个 uint32 放回字节数组并将它发送到移动应用程序并使用 Java 的 ByteBuffer class。这很好用，我得到了正确的浮点值。

问题是我需要这个浮点表示的整数部分作为 uint8 通过 UART 发送到 Z80 微处理器，因为它用作从 0-255 的 ADC 计数。

那么，如何将包装成 uint32（小端字节顺序）的浮点值转换为失去精度的 uint8？我也知道范围是从 0-255，这意味着永远不会有任何大于 255.0 的东西可以转换。

例如，如果我有这个：

uint32 fValue = 0x43246ADD; // = 164.417...

如果不使用 float 怎么得到这个？:

uint8 result = 164;

Answer 1

假设存储在 uint32_t 中的 float 在您的体系结构 和 [=35] 中具有与 float 类型相同的表示格式=] 你的浮点数是 32 位宽 sizeof(float)==4 （这是相当标准的）你可以这样做：

float *f; f = (float *)&fValue; if( *f <= 255 && *f >= 0 ) { result = (uint8_t) (*f); } else { // overflow / undeflow }

您声明一个 float 指针并将其指向 uint32_t 的位置。

然后取浮点指针指向的值py并尝试转换为uint8_t

我试过代码，可以看出上面的假设在 macOS.
上是正确的
例如：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main() { uint32_t fValue = 0x43246ADD; uint8_t result=0; float *f; f = (float *)&fValue; if( *f <= 255 && *f >= 0 ) { result = (uint8_t) (*f); } else { // overflow / undeflow } printf("%d\n", result); }

输出：

164

Answer 2

一些经过简单测试的代码来启动 OP。使用大量常量以允许自定义和不同程度的错误检查。 OP 没有解决四舍五入问题：四舍五入到最接近的值、朝向 0 或 ??。以下截断为 0。

#include <stdint.h>
#define MANTISSA_BIT_WIDTH 23
#define BIASED_EXPO_MAX 255
#define EXPO_BIAS 127
#define SIGN_MASK 0x80000000

unsigned DN_float_to_uint8(uint32_t x) {
  if (x & SIGN_MASK) return 0; // negative
  int expo = (int) (x >> MANTISSA_BIT_WIDTH);
  if (expo == 0) return 0;  // sub-normal
  if (expo == BIASED_EXPO_MAX) return 255;  // Infinity, NaN
  expo -= EXPO_BIAS;
  if (expo > 7) return 255; // too big
  if (expo < 0) return 0; // wee number
  uint32_t mask = ((uint32_t)1 << MANTISSA_BIT_WIDTH) - 1;
  uint32_t mantissa = mask & x;
  mantissa |= mask + 1;
  mantissa >>= (MANTISSA_BIT_WIDTH - expo);
  return mantissa;
}

#include <stdio.h>
int main() {
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x43246a00)); // 164
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x437e0000)); // 254
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x437f0000)); // 255
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x43800000)); // 256
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x3f7fffff)); // 0.99999994
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x3f800000)); // 1
  printf("%u\n", DN_float_to_uint8(0x40000000)); // 2
  return 0;
}

输出

有用IEEE 754 Converter

要将正值四舍五入到最接近的值（有很多方法可以解决），从零开始，只需查看要移出的最后一位。

  // mantissa >>= (MANTISSA_BIT_WIDTH - expo);
  // return mantissa;

  // shift as needed expect for 1 bit
  mantissa >>= (MANTISSA_BIT_WIDTH - expo - 1);
  // now shift last bit
  mantissa = (mantissa + 1) >> 1;
  // Handle special case
  if (mantissa >= 256) mantissa = 255;
  return mantissa;

Answer 3

所以你想提取 IEEE 754 single precision float 的整数部分，没有可用的浮点运算。

您只需要进行一些位运算即可提取指数和尾数。轻微测试的代码。此代码支持有符号值和 returns -255 到 255 之间的值，或 INT_MIN 如果绝对值超出允许范围；根据需要调整对符号的支持、溢出时的行为等。

int integer_part_of_single_float(uint32_t f)
{
    uint32_t mantissa = (f & 0x7fffff) | 0x800000;
    uint8_t exponent = f >> 23;
    if (exponent < 127) {
        return 0;
    } else if (exponent >= 135) {
        return INT_MIN;
    } else {
        unsigned absolute_value = mantissa >> (22 - (exponent - 128));
        return mantissa & 0x80000000 ? -absolute_value : absolute_value;
    }
}

将 uint32 浮点表示形式转换为 uint8

Convert uint32 floating point representation to uint8

c

type-conversion

uint32