如何以可读的方式使用 C 初始化寄存器中的位

Question

我有一个包含多个字段的 24 位寄存器。例如，高 3 位是 "mode"，低 10 位是 "data rate divisor"，等等。现在，我可以计算出这 24 位中必须包含的内容并将其编码为单个十六进制数0xNNNNNN。但是，对于任何试图维护它的人来说，这都是相当不可读的。

问题是，如果我分别定义每个子字段，那么将它们一起编码的最佳方式是什么？

Answer 1

经典方法是对常量值使用 << 左移运算符，并将所有值与 + 或 | 组合。例如：

*register_address = (SYNC_MODE << 21) | ... | DEFAULT_RATE;

Answer 2

解决方案 1

解决此问题的 "standard" 方法是使用 struct 和 bitfield 成员。像这样：

typedef struct {
    int divisor: 10;
    unsigned int field1: 9;
    char field2: 2;
    unsigned char mode: 3;
} fields;

每个字段名称后的数字指定该成员使用的位数。在上面的示例中，字段 divisor 使用 10 位，可以存储 -512 和 511 之间的值（有符号整数），而 mode 可以存储 3 位无符号值：介于 0 和 7.

每个字段的值范围使用有关 signed/unsigned 的常用规则，但字段长度 (char/int/long) 限于指定的位数。当然，一个 char 仍然可以容纳最多 8 位，一个 short 最多可以容纳 16 a.s.o。强制规则是字段类型的通常规则，考虑到它们的大小（即在 mode 中存储 -5 会将其转换为 unsigned （实际值可能是3).

有几个问题需要注意（其中一些问题在bit fields文档页面的注释部分也提到了：

结构中声明的总位数必须为 24（您的寄存器的大小）；
由于您的结构使用 3 个字节，因此此类结构数组中的某些位置可能会表现得很奇怪，因为它们跨越了分配单元大小（通常为 4 或 8 个字节，具体取决于硬件）；
标准不保证分配单元中位字段的顺序；根据体系结构，在最后的 3 字节包中，字段 mode 可能包含最高有效的 3 位或最低有效的 3 位；不过你可以很容易地解决这个问题。

您可能需要一次性处理存储在 fields 结构中的所有值。为此，您可以将结构嵌入联合中：

typedef union {
   fields f;
   unsigned int a;
} reg;

reg x;
/* Access individual fields */
x.f.mode = 2;
x.f.divisor = 42;
/* Get the entire register */
printf("%06X\n", x.a);

解决方案 2

做（某种）相同事情的另一种方法是使用宏来提取字段并组成整个寄存器：

#define MAKE_REG(mode, field2, field1, divisor) \
         ((((mode) & 0x07) << 21) | \
         (((field2) & 0x03) << 19) | \
         (((field1) & 0x01FF) << 10 )| \
         ((divisor) & 0x03FF))

#define GET_MODE(reg) (((reg) & 0xE00000) >> 21)
#define GET_FIELD2(reg) (((reg) & 0x180000) >> 19)
#define GET_FIELD1(reg) (((reg) & 0x07FC00) >> 10)
#define GET_DIVISOR(reg) ((reg) & 0x0003FF)

第一个宏将 mode、field2、field1、divisor 值组合成一个 3 字节整数。另一组宏提取各个字段的值。他们都假设处理后的数字是无符号的。

优缺点

struct（嵌入在union）解决方案：

[+] 它允许编译器对您要放入字段的值进行一些检查（并发出警告）；此外，它在有符号和无符号之间进行正确的转换；

宏解决方案：

[+]对内存对齐问题不敏感，你把位放在你想要的地方；
(-) 它不会检查您在字段中输入的值的范围；
(-) 使用宏处理有符号值有点棘手；此处建议的宏仅适用于无符号值；需要进行更多移位才能使用有符号值。

如何以可读的方式使用 C 初始化寄存器中的位

How to initialize the bits in a register using C in a readable manner

c

bit-manipulation

解决方案 1

解决方案 2

优缺点