如何反转存储在内存地址的位？

Question

我正在尝试通过光耦合器电平转换器发送 SPI 数据。（基本上是把3.3v信号转成5v信号）

在此过程中，电平转换器翻转所有位（反相逻辑）而不是使用另一个反相器来重新对齐信号，我决定简单地将反相位从 SPI 端口发送出去会更容易。

为此，我将芯片上的模式 select 设置为高电平有效并更改了时钟极性。现在我试图对我发送的数据进行位翻转。

  unsigned short* tx;
  unsigned short* rx;
  while(!feof(data_file)){
    fread(buffer, 2, 80, data_file);
    tx = buffer;
    for(int i = 0; i < 80; i++){
      (*tx)= ~(*tx); //added this line
      spi.transfer((unsigned char*) tx,(unsigned char*) rx, 2);
      (*rx)= ~(*rx); //also added this line
      printf("0x%04x\n", *rx);
      pinControl.selectChip(i%8);
      usleep(5);
    }

在添加这个之前有很好的干净输出收到的数据：

0x04cb
0x04cb
0x04cb
0x04cb
0x04cb
0x04cb
0x04cb
0x050b
0x050b
0x050b
0x050b

反转后：

0xfd36
0x02c9
0xfd36
0x02c9
0xfd36
0x02c9
0xfd36
0x02c9
0xfd36
0x02c9
0xfd36
0x02c9
0xfd36
0x02c9

注意我发送的数据是单调递增的，所以第二个输出不正确。

我的假设是

(*tx) = ~(*tx)

实际上并没有反转位。

所以我试图验证这个理论。

  unsigned short* tx;
  unsigned short* rx;
  (*tx)=4;
  std::cout << *tx << endl;
  std::cout << ~(*tx) << endl;
  (*tx) = ~(*tx);
  std::cout << (*tx);

产量：

4
-5 <-- this is ~4 correct
65531 <-- this is unexpected

Answer 1

您的两个代码示例中的问题都是指针使用不正确。您正确声明了指针，但没有为它们分配有效的内存地址。

例如，当您这样做时：

unsigned short* tx;
(*tx)=4;

tx 包含一些随机地址，因为您没有分配它。因此，当您 de-reference 它并尝试将 4 放在下一行时，无法判断这个 4 的实际位置。

tx 中可能存在值 0 或接近它的值，您的程序将崩溃 (SEGFAULT)。或者，其他一些代码可能正在使用此内存，并将覆盖该值，这可以解释为什么您突然得到 65531，尽管它与之前的值无关。

在调用SPI的代码示例中，存在两个问题：

你永远不会在循环中推进 tx 指针，所以你总是反转并发送相同的两个字节。
您没有为 rx 指针分配任何有效内存，因此与您的测试一样，数据会随机放置，您的程序可能会随机崩溃。

最后，最重要的问题是：您是如何声明 buffer 的？如果它以与 rx 和 tx 相同的方式声明，那么即使从文件中读取也可能无法正常工作。

这是您的代码的一个版本：

unsigned short tx;
unsigned short rx;

while(fread(&tx, 2, 1, data_file) > 0) {
   tx = ~tx;
   spi.transfer(&tx, &rx, 2);
   rx = ~rx; //also added this line
   printf("0x%04x\n", rx);
   pinControl.selectChip(i % 8);
   usleep(5);
}

Answer 2

rx 是未初始化的指针。它恰好指向一些恰好有效的可访问内存位置。您需要将其指向一个缓冲区，就像您对 tx.

所做的那样

您的程序（假设）从一个文件中读取 80 个字的数据，因此其目的可能是通过 spi.transfer 传输这些数据。但是，您的循环虽然计算了 80 个单词，但并未增加 tx 和 rx 指针。

因此，您正在做的是反复反转 buffer[0] 的位，其中 tx 始终指向。同样，rx 一直指向相同的未知内存位置，该位置已切换。

您看到的重复值对：

0xfd36
0x02c9

实际上是彼此按位取反。如果你知道十六进制数字和二进制半字节之间的对应关系，这是显而易见的。

您还必须测试 fread 的 return 值。 fread return它能够读取多少元素，可能低至零。

while (!feof(...)) 模式不正确。 feof(f) 对于尚未尝试输入操作的新打开的流始终为 false。

stdio 范例是 I/O 操作的 return 值必须单独测试。如果输入操作失败，可能是由于数据结束，或由于某些 I/O 错误。在流 f 上输入失败后，两个标志 feof(f) 或 ferror(f) 之一为真以区分 end-of-data 和 I/O 错误。

如何反转存储在内存地址的位？

How to invert the bits of stored at memory address?

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