嵌入式 C語言位操作的一些技巧彙總

下面分享關於位操作的一些筆記：

首先，以下是按位運算子：

在嵌入式程式設計中，常常需要對一些暫存器進行配置，有的情況下需要改變乙個位元組中的某一位或者幾位，但是又不想改變其它位原有的值，這時就可以使用按位運算子進行操作。下面進行舉例說明，假如有乙個8位的test暫存器：

當我們要設定第0位bit0的值為1時，可能會這樣進行設定：

test = 0x01;

但是，這樣設定是不夠準確的，因為這時候已經同時操作到了高7位：bit1~bit7，如果這高7位沒有用到的話，這麼設定沒有什麼影響；但是，如果這7位正在被使用，結果就不是我們想要的了。

在這種情況下，我們就可以借用按位操作運算子進行配置。

對於二進位制位操作來說，不管該位原來的值是0還是1，它跟0進行&運算，得到的結果都是0，而跟1進行&運算，將保持原來的值不變；不管該位原來的值是0還是1，它跟1進行|運算，得到的結果都是1，而跟0進行|運算，將保持原來的值不變。

所以，此時可以設定為：

test = test | 0x01;

其意義為：test暫存器的高7位均不變，最低位變成1了。在實際程式設計中，常改寫為：

test |= 0x01;

這種寫法可以一定程度上簡化**，是 c 語言常用的一種程式設計風格。設定暫存器的某一位還有另一種操作方法，以上的等價方法如：

test |= (0x01 << 0);

第幾位要置1就左移幾位。

同樣的，要給test的低4位清0，高4位保持不變，可以進行如下配置：

test &= 0xf0;

（1）獲取單位元組：

#define get_low_byte0(x)    ((x >>  0) & 0x000000ff)    /* 獲取第0個位元組 */
#define get_low_byte1(x)    ((x >>  8) & 0x000000ff)    /* 獲取第1個位元組 */
#define get_low_byte2(x)    ((x >> 16) & 0x000000ff)    /* 獲取第2個位元組 */
#define get_low_byte3(x)    ((x >> 24) & 0x000000ff)    /* 獲取第3個位元組 */

示例：

（2）獲取某一位：

#define get_bit(x, bit) ((x & (1 << bit)) >> bit)   /* 獲取第bit位 */

示例：

（1）清零某個位元組：

#define clear_low_byte0(x)  (x &= 0xffffff00)   /* 清零第0個位元組 */
#define clear_low_byte1(x)  (x &= 0xffff00ff)   /* 清零第1個位元組 */
#define clear_low_byte2(x)  (x &= 0xff00ffff)   /* 清零第2個位元組 */
#define clear_low_byte3(x)  (x &= 0x00ffffff)   /* 清零第3個位元組 */

示例：

（2）清零某一位：

#define clear_bit(x, bit)   (x &= ~(1 << bit))  /* 清零第bit位 */

示例：

（1）置某個位元組為1：

#define set_low_byte0(x)    (x |= 0x000000ff)   /* 第0個位元組置1 */   
#define set_low_byte1(x)    (x |= 0x0000ff00)   /* 第1個位元組置1 */   
#define set_low_byte2(x)    (x |= 0x00ff0000)   /* 第2個位元組置1 */   
#define set_low_byte3(x)    (x |= 0xff000000)   /* 第3個位元組置1 */

示例：

（2）置位某一位：

#define set_bit(x, bit) (x |= (1 << bit))   /* 置位第bit位 */

（1）判斷某一位的值

舉例說明：判斷0x68第3位的值。

也就是說，要判斷第幾位的值，if裡就左移幾位（當然別過頭了）。在嵌入式程式設計中，可通過這樣的方式來判斷暫存器的狀態位是否被置位。

（2）判斷某幾位連續位的值

/* 獲取第[n:m]位的值 */
#define bit_m_to_n(x, m, n)  ((unsigned int)(x << (31-(n))) >> ((31 - (n)) + (m)))

示例：

這是乙個查詢連續狀態位的例子，因為有些情況不止有0、1兩種狀態，可能會有多種狀態，這種情況下就可以用這種方法來取出狀態位，再去執行相應操作。

以上是對32bit資料的一些操作進行總結，其它位數的資料類似，可根據需要進行修改。

stm32有幾套韌體庫，這些韌體庫函式以函式的形式進行1層或者多層封裝（軟體開發中很重要的思想之一：分層思想），但是到了最裡面的一層就是對暫存器的配置。我們平時都比較喜歡韌體庫來開發，大概是因為韌體庫用起來比較簡單，用韌體庫寫出來的**比較容易閱讀。最近一段時間一直在配置暫存器，越發地發現使用暫存器來進行一些外設的配置也是很容易懂的。使用暫存器的方式程式設計無非就是往暫存器的某些位置1、清零以及對暫存器一些狀態位進行判斷、讀取暫存器的內容等。

這些基本操作在上面的例子中已經有介紹，我們依舊以例項來鞏固上面的知識點（以stm32f1xx為例）：

（1）暫存器配置

看一下gpio功能的埠輸出資料暫存器 (gpiox_odr) (x=a..e) ：

假設我們要讓pa10引腳輸出高、輸出低，可以這麼做：

方法一：

gpioa->odr |= 1 << 10;      /* pa10輸出高（置1操作） */
gpioa->odr &= ~（1 << 10）;  /* pa10輸出低（清0操作） */

也可用我們上面的置位、清零的巨集定義：

set_bit(gpioa->odr, 10);    /* pa10輸出高（置1操作） */
clear_bit(gpioa->odr, 10);  /* pa10輸出低（清0操作） */

方法二：

gpioa->odr |= (uint16_t)0x0400;   /* pa10輸出高（置1操作） */
gpioa->odr &= ~(uint16_t)0x0400;  /* pa10輸出低（清0操作） */

貌似第二種方法更麻煩？還得去細心地去構造乙個資料。

這個標頭檔案中存放的就是外設暫存器的一些位配置。

所以我們的方法二等價於：

gpioa->odr |= gpio_odr_odr10;   /* pa10輸出高（置1操作） */
gpioa->odr &= ~gpio_odr_odr10;  /* pa10輸出低（清0操作） */

兩種方法都是很好的方法，但方法一似乎更好理解。

配置連續幾位的方法也是一樣的，就不介紹了。簡單介紹配置不連續位的方法，以tim1的cr1暫存器為例：

設定cen位為1、設定cms[1:0]位為01、設定ckd[1:0]位為10：

tim1->cr1 |= （0x1 << 1)| (0x1 << 5) |(0x2 << 8);

這是組合的寫法。當然，像上面一樣拆開來寫也是可以的。

（2）判斷標誌位

以狀態暫存器(usart_sr) 為例：

判斷rxne是否被置位：

/* 資料暫存器非空，rxne標誌置位 */
if (usart1->sr & (1 << 5))

或者：

/* 資料暫存器非空，rxne標誌置位 */
if (usart1->sr & usart_sr_rxne)

以上就是本次關於位操作的一點總結筆記，有必要掌握。雖然說在用stm32的時候有庫函式可以用，但是最接近晶元內部原理的還是暫存器。有可能之後有用到其它晶元沒有像st這樣把暫存器相關配置封裝得那麼好，那就不得不直接操控暫存器了。

此外，使用庫函式的方式**占用空間大，用暫存器的話，**占用空間小。之前有個需求，我們能用的flash的空間大小只有4kb，遇到類似這樣的情況就不能那麼隨性的用庫函式了。

最後，應用的時候當然是怎麼簡單就怎麼用。學從「難」處學，用從易處用，與君共勉~

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