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【C语言笔记】操作位的技巧

正念君 嵌入式大杂烩 2021-01-31

操作位有两种方法,一种是位字段,另一种是使用按位运算符。位字段的方法可查看往期笔记:【C语言笔记】位域。本文介绍使用按位运算符操作位的方法。下表为几种位操作符及其含义:



不改变其他位的值的状况下,对某几个位进行设值。


嵌入式编程中,常常需要对一些寄存器进行配置,有的情况下需要改变一个字节中的某一位或者几位,但是又不想改变其它位原有的值,这时就可以使用按位运算符进行操作。下面进行举例说明,假如有一个8位的TEST寄存器:

当我们要设置第0位bit0的值为1时,可能会这样进行设置:

TEST = 0x01;


但是,这样设置是不够准确的,因为这时候已经同时操作到了高7位:bit1~bit7,如果这高7位没有用到的话,这么设置没有什么影响;但是,如果这7位正在被使用,结果就不是我们想要的了。


在这种情况下,我们就可以借用“&”和“|”进行配置。


对于二进制位操作来说,不管该位原来的值是0还是1,它跟0进行&运算,得到的结果都是0,而跟1进行&运算,将保持原来的值不变;不管该位原来的值是0还是1,它跟1进行|运算,得到的结果都是1,而跟0进行|运算,将保持原来的值不变。


所以,此时可以设置为:

TEST = TEST | 0x01;


其意义为:TEST寄存器的高7位均不变,最低位变成1了。在实际编程中,常改写为:

TEST |= 0x01;


这种写法可以一定程度上简化代码,是 C 语言常用的一种编程风格。


同样的,要给TEST的低4位清0,高4位保持不变,可以进行如下配置:

TEST &= 0xF0;


这个场景单片机开发中经常使用,方法就是先对需要设置的位用&操作符进行清零操作,然后用|操作符设值。比如我要改变GPIOA的状态,可以先对寄存器的值进行&清零操作:

GPIOA->CRL &= 0XFFFFFF0F; //将第4-7位清0


然后再与需要设置的值进行|或运算:

GPIOA->CRL |= 0X00000040; //设置相应位的值,不改变其他位的值


移位操作提高代码的可读性。


移位操作在单片机开发中也非常重要,下面让我们看看固件库的GPIO初始化的函数里面的一行代码:

GPIOx->BSRR = (((uint32_t)0x01) << pinpos);


这个操作就是将BSRR寄存器的第pinpos位设置为1,为什么要通过左移而不是直接设置一个固定的值呢?其实,这是为了提高代码的可读性以及可重用性。这行代码可以很直观明了的知道,是将第pinpos位设置为1。如果你写成:

GPIOx->BSRR = 0x0030;


这样的代码就不好看也不好重用了。
类似这样的代码很多:

GPIOA->ODR |= 1 << 5; //PA.5输出高,不改变其他位


这样我们一目了然,5告诉我们是第5位也就是第6个端口,1告诉我们是设置为1了。

~取反操作使用技巧


SR寄存器的每一位都代表一个状态,某个时刻我们希望去设置某一位的值为0,同时其他位都保留为1,简单的作法是直接给寄存器设置一个值:

TIMx->SR = 0xFFF7;


这样的作法设置第3位为0,但是这样的作法同样不好看,并且可读性很差。看看库函数代码中怎样使用的:

TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG;


而TIM_FLAG 是通过宏定义定义的值:

#define TIM_FLAG_Update  ((uint16_t)0x0001)
#define TIM_FLAG_CC1     ((uint16_t)0x0002)
#define TIM_FLAG_CC2     ((uint16_t)0x0004)
#define TIM_FLAG_CC3     ((uint16_t)0x0008)
#define TIM_FLAG_CC4     ((int16_t)0x0010)
#define TIM_FLAG_COM     ((uint16_t)0x0020)
#define TIM_FLAG_Trigger ((uint16_t)0x0040)
#define TIM_FLAG_Break   ((uint16_t)0x0080)
#define TIM_FLAG_CC1OF   ((uint16_t)0x0200)
#define TIM_FLAG_CC2OF   ((uint16_t)0x0400)
#define TIM_FLAG_CC3OF   ((uint16_t)0x0800)
#define TIM_FLAG_CC4OF   ((uint16_t)0x1000)


即设置SR第3位为0时可设置为:

TIMx->SR = (uint16_t)~TIM_FLAG_CC3;


以上就是关于位操作在嵌入式编程中的一些技巧,如有错误,欢迎指出!


参考资料:

《STM32F1开发指南-库函数版本_V3.1 》

《手把手教你学51单片机》


【往期笔记】

关于RT-Thread的启动问题

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