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：
一、位操作簡單介紹
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一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，假如有一個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程式碼，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;二、嵌入式中位操作一些常見用法
1、一個32bit資料的位、位元組讀取操作
（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：
2、一個32bit資料的位、位元組清零操作
（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：
3、一個32bit資料的位、位元組置1操作
（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 */
4、判斷某一位或某幾位連續位的值
（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：
這是一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。
三、STM32暫存器配置
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，用韌體庫寫出來的程式碼比較容易閱讀。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一個數據。
但是，其實第二種方法其實是ST推薦我們用的方法，為什麼這麼說呢？因為ST官方已經把這些我們要用到的值給我們配好了，在stm32f10x.h中：
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))
{
/* 其它程式碼 */
USART1->SR &= ~(1 << 5); /* 清零RXNE標誌 */
}
或者：
/* 資料暫存器非空，RXNE標誌置位 */
if (USART1->SR & USART_SR_RXNE)
{
/* 其它程式碼 */
USART1->SR &= ~USART_SR_RXNE; /* 清零RXNE標誌 */
}
四、總結
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，但是最接近晶片內部原理的還是暫存器。有可能之後有用到其它晶片沒有像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，使用庫函式的方式程式碼佔用空間大，用暫存器的話，程式碼佔用空間小。之前有個需求，我們能用的Flash的空間大小隻有4KB，遇到類似這樣的情況就不能那麼隨性的用庫函數了。
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~
END：以上筆記中如有錯誤，歡迎指出！謝