如何在逐位操作中選擇正確的左移？

Question

我正在學習c ++中的裸機編程，它通常涉及將32位硬件寄存器地址的一部分設置為某種組合。

例如，對於IO引腳，我可以將32位地址中的第15位至第17位設置為001以將引腳標記為輸出引腳。

我已經看到了這樣做的代碼，我根據對另一個SO問題的解釋來理解它。

# here ra is a physical address
# the 15th to 17th bits are being
# cleared by AND-ing it with a value that is one everywhere 
# except in the 15th to 17th bits
ra&=~(7<<12);

另一個例子是：

# this clears the 21st to 23rd bits of another address
ra&=~(7<<21);

如何選擇7以及如何選擇向左移位的位數？

我在python中嘗試了這個，看看我是否能解決它

bin((7<<21)).lstrip('-0b').zfill(32)
'00000000111000000000000000000000'
# this has 8, 9 and 10 as the bits which is wrong

Answer 1

選擇7（基數10），因為其二進制表示為111（基數為2的7）。

至於為什么它的位8,9和10設置它是因為你從錯誤的方向讀取。 二進制，就像正常的基數10一樣，從右到左計數。

（我將此作為評論，但聲譽不夠高。）

Answer 2

如果要隔離並更改寄存器中的某些位但不是所有需要理解像和和/或xor這樣的按位操作而不是單個位列操作，則每個操作數的第3位用於確定第3位的結果，不涉及其他位。 所以我有一些用字母表示的二進制位，因為它們都可以是1或0

jklmnopq

你可以查找和操作真值表，任何一個零的東西都是零，任何一個本身就是一個

   jklmnopq
&  01110001
============
   0klm000q

任何與之相關的東西都是一個零的東西。

   jklmnopq
|  01110001
============
   j111nop1

因此，如果你想隔離和改變這個變量/寄存器中的兩個比特，比如第5和第6位，並將它們改為0b10（十進制中的2），那么通常的方法是將它們設為零或者它們具有所需的值

   76543210

   jklmnopq
&  10011111
============
   j00mnopq

   jklmnopq
|  01000000
============
   j10mnopq

你可以使用1和0位的orred第6位，但是這是特定於你想要更改它們的值，一般來說我們認為我想將這些位更改為2，所以要使用該值2你想把這些比特歸零，然后將2強制加到這些比特上，然后將它們歸零，然后將2或2加到比特上。 通用的。

在c

x = read_register(blah);
x = (x&(~(3<<5)))|(2<<5);
write_register(blah,x);

讓我們深入研究（3 << 5）

00000011
00000110 1
00001100 2
00011000 3
00110000 4
01100000 5

76543210

將兩個1置於我們感興趣的位之上，但是使用該值隔離位並將其他位置混淆，以便將其歸零並且不要混淆寄存器中的其他位，我們需要將這些位反轉

使用x = ~x將這些位反轉為邏輯非操作。

01100000
10011111

現在我們有了我們想要的掩碼和我們的寄存器，如上所示，將有問題的位歸零，同時留下其他的j00mnopq

現在我們需要准備位或（2 << 5）

00000010
00000100 1
00001000 2
00010000 3
00100000 4
01000000 5

給出我們想要的位模式給j10mnopq，我們寫回寄存器。 同樣，j，m，n，...位是位，它們是一個或零，我們不想改變它們，所以我們做了額外的屏蔽和轉移工作。 您可能/有時會看到只是write_register（blah，2 << 5）的示例; 或者因為他們知道其他位的狀態，知道他們沒有使用其他位並且零是可以/期望的或者不知道他們在做什么。

x read_register(blah); //bits are jklmnopq
x = (x&(~(3<<5)))|(2<<5);

z = 3
z = z << 5
z = ~z
x = x & z
z = 2
z = z << 5
x = x | z


z = 3

z = 00000011

z = z << 5

z = 01100000

z = ~z

z = 10011111

x = x & z

x = j00mnopq

z = 2

z = 00000010

z = z << 5

z = 01000000

x = x | z

x = j10mnopq

如果你有一個3位字段，那么二進制是0b111，十進制是7或十六進制0x7。 一個4位字段0b1111，它是十進制15或十六進制0xF，當你越過7時，它更容易使用十六進制IMO。 6位字段0x3F，7位字段0x7F，依此類推。

您可以采取進一步的方式嘗試更通用。 如果有一個寄存器控制gpio引腳0到15的某些功能，則從位0開始。如果你想改變gpio引腳5的屬性那么那就是10和11位，5 * 2 = 10有兩個銷釘如此10和下一個11.但一般來說你可以：

x = (x&(~(0x3<<(pin*2)))) | (value<<(pin*2));

因為2是2的冪

x = (x&(~(0x3<<(pin<<1)))) | (value<<(pin<<1));

如果引腳在編譯時無法減少到特定值，編譯器可能會做的優化。

但如果每個字段為3位，則字段開始與位0對齊

x = (x&(~(0x7<<(pin*3)))) | (value<<(pin*3));

編譯器可能會乘以3但可能只是

pinshift =（pinshift << 1）| pinshift;

得到乘以三。 取決於編譯器和指令集。

總的來說這是一個讀取修改寫入，當你讀取東西，修改它的一些，然后回寫（如果你修改所有它你不需要打擾讀取和修改，你會寫出全新的值）。 人們會說屏蔽和轉換為一般性地覆蓋變量中的隔離位，或者為了修改目的，或者如果你想閱讀/看看上面那兩個位是什么你會

x = read_register(blah);
x = x >> 5;
x = x & 0x3;

或首先掩蓋然后轉移

x = x & (0x3<<5);
x = x >> 5;

六個中的六個中的一個，一般都是相同的，一些指令集可能比另一個更有效（或者可能是相等然后移位，或者然后移位）。 人們可能會在視覺上對某些人而不是其他人更有意義。

雖然從技術上講這是一個endian事物，因為一些處理器位0是最重要的位。 在C AFAIK中，位0是最低有效位。 如果/當手冊顯示從左到右排列的位時，您希望左右移位與之匹配，如上所示，我顯示76543210以指示記錄的位並與jklmnopq相關聯，這是重要的從左到右的信息繼續關於修改位5和6的對話。一些文檔將使用verilog或vhdl樣式表示法6：5（意思是位6到5包含，更有意義，比如4：2表示位4,3,2）或[6 downto 5]，更有可能只看到帶有方框或線條的視覺圖片，以顯示哪些位是什么字段。

Answer 3

我該如何選擇7

您想要清除三個相鄰的位。 一個字底部的三個相鄰位是1 + 2 + 4 = 7。

以及如何選擇向左移位的位數

你想要清除21-23位，而不是1-3位，所以你向左移動20位。

你的兩個例子都錯了。 要清除15-17你需要向左移動14，要清除21-23你需要向左移動20。

這有8,9和10 ......

不，不。 你是從錯誤的一端算起來的。