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）

在这个过程中，电平转换器翻转所有位（反转逻辑），而不是使用另一个反相器来重新对齐信号，我认为简单地从 SPI 端口发送反转位会更容易。

为此，我将片选上的模式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。

所以我尝试验证这个理论。

  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是指针使用不正确。 您正确地声明了指针，但没有为它们分配有效的内存地址。

例如，当你这样做时：

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

tx 包含一些随机地址，因为您没有分配它。 因此，当您取消引用它并尝试将 4 放在下一行时，没有办法知道这个 4 的实际位置。

tx 中的值可能为 0 或接近它，您的程序将崩溃 (SEGFAULT)。 或者，其他一些代码可能正在使用该内存，并会覆盖该值，这可以解释为什么您突然得到 65531，尽管它与之前的值无关。

在带有 SPI 调用的代码示例中，存在两个问题：

1. 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。

2. 您没有为rx 指针分配任何有效内存，因此与您的测试一样，数据会随机进入，您的程序可能会随机崩溃。

最后，最大的问题是：你是如何声明buffer 的？ 如果以与rx 和tx 相同的方式声明，则即使从文件中读取也可能无法正常工作。

这是您的代码应该可以工作的版本：

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 是一个未初始化的指针。它恰好指向一些恰好有效的可访问内存位置。你需要把它指向一个缓冲区，就像你对tx所做的那样。

您的程序（假定）从文件中读取 80 个字的数据，因此其意图大概是通过spi.transfer 传输这些数据。然而，你的循环，虽然它计算了 80 个字，但并没有增加 tx 和 rx 指针。

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

您看到的重复值对：

0xfd36
0x02c9

实际上是彼此的按位倒数。如果你知道十六进制数字和二进制 nybbles 的对应关系，这就很明显了。

您还必须测试fread 的返回值。 fread 返回它能够读取的元素数量，可能低至零。

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

stdio 范式是必须单独测试 I/O 操作的返回值。如果输入操作失败，那可能是由于数据结束，或者由于某些 I/O 错误。在流 f 输入失败后，feof(f) 或 ferror(f) 两个标志之一为真，以区分数据结束和 I/O 错误。