有没有更好的方法来定义一个预处理宏来进行位操作？

Question

拍摄宏：

GPIOxMODE(gpio,mode,port)    ( GPIO##gpio->MODER   = ((GPIO##gpio->MODER &   ~((uint32_t)GPIO2BITMASK << (port*2))) | (mode << (port * 2))) )

假设寄存器的复位值为0xFFFF.FFFF，我想设置一个2位宽为任意值。这是为 STM32 编写的 每个端口有 15 个引脚的 MCU。 GPIO2BITMASK 定义为 0x3。有没有更好的方法来清除和设置随机 2 位在任何地方 32 位宽寄存器。

端口 0 - 15 的有效范围
模式 0 - 3 的有效范围

我想出的方法是移位掩码，反转它，将其与现有寄存器值进行逻辑与，将结果与移位的新值进行逻辑或。

我希望将掩码和新值结合起来，以减少逻辑操作移位操作的数量。目标也是保持流程足够通用，以便我可以用于 1、2、3 或 4 位宽度的位操作。

有没有更好的办法？

从长远来看，是否有更好的方法确实是一个悬而未决的问题。我正在寻找一种方法，可以减少逻辑运算和位移运算的数量，同时是一个简单的单行语句。

答案是否定的。

您必须进行重置/设置以确保您正在写入的位字段具有所需的值。

收到的答案可能会更好（根据意见/偏好/哲学/实践），因为它们不需要宏并且具有参数检查。在 cmets 和响应中也指出了这种风格的坑。

Answer 1

出于多种原因，应避免将此类宏作为牌匾：

1. 它们不可调试
2. 很难发现它们容易出错

还有很多其他原因

您可以使用内联函数归档相同的结果。生成的代码将同样有效

static inline __attribute__((always_inline)) void GPIOMODE(GPIO_TypeDef *gpio, unsigned mode, unsigned pin)
{
    gpio -> MODER &= ~(GPIO_MODER_MODE0_Msk << (pin * 2));
    gpio -> MODER |= mode << (pin * 2);
}

如果你喜欢宏

#define GPIOxMODE(gpio,mode,port)    {volatile uint32_t *mdr = &GPIO##gpio->MODER; *mdr &= ~(GPIO_MODER_MODE0_Msk << (port*2)); *mdr |= mode << (port * 2);}

我希望将掩码和新值结合起来以减少 逻辑运算位移位运算。

你不能。您需要重置然后设置位。

Answer 2

我想出的方法是移位掩码，反转它， 与现有的寄存器值进行逻辑与，逻辑或 结果带有位移的新值。

那或等效的方法就是这样做。

我希望将掩码和新值结合起来以减少 逻辑运算 位移位运算。目标也是保持 处理足够通用，以便我可以用于 1,2,3 的位操作 或 4 位宽度。

有没有更好的办法？

您必须完成两个基本目标：

1. 确保受影响范围内应关闭的位实际上已关闭，并且
2. 确保受影响范围内应打开的位实际上已打开。

在一般情况下，它们需要两个单独的操作：按位与强制位关闭，按位或（或异或，如果位首先被清除）打开所需位。可能有一些方法可以简化原始值和目标值的特定情况，但是如果您想要通用的东西，正如您所说，那么您的选择是有限的。

不过，就个人而言，我认为我倾向于从多个部分构建它，将 GPIO 选择与实际计算分开。至少，您可以分离出一个通用宏来设置位范围：

#define SETBITS32(x,bits,offset,mask) ((((uint32_t)(x)) & ~(((uint32_t)(mask)) << (offset))) | (((uint32_t)(bits)) << (offset)))

#define GPIOxMODE(gpio,mode,port) (GPIO##gpio->MODER = SETBITS32(GPIO##gpio->MODER, mode, port * 2, GPIO2BITMASK)

但请注意，似乎没有什么好的方法可以避免这样的宏多次评估其某些参数。因此，将SETBITS32 写为函数可能更安全。在任何情况下，编译器都可能内联这样的函数，但您可以通过声明 static 和 inline 来最大化这种可能性：

static inline uint32_t SETBITS32(uint32_t x, uint32_t bits, unsigned offset, uint32_t mask) {
    return x & ~(mask << offset) | (bits << offset);
}

这也更容易阅读，尽管它与宏一样，确实假设 bits 在掩码区域之外没有设置位。

当然还有其他类似的配方。例如，如果您不需要支持不连续的位范围，则可以指定位计数而不是位掩码。这种替代方法可以防止用户提供超出指定范围的位，并且还具有一些参数验证：

static inline uint32_t set_bitrange_32(uint32_t x, uint32_t bits, unsigned width,
        unsigned offset) {
    if (width + offset > 32) {
        // error: invalid parameters
        return x;
    } else if (width == 0) {
        return x;
    }
    uint32_t mask = ~(uint32_t)0 >> (32 - width);
    return x & ~(mask << offset) | ((bits & mask) << offset);
}