《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一2.4 位运算构建特定二进制数

简介:

本节书摘来自异步社区《嵌入式Linux与物联网软件开发——C语言内核深度解析》一书中的第2章,第2.4节,作者朱有鹏 , 张先凤,更多章节内容可以访问云栖社区“异步社区”公众号查看。

2.4 位运算构建特定二进制数

由前面可知,对寄存器特定位进行置1、清零或者取反,关键点在于要事先构建一个特别的数,这个数和原来的值进行位与、位或、位异或操作,即可达到我们对寄存器操作的要求。

自己去算这个数,显然既费时又费脑,虽然依托工具也可以算出来,但缺点就是不直观。如0X0003803A这个数谁能一下报出转换为二进制后为多少?太难了。既然如此,我们完全可以使用位运算(位与、位或、取反等等)快速地构建我们需要的操作数。

2.4.1 使用移位获取特定位为1的二进制数

最简单的就是用移位来获取一个特定位为1的二进制数。如我们需要一个bit3~bit7为1(隐含意思就是其他位全部为0)的二进制数。

我们可以用计算器或者直接用脑子去想。

这个数便是0b11111000 = 0xf8,而这个数并不容易一下就能想出来。

我们来利用二进制构造。

分析bit3~bit7为1,则该数是由5(7-3+1)个二进制的1构成的,只不过是从bit3开始连续排布的,所以我们就想构造一个从bit0开始连续排布的5个二进制1,左移3位即可实现。而这个数很容易就可以想出来,它就是0x1f,现在对这个数左移3位(0x1f << 3 )是不是就实现了呢。

也许,这个对比还不是很明显,我们再来看一个例子:获取bit3~bit7为1,同时bit23~bit25为1,其余位为0的数。

这个时候你用脑子去想是不是开始觉得头大了。

好了,你可以用笔或者计算器算下。这个数是0b0000 0011 1000 0000 0000 0000 1111 1000 = 0x038000f8。

我们来利用二进制构造。

bit3~bit7:以bit0为基准构造结果为0x1f。

bit23~bit25:以bit0为基准构造结果为0x07。

开始移位相或:(0x1f<<3) | (0x07<<23)

对比:假如要用C语言定义该数,如下所示。

int a = 0x038000f8; 
int a = (0x1f<<3) | (0x07<<23);

很显然,第二个可读性和可塑性提高了很多!

2.4.2 结合位取反获取特定位为0的二进制数

这次我们要获取bit4~bit10为0(该数总共32bit),其余位全部为1的数。有了上面的思维之后,想想该怎么做?我想如果你有了上面的思维后,相信聪明的你已经知道解法了吧。

分析:bit4~bit10为0,说明bit31~bit11都为1,bit3~bit0也都为1。
   bit31~bit11:以bit0为基准构造结果为0x1fffff。
   bit3~bit0:以bit0为基准构造结果为0x0f。

所以,结果是(0x1fffff<<11) | (0x0f<<0)。

但是,你有没有发现采用这种方法并没有什么太大的优势。连续为1的位数太多了,这个数字本身就很难构造,所以这种方法的优势损失掉了。这种特定位(比较少)为0而其余位(大部分)为1的数,不适合用很多个连续1左移的方式来构造,而适合左移加位取反的方式来构造。

思路:先试图构造出这个数的反码,再取反得到这个数。例如本例中要构造的数bit4~bit10为0,其余位为1,那我们就先构造一个bit4~bit10为1,其余位为0的数,然后对这个数按位取反即可。

· 构造该数的反码
bit4~bit10为0的数。其反码为bit4~bit10为1,其余bit为0,这个就很容易构造,就是0x7f<<4。

· 对其取反
对其构造的反码进行取反:~(0x7f<<4)。

对比:对该数用C语言定义,效果很明显。

int a = 0x1fffff<<11) | (0x0f<<0);
int a = ~(0x7f<<4);

2.4.3 总结

位与、位或结合特定二进制数,即可完成寄存器位操作需求。

如果你要的这个数中比较少位为1,大部分位为0,则可以通过连续很多个1左移n位得到。

如果你想要的数中比较少位为0,大部分位为1,则可以通过先构建其位反码,然后再位取反来得到。

如果你想要的数中连续1(连续0)的部分不止一个,那么可以通过多段分别构造,然后再彼此位或即可。这时候因为参与位或运算的各个数为1的位是不重复的,所以这时候的位或其实相当于几个数的叠加。

相关实践学习
钉钉群中如何接收IoT温控器数据告警通知
本实验主要介绍如何将温控器设备以MQTT协议接入IoT物联网平台,通过云产品流转到函数计算FC,调用钉钉群机器人API,实时推送温湿度消息到钉钉群。
阿里云AIoT物联网开发实战
本课程将由物联网专家带你熟悉阿里云AIoT物联网领域全套云产品,7天轻松搭建基于Arduino的端到端物联网场景应用。 开始学习前,请先开通下方两个云产品,让学习更流畅: IoT物联网平台:https://iot.console.aliyun.com/ LinkWAN物联网络管理平台:https://linkwan.console.aliyun.com/service-open
相关文章
|
15天前
|
Linux 编译器 开发者
Linux设备树解析:桥接硬件与操作系统的关键架构
在探索Linux的庞大和复杂世界时🌌,我们经常会遇到许多关键概念和工具🛠️,它们使得Linux成为了一个强大和灵活的操作系统💪。其中,"设备树"(Device Tree)是一个不可或缺的部分🌲,尤其是在嵌入式系统🖥️和多平台硬件支持方面🔌。让我们深入了解Linux设备树是什么,它的起源,以及为什么Linux需要它🌳。
Linux设备树解析:桥接硬件与操作系统的关键架构
|
28天前
|
API 数据库 C语言
【C/C++ 数据库 sqlite3】SQLite C语言API返回值深入解析
【C/C++ 数据库 sqlite3】SQLite C语言API返回值深入解析
167 0
|
28天前
|
算法 Linux C++
【Linux系统编程】解析获取和设置文件信息与权限的Linux系统调用
【Linux系统编程】解析获取和设置文件信息与权限的Linux系统调用
29 0
|
13天前
|
存储 编译器 C语言
嵌入式C语言(六)
嵌入式C语言(六)
19 0
|
16天前
|
存储 编译器 Linux
【C语言】自定义类型:结构体深入解析(二)结构体内存对齐&&宏offsetof计算偏移量&&结构体传参
【C语言】自定义类型:结构体深入解析(二)结构体内存对齐&&宏offsetof计算偏移量&&结构体传参
|
12天前
|
算法 Linux 调度
深度解析:Linux内核的进程调度机制
【4月更文挑战第12天】 在多任务操作系统如Linux中,进程调度机制是系统的核心组成部分之一,它决定了处理器资源如何分配给多个竞争的进程。本文深入探讨了Linux内核中的进程调度策略和相关算法,包括其设计哲学、实现原理及对系统性能的影响。通过分析进程调度器的工作原理,我们能够理解操作系统如何平衡效率、公平性和响应性,进而优化系统表现和用户体验。
20 3
|
16天前
|
存储 搜索推荐 编译器
【C语言】一篇文章深入解析联合体和枚举且和结构体的区别
【C语言】一篇文章深入解析联合体和枚举且和结构体的区别
|
16天前
|
存储 网络协议 编译器
【C语言】自定义类型:结构体深入解析(三)结构体实现位段最终篇
【C语言】自定义类型:结构体深入解析(三)结构体实现位段最终篇
|
19天前
|
负载均衡 算法 Linux
深度解析:Linux内核调度器的演变与优化策略
【4月更文挑战第5天】 在本文中,我们将深入探讨Linux操作系统的核心组成部分——内核调度器。文章将首先回顾Linux内核调度器的发展历程,从早期的简单轮转调度(Round Robin)到现代的完全公平调度器(Completely Fair Scheduler, CFS)。接着,分析当前CFS面临的挑战以及社区提出的各种优化方案,最后提出未来可能的发展趋势和研究方向。通过本文,读者将对Linux调度器的原理、实现及其优化有一个全面的认识。
|
20天前
|
存储 缓存 监控
深入解析linux内存指标:快速定位系统内存问题的有效技巧与实用方法(free、top、ps、vmstat、cachestat、cachetop、sar、swap、动态内存、cgroops、oom)
深入解析linux内存指标:快速定位系统内存问题的有效技巧与实用方法(free、top、ps、vmstat、cachestat、cachetop、sar、swap、动态内存、cgroops、oom)

相关产品

  • 物联网平台