如何以可读的方式使用C初始化寄存器中的位

我有一个24位寄存器，它包含许多字段。例如，上面的3位是“模式”，下面的10位是“数据速率除数”，等等。现在，我可以计算出这24位中的内容，并将其编码为单个十六进制数0xnnnn。然而，对于任何试图维护它的人来说，这是相当难以理解的

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问题是，如果我单独定义每个子字段，那么将其全部编码在一起的最佳方式是什么？

经典方式是使用

解决方案1
解决此问题的“标准”方法是对成员使用
struct
。大概是这样的：

typedef struct {
    int divisor: 10;
    unsigned int field1: 9;
    char field2: 2;
    unsigned char mode: 3;
} fields;

每个字段名后面的数字指定该成员使用的位数。在上面的示例中，
除数
字段使用10位，可以存储
-512
和
511
（带符号整数）之间的值，而
模式
可以存储3位上的无符号值：介于
0
和
7
之间

每个字段的值范围使用有关有符号/无符号和的常规规则，但字段长度（char/int/long）限于指定的位数。当然，
char
最多可以保存8位，而
short
最多可以保存16位。强制规则是字段类型的常用规则，考虑到字段的大小（即，在
模式下存储
-5
会将其转换为
无符号
（实际值可能是
3
）

您需要注意几个问题（其中一些问题也在文档页面的注释部分提到，关于：


结构中声明的位总量必须为24（寄存器的大小）
由于您的结构使用3个字节，因此此类结构数组中的某些位置可能会表现出奇怪的行为，因为它们跨越分配单元大小（通常为4或8个字节，具体取决于硬件）
该标准不保证分配单元中位字段的顺序；根据体系结构的不同，可能在最终的3字节包中，字段
模式
包含最高有效位3位或最低有效位3位；不过，您可以很容易地解决这一问题

您可能需要一次性处理存储在
字段
结构中的值。为此，您可以将该结构嵌入到联合中：

typedef union {
   fields f;
   unsigned int a;
} reg;

reg x;
/* Access individual fields */
x.f.mode = 2;
x.f.divisor = 42;
/* Get the entire register */
printf("%06X\n", x.a);

解决方案2
做同样事情的另一种方法是使用宏来提取字段并组成整个寄存器：

#define MAKE_REG(mode, field2, field1, divisor) \
         ((((mode) & 0x07) << 21) | \
         (((field2) & 0x03) << 19) | \
         (((field1) & 0x01FF) << 10 )| \
         ((divisor) & 0x03FF))

#define GET_MODE(reg) (((reg) & 0xE00000) >> 21)
#define GET_FIELD2(reg) (((reg) & 0x180000) >> 19)
#define GET_FIELD1(reg) (((reg) & 0x07FC00) >> 10)
#define GET_DIVISOR(reg) ((reg) & 0x0003FF)

#定义MAKE_REG（模式、字段2、字段1、除数）\
（（模式）和0x07）>19）
#定义GET_字段1（reg）（（reg）和0x07FC00）>>10）
#定义GET_除数（reg）（（reg）&0x0003FF）

第一个宏将
模式
，
字段2
，
字段1
，
除数
值组合成一个3字节的整数。另一组宏提取各个字段的值。所有这些宏都假定处理后的数字是无符号的

利弊
struct
（嵌入
union
）解决方案：


[+]
它允许编译器对要输入字段的值进行一些检查（并发出警告）；此外，它还可以在有符号和无符号之间进行正确的转换

宏观解决方案：


[+]
内存对齐问题是不明智的，您将位放在您想要的位置
（-）
它不会检查您在字段中输入的值的范围
（-）
使用宏处理有符号值有点棘手；此处建议的宏仅适用于无符号值；使用有符号值需要更多移位
您可以使用模式3除数1的{3,0,0,1}将其初始化为若干整数
#define MAKE_REG(mode, field2, field1, divisor) \
         ((((mode) & 0x07) << 21) | \
         (((field2) & 0x03) << 19) | \
         (((field1) & 0x01FF) << 10 )| \
         ((divisor) & 0x03FF))

#define GET_MODE(reg) (((reg) & 0xE00000) >> 21)
#define GET_FIELD2(reg) (((reg) & 0x180000) >> 19)
#define GET_FIELD1(reg) (((reg) & 0x07FC00) >> 10)
#define GET_DIVISOR(reg) ((reg) & 0x0003FF)